傳感器密封聯(lián)接裝置設(shè)計(jì)

李亞輝

(湖南交通工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421000)

1 背景技術(shù)

傳感器的聯(lián)接頭是傳感器的重要組成部分，聯(lián)接頭的結(jié)構(gòu)和連接形式直接影響傳感器的諧振頻率，繼而影響傳感器的響應(yīng)特性和測(cè)量精度。傳感器的重量越輕，聯(lián)接頭的影響越顯著，該影響在高頻信號(hào)測(cè)量中尤為顯著[1]。目前，市售L5(M5)母頭有兩種：一種適合在儀器殼體上安裝，采用墊片夾固方式連接在儀器殼體上，使用時(shí)將信號(hào)線焊接在插芯尾部，一般接線端較長(zhǎng)，不適宜在外形尺寸較小的傳感器上安裝；另一種可直接連接同軸電纜，這種母頭設(shè)計(jì)有電纜夾固結(jié)構(gòu)，整體尺寸較大，無(wú)法將其與機(jī)加工件可靠連接，不適宜用于傳感器信號(hào)輸出端的連接。

2 主要元件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的聯(lián)接頭包括3個(gè)零件，分別是螺紋聯(lián)接件、絕緣套、插芯。

螺紋聯(lián)接件，用于連接傳感器和輸出信號(hào)電纜接頭，并固定絕緣套。外表面有兩段螺紋，后端螺紋與傳感器連接螺紋為同一規(guī)格，前端螺紋與低噪聲電纜的聯(lián)接頭連接螺紋為同一規(guī)格。兩段螺紋中間有凸臺(tái)，凸臺(tái)截面為圓形或多邊形，其內(nèi)表面分為兩部分，前端內(nèi)徑尺寸略大于絕緣套外徑尺寸，與絕緣套過(guò)渡配合，后端為錐孔，內(nèi)徑尺寸小于絕緣套外徑尺寸，與絕緣套過(guò)盈配合。

絕緣套，由絕緣材料制成的圓筒狀零件，其使用溫度高于傳感器使用溫度，用于固定插芯和信號(hào)線，并隔離輸出信號(hào)[2]。

插芯，主要作用是固定信號(hào)線并引出傳感器信號(hào)，要求其具有良好的導(dǎo)電性能，因此通常采用銅材料加工，并鍍金處理。單端封閉，封閉端有若干錐臺(tái)或凸臺(tái)，帶內(nèi)孔，開孔端有開口槽，其外徑略大于絕緣套內(nèi)徑，其內(nèi)徑略大于傳感器所選用的電纜聯(lián)接頭插針外徑。

3 具體實(shí)施方式

聯(lián)接頭裝配如圖1所示。螺紋聯(lián)接件1用于連接傳感器和輸出信號(hào)電纜接頭，并固定絕緣套，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，前端螺紋由傳感器配用電纜接頭螺紋決定，后端螺紋8由傳感器穿線孔連接螺紋決定。一般壓電傳感器配用帶有L5(或M5)公頭的電纜，因此其前端螺紋6一般為L(zhǎng)5(或M5)螺紋。

圖1 聯(lián)接頭裝配

圖2 螺紋聯(lián)接件

聯(lián)接頭與傳感器連接時(shí)，需要施加預(yù)緊力，因此在螺紋聯(lián)接件前后兩段螺紋之間設(shè)計(jì)有凸臺(tái)7，凸臺(tái)7橫截面為圓形或多邊形。聯(lián)接頭中心孔后端有0.2～1mm錐孔，其前端螺紋頂端有1～2mm倒角5。這兩處設(shè)計(jì)用于固定絕緣套，保證絕緣套在聯(lián)接頭反復(fù)使用時(shí)不會(huì)脫出。絕緣套2外表面與螺紋聯(lián)接件內(nèi)表面錐面部分過(guò)盈配合，與非錐面部分過(guò)渡配合。裝配時(shí)將絕緣套壓入螺紋聯(lián)接件，并使螺紋聯(lián)接件前端倒角5產(chǎn)生一定變形量，以固定絕緣套前后端面。裝入絕緣套并緊固后的聯(lián)接頭如圖3所示。

圖3 聯(lián)接頭

插芯3結(jié)構(gòu)如圖4所示，后端封閉，前端鉆中心孔10。開孔端有開口槽11，以保證內(nèi)孔與電纜聯(lián)接頭插針可靠連接。封閉端9有若干錐臺(tái)或凸臺(tái)，以便于插芯安裝。使用時(shí)其封閉端9外表面與信號(hào)線緊密接觸，引出信號(hào)。插芯外表面小于絕緣套2內(nèi)孔，與絕緣套2過(guò)盈配合。前端中心孔10內(nèi)徑略大于傳感器所選用的電纜聯(lián)接頭插針外徑，與插針外表面過(guò)渡配合。

圖4 插芯

聯(lián)接頭在壓電加速度傳感器12上應(yīng)用時(shí)，裝配方法如圖5所示。將信號(hào)線4穿入圖3所示部件內(nèi)孔后，將聯(lián)接頭13緊固在傳感器上，施加壓力將插芯3擠入絕緣套內(nèi)孔，固定信號(hào)線。圖6為工作狀態(tài)下的傳感器聯(lián)接頭，與帶有市售L5(M5)公頭的電纜配接，實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的可靠傳輸。

圖5 裝配方法

圖6 工作狀態(tài)

4 振動(dòng)平臺(tái)測(cè)試

采用正弦振動(dòng)，800Hz定頻試驗(yàn),模擬相同環(huán)境條件，輸入信號(hào)1000mV，在振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行信號(hào)穩(wěn)定性測(cè)試，測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示，輸出信號(hào)1為本設(shè)計(jì)輸出值，輸出信號(hào)2為市售聯(lián)接件輸出值。

圖7 平臺(tái)測(cè)試

5 結(jié) 語(yǔ)

試驗(yàn)表明，輸出信號(hào)2輸出值呈線性遞增,這說(shuō)明在長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)條件下,普通傳感器聯(lián)接頭開始松動(dòng),結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,外部影響因素增加,從而導(dǎo)致信號(hào)失真。而輸出信號(hào)1輸出值穩(wěn)定,基本不漂移，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，并能起到密封作用?？紤]到成本因素，采用簡(jiǎn)單加工和裝配工藝，可與傳感器可靠地連接，設(shè)計(jì)取得了較為滿意的效果，易于實(shí)際應(yīng)用。