專利名稱：用于檢測流體特性的邏輯開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及自動控制技術領域，更具體地，涉及一種用于檢測流體特性的邏輯開關。
背景技術：
邏輯開關(或稱為壓力邏輯開關)是一種廣泛應用于自動化控制系統的控制儀表。邏輯開關通常用于測量氣體或者液體等流體的壓力或溫度。在被測流體的壓力或溫度高于或低于額定值時，邏輯開關會相應動作而改變其所包含的微動開關的通斷狀態，進而達到自動控制的目的。現有的邏輯開關通常采用直頂式或刀支架杠桿式的控制器。直頂式控制器結構簡單，但是其零部件加工精度要求高，而且其設定彈簧力與感壓元件成直線，控制器壓力較大。為了平衡較大的控制壓力，需要采用剛度大的偏置元件，但剛度大的偏置元件產生的扭力以及應力較大，這會影響控制器的性能。刀支架杠桿式控制器采用由鋼板彎曲而成的杠桿來傳遞所感測的壓力或溫度變化，其缺點是體型大，需要使用較多的波紋管，而且精度較差。
發明內容
基于上述分析，提供一種結構簡單、精度高的邏輯開關是令人期待的。為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，提供了一種用于檢測流體特性的邏輯開關，包括杠桿，被耦接到杠桿支架上以使得其能夠繞所述杠桿支架轉動；感應元件，用于感應流體特性的變化，并在所述杠桿上加載關聯于所感應的流體特性變化的感應力，所述感應元件具有朝向所述杠桿的第一凸起，所述杠桿具有凹槽，所述凹槽用于容納所述第一凸起；其中，所述凹槽具有朝向所述第一凸起的凹球面，所述第一凸起具有與所述凹球面匹配的凸球面；偏置元件，用于在所述杠桿上加載預緊力；力平衡基座，用于在所述杠桿上加載平衡力；微動開關，其耦接到所述杠桿上，用于響應于所述感應元件、所述偏置元件以及所述力平衡基座加載在所述杠桿上的力的變化而閉合或斷開。對于本發明的上述實施例的邏輯開關，由于感應元件上用于接合杠桿以在杠桿上加載感應力的第一凸起采用了凸球面的結構，相比于傳統的針狀結構的第一凸起，這種凸球面的第一凸起不易因與杠桿的接觸而磨損，因而可以有效地降低邏輯開關的控制誤差， 并提高邏輯開關的穩定性。本發明的以上特性及其他特性將在下文中的實施例部分進行明確地闡述。
通過下文對結合附圖所示出的實施例進行詳細說明，本發明的上述以及其他特征將更加明顯，本發明附圖中相同或相似的標號表示相同或相似的部件。圖1示出了根據本發明一個實施例的邏輯開關100 ；圖加與圖2b示出了圖1的邏輯開關100的杠桿與杠桿支架的連接；圖3示出了圖1的邏輯開關100的感應元件；圖4示出了圖3的感應元件與杠桿的連接；圖5示出了圖1的邏輯開關100的偏置元件與杠桿的連接；圖6示出了圖1的邏輯開關100的受力示意圖。
具體實施例方式在以下優選的實施例的具體描述中，將參考構成本發明一部分的所附的附圖。所附的附圖通過示例的方式示出了能夠實現本發明的特定的實施例。示例的實施例并不旨在窮盡根據本發明的所有實施例。可以理解，在不偏離本發明的范圍的前提下，可以利用其他實施例，也可以進行結構性或者邏輯性的修改。因此，以下的具體描述并非限制性的，且本發明的范圍由所附的權利要求所限定。在以下的具體描述中，參考了所附的附圖。附圖構成了本發明的一部分，在附圖中通過示例的方式示出了能夠實施本發明的特定的實施例。就這一點而言，方向性的術語，例如“左”、“右” “頂部”、“底部”、“前”、“后”、“引導”、“向前”、“拖后”等，參考附圖中描述的方向使用。因此本發明的實施例的部件可被置于多種不同的方向，方向性的術語是用于示例的目的而非限制性的。可以理解，在不偏離本發明的范圍的前提下，可以利用其他實施例， 也可以進行結構性或者邏輯性修改。因此，以下的具體描述并非限制性的，且本發明的范圍由所附的權利要求所限定。圖1示出了根據本發明一個實施例的邏輯開關100。在實際應用中，該邏輯開關 100通常連接到流體中，例如空氣等中性氣體以及水、致冷劑、油等液體，并用于測量流體的特性，例如流體的壓力或流體的溫度。該邏輯開關100可以將測量結果通過杠桿轉移出來， 以避免傳統接觸式測量不能在強輻射環境或易燃易爆環境測量，以及電子測量元件不能接觸腐蝕性流體的問題。如圖1所示，該邏輯開關100包括杠桿101，其上設置有圓柱形軸102，該圓柱形軸102通過過盈配合方式插入杠桿支架120上的軸孔103中，以使得杠桿101能夠繞圓柱形軸102轉動；感應元件121，其可操作地耦接到杠桿101上，用于感應流體特性變化，并在杠桿 101上加載關聯于所感應的流體特性變化的感應力；偏置元件122，其可操作地耦接到所述101上，用于在杠桿101上加載預緊力；力平衡基座123，其可操作地耦接到所述101上，用于在杠桿101上加載平衡力；微動開關105，其可操作地耦接到杠桿101上，用于響應于感應元件121、偏置元件 122以及力平衡基座123加載在杠桿101上的力的變化而閉合或斷開。具體地，邏輯開關100包括外殼124，杠桿支架120即設置在該外殼124內，通常位于其內側的一個面的中部。相應地，杠桿101的中部連接到該杠桿支架120上。杠桿101 上設置的圓柱形軸102具有與杠桿支架120的軸孔103的孔徑基本相同或略大的直徑，從而使得該圓柱形軸102可以以過盈配合方式插入到軸孔103中。在實際安裝時，可以使用擠壓工藝和潤滑劑使得杠桿101與杠桿支架120的接觸較為光滑以便于將圓柱形軸102插入軸孔103中。在一個實施例中，可以采用銷來固定杠桿101。由于采用過盈配合方式連接杠桿101與杠桿支架120，既可以使得杠桿101能夠繞圓柱形軸102與軸孔103的軸心靈活轉動，又可以保證其間沒有間隙，以避免杠桿101軸向的竄動。這可以保證杠桿101上的調節螺釘104相對于微動開關105的位置不變，從而保證邏輯開關100具有較高的控制精度與穩定性。可以理解，在實際應用中，杠桿101也可以通過其他連接方式連接到杠桿支架120 上，并使得其繞該杠桿支架120轉動。圖加與2b示出了圖1的邏輯開關100的杠桿與杠桿支架的連接，其中圖2b是圖加的剖面示意圖。如圖加與2b所示，杠桿101的圓柱形軸102以過盈配合方式插入杠桿支架120 的軸孔103中，該軸孔103的截面基本呈圓形，以適于容納圓柱形軸102的部分或全部。在圖2所示的實施例中，圓柱形軸102的兩端被嵌入到軸孔103中。仍如圖1所示，在一個實施例中，力平衡基座123具有位于杠桿支架120兩側的第一部與第二部，其分別與杠桿101的兩端部分地重疊。當杠桿101受力后繞其軸孔103的軸心順時針轉動時，杠桿101的第一端與力平衡基座123的第一部接合，從而使得該力平衡基座123向杠桿101上加載平衡力以阻止杠桿101繼續順時針轉動；類似地，當杠桿101受力后繞其軸孔103的軸心逆時針轉動時，杠桿101的第二端與力平衡基座123的第二部接合，從而使得該力平衡基座123向杠桿101上加載平衡力。該力平衡基座123用于平衡感應元件121、偏置元件122加載在杠桿101上的力。調節螺釘104設置在杠桿101朝向微動開關105的一側，其可操作地接合微動開關105。當杠桿101順時針轉動而接合微動開關105時，該微動開關105受到杠桿101經由調節螺釘104施加的力。當這個力超過預定閾值時，微動開關105的狀態變化，例如由閉合狀態轉換為打開狀態，或者由打開狀態轉換為閉合狀態。當杠桿101逆時針轉動而離開微動開關105時，該微動開關105不再受到杠桿101經由調節螺釘104施加的力，或者所施加的力小于預定閾值，微動開關105的狀態也相應變化。在一個實施例中，杠桿101以及外殼IM采用鋅鋁合金構成，例如ZAMAK鋁材鑄造而成。鋅鋁合金輕巧堅固，并且耐磨抗壓。相對于以往通常采用鋼板彎曲而成的杠桿，這種采用鋅鋁合金鑄造而成的杠桿101可以避免杠桿101與外殼IM之間出現間隙，從而進一步提高了控制精度。微動開關105被安裝在外殼IM中，其通過接線柱107連接到被控設備上，以控制被控設備的工作。向微動開關105供電的電纜可以通過外殼IM上的出線套106連入外殼 124中。偏置元件122包括兩個偏置彈簧108與111，其中，偏置彈簧108通過彈簧座112 連接到杠桿101上，并通過彈簧座109連接到外殼IM上，其中，彈簧座112中具有圓形內孔113 ；而偏置彈簧111通過彈簧座114連接到杠桿101上，并通過彈簧座110連接到外殼 124上，其中彈簧座114中具有圓形內孔115。在實際應用中，偏置彈簧108與111被設置為基本垂直于杠桿101，以使得其所加載的預緊力也基本垂直于杠桿101，從而提高邏輯開關的精度。
感應元件121用于感應流體壓力、流體溫度等流體的特性，并在杠桿101上加載關聯于所感應的流體特性變化的感應力。在實際應用中，根據不同的應用需求或控制需求，可以使用不同的傳感器來作為感應元件121。圖3示出了圖1的邏輯開關100的感應元件。如圖3所示，盤133與波紋管焊接，管132與接頭135與波紋管焊接。管132與殼體131焊接，螺紋件136固定到殼體131上以限制波紋管134的運動。0型圈137將感應元件與邏輯開關的其他部件，例如圖1的外殼1 密封地連接。頂頭138則用于調節感應元件與杠桿之間力的傳遞的位置。圖4示出了圖3的感應元件與杠桿的連接。如圖4所示，感應元件具有朝向杠桿101的第一凸起141。該第一凸起141具體位于頂頭138的端部。杠桿101具有凹槽142，該凹槽142用于容納第一凸起141。其中，凹槽142具有朝向第一凸起141的凹球面143，而第一凸起141具有與該凹球面143匹配的凸球面144。相比于傳統的針狀結構的第一凸起，對于本發明的第一凸起141，當感應元件感應流體的壓力或溫度變化后朝向杠桿移動并接觸杠桿101時，凸球面的第一凸起141與杠桿101之間具有較大的接觸面積，因而接觸面所收到的壓強較小。因此，第一凸起141不易因與杠桿101的接觸而磨損，從而可以有效地降低邏輯開關的控制誤差，并提高邏輯開關的穩定性。仍如圖1所示，偏置元件122用于在杠桿101上加載預緊力。在一些實施例中，可以采用彈簧來作為偏置元件122，并通過彈簧的壓縮長度變化來控制偏置元件122所加載的預緊力的大小。外殼1 與杠桿101上分別設置一個彈簧座，從而使得彈簧的一端可以通過外殼1 上的彈簧座連接到外殼IM上，而彈簧的另一端則通過杠桿101上的彈簧座連接到杠桿101上。在傳統的邏輯開關中，彈簧座與杠桿都是平面與平面連接，由于彈簧受力壓縮后會旋轉，這會在杠桿上施加扭力，對于剛度較高的彈簧而言，這種扭力更大。加載在杠桿上的扭力會影響杠桿的受力分布，從而降低邏輯開關的控制精度。圖5示出了圖1的邏輯開關100的偏置元件與杠桿的連接。如圖5所示，偏置元件包括相互連接的偏置彈簧151與彈簧座152，其中該彈簧座 152具有與偏置彈簧151中心對準的圓形內孔153 ；杠桿101具有朝向該圓形內孔153的第二凸起154，該第二凸起IM具有與圓形內孔153匹配的凸面，從而使得其可以被至少部分地容納在圓形內孔153中。在一些實施例中，第二凸起154的凸面呈球面或半球面狀，或者呈圓錐面。由于第二凸起154與彈簧座152采用了球面連接，當偏置彈簧151被壓縮后帶動彈簧座152轉動時，第二凸起IM可以在圓形內孔153中轉動，從而可以避免偏置彈簧 151被壓縮后產生的扭力作用在第二凸起巧4上而影響杠桿101的控制精度。需要說明的是，在實際應用中，偏置元件可以包括一個或多個偏置彈簧以及對應的彈簧座，以分別地控制偏置元件加載在杠桿101上的預緊力。圖6示出了圖1的邏輯開關100的受力示意圖。接下來，結合圖6對邏輯開關100 的工作原理進行說明。如圖6所示，該邏輯開關包括杠桿161、感應元件162、偏置元件163、力平衡基座 164以及微動開關165。其中，杠桿161包括杠桿支點166，其受力后繞該杠桿支點166轉動。并且，偏置元件163包括兩個可調的偏置彈簧163a以及16 來加載預緊力。
在運行中，被控的流體壓力F通過感應元件162傳遞到杠桿161的右臂上。在微動開關165未觸發時，流體壓力產生的力矩超過偏置元件163的預緊力FpF2以及微動開關 165的作用力F。f作用在杠桿161上的合力矩，微動開關165實現狀態的下切換。在微動開關165觸發時，流體壓力產生的力矩小于偏置元件163的預緊力F1J2以及微動開關165的作用力F。f作用在杠桿161上的合力矩，則微動開關165實現狀態的上切換。可以理解，通過使用不同的微動開關165以及偏置元件163，可以控制邏輯開關100上切換和下切換的范圍，在此不再贅述。雖然上述實施例描述了本發明，但是應認為該闡明和描述是說明性的和示例性的，而不是限制性的；本發明不限于所上述實施方式。那些本技術領域的一般技術人員可以通過研究說明書、公開的內容及附圖和所附的權利要求書，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在權利要求中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，并且措辭“一個”不排除復數。在發明的實際應用中，一個零件可能執行權利要求中所引用的多個技術特征的功能。權利要求中的任何附圖標記不應理解為對范圍的限制。
權利要求
1.一種用于檢測流體特性的邏輯開關，其特征在于，包括杠桿，被耦接到杠桿支架上以使得其能夠繞所述杠桿支架轉動； 感應元件，用于感應流體特性的變化，并在所述杠桿上加載關聯于所感應的流體特性變化的感應力，所述感應元件具有朝向所述杠桿的第一凸起，所述杠桿具有凹槽，所述凹槽用于容納所述第一凸起；其中，所述凹槽具有朝向所述第一凸起的凹球面，所述第一凸起具有與所述凹球面匹配的凸球面；偏置元件，用于在所述杠桿上加載預緊力； 力平衡基座，用于在所述杠桿上加載平衡力；微動開關，其耦接到所述杠桿上，用于響應于所述感應元件、所述偏置元件以及所述力平衡基座加載在所述杠桿上的力的變化而閉合或斷開。
2.根據權利要求1所述的邏輯開關，其特征在于，所述凸球面的曲率半徑小于所述凹球面的曲率半徑。
3.根據權利要求1所述的邏輯開關，其特征在于，所述流體特性包括流體壓力或流體溫度。
4.根據權利要求1所述的邏輯開關，其特征在于，所述杠桿由鋅鋁合金構成。
全文摘要
本發明涉及一種用于檢測流體特性的邏輯開關。該邏輯開關包括杠桿，被耦接到杠桿支架上以使得其能夠繞所述杠桿支架轉動；感應元件，用于感應流體特性的變化，并在所述杠桿上加載關聯于所感應的流體特性變化的感應力，所述感應元件具有朝向所述杠桿的第一凸起，所述杠桿具有凹槽，所述凹槽用于容納所述第一凸起；其中，所述凹槽具有朝向所述第一凸起的凹球面，所述第一凸起具有與所述凹球面匹配的凸球面；偏置元件，用于在所述杠桿上加載預緊力；力平衡基座，用于在所述杠桿上加載平衡力；微動開關，其耦接到所述杠桿上，用于響應于所述感應元件、所述偏置元件以及所述力平衡基座加載在所述杠桿上的力的變化而閉合或斷開。
文檔編號H01H3/46GK102436966SQ201110445308
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者劉琢, 李曉濤, 王介蘭, 瞿晶晶, 趙知淵, 陳衛華, 齊麗華 申請人:上海瑞勃思能源科技有限公司, 中廣核工程有限公司