专利名称：用于检测流体特性的逻辑开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动控制技术领域，更具体地，涉及一种用于检测流体特性的逻辑开关。
背景技术：
逻辑开关(或称为压力逻辑开关)是一种广泛应用于自动化控制系统的控制仪表。逻辑开关通常用于测量气体或者液体等流体的压力或温度。在被测流体的压力或温度高于或低于额定值时，逻辑开关会相应动作而改变其所包含的微动开关的通断状态，进而达到自动控制的目的。现有的逻辑开关通常采用直顶式或刀支架杠杆式的控制器。直顶式控制器结构简单，但是其零部件加工精度要求高，而且其设定弹簧力与感压元件成直线，控制器压力较大。为了平衡较大的控制压力，需要采用刚度大的偏置元件，但刚度大的偏置元件产生的扭力以及应力较大，这会影响控制器的性能。刀支架杠杆式控制器采用由钢板弯曲而成的杠杆来传递所感测的压力或温度变化，其缺点是体型大，需要使用较多的波纹管，而且精度较差。
发明内容
基于上述分析，提供一种结构简单、精度高的逻辑开关是令人期待的。为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测流体特性的逻辑开关，包括杠杆，被耦接到杠杆支架上以使得其能够绕所述杠杆支架转动；感应元件，用于感应流体特性的变化，并在所述杠杆上加载关联于所感应的流体特性变化的感应力，所述感应元件具有朝向所述杠杆的第一凸起，所述杠杆具有凹槽，所述凹槽用于容纳所述第一凸起；其中，所述凹槽具有朝向所述第一凸起的凹球面，所述第一凸起具有与所述凹球面匹配的凸球面；偏置元件，用于在所述杠杆上加载预紧力；力平衡基座，用于在所述杠杆上加载平衡力；微动开关，其耦接到所述杠杆上，用于响应于所述感应元件、所述偏置元件以及所述力平衡基座加载在所述杠杆上的力的变化而闭合或断开。对于本发明的上述实施例的逻辑开关，由于感应元件上用于接合杠杆以在杠杆上加载感应力的第一凸起采用了凸球面的结构，相比于传统的针状结构的第一凸起，这种凸球面的第一凸起不易因与杠杆的接触而磨损，因而可以有效地降低逻辑开关的控制误差， 并提高逻辑开关的稳定性。本发明的以上特性及其他特性将在下文中的实施例部分进行明确地阐述。
通过下文对结合附图所示出的实施例进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同或相似的标号表示相同或相似的部件。图1示出了根据本发明一个实施例的逻辑开关100 ；图加与图2b示出了图1的逻辑开关100的杠杆与杠杆支架的连接；图3示出了图1的逻辑开关100的感应元件；图4示出了图3的感应元件与杠杆的连接；图5示出了图1的逻辑开关100的偏置元件与杠杆的连接；图6示出了图1的逻辑开关100的受力示意图。
具体实施例方式在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。在以下的具体描述中，参考了所附的附图。附图构成了本发明的一部分，在附图中通过示例的方式示出了能够实施本发明的特定的实施例。就这一点而言，方向性的术语，例如“左”、“右” “顶部”、“底部”、“前”、“后”、“引导”、“向前”、“拖后”等，参考附图中描述的方向使用。因此本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例， 也可以进行结构性或者逻辑性修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。图1示出了根据本发明一个实施例的逻辑开关100。在实际应用中，该逻辑开关 100通常连接到流体中，例如空气等中性气体以及水、致冷剂、油等液体，并用于测量流体的特性，例如流体的压力或流体的温度。该逻辑开关100可以将测量结果通过杠杆转移出来， 以避免传统接触式测量不能在强辐射环境或易燃易爆环境测量，以及电子测量元件不能接触腐蚀性流体的问题。如图1所示，该逻辑开关100包括杠杆101，其上设置有圆柱形轴102，该圆柱形轴102通过过盈配合方式插入杠杆支架120上的轴孔103中，以使得杠杆101能够绕圆柱形轴102转动；感应元件121，其可操作地耦接到杠杆101上，用于感应流体特性变化，并在杠杆 101上加载关联于所感应的流体特性变化的感应力；偏置元件122，其可操作地耦接到所述101上，用于在杠杆101上加载预紧力；力平衡基座123，其可操作地耦接到所述101上，用于在杠杆101上加载平衡力；微动开关105，其可操作地耦接到杠杆101上，用于响应于感应元件121、偏置元件 122以及力平衡基座123加载在杠杆101上的力的变化而闭合或断开。具体地，逻辑开关100包括外壳124，杠杆支架120即设置在该外壳124内，通常位于其内侧的一个面的中部。相应地，杠杆101的中部连接到该杠杆支架120上。杠杆101 上设置的圆柱形轴102具有与杠杆支架120的轴孔103的孔径基本相同或略大的直径，从而使得该圆柱形轴102可以以过盈配合方式插入到轴孔103中。在实际安装时，可以使用挤压工艺和润滑剂使得杠杆101与杠杆支架120的接触较为光滑以便于将圆柱形轴102插入轴孔103中。在一个实施例中，可以采用销来固定杠杆101。由于采用过盈配合方式连接杠杆101与杠杆支架120，既可以使得杠杆101能够绕圆柱形轴102与轴孔103的轴心灵活转动，又可以保证其间没有间隙，以避免杠杆101轴向的窜动。这可以保证杠杆101上的调节螺钉104相对于微动开关105的位置不变，从而保证逻辑开关100具有较高的控制精度与稳定性。可以理解，在实际应用中，杠杆101也可以通过其他连接方式连接到杠杆支架120 上，并使得其绕该杠杆支架120转动。图加与2b示出了图1的逻辑开关100的杠杆与杠杆支架的连接，其中图2b是图加的剖面示意图。如图加与2b所示，杠杆101的圆柱形轴102以过盈配合方式插入杠杆支架120 的轴孔103中，该轴孔103的截面基本呈圆形，以适于容纳圆柱形轴102的部分或全部。在图2所示的实施例中，圆柱形轴102的两端被嵌入到轴孔103中。仍如图1所示，在一个实施例中，力平衡基座123具有位于杠杆支架120两侧的第一部与第二部，其分别与杠杆101的两端部分地重叠。当杠杆101受力后绕其轴孔103的轴心顺时针转动时，杠杆101的第一端与力平衡基座123的第一部接合，从而使得该力平衡基座123向杠杆101上加载平衡力以阻止杠杆101继续顺时针转动；类似地，当杠杆101受力后绕其轴孔103的轴心逆时针转动时，杠杆101的第二端与力平衡基座123的第二部接合，从而使得该力平衡基座123向杠杆101上加载平衡力。该力平衡基座123用于平衡感应元件121、偏置元件122加载在杠杆101上的力。调节螺钉104设置在杠杆101朝向微动开关105的一侧，其可操作地接合微动开关105。当杠杆101顺时针转动而接合微动开关105时，该微动开关105受到杠杆101经由调节螺钉104施加的力。当这个力超过预定阈值时，微动开关105的状态变化，例如由闭合状态转换为打开状态，或者由打开状态转换为闭合状态。当杠杆101逆时针转动而离开微动开关105时，该微动开关105不再受到杠杆101经由调节螺钉104施加的力，或者所施加的力小于预定阈值，微动开关105的状态也相应变化。在一个实施例中，杠杆101以及外壳IM采用锌铝合金构成，例如ZAMAK铝材铸造而成。锌铝合金轻巧坚固，并且耐磨抗压。相对于以往通常采用钢板弯曲而成的杠杆，这种采用锌铝合金铸造而成的杠杆101可以避免杠杆101与外壳IM之间出现间隙，从而进一步提高了控制精度。微动开关105被安装在外壳IM中，其通过接线柱107连接到被控设备上，以控制被控设备的工作。向微动开关105供电的电缆可以通过外壳IM上的出线套106连入外壳 124中。偏置元件122包括两个偏置弹簧108与111，其中，偏置弹簧108通过弹簧座112 连接到杠杆101上，并通过弹簧座109连接到外壳IM上，其中，弹簧座112中具有圆形内孔113 ；而偏置弹簧111通过弹簧座114连接到杠杆101上，并通过弹簧座110连接到外壳 124上，其中弹簧座114中具有圆形内孔115。在实际应用中，偏置弹簧108与111被设置为基本垂直于杠杆101，以使得其所加载的预紧力也基本垂直于杠杆101，从而提高逻辑开关的精度。
感应元件121用于感应流体压力、流体温度等流体的特性，并在杠杆101上加载关联于所感应的流体特性变化的感应力。在实际应用中，根据不同的应用需求或控制需求，可以使用不同的传感器来作为感应元件121。图3示出了图1的逻辑开关100的感应元件。如图3所示，盘133与波纹管焊接，管132与接头135与波纹管焊接。管132与壳体131焊接，螺纹件136固定到壳体131上以限制波纹管134的运动。0型圈137将感应元件与逻辑开关的其他部件，例如图1的外壳1 密封地连接。顶头138则用于调节感应元件与杠杆之间力的传递的位置。图4示出了图3的感应元件与杠杆的连接。如图4所示，感应元件具有朝向杠杆101的第一凸起141。该第一凸起141具体位于顶头138的端部。杠杆101具有凹槽142，该凹槽142用于容纳第一凸起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具有与该凹球面143匹配的凸球面144。相比于传统的针状结构的第一凸起，对于本发明的第一凸起141，当感应元件感应流体的压力或温度变化后朝向杠杆移动并接触杠杆101时，凸球面的第一凸起141与杠杆101之间具有较大的接触面积，因而接触面所收到的压强较小。因此，第一凸起141不易因与杠杆101的接触而磨损，从而可以有效地降低逻辑开关的控制误差，并提高逻辑开关的稳定性。仍如图1所示，偏置元件122用于在杠杆101上加载预紧力。在一些实施例中，可以采用弹簧来作为偏置元件122，并通过弹簧的压缩长度变化来控制偏置元件122所加载的预紧力的大小。外壳1 与杠杆101上分别设置一个弹簧座，从而使得弹簧的一端可以通过外壳1 上的弹簧座连接到外壳IM上，而弹簧的另一端则通过杠杆101上的弹簧座连接到杠杆101上。在传统的逻辑开关中，弹簧座与杠杆都是平面与平面连接，由于弹簧受力压缩后会旋转，这会在杠杆上施加扭力，对于刚度较高的弹簧而言，这种扭力更大。加载在杠杆上的扭力会影响杠杆的受力分布，从而降低逻辑开关的控制精度。图5示出了图1的逻辑开关100的偏置元件与杠杆的连接。如图5所示，偏置元件包括相互连接的偏置弹簧151与弹簧座152，其中该弹簧座 152具有与偏置弹簧151中心对准的圆形内孔153 ；杠杆101具有朝向该圆形内孔153的第二凸起154，该第二凸起IM具有与圆形内孔153匹配的凸面，从而使得其可以被至少部分地容纳在圆形内孔153中。在一些实施例中，第二凸起154的凸面呈球面或半球面状，或者呈圆锥面。由于第二凸起154与弹簧座152采用了球面连接，当偏置弹簧151被压缩后带动弹簧座152转动时，第二凸起IM可以在圆形内孔153中转动，从而可以避免偏置弹簧 151被压缩后产生的扭力作用在第二凸起巧4上而影响杠杆101的控制精度。需要说明的是，在实际应用中，偏置元件可以包括一个或多个偏置弹簧以及对应的弹簧座，以分别地控制偏置元件加载在杠杆101上的预紧力。图6示出了图1的逻辑开关100的受力示意图。接下来，结合图6对逻辑开关100 的工作原理进行说明。如图6所示，该逻辑开关包括杠杆161、感应元件162、偏置元件163、力平衡基座 164以及微动开关165。其中，杠杆161包括杠杆支点166，其受力后绕该杠杆支点166转动。并且，偏置元件163包括两个可调的偏置弹簧163a以及16 来加载预紧力。
在运行中，被控的流体压力F通过感应元件162传递到杠杆161的右臂上。在微动开关165未触发时，流体压力产生的力矩超过偏置元件163的预紧力FpF2以及微动开关 165的作用力F。f作用在杠杆161上的合力矩，微动开关165实现状态的下切换。在微动开关165触发时，流体压力产生的力矩小于偏置元件163的预紧力F1J2以及微动开关165的作用力F。f作用在杠杆161上的合力矩，则微动开关165实现状态的上切换。可以理解，通过使用不同的微动开关165以及偏置元件163，可以控制逻辑开关100上切换和下切换的范围，在此不再赘述。虽然上述实施例描述了本发明，但是应认为该阐明和描述是说明性的和示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所上述实施方式。那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。在发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。
权利要求
1.一种用于检测流体特性的逻辑开关，其特征在于，包括杠杆，被耦接到杠杆支架上以使得其能够绕所述杠杆支架转动； 感应元件，用于感应流体特性的变化，并在所述杠杆上加载关联于所感应的流体特性变化的感应力，所述感应元件具有朝向所述杠杆的第一凸起，所述杠杆具有凹槽，所述凹槽用于容纳所述第一凸起；其中，所述凹槽具有朝向所述第一凸起的凹球面，所述第一凸起具有与所述凹球面匹配的凸球面；偏置元件，用于在所述杠杆上加载预紧力； 力平衡基座，用于在所述杠杆上加载平衡力；微动开关，其耦接到所述杠杆上，用于响应于所述感应元件、所述偏置元件以及所述力平衡基座加载在所述杠杆上的力的变化而闭合或断开。
2.根据权利要求1所述的逻辑开关，其特征在于，所述凸球面的曲率半径小于所述凹球面的曲率半径。
3.根据权利要求1所述的逻辑开关，其特征在于，所述流体特性包括流体压力或流体温度。
4.根据权利要求1所述的逻辑开关，其特征在于，所述杠杆由锌铝合金构成。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测流体特性的逻辑开关。该逻辑开关包括杠杆，被耦接到杠杆支架上以使得其能够绕所述杠杆支架转动；感应元件，用于感应流体特性的变化，并在所述杠杆上加载关联于所感应的流体特性变化的感应力，所述感应元件具有朝向所述杠杆的第一凸起，所述杠杆具有凹槽，所述凹槽用于容纳所述第一凸起；其中，所述凹槽具有朝向所述第一凸起的凹球面，所述第一凸起具有与所述凹球面匹配的凸球面；偏置元件，用于在所述杠杆上加载预紧力；力平衡基座，用于在所述杠杆上加载平衡力；微动开关，其耦接到所述杠杆上，用于响应于所述感应元件、所述偏置元件以及所述力平衡基座加载在所述杠杆上的力的变化而闭合或断开。
文档编号H01H3/46GK102436966SQ201110445308
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者刘琢, 李晓涛, 王介兰, 瞿晶晶, 赵知渊, 陈卫华, 齐丽华 申请人:上海瑞勃思能源科技有限公司, 中广核工程有限公司