专利名称：液柱式压力敏感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对作用于其上的气体或液体的压力敏感的压力敏感装置。
水银气压计和水银真空计是利用灌装在玻璃管中的水银柱的高度或两水银柱的高度之差来测量气体的压力的，是一种液柱式压力计，亦是一种对气体的压力敏感的压力敏感装置，这种测量压力的技术是一种上个世纪就已公知的技术，如Phil，Mag.，48，110，1874记载的Mcleod真空计就是这种液柱式压力计中的一种，这类液柱式压力敏感装置有许多缺点，如只能测量气体的压力而不能测量液体的压力;只能测量真空度和低压气体的压力，不能测量中压或高压气体的压力;除了测量的气压的压力变动范围极小的情况除外，这种压力敏感装置中必须采用水银作为工作液，而水银蒸汽是有毒的气体;没有传感器功能，不能进行遥测。由于存在这些缺点，因此这类液柱式压力敏感装置历来只能用作真空计或专门压力计使用，从来未能进入家庭成为普及型气象仪表，从未用于液体压力的测量，从未用于稍高的压力的测量，并且随着技术的进步，这类液柱式压力敏感装置中的水银真空计已从真空测量中被淘汰，另一种水银气压计也已基本上被淘汰。
实际上，液柱式压力敏感装置仍有一些很好的优点，如结构比较简单，指示是直接的等。为使这些优点得以保留和发展，使液柱式压力敏感装置获得新的生命，本实用新型给出了一类新型的液柱式压力敏感装置，并在此基础上进一步发展出能作为压力传感器的液柱式压力敏感装置、既可直观又兼有压力传感器功能的液柱式压力敏感装置以及对液位高低敏感的液柱式压力敏感装置。这类新型的液柱式压力敏感装置保留了已有过的液柱式压力敏感装置的基本特点-将压力变换成液柱的变化，并可根据需要将其制成适合于从低真空、大气压、低压到中压或更高些的压力等各种压力范围内对气体或/和液体的压力进行测量或控制的真空计、真空压力计、压力计、压力传感器、液位计，而且其中的工作液体还可采用范围宽广得多的各种液体而不一定要用水银。
本发明的对气体或液体的压力敏感但不能用作压力传感器的液柱式压力敏感装置由一根透明的管子，一个压力-容积变换器和适量的液体或适量的液体和填充物组成。透明管子可以是两端开口的管子，也可以是一端开口一端封闭的管子。压力-容积变换器是一个有一个孔口的弹性空腔装置，在一侧压力的作用下其空腔容积能发生变化。管子的开口端和压力-容积变换器的孔口通过焊接或粘结紧密连接成一体，液体或液体和填充物就灌装在由管子和压力-容积变换器围成的空腔中。其具体结构可以有多种形式，
图1至图9给出了一些最基本的能测量气体或液体的压力的液柱式压力敏感装置的结构图。
图1所示的液柱式压力敏感装置由一根透明的管子1，一个波纹管2，一个堵头4和适量的液体或适量的液体和填充物3组成。波纹管一端与堵头紧密焊接成一体，另一端与管子紧密焊接或紧密粘接成一体。管子、波纹管和堵头围成了一个空腔，液体或液体和填充物3就灌装在这个空腔中。堵头4上一般地制有一个台阶，供波纹管和堵头焊接时彼此定位之用。
图2所示的液柱式压力敏感装置由一根透明的管子1，一个波纹管2，一个堵头4，一个接口5和适量的液体或适量的液体和填充物3组成。接口5中有一个通孔6，通孔6的一端与管子1的一端紧密焊接或紧密粘结成一体。波纹管2的一端与接口5上的通孔6之另一端所在的表面紧密焊接，波纹管的另一端则与堵头4紧密焊接成一体。管子1、接口5、波纹管2和堵头4围成了一个空腔，液体或液体和填充物3就灌装在这个空腔内。
图3所示的液柱式压力敏感装置由一根透明的管子1，一个接头5，多个彼此可以套合的波纹管2，一个堵头4和适量的液体或适量的液体和填充物3组成。接头5中有一个通孔6，通孔的一端与管子1的一端紧密焊接或紧密粘结成一体。各波纹管2的一端与接口5上的通孔6之另一端所在的表面焊接成一体，各波纹管的另一端则与堵头4焊接成一体。通孔6还可以有一些支孔，以与各波纹管之间的空间夹层相通。各波纹管中至少最外面的波纹管与接口5、波纹管2和堵头4围成一个空腔，液体或液体和填充物3就灌装在这个空腔内。
图4所示的液柱式压力敏感装置由一根透明的管子1，一个波纹管2，一个堵头4，一个接头5，一个或多个彼此可以套合的压缩弹簧7和适量的液体或适量的液体和填充物3组成。接口5中有一个通孔6，通孔6的一端与管子的一端紧密焊接或紧密粘结成一体。波纹管2的一端与接口5上的通孔之另一端所在的表面紧密焊接成一体，波纹管的另一端则与堵头4紧密焊接成一体。弹簧7在波纹管内，其轴线一般与波纹管的轴线平行或重合。管子、波纹管，接口和堵头围成一个空腔，液体或液体和填充物3就灌装在这个空腔内。
图5所示的液柱式压力敏感装置由一根透明的管子1，一个波纹管2，一个堵头4，一个或多个彼此可以套合的压缩弹簧7，一个螺纹接头8，一个接口9和适量的液体3组成。螺纹接头内有一个通孔10，侧面制有圆柱外螺纹，通孔的一端与管子的一端紧密焊接或紧密粘结成一体。接口9内有一个直通通孔，通孔内制有与螺纹接头的圆柱外螺纹相配的圆柱内螺纹。接口9的一端与波纹管的一端紧密焊接成一体，波纹管的另一端与堵头紧密焊接成一体。弹簧7在堵头和螺纹接头之间并与波纹管同轴线。管子、螺纹接头、接口、波纹管和堵头4围成一个空腔，液体或液体和填充物3就灌装在这个空腔内。
图6所示的液柱式压力敏感装置由一根透明的管子1、一个波纹管2、一个缸体14、一个连接环15、一个堵头16、和适当的液体或适量的液体和填充物3组成。缸体14有一个内径比波纹管的外径要大的开口空腔和一个与该空腔底部空间相通的通孔，通孔的不与开口空腔相接的一端与管子的一端紧密焊接或紧密粘结成一体，开口空腔的腔口与连接环15的外圆紧密焊接成一体，连接环又与波纹管的一端紧密焊接成一体，波纹管的另一端则与堵头紧密焊接成一体。波纹管和堵头位于缸体的空腔内。管子、缸体、连接环、波纹管和堵头围成一个空腔，液体或液体和填充物3就灌装在这个空腔内。
图7所示的液柱式压力敏感装置由一根透明的管子1，一个缸体14，一个连接环15，多个可以彼此套合的波纹管2，一个堵头16和适量的液体3组成。缸体14有一个内径比最外一个波纹管的外径要大的开口空腔和一个与该空腔底部空间相通的通孔，通孔的不与开口空腔相接的一端与管子的一端紧密焊接或紧密粘接成一体，开口空腔的腔口与连接环的外圆紧密焊接成一体，连接环又与诸波纹管的一端焊接，诸波纹管的另一端则与堵头焊接成一体，其中最里面一个波纹管与连接环和堵头之间的焊接是紧密焊接。堵头上还可以钻有一些通孔，使各波纹管之间的空间夹层与开口空腔底部相通。波纹管和堵头位于开口空腔内。管子、缸体、连接环、波纹管和堵头围成一个空腔，液体或液体和填充物3就灌装在这个空腔内。
图8所示的液柱式压力敏感装置由一根透明的管子1，一个缸体14、一个连接环15、一个波纹管2、一个堵头16、一个或多个彼此可以套合的压缩弹簧17和适量的液体或适量的液体和填充物3组成。缸体14有一个内径比波纹管外径要大的开口空腔和一个与该空腔底部空间相通的通孔，通孔的不与开口空腔相接的一端与管子的一端紧密焊接或紧密粘结成一体，开口空腔的腔口与连接环的外圆紧密焊接成一体，连接环又与波纹管的一端紧密焊接成一体，波纹管的另一端则与堵头紧密焊接成一体。波纹管和堵头位于开口空腔内。弹簧在堵头和开口空腔底面之间。管子、缸体、连接环、波纹管和堵头围成一个空腔，液体或液体和填充物3就灌装在这个空腔内。
图9所示的液柱式压力敏感装置由一根透明的管子1、一个螺纹接头8、一个缸体18、一个连接环15、一个波纹管2、一个堵头16、一个或多个彼此可以套合的压缩弹簧17和适量的液体或适量的液体和填充物3组成。螺纹接头内有一个通孔，侧面制有圆柱外螺纹，通孔的一端与管子的一端紧密焊接或紧密粘结成一体。缸体18的一端有与螺纹接头的圆柱外螺纹相配的圆柱内螺纹，另一端是一个内径比波纹管的外径要大的圆筒，内螺纹孔与圆筒内腔相通。圆筒筒口与连接环的外圆紧密焊接成一体，连接环又与波纹管的一端紧密焊接成一体，波纹管的另一端则与堵头紧密焊接成一体。波纹管和堵头位于圆筒内。弹簧位于堵头和螺纹接头之间。管子、螺纹接头、缸体、连接环、波纹管、堵头围成了一个空腔，液体或液体和填充物3就灌装在这个空腔内。
上述的液柱式压力敏感装置可用作低真空计、压力真空计、气压计、各种压力量程的压力计、高度计或液位计等等。
图1所示的压力敏感装置中的压力-容积变换器由图中的波纹管2和堵头4组成。图2和图3所示的压力敏感装置中的压力-容积变换器由图中的波纹管2、堵头4和接口5组成。图4所示的压力敏感装置的压力-容积变换器由图中的波纹管2、堵头4、接口5和弹簧7组成。图5所示的压力敏感装置中的压力-容积变换器由波纹管2、堵头4、螺纹接头8、接口9和弹簧7组成。图6和图7所示的压力敏感装置中的压力-容积变换器由波纹管2、堵头16、连接环15、缸体14组成。图8所示的压力敏感装置的压力-容积变换器由波纹管2、堵头16、连接环15、缸体14和弹簧17组成。图9所示的压力敏感装置中的压力-容积变换器由波纹管2、堵头16、连接环15、缸体14和弹簧17组成。图9所示的压力敏感装置中的压力-容积变换器由波纹管2、堵头16、连接环15、缸体14、螺纹接头8和弹簧17组成。
接口5、缸体14和18以及螺纹接头8中的通孔与管子1焊接或粘结的一端一般有一个止口，管子1就焊在该止口内或粘结在该止口内。
接口5、螺纹接头8、堵头4和16、连接环15以及图8中的缸体的底部一般均有供波纹管或/和弹簧定位用的台阶或/和槽。
图5和图9所示的液柱式压力敏感装置可通过旋转螺纹接头8来调整压力敏感装置内空腔的容积和弹簧的压缩程度，比较方便，但调好后，一般应将螺纹接头8和接口9或缸体18紧密焊接或紧密粘结起来，这样可防止液体3的泄漏或挥发。
图6至图9中的堵头16的周边一般加工有一个或一些缺口，使波纹管和缸体内壁之间的空间夹层能和开口空腔底部相通。
图1至图9所示的液柱式压力敏感装置，当作用在液面上的压强和作用在波纹管和堵头上的压强不相等时，或者说波纹管和堵头两侧的压强不相等时，波纹管和堵头上就受到两侧压差不相等所造成的力，该力迫使波纹管变形，使压力敏感装置内的空腔的容积产生变化，迫使空腔内的液体沿着管腔上升或下降，通过观察液面的高低就可知道作用在波纹管和堵头外侧的要测量的气体或液体的压强。
图1至图9所示的各种液柱式压力敏感装置中的管子1的非焊接或非粘结端可以是封闭的或不封闭的。当管端不封闭时，该压力敏感装置不能进行大气压力的测量，因为这时作用在液面上和作用在波纹管和堵头上的压强相同;这种压力敏感装置也不适宜用作真空计或低压压力计，这是因为作用在液面上的大气压力并非恒定压力，而是经常波动的，因此作真空计或低压压力计使用时，由于大气压力的波动而使测量精度极低而不能用;这种压力敏感装置用于中压和高压的测量误差就很小。但这种压力敏感装置中的液体3易受到污染或易于蒸发，从而很快降低了测量精度，因此最好将管子的不封闭端的外壁制成波纹状，其上再蒙上例如一个气球。
当管端封闭时，管内作用在液面上的压力就可任意控制，最好的是抽成真空，也可封入一定压力的气体，其压力可以低于或高于大气压。抽成真空时，就可近似把作用在液面上的压力看作零，这样管内液面的高低就与管内气压无关，而只取决于所要测量的气体或液体的压力。这种抽成真空的液柱式压力敏感装置可用作测量大气压强的气压计，可用作测量低真空的真空计，可用作测量高于大气压的压力计。
一般地，用作气压计、真空计或低压压力计的液柱式压力敏感装置可采用图1、图2或图6所示结构。用作测量较高压力的压力计时，则可采用图2至图9所示的结构。
图6至图9所示的各种液柱式压力敏感装置中的堵头的直径可以如图那样与缸体开口空腔或圆筒的内径成动配合，也可比开口空腔或圆筒的内径小。
当液柱式压力敏感装置用于测量容器中的气体或液体的压强时，该压力敏感装置一般地要安装在容器的器壁上或管道的接头上。为了便于安装，对于有接口5，或有接口9，或有缸体14或18的图2至图9所示结构的液柱式压力敏感装置，其接口或缸体上可如图2中的接口5那样有一个环状凸缘，或者如图3中的接口5或如图6中的缸体那样有一个法兰盘，或者如图4中的接口那样既有一个环状凸缘，又有连接螺纹。当液柱式压力敏感装置的接口或缸体上只有环状凸缘时，该压力敏感装置只能通过粘结或焊接安装到容器壁上的预留孔上或管道的接头上。当液柱式压力敏感装置的接口或缸体上有法兰盘时，则用螺栓和密封垫圈将压力敏感装置安装在容器壁上的或管道上的法兰上。当液柱式压力敏感装置的接口或缸体上有环状凸缘又有连接螺纹时，则可将压力敏感装置安装到容器壁上的预留螺孔上或安装到管道上的螺纹接头上，其间一般加有密封圈。另外，在螺纹接头和有外螺纹的接口或缸体上一般还应在其没有制出螺纹的侧面部份铣出几个供搬手夹持的侧平面或钻几个不与压力敏感装置内腔相通的浅孔，或在有环状凸缘和外螺纹的接口或缸体的环状凸缘上加工出几个槽，以便能用适当的工具将之拧在相应的螺孔上。侧平面数可为二个，四个或六个，浅孔或槽的数量可为2、3或4。另外，将压力敏感装置安装在容器器壁或管道上所需要的法兰盘或螺纹也可不制作在接口或缸体上，而如图1所示那样将法兰制作在堵头4上，或如图6、图8所示那样将法兰或螺纹制作在连接环15上，或者将螺纹制成圆锥螺纹而不需要法兰。
螺纹接头8中的通孔8，接口5中的通孔6以及缸体上的通孔可以是直通的通孔，或是弯折有一定角度的通孔。
图1至图9所示的各种液柱式压力敏感装置的波纹管亦可用其它合适的弹性元件取代，如图1、图2和图6所示的液柱式压力敏感装置中的波纹管和堵头可用膜盒取代。图6至图9所示的液柱式压力敏感装置的波纹管和堵头或波纹管和堵头和连接环可用膜片取代。
液体3可以是有机液体、无机液体、酸、碱、盐的水溶液或是这些液体的混合液或悬浊液。其中以汞、水、盐的水溶液为最好。当液体为无色或浅色的液体时，最好在其中加入染料或着色剂使之着色，好成为深色的或鲜艳颜色的，如红、黑、棕、绿等色的液体。液体最好采用膨胀系数应尽可能低些的液体。
波纹管可以是非焊接的波纹管，也可以是焊接波纹管。波纹管、膜盒或膜片可以是用黄铜制成的，或是用锡青铜制成的，或是用磷青铜制成的，或是用铍青铜制成的，或是用不锈钢如1Cr18Ni9Ti不锈钢制成的，或是用塑料制成的。当液柱式压力敏感装置所用的波纹管或膜盒或膜片是用黄铜、锡青铜、磷青铜或铍青铜制成的，该压力敏感装置的除了管子、液体以及波纹管或膜盒或膜片以外的其它零件一般是用铜，黄铜、锡青铜、磷青铜、铍青铜或其它铜合金制成的。当波纹管或膜盒或膜片是用不锈钢制成的时候，压力敏感装置的除了管子、液体以及波纹管或膜盒或膜片以外的其它零件一般是用碳素钢、低合金钢、不锈钢或其它成份的钢制成的。另外，液柱式压力敏感装置中的波纹管或膜盒或膜片亦可以是用强度较高和弹性较好的塑料如聚酯、聚碳酸酯、尼龙、氟塑料、缩醛塑料制成的，这种压力敏感装置的除了液体和波纹管或膜盒或膜片以外的其它零件最好亦是用塑料，特别是用同种塑料制成的，但管子则应是用透明的光学塑料制成的。当液柱式压力敏感装置中的液体是对压力敏感装置的零件有腐蚀性的液体时或压力敏感装置要测量其压强的气体或液体是对压力敏感装置的零件有腐蚀性的气体或液体时，压力敏感装置的压力-容积变换器的内表面或/和外表面上最好涂镀一层防腐蚀的薄膜，如金膜、铂膜、铑膜、二氧化硅膜、碳膜或塑料薄膜。
透明管子1可以是用玻璃制成的，或是用熔融石英制成的、或是用有机玻璃制成的，或是用其它透明的光学塑料制成的。管子可以是直管，或是L形管，或是，管口在侧面支管上的形管，或是其它合适的形状的管子。为了能更清晰地看清楚管中的液柱，管子的一侧可以是白色的或彩色的，该色彩可以是在制造管子时加入到材料中的，也可以是涂刷在管子外壁上的，或是镀或贴在管壁上的。管子上一般还可以有表示压力高低的刻度和数字或/和有表示海拨高度的刻度和数字或表示液位高低的刻度和数字。
将上述的只能测量气体或液体的压力而不能作为压力传感器的液柱式压力敏感装置中的透明管子改为一个透明的电阻管或一个不透明的电阻管，并限定灌装在其中的液体为导电液体，则该液柱式压力敏感装置就成为一种既可直观又可兼作压力传感器的液柱式压力敏感装置或成为一种不能观看仅能作为压力传感器的液柱式压力传感器。电阻管是一根绝缘的、其内有沿着管腔竖直段设置的电阻体和引出电极的管子，有一个开口或两个开口。电阻管的一个开口和压力-容积变换器的孔口仍然通过焊接或粘结紧密连接成一体。导电液体或导电液体和填充物的灌装量应保证在所测量的压力范围内导电液体总能和电阻体接触。当所要测量的气体或液体的压力发生变化时，压力-容积变换器的容积也随之发生变化并迫使导电液体沿管腔上升或下降，使不浸于导电液体中的电阻体的长度随之发生变化，也即不浸于导电液体中的那部份电阻体的电阻值会发生相应的变化，通过测量不浸入导电液体中的那部份电阻体的电阻值或测量一个恒定电压加于该部份电阻体上所形成的电流值或测量一个恒定电流通过该部份电阻体时所产生的电压降的数值就能测量出作用在压力-容积变换器上的压强。因此采用电阻管的液柱式压力敏感装置就具有压力传感器的功能而成为一类新型的压力传感器。当电阻管是透明电阻管时，则可既通过观察导电液体液柱的高低来确定所测压强的高低，又可通过测量电阻体的电阻值或流过该电阻体的电流或该电阻体上的电压降来确定所测压力的高低，是一种具有双重测量功能的压力敏感装置，而现有的各种压力计和压力传感器都没有这种双重测量功能。
电阻管的结构可以是多种多样的，图10至图18给出了电阻管的一些结构图。
图10所示的电阻管由管子25，镀在管子内壁上的薄膜电阻26、一根引出电极27和一条连线28组成。薄膜电阻可以镀在管子的整个内壁上，或者不镀满整个内壁，而是镀成一长条。连线28将薄膜电阻和引出电极牢固地连接起来。管子25可以是两端开口的，或是一端开口一端封闭的。薄膜电阻的一端经引出电极与外界连接，另一端经导电液体、压力-容积变换器与外界连接。
图11所示的电阻管和图10所示的类似，只不过薄膜电阻26做成二条，有二个引出电极27和二条连线28使二条薄膜电阻的上端与外界连接，二条薄膜电阻的下端因浸于导电液体中而自然地连接在一起。
图12所示的电阻管由管子25，二个引出电极27和一条金属电阻丝26组成，金属电阻丝张紧焊接在二个引出电极上。
图13所示电阻管则由管子25，三个引出电极27和一条金属电阻丝26组成，金属电阻丝张紧焊接在三个引出电极上形成V字形。这种结构使电阻26的阻值可有三种选择。
在图10至图13所示的电阻管中，引出电极从管子的侧壁引出，由于管腔直径不大，因此电阻体26和引出电极之间的焊接比较困难。
图14和图15所示电阻管是图12和图13所示电阻管的改进型。图14所示电阻管由一根两端封闭，侧面有一开口支管的管子25，一根金属电阻丝26，两条引出线27和二个管帽30组成。电阻丝张紧焊接在二引出线上，引出线与管帽焊接，管帽则粘紧在管端上。图15所示电阻管由一根与图14中的管子相同的管子25，一根弯折成V字形的金属电阻丝26，三条引出线27和二个管帽组成，三条引出线中有两条在同一管端，管帽中有一个是有双电极的管帽，该管帽的二电极与在同一管端的二引出线焊接，另一引出线则与第三条引出线焊接。两管帽分别粘结在管子的二端。
图16和图17所示电阻管是图10和图11所示电阻管的改进型。图16和图17所示电阻管都有一根一端封闭，管中有一芯柱31，芯柱31和管子封闭端连接在一起的带芯柱的管子25。另外，图16所示电阻管还包括一个镀在芯柱上的薄膜电阻26，一个引出电极27和一根连线28，薄膜可以镀在整个芯柱的表面，或者不镀满整个表面而是镀成一长条，引出电极从管子的封闭端引出管外，连线将薄膜电阻和引出电极牢固地连接起来。图17所示电阻管还包括两个镀在芯柱上的条形薄膜电阻26，二个引出电极27和二根连线28，引出电极从管子的封闭端引出管外，连线将薄膜电阻和引出电极牢固地连接起来，二电阻的下端浸在导电液体中而自然地连接起来。
图18所示的电阻管是图17所示电阻管的改进型，由一根有芯柱31的一端封闭的管子25，一根金属电阻丝26，二条引出线27和一个有二个电极的管帽组成。芯柱自由端有一道槽或一个孔或封接有一短接线柱。电阻丝绕过该槽或穿过该孔后两端与引出线牢固焊接，或电阻丝的中点与短接线柱焊接，两端与引出线牢固焊接，两条引出线则与管帽上的两电极焊接，管帽则粘结在管子的封闭端上。同样可得出图16所示电阻管的改进型结构。
采用电阻丝时，电阻管若采用图12、13、14、15、18所示结构，则电阻丝的电阻值一般不很大，除非电阻丝做很细，但太细的电阻丝在加工过程和装配过程中易于损坏。为使电阻丝有较大的电阻值又不致太细，可采用图19或图20所示结构。图19和图20所示的电阻管都有一个包括一个芯柱31的管子25，管子25的一端封闭，芯柱31与管子的封闭端连成一体。芯柱上制有螺旋形凹槽。在图19所示电阻管中的芯柱的自由端有一根其一端埋于芯柱中的金属短接线柱，在图20所示电阻管中的芯柱的自由端也有一根同样的短杆，或是有一个槽或一个孔。图19所示电阻管还包含一根金属电阻丝26，一个引出电极27，电阻丝绕在芯柱的螺旋槽中，一端与金属短接线柱紧密连接，一端则与引出电极连接。图20所示电阻管则还包含一根金属电阻丝，二条引出线27和一个有二个电极的管帽30，电阻丝焊定在金属短接线柱上或绕过芯柱自由端上的槽或穿过芯柱自由端上的孔后绕在芯柱上的双螺旋槽里然后与二引出线焊接，二引出线与管帽上的二电极焊接，管帽则粘结在管子的封闭端上。
图12至图15和图18至图20所示电阻管中的金属电阻丝的材质可以是铂、铑、钽、钨、钼、镍铬合金。图10、11、16、17所示电阻管中的薄膜电阻，其材质可以是金属的，如铂、铑、钽、钨、钼、镍铬合金等，也可以是非金属的，如氧化铟半导体薄膜电阻、氧化锡半导体薄膜电阻、氧化锌半导体薄膜电阻或氮化钽薄膜电阻等。
图10至图20所示电阻管中的管子是用绝缘材料制成的管子，可以是透明或不透明的熔融石英管、玻璃管、塑料管。或是不透明的陶瓷管。不透明管子的电阻管只适于制作液柱式压力传感器，透明管子的电阻管可用于制作既可直观又可作压力传感器的压力敏感装置。当管子是透明塑料管时，该管一般是用光学塑料制成的管子。
引出电极可以是铜质的、铂质的、钨质的、钼质的、铁铬合金的、铁镍铬合金的、可伐合金的、银饿合金的、或是杜美丝。用这些材料制成的引出电极可以和玻璃形成不漏气的结合，因此特别适用于作为采用玻璃管子且需抽真空或充气或不充气的可直观又可作压力传感器的液柱式压力敏感装置或压力传感器的引出电极，而且玻璃管也是最普通易得且价格低廉的材料。如果管子用的是塑料管，则也可以用这些材料制作引出电极，但由于它们与塑料管不能形成不漏气的结合，因此最好在引出电极和塑料管的结合处辅以粘结材料如环氧树脂等，以增强其密封性，或者引出电极采用膨胀系数与管子的塑料材质的膨胀系数相近或相同的导电塑料制作，导电的聚乙炔就是这种导电塑料中的一种。同样，图10、11、16、17中的薄膜电阻也可采用聚吡咯导电薄膜。
图14、15、18、20所示电阻管采用的是引出线和管帽结构，实际上引出线和管帽可用图19所示的引出电极取代。同样，图19所示电阻管的引出电极也可用引出线和管帽取代，图16和图17电阻管中的引出电极或者还有连线也可用引出线和管帽取代。
既可直观又可作压力传感器的液柱式压力敏感装置中的导电液体可以是汞、酸、碱或盐的水溶液，一般最好采用汞或盐的水溶液。盐的水溶液最好是有色的，如果无色，则应加入染料或着色剂使之具有鲜明的颜色以便于观看。只能用作压力传感器的液柱式压力敏感装置中的导电液体同样可以是汞、酸、碱或盐的水溶液，但不一定要求导电液体是有色的。
上述采用电阻管的液柱式压力敏感装置同样可用作为真空计、压力真空计、气压计、各种压力量程的压力计、高度计或液位计等等。
将上述的采用电阻管的液柱式压力敏感装置中的电阻管改为有若干个电极的接点管，则该液柱式压力敏感装置就可用作对压力敏感的开关，特别适于用作液位计。接点管是一根绝缘的有着一个开口或二个开口，沿管腔的竖直段分布有若干个高低不等的电极的透明或不透明的管子。该液柱式压力敏感装置的压力-容积变换器在液位高低变化造成的压力的作用下会迫使该液柱式压力敏感装置中的导电液体沿管腔上升或下降，而与各电极依次接通或断开，这就象开关的接通和断开一样。图21至图24给出了一些接点管的结构。
图21所示接点管由一根绝缘的两端开口的管子25和若干沿管高分布的电极33组成。图22所示接点管由一根绝缘的一端封闭一端开口的管子25和若干个沿管高分布的电极33组成。
图23所示接点管则由一根绝缘的、一端封闭的、有芯柱31的管子25，镀在芯柱上的若干条长短各异的导体薄膜或电阻薄膜和同等数量的引出电极27和连线28组成。图24所示接点管由一根绝缘的、一端封闭的有芯柱31的管子25，若干根长短不同的金属丝33和在封闭端的同样数量的引出电极27和嵌在芯柱上的短接线柱34组成，每一金属丝33就焊在一个引出电极和一根短接线柱上。对于图23和图24所示的接点管也可和图16至图18一样用细的引出线取代粗引出电极，为保护引出线，可再在管端加一有相同电极数目的管帽，每一引出线与管帽的一个电极焊接，管帽则通过粘结固定在管端上。
此外还可将接点管和电阻管合并成一个既具有接点管开关功能又具有电阻管功能的接点电阻管。
组成接点管的绝缘管25的材质、导体薄膜或电阻薄膜的材质、金属丝的材质、引出电极的材质和组成电阻管的绝缘管的材质、薄膜电阻的材质、金属丝的材质、引出电极的材质都可以是相同的。
组成电阻管或组成接点管的绝缘管25可以是直管、或是L形管、或是管口在侧面支管上的形管或其它合适外形的管子。当管子为透明管时，为了能更清晰地看清楚管中的液柱，管子的一侧可以是白色的或彩色的，该色彩可以是在制造管子时加入到材料中去的，也可以是涂刷在管子外壁上的，或是镀或贴在管子外壁上的，并且管子上一般还可以有表示压力高低的刻度和数字或/和有表示海拔高度的刻度和数字或表示液位高低的刻度和数字。
本液柱式压力敏感装置不管是做成真空计、压力真空计、气压计、压力计、高度计还是液位计，都应保证在整个量程范围内管腔中都应有液柱。当做成的压力计是要测量从某个大于大气压的压强P1到另一更大的压强P2的压力计时，压力计中灌装的液体量最好的是在压强小于压强P1时，压力计中的液面未进入管腔，当压强达到P1时，液面才升至管腔内，这样的液体灌装使得可以用较短的管子获得较高的压力测量精度。当要测量的是真空度，真空度的量程是从某个低于大气压的真空度P1到另一压力更低的真空度时，可将压力计的管子1的不与压力-容积变换器连接的一端的管腔直径做得大些或做成球形空腔，灌装的液体量最好保证在真空度比P1高时，液面仍处在大直径的管腔中，只当真空度达到P1时，液面才降至小直径的管腔中，这样也可以用较短的管子获得较高的压力测量精度。此外，还可将管子1的管腔制成各种特定的形状，如管腔内表面制成为直径逐渐变化的旋转曲面，这样就可将测量的压力值作进一步的数学变换而不必再经过计算，例如测量的可以是压力的对数值或其它。
液体的膨胀系数一般都很大，因此温度的变化会严重地影响液柱式压力敏感装置的测量精度。为使液柱式压力敏感装置满足所要求的测量精度，可以采用下列的几种方法中的一种或几种1.给液柱式压力敏感装置加上恒温装置。加上恒温装置的液柱式压力敏感装置可用作精密压力计，因为一般液体的线膨胀系数仅为万分之二，压力计的非液体部份如果不是塑料，其膨胀系数仅为十万分之一点几，因此，若温度变化控制在1～2℃，压力计的测量精度可以达到千分之一左右，只是管子长度要比较长，才能使刻度看得清楚。
2.采用膨胀系数较小的液体，如水或盐的水溶液，在0℃至室温范围内，其体膨胀系数仅为万分之二至万分之三。
3.采用膨胀系数较大的材料制作压力敏感装置上的各种零件，以抵消一部份液体的膨胀系数。
4.管子1的内径不能太细，使管中液柱的升降对温度不敏感，即不致成为液柱式温度计(如水银温度计、酒精温度计)。一般波纹管的允许位移可达到波距的10%～30%，容积变化比温度引起的液体的膨胀或收缩大几十上百倍，因此可以实现。
5.在液体所占容积中加入的膨胀系数极小，甚至在使用温度范围内具有负膨胀系数的粉末、颗粒、纤维或块状填充物可以对液体的膨胀系数进行补偿。加入填充物后，压力计的液体的膨胀系数就可用液体加填充物的折合膨胀系数来取代，折合膨胀系数比纯液体的膨胀系数小得多，因而可以大大减少温度变动对压力测量精度造成的影响。
所加的粉末、颗粒、纤维或块状填充物可以是陶瓷的、玻璃的、熔融石英的、碳的、金属的甚或可以是砂粒。块状填充物的形状可根据压力敏感装置的结构来选取。置于图1至图5以及置于图8、图9所示结构的液柱式压力敏感装置中的波纹管内或弹簧内的块状填充物的形状一般为圆柱体。置于图6至图9所示结构的液柱式压力敏感装置中的波纹管外或/和弹簧外的块状填充物的形状一般为环，半环，开口环或螺旋。环、半环、开口环主要用于填充波纹管外或波纹管之间的部份空间，半环、开口环、螺旋则用于填充弹簧外或弹簧间的部份空间，螺旋还可用于填充弹簧内的部份空间。为了能填充尽可能大的空间，环、半环、开口环、螺旋的截面形状应尽量与要填充的空间在最小状态(即波纹管、弹簧被压缩时)的截面形状接近。这样压力敏感装置的测量精度不难达到满量程的1%～2%左右，适合用于精度要求不很高的低压、中压或高压压力的测量。
6.液柱式压力敏感装置的除液体、填充物或者还有管子以外的其它部份均用膨胀系数和液体的膨胀系数很接近的塑料制作，以对液体的膨胀系数作大幅度补偿，如再加上方法5，则理论上可以使液体的膨胀系数得到完全的补偿，因而理论上可以实现极高的测量精度而不必控制温度。这种液柱式压力敏感装置所能测量的最大压力取决于用塑料制作的波纹管在弹性极限内所能承受的压力。由于塑料的弹性模量小，弹性极限低，因此这类液柱式压力敏感装置一般仅适用于低真空和低压压力的测量，特别适用于作气压计，对不同高度的气压进行测量，改换刻度，还可用作高度计。
7.另一种极为良好的，甚至可说是理想的方法是将管子的封闭端做成一个较大的空腔，空腔和管腔内充入一定压力的气体，利用气体的很大的膨胀系数来补偿因温度变化引起的压力测量误差。其原理是当温度升高时，液体3因膨胀系数大而体积增大，使液柱高度超过理论高度，同时气体也要膨胀，但因液柱式压力敏感装置的内腔容积不能随气体的膨胀而膨胀，因而气体的内压变大，变大的气体内压迫使压力-容积变换器的弹性元件变形，容积增大，从而吸收超过理论高度的液柱，反之亦然。这样就能很好地补偿因温度变化引起的压力测量误差。
当液柱式压力敏感装置做成普及型气压计时，透明管子的一端可以抽出一个环或抽出一个钩以便于悬挂。或者将该气压计固定在一块刻度板上，刻度板上至少应有表示气压值的刻度和数字或/和刻上表示海拔高度的刻度和数字。当然，也不仅是作为气压计的液柱式压力敏感装置才可配备刻度板，对于作为真空计、压力真空计、压力计、高度计或液位计的液柱式压力敏感装置亦可配备刻度板，板上有表示真空度、压力真空度、压强、海拔高度或液位高度的刻度和数字。
权利要求
1.一种对于气体或液体的压力敏感的液柱式压力敏感装置，其特征在于该压力敏感装置由一根透明的，一端封闭或两端都不封闭的管子，一个有一孔口的压力--容积变换器以及适量的液体或适量的液体和填充物组成，管子的一个不封闭端与压力--容积变换器的孔口通过焊接或粘结紧密连接成一体，液体或液体和填充物就灌装在由管子和压力--容积变换器围成的空腔中。
2.一种对于气体或液体的压力敏感的液柱式压力敏感装置，其特征在于该压力敏感装置由一根透明或不透明的、有一个开口或两个开口的电阻管，一个有一个孔口的压力-容积变换器以及适量的导电液体或适量的导电液体和填充物组成。管子的一个开口和压力-容积变换器的孔口通过焊接或粘结紧密连接成一体，导电液体或导电液体和填充物就灌装在由电阻管和压力-容积变换器围成的空腔中。
3.一种对于气体或液体的压力敏感的液柱式压力敏感装置，其特征在于该压力敏感装置由一根透明或不透明的、有一个开口或两个开口的接点管，一个有一个孔口的压力-容积变换器以及适量的导电液体或适量的导电液体和填充物组成。管子的一个开口和压力-容积变换器的孔口通过焊接或粘结紧密连接成一体，导电液体或导电液体和填充物就灌装在由接点管和压力-容积变换器围成的空腔中。
4.根据权利要求1、2或3所述的液柱式压力敏感装置，其特征在于其中的压力-容积变换器是一个或多个波纹管或是由波纹管、堵头、接口、或者还有弹簧或/和连接环和缸体组成。
5.根据权利要求2所述的液柱式压力敏感装置，其特征在于其中的电阻管由一根绝缘的、有一个开口或两个开口的管子，沿管腔设置的电阻体，将电阻体的一端或二端引出管腔的引出电极或者引出电极和连线或者细引出线和管帽组成。
6.根据权利要求3所述的液柱式压力敏感装置，其特征在于其中的接点管由一根绝缘的、有一个开口或两个开口的管子和若干个沿管高分布的电极组成;或由一根绝缘的、有一个开口或两个开口的管子，沿管腔设置的长短各异的导体薄膜或电阻薄膜，将薄膜的一端引出管腔的引出电极或引出电极和连线或细引出线和管帽组成;或由一根绝缘的、有一个开口或两个开口的管子，沿管腔设置的长短各异的金属丝，将金属丝的一端固定的短接线柱，将金属丝的另一端引出管腔的引出电极或细引出线和管帽组成。
7.根据权利要求1、2、3所述的液柱式压力敏感装置，其特征在于其中的填充物是熔融石英的或/和陶瓷的或/和玻璃的。
8.根据权利要求1、5或6所述的液柱式压力敏感装置，其特征在于其中的透明管子是熔融石英管，或是玻璃管。
9.一种液柱式压力敏感装置的支撑板，其特征在于该板上有表示压强值的刻度和数字或/和海拨高度的刻度和数字，或其上有表示真空度或压力真空度的刻度和数字，或其上有表示液位高低的刻度和数字。
全文摘要
本液柱式压力敏感装置由一根透明管子，一个设置在管子的一端的一端封闭的波纹管压力——容积变换器和灌装在其中的液体组成，当波纹管封闭端受到气体或液体的压力作用时，液柱就沿管腔升降，观察液柱高低可测出气体或液体的压力，管子中还可设置电阻或沿管腔不同高度分布设置电极，液体则采用导电液体，在导电液柱升降时，就相应改变管腔中的电阻的阻值或依次与各电极接通或断开，可用作压力传感器或接点开关。
文档编号G01L7/20GK1054133SQ90108070
公开日1991年8月28日 申请日期1990年9月25日 优先权日1990年9月25日
发明者丁定藩 申请人:丁定藩