专利名称：加速度响应开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加速度响应开关，它装在城市煤气设施以及家用液化气设施上所用的带有自动截流阀和集成微计算机的气体流量计上，或者装在家用煤油取暖炉、气体燃烧装置以及电气设备等的控制装置上的气体流量计上，用以测定诸如地震那样的振荡，给所述自动截流阀或者控制装置提供一个检测信号。
1993年9月16日提出，目前尚在审查中的美国专利申请No.08/121,522揭示了一种含有上述类型加速度响应开关的地震灵敏元件。所揭示的这种地震灵敏元件有一金属外壳、装在外壳内并与之绝缘的电极元件和一个封装在外壳内的导电惯性球，一当受到振荡时，该惯性球就滚动而与电极元件接触，使外壳与电极元件之间导通，从而该地震灵敏元件产生一个探测信号。
近来已将上述地震灵敏元件装到普通城市煤气设施以及家用液化气设施上的带自动截流阀、集成微计算机和集成电池的气体流量计上，使这种气体流量计具有防止发生因地震引起的火灾之类的二次灾害或早期测定煤气泄漏以及存储气体流量数据等功能。这种气体流量计测得因地震引起的设备的振荡和倾覆、大量气体泄漏以及长期小量气体泄漏等，从而关断截流阀或开启报警装置，以防止二次事故或灾害。
测定地震时，需将因地震引起的振荡与由物体同气体流量计碰撞而引起的振动或者由自卸卡车等的驱动引起的或建筑施工中引起的人为噪音区别开来。为此，就需要使这种地震灵敏元件具有因地震引起的振荡频率中的预定的信号输出特性与在其它频率中的不同信号输出特性。
地震的震颤包括具有不同频率的多种振荡。多数情况下，这种震颤主要伴有频率等于或低于10Hz的振动，特别是那种频率等于或低于5Hz的振动。所以可采用正弦振荡作为含有上述地震灵敏元件的地震灵敏装置检查地震的一个比较特性。譬如，在上述具有由惯性球的滚动关断和开启的触点的加速度响应装置中，将信号的“通”、“断”的每个周期设定为40毫秒或者更长。在这种情况下，若在预定的时间内，比如三秒钟内，产生三次或更多次的上述那样的信号，就由微型电子计算机确定发生了地震，而送出探测信号。这样就把地震的震颤与干扰振动区别开来。
为将地震与其它干扰震动区分开，需要使地震灵敏元件具有地震振荡频率和其它频率之间的不同响应特性。例如，当把振动加速度约为120伽(1伽＝10-2米/秒2)、频率不超过5赫兹的相当于5级地震烈度的正弦波振动加到这种地震灵敏元件时，就要有微型电子计算机来给出指示发生了地震的探测信号，以使诸如气体截流阀之类的安全装置启动。此外，也期望微型电子计算机在加速度响应装置即使受到6Hz或6Hz以上的300伽的加速度的作用时也不致造成误响应。
为便于观察，通常是将诸如气体流量计这样的常规控制装置装于户外。比如用导管将这种控制装置装在建筑物的外墙壁上。于是，这样的控制装置就要面对着通道或孩子们游戏的场所。过客的身体、他们的行包、孩子们玩着的自行车或者球等有时会碰到这样的控制装置。在这样的情况下，尽管加速度根据气体导管金属固定物的支承位置间的间隔而取有些不同的值，也可产生加速度处于1000至3000伽范围的脉冲波。在产生上述脉冲波之后，加速度开始从约1000伽衰减。这种衰减的振荡包含一个近似为正弦波的波，其频率约为10Hz。发明人所做的实验表明，上述这种振荡被加到了该气体流量计上。
地震灵敏元件给出的这种信号从理论上说具有与加到该元件上的振荡周期相应的周期。于是，若该振荡频率有如上面所述情况那样为大约10Hz，则无论“通”信号或“断”信号的周期不会达到40毫秒，以使微型电子计算机不会把这种振动当成地震。
但是，在上述地震灵敏元件中，将惯性球封闭在一个圆柱形或半球形外壳中。一旦有较大的脉冲加到该元件上，该惯性球有时会沿着外壳的内壁或电极滚动。在这种情况下，由于所加振荡的频率与取决于电极弹性、外壳底部形状以及该惯性球的质量的谐振频率之间的不同，在振荡衰减的过程中惯性球的运动会变成不完整的圆形运动，得出一个椭圆形的或者多角形的轨迹。所以，地震灵敏元件的输出信号周期并不总取决于所加振荡的频率，或者说，在振荡衰减的过程中，“通”或者“断”信号的时间长度恰巧被判定为地震信号，这就使得难于将地震与干扰振动区分开来。
本发明的目的在于提供一种加速度响应开关，它能给出振荡检测信号，基于这一信号，能可靠地区分加在它上面的振荡究竞是地震还是别的干扰振动。
上述目的可由本发明的加速度响应开关实现，它包括一个具有装有底的圆筒形导电外壳的容器，该外壳底部的内表面上做成斜面，使得从底面中心向外同轴地逐渐抬高，该外壳上固定有一个盖板用于关闭外壳开口端，盖板上有一通孔。盖板的通孔中装有接线端子，端子通过盖板伸展并与外壳电气绝缘。将一接触件固定到位于外壳中的接线端子的一端，它具有多个径向排布的羽状部分(与外壳近似同心)。每个羽状部分都具有预定的弹性。一个导电的惯性球封闭在关闭了的容器中，能在外壳底部内表面上滚动。由于外壳底部内表面的倾斜，惯性球在正常情况下实际上是位于外壳底部内表面的中心，它在那里处于静止状态。若受到振动，惯性球就移至偏离外壳底部内表面中心的位置上，从而使惯性球与接触件的一个或多个羽状部分接触，以使这些羽状部分与外壳之间导通。本发明的特征在于在外壳内圆周壁上的靠近惯性球滚动而与接触件的羽状部分滑动接触的部分处形成有抵触部分。惯性球滚动时撞着这个抵触部分就会改变它的运动的路径。
盖板可密闭地封住外壳的开口端，以便提供一个密闭的容器。
按照上面所描述的加速度响应开关，抵触部分可防止惯性球因与加给惯性球的振荡方向交叉的分力而在外壳中演变出不合乎要求的旋转运动。否则，惯性球滚动之中，有时它与接触件不断地接触而由此连续产生“通”信号，这就是与装有这种加速度响应装置的设备倾倒时所得的信号相似。但上述抵触部分的存在则能防止这种不希望有的情况。
此外，如果惯性球的运动可能会演变成不希望有的滚动运动，也能通过惯性球的碰撞顶着那个抵触部分而使这种滚动在短时间内终止。因此，在短时间内产生的“通”信号的次数和时间长度，就不能满足确定地震的条件。
本发明的加速度响应开关还可利用装在带有惯性球的密闭容器中的减震液体来代替上述在外壳内壁上形成的抵触部分。这种减震液体具有适当的粘滞性，以便给惯性球施加阻力，使得一旦惯性球经受外部振荡时能停止滚动。
这种减震液体还能防止惯性球的运动发展成不希望有的滚动运动，而且即使惯性球可能会导致这种滚动运动，它也能在短时间内终止惯性球的这种滚动运动。
对照附图，参看以下的优选实施例的描述，可使本发明的其它目的、特点以及进步愈加明显，其中
图1是按照本发明加速度响应开关的第一种具体实施例的纵向剖面图；图2是沿图1中2-2线所得的该加速度响应开关的剖面图；图3是按照本发明加速度响应开关的第二种具体实施例的纵向剖面图；图4是沿图3中4-4线所得的该加速度响应开关的剖面图；图5是第二种具体实施例的加速度响应开关中所用的抵触部件的纵向剖面图；图6是第二种具体实施例的加速度响应开关中所用的抵触件的俯视图；图7是与图2类似的剖面图，表示按照本发明加速度响应开关的第三种具体实施例；图8是按照本发明加速度响应开关的第四种具体实施例的纵向剖面图；图9是采用本发明加速度响应开关的地震灵敏部件的纵向剖面图；图10是按照本发明加速度响应开关的第五种具体实施例的纵向剖面图；图11是装配本发明加速度响应开关所用焊接设备的纵向剖面图；图12是按照本发明加速度响应开关的第六种具体实施例的纵向剖面图。
现在参照图1和图2描述本发明的第一实施例。加速度响应开关1有一个在其中心形成有通孔2A的圆形金属盖板2。借助绝缘填料4，如玻璃，将一导电的引线端子3密闭地封装在通孔2A中，使其从中伸展。盖板2有圆形的凸缘2B，将一带有底部的圆筒形金属外壳5的开口端通过环形凸焊方式密闭地封装于该凸缘上，使得盖板2和外壳5构成一个密闭的容器，能阻止气体和水份渗入容器或从里面漏出。外壳5的内底面5A有倾斜的或者锥形的面5D，其大致从底部中心平缓地渐渐向外抬起。
一个导电接触件6导电地固定在位于外壳5中的引线端子3的末端。接触件6具有多个电接点部分或者羽状部分6A，它们的每一个都有足够大的弹性。这些羽状部分6A沿径向几乎与外壳5同轴地排列着。每个羽状部分6A都由磷铜片制成，若惯性球7(后面将要描述)的质量为譬如0.7克，那么这些磷铜片的厚度为0.01至0.03毫米。
把导电的惯性球7封装在外壳5内。在静止的正常状态，惯性球7位于靠近外壳底部锥形面5D中心处的静止位置5B。惯性球7可以是一个由铁、铜或者它们的合金制成的导电固体球。当受到由地震等引起的具有预定加速度或者超过这一加速度的振荡时，惯性球7就能在外壳底面的锥形面或者倾斜面5D上滚动，直至它碰触到内侧壁5E或者突起5C(后面将要述及)，如图1中的虚线所示。惯性球7在其滚动过程中能与接触件6的一个或多个羽状部分6A相碰触和离开它们。因此，惯性球7提供了一种电气的接通-断开作用过程。接触件6与引线端子3固定在一起的那部分的下部固定着一个防护罩8。这个防掉罩8可防止接触件6因受到惯性球7对它的碰撞而变形。
如图2所示，环绕着外壳5的内侧壁5E，等间隔地形成五个突起部5C，每个突起都用作为一个抵触部分。这些突起部5C是用例如压制的方法制成的，其数目取决于惯性球7的响应频率，这一响应频率与外壳5或者惯性球7的尺寸、惯性球7的材料等有关。这些突起部5C以等间隔形成于外壳5内侧惯性球7沿其滚动的圆周面上，且在接触件6的羽状部分6A上滑动。突起部5C的数目可为2、3、4或者比5还多。此外，若要使与惯性球7直至触及外壳5内侧壁的实际活动范围相对应的滚动区5D1的形状不致因受压等情况的影响，可将诸如突起部5C这样的抵触部分做成自外壳5底部的外面部分向上延伸的柱状形状。另外，可以这样来选定每个突起部5C朝外壳5的内部突出的量，即使惯性球7处于它能与突起部5C碰触的位置也不致干扰它与接触件6的碰触，而且惯性球7沿着圆周运动的方向可以被可靠地改变，而不致造成接触件6与突起部5C直接碰在一起。再者，突起部5C的环形宽度最好尽可能地小，以便能防止惯性球7的移动距离会因其往复振荡过程中惯性球7与突起部5C的正面碰撞而减小，或者能防止缩短该加速度响应开关所产生的信号的时间长度。另外，当惯性球7倾斜地但不是正面碰触到突起部5C时，会将惯性球弹回外壳5的侧壁5E。因此，由于能够防止惯性球7移动距离的减小，所以惯性球7与接触件6的碰触时间几乎不受影响。
现在来描述本加速度响应开关的动作过程。如上所述，惯性球7在稳定状态时，处于正常状态的静止位置5B。由于这时惯性球7不与接触件7接触，所以引线端子与外壳5或盖板2之间是不导电的。
当加速度响应开关1受到预定值的或更高的横向加速度时，惯性球7就在外壳底面5A的倾斜面5D上滚动，开始与接触件6的一个或者多个羽状部分6A接触。于是，由于接触件6与外壳5电导通，则依次由引线端子3、接触件6、惯性球7、外壳5以及盖板2构成一个电路，以输出一个信号。
若惯性球7滚动过程中振荡的方式是沿一个固定方向的往复运动，那么惯性球7的运动从理论上讲就是一种沿着外壳5的中心线的往复运动，而这要取决于加给惯性球7的振荡方向。然而，由于惯性球7与羽状部分6A接触时的倾斜，或者由于倾斜面5D上的轻微的凹、凸部分的不平衡，实际上有时会有一个与所加振荡相交叉的方向上的微小加速度分量作用在惯性球7上。加速度的这种横向分量的作用力会引起惯性球7偏离外壳5的中心，因而，惯性球7的运动有时会发展成具有圆形、椭圆形或者“8”字形轨迹的滚动。当发生这种旋转运动时，惯性球7就会接连不断地与羽状部分6A触碰，并且从引线端子3输出的信号会因此成为具有1秒或更长时间的连续信号，依据该信号推断出异常情况的连续信号的出现。此外，在惯性球7这种旋转运动衰减的期间，惯性球7与羽状部分6A的接触变成间歇式的。这样，就会偶然出现了一种其时间长度以及发生的间隔都与地震信号相似的检测信号，如果这种具有与地震不易分辨的信号长度和频率的异常状态以7至10赫兹范围的频率而发生，微型电子计算机就会错误地确定地震的发生。
可是，在上述加速度响应开关中，每个用作抵触部分的突起部5C都形成于外壳5的侧壁5E上。当惯性球7开始旋转运动时，就会与突起部5C碰触，从而突然改变了它的运动方向。结果，暂时中断了惯性球7与接触件6的接触，这就避免了连续产生“通”信号。与此同时，惯性球7与突起部5C的碰撞会使惯性球7的动能很快减少，从而在较短的时间内结束惯性球7的转动运动，恢复它的近乎直线运动的正常的往复运动。因而，通过如此短的时间内结束惯性球7的转动运动，就能防止“通”或者“断”信号的时间长度和产生次数符合确定地震的条件。
本发明人的实验表明，在外壳5上带有突起部5C的加速度响应开关中，15秒或者更短的时间内即可结束惯性球7的转动运动，而在外壳上未设有这种突起部5C的情况下，则需要20至30秒才能结束惯性球7的转动。因而，在持续时间超过40毫秒的“通”或“断”信号在三秒中产生三次就确定地震发生的既述的微型电子计算机系统上，有时可能在惯性球7转动减少过程中产生超过40毫秒的“通”信号，但其也绝不至于连续产生三次，在此之前，惯性球7的转动即减小到不与接触件6接触的轻微振荡了。
抵触部分不应限于图1所示的那种突起部5C。图3至图6表示了一种作为本发明第二种具体实施例方式的抵触部分变化形式。恰如前述的实施例那样，当惯性球7的运动变成旋转运动时，第二实施例中的抵触元件22会立即改变惯性球的运动方向，并减小惯性球7的动能。在第二实施例的加速度响应开关21中用相同的参考数码表示与第一实施例中相类似的部件。抵触部件22可用铁、铁合金或者塑料制作。如图5和图6所示，抵触部件22包括环形底部22A和等间隔地环绕底部22A形成的多个抵触部分22B。抵触部件22被嵌入外壳5中卡紧定位，使抵触部分22B被定位于预定的位置。由于惯性球7的滚动区域5D1(见图1)位于环形底部22A的里边，所以抵触部件22不影响惯性球7的基本滚动特性。
抵触部件22的每个抵触部分22B都具有与前述实施例中每个突起部5C一样的作用。特别是由于抵触部分22是一个与外壳23断开的部件，所以可以用比外壳23薄或者更易弹性变形的材料来作做抵触部件22，以致可有比由第一个近乎刚性体的突起部5C吸收得更多的惯性球7的动能被每个抵触部分22B所吸收。因此，可比第一种实施例中更快地使惯性球7的转动运动结束。
图7表示本发明的第三实施例，在此实施例中，外壳35的侧壁35A是多边形的，或者其曲率是变化的，所以外壳35具有非圆形的截面，因而侧壁35A实际上起着抵触部分的作用。因此，惯性球7沿着外壳35的内周表面的转动运动是不稳定的，使转动终止。在这种结构中，外壳的底面35B与图1所示结构一样，也包括滚动区或者倾斜面35C。此外，惯性球7滚动运动的距离随着其运动方向的不同而不同。不过，当彼此相关地确定惯性球7的直径以及外壳35内周表面的最大直径和最小直径以使“通”信号的时间长度之差减到最小时，对地震的测定可以基本不受干扰地进行。
图8表示本发明的第四种实施例。这种加速度响应开关41有一个由诸如塑料或者陶瓷等电气绝缘材料做成的盖板42。盖板42的大致中央有一个通孔，引线端子3固定在其中。外壳45的底部以及突起部45A的形状都与图1所示者相同。外壳45的开口端形成一个凸缘或者固定部分45B。借助于弯边将盖板42固定在外壳45的开口端。这样一来，由于无需焊接工序，就使这种加速度响应开关的装配变得更容易。
在第四实施例中，由外壳45和盖板42组成的容器不是密封的。将这种加速度响应开关置于真空中或者惰性气氛中不会有什么不方便。此外，若在惯性球7的表面、外壳45与惯性球7碰触的内表面部分以及接触件6是处理过的，或者在这些部件都是用在大气中不受侵蚀的材料制成的情况下，这种加速度响应开关41就可以被安置在大气中。再者，若将盖板42用粘合剂固定到固定部分45B上，使容器封闭起来，就可像后面将要描述的那样，将这种加速度响应开关41用做地震灵敏装置。
图9表示把该加速度响应开关用作地震灵敏元件的情况，这种地震灵敏元件装在带有集成微计算机的气体流量计上。地震灵敏装置11有一外部容器12，里面封装着加速度响应开关1。设在引线端子3上的吊钩13被挂在支撑件14的挂耳14A上，支撑件14安装在外部容器12内，从而使加速度响应开关1被可移动地悬挂起来，而且重力使加速度响应开关1呈现其正常状态。足够柔软的导线15A和15B的一端分别连到盖板2和引线端子3上。导线15A和15B的另一端用插入模注方式通过接线端子16A和16B分别接到设在外部容器12中的导电端子17A和17B上。给外部容器12充入预定量的粘性流体18。将一外盖19固定到外部容器12的开口端，其密封的程度要足以防止粘性流体18从外部容器12中漏出。
将地震灵敏装置11直接安装于控制装置的印刷电路板上，并通过导电端子17A和17B与电路板上的导线相接。加速度响应开关1在电路板上的安装位置对其工作特性有很大的影响。例如，若加速度响应开关1相对于其正常位置倾斜1度，它响应的加速度就可变化大约20伽。因此，由于把加速度响应开关1安装到电路板上要求有较高的精度，所以就难于将其直接装到电路板上去。但是，加速度响应开关1是悬吊在上述地震灵敏装置11的外部容器12中的。因而，当装在电路板上的地震灵敏装置的位置处在能够允许的倾斜范围之内时，自重就能使加速度响应开关1呈现其正常位置。于是，由于降低了安装地震灵敏装置的精度要求，就可以比较容易地进行安装工作了。
此外，外部容器12中随加速度响应开关1一起还充入具有预先选定粘滞性的粘性流体18，如硅油。随着装有这种地震灵敏装置的设备的倾覆或突然倾斜，或者由于地震引起的振荡，加速度响应开关1就送出一个动作信号。所以要选择粘性流体18的粘滞性，以使当地震灵敏装置11的倾斜度改变时，加速度响应开关能在30秒内回到正常位置。
图10表示本发明的第五实施例。加速度响应开关50包括外壳51和盖板2，其中外壳同51实际上与图1所示的一样，只是省去了突起部5C。外壳51和盖板2构成一个密闭的容器52，里面装着减震液体53和惯性球7。
减震液体53是不活泼的液体并希望它有相对较低的粘滞性和较小的表面张力，例如一种以氟代有机化合物而成的氟不活泼的液体，比如由美国3M公司以FLUORINERT商标出售的FC-75型液体。容器52中所装的减震液体53的量最好在能使惯性球7直径的四分之一侵入该液体中到能使整个惯性球7都浸入该液体中之间的范围内。容器52中减震液体53的自由液面之上有气体密封，这样可防止由于温度变化引起液体53膨胀和收缩而使容器52变形。
加速度响应开关50通常按与图1所示相同方式工作。具体地说，即使在给惯性球7加上一个与外部振荡的方向相交叉的分力的情况下，惯性球7沿该分力方向运动的发展也会受到减震液体53粘滞性的抑制。因此，当惯性球7响应频率在7至10赫兹范围内的振荡而在密闭容器52中滚动时，可防止加速度响应开关50送出足以使微计算机错误地确定发生了地震或者设备已倾覆的信号。
在一项实验中，使用在-30至60℃温度范围内其动态粘度范围为3至0.4厘沲的0.2至0.3克减震液体。当加到未使用减震液的加速度响应开关50上的正弦波振动达到加速度为110伽时，惯性球7开始滚动。另一方面，当容器52中盛有减震液53时，则在加速度为120伽的情况下惯性球7才开始滚动。对应于地震烈度5级的加速度在80至250伽的范围内。因而，这种加速度响应开关50就其加速度响应能力而言是不存在问题的。
在另一项实验中，所加的振荡频率范围在7至8Hz之间，而其加速度增加至300至500伽。当不用减震液时，受到沿与所加振荡方向相交叉的分力方向所引起的微小加速度分量的作用，惯性球7就沿着这个分力的方向形成运动。而若在容器52中盛有减震液53，则上述那种惯性球7不希望有的运动就几乎不会产生，惯性球7实际上仅沿所加振荡的方向运动。通过改变外壳5底部的形状等方式可调整引起惯性球7开始运动的加速度的最低限度值。
由于容器52中盛有减震液体53，即使惯性球7可能会引发转动运动，也能在很短的时间内停止。
本发明人所做的实验表明，在容器52中盛有减震液53的加速度响应开关中，惯性球7的转动运动可在10秒或更短的时间内被停止，而在容器中未直有这种减震液的情况下，就要20至30秒的时间。在上述这样短的时间内能停止的开关在三秒钟内不会发生三次每个都有40毫秒或者更长周期的“通”、“断”信号。所以能防止微计算机错误地确定发生了地震。
此外，密闭容器52所盛有的不活泼的减震液53可避免污物粘附到接触件6和惯性球7的表面上。再者，惯性球7在振荡过程中搅动减震液53，从而使得减震液在容器52中流动。于是，由于很容易除去污物，就可使信号的幅度稳定，而且能在一段很长的时间内保持加速度响应开关的初始响应能力。
现在来描述第一种制作加速度响应开关50的方法。由于加到上述类型的加速度响应开关上的工作电压通常都很低，而且电流也很微弱，所以一旦接触件或惯性球的表面，或者容器的内表面上产生一层氧化膜，接触电阻的变化就会很大。为了防止生成这种氧化膜，应使容器52严密地封闭，并采用置换容器52中空气的方式，将诸如氦或者氩、氮等惰性气体或者氢之类的防止氧化等的防污染气体封入容器52中。在将氦气封入容器52中时，由于用氦检测器就能检查密封性，所以用氦气是较合适的。
在用防污染气体置换容器内的空气的过程中，当在那种不用减震液的普通加速度响应开关中把盖板焊到外壳上时，将容器内部的压力降到0.05乇以下，即大约一万五千分之一个大气压。将容器内部抽空之后，再给容器充入防污染气体，然后用焊接方法密封容器。在按照本发明组装加速度响应开关的过程中，将诸如具有低粘度和高蒸汽压的氟不活泼液体做为减震液，在大气压下注入容器中。这时就存在一个问题，即在按常规方式于高真空下进行抽空操作以使容器内的气体以常规的置换速度被防污染气体替换时，容器内的压力会降到远远低于氟不活泼液体以下，简称不活泼液体的蒸汽压，不活泼液体就会立即蒸发。为解决这个问题，就须使充入防污染气体的容器中的真空度止于其气压不低于不活泼液体的蒸气压的程度，或者须在把防污染气体封入容器的过程中降低不活泼液体的温度以便降低该不活泼液体的蒸汽压。但是，在真空度受到限制的情况下，调换容器内气体就不能达到现有技术得到的程度或者更高度的置换程度。此外，要降低不活泼液体的温度就须将整个气体交换器保持在低温下，这就造成要用复杂的大型的气体交换器。
由前面所述可见，在本发明的第一种方法中，反复地交替进行抽空和充气，使得容器中的气体置换比率可提高到基本上与在高真空条件下进行抽空的情况下一样的值。现在参照图10和图11描述第一种方法的一个实施例。图11表示一个用于组装本发明的加速度响应开关的气体交换器的实例。图11中省略了焊机，但示出了焊接电机及它们的辅助部件。
最好将具有初级线圈的变压器的次级电流供给与气体交换器一起使用的焊机，所说的初级线圈接受电容器的放电电荷。另外，该焊机有上电极65和下电极66。当压力竖直地加到它们上时，就会有一个大电流流过这两个电极。由电极65和66之间的下支承件61和上支承件62限定一腔室63。下支承件61的开口端与上支承件62的开口端之间用一个O型环状垫圈61C彼此气密地相接。接触件6、引线端子3和盖板2以及容纳惯性球和不活泼液体的外壳5的组合件就安置在腔室63中。上支承件62和下支承件61都是能通过大电流的电极，它们用诸如铬铜这样的材料制成。
将与腔室63相通的通路61A经抽气电磁阀(未示出)接到真空泵上，使腔室63中的空气经通路61A被抽出。也与腔室63相通的通路61B经充气电磁阀(未示出)接至供气源，使得防污染惰性气体经通路61B被加到外壳5中。
在把盖板侧的各部件和外壳侧的各部件都安放到腔室3中以后，打开通路61A一侧的抽气电磁阀，使腔室63中的空气通过通路61A被抽出。当腔室63中达到一个比不活泼液体的蒸汽压高的预定压力时，关闭抽气电磁阀。然后打开通路61B一边的充气电磁阀，使从象高压气筒这样的气源送来的防污染惰性气体经通路61B和腔室63充入到外壳5里面。当外壳5中的惰性气体达到预定时，关闭充气电磁阀。外壳5的开口端与盖板2的周缘之间留有一个小缝隙，一直到上述步骤完成为止。
例如，当不活泼液体在室温条件下的蒸汽压为20乇时，就需要把在降压条件下的外壳中的压力限制在大约30乇，也就是限制在大约1/25个大气压。即使在外壳中的压力降到30乇之后再向外壳内引入惰性气体时，在外壳中仍保持有抽气之前或通常情况下存在的气体，其含量为1/25。
不过，本发明中是把抽气操作与充气操作交替地反复进行预定的次数，所以能使外壳中的气体置换比率提高。例如，若交替地反复进行3次抽气操作和充气操作，则所剩余的空气降至1/25的三次方，即大约1/15,625，这个值与在把外壳中的压力降到0.05乇之后再加入惰性气体情况下所得到的值相同。
腔室63的上支承件62是具有双重作用的结构，即，它既能保持气密性，又是可以垂直移动的。上支承件62支撑图10所示本实施例开关构成部件的盖板2，在腔室63里的气体被排出时，该支承件62由螺旋弹簧64的弹力保持在预定的位置。上电极65向下加以压力，盖板2的周缘就与外壳51的开口端部接触。接着，该两部件被上下电极65、66夹住，即被约束在电容器放电型焊机上而达到预定的接触压力，在此，在上下电极65、66之间加以瞬间的大电流，进行被称为“环形凸焊”的密封焊接。通常把氦气混入惰性气体中，以便做气密试验。密封焊接之后要用氦气检测器确认气密性，确认得到的漏泄量通常是10-9大气压·厘米3/秒(atm·cc/sec)或者更低。
按照上面所说的方法，在抽气操作过程中，即使腔室63中的压力高于作为减震液53的不活泼液体的蒸汽压，外壳中的气体置换率也可提高到基本上与通常在高真空下进行抽气情况下相同的值。另外，由于抽气操作中无需高真空，就可以使用比通常所用的泵的性能低些的抽气泵。这样就不需要价格昂贵的泵。
因为上面所说的第一种方法中作为减震液体53的不活泼液体的蒸气压力越高就越需要抑制抽气操作的真空程度。因此，由于抽气和充气操作的重复次数增多，工作步骤的数目也就增多。因此，需要增加腔室63的数目，以改善生产能力，这就要使装有焊机的气体交换器变得庞大。
为了克服上述缺点，本发明提出第二种制作加速度开关的方法。下面对照图11描述第二种方法的一个具体实施例。在第二种方法中，当把盖板2及外壳51安装到腔室63中以后，同时打开充气电磁阀和抽气电磁阀，以便同时经由通路61B供气和通过通路61A抽气。由此，使预先确定的气体，如惰性气体充分地流过外壳51的内部，从而用惰性气体替换外壳中的空气。一旦事先确定的用于达到预定置换率的时间已用完，或者已使预先确定的惰性气体的量流过腔室时，就关闭两个阀门。其后，利用环形凸焊将盖板气密地封到外壳上。
按照第二种方法，使诸如惰性气体之类的防污染气体流过外壳，实现充分的置换，此后封闭该外壳。因此，尽管外壳中所装的液体有较高的蒸汽压，也能在短时间内完成换气工作。因此能够避免加大气体交换器的尺寸，这可避免降低充气作业的效率。
下面描述本发明的第三种制作加速度响应开关的方法。在第三种方法中，若使用例如图11所示的气体交换器，在已把惯性球7封入外壳51但尚未将作为减震液的不活泼液体53盛入其中时，就把外壳51和盖板2设置到腔室63中。在这种情况下，利用抽气装置，按与通常的换气作业一样的方式使腔室63中的压力降至例如0.05乇或更低的高真空。之后，将防污染气体加到外壳中，再给外壳中注入预定量的作为减震液的不活泼液体53，随后封闭外壳。
按照第三种方法，在外壳内的压力被降低的情况下，外壳里面还未盛有减震液体53。因而，由于可将外壳内的压力降到足够低，所以各个抽气操作和充气操作可以一次完成，这就改善了工作效率。
注入容器之前的不活泼液体通常含有各种气体，它一般是空气。即使用惰性气体置换容器内的气体后再密封该容器，仍可能有一部分溶在不活泼液体中的气体(例如空气中的氧气)可能在各部件的表面上形成一层薄膜。为防止这一点，第三种方法最好包括一个预先从不活泼液体中除去所溶的各种气体的步骤。
为收到同样的效果，前述第一种方法可包括下列步骤，使外壳中的压力在一段预定时间内始终处于降低的状态，并除去溶在减震液体53中的各种气体。在这种情况下，该减震液53也可能挥发。但是，如事先考虑在包括环境温度等的各个条件下的不活泼液体的蒸发量而确定其所要的注入量，就可将预定量的不活液体可靠地注入外壳中。
现在来描述第四种制作加速度响应开关的方法。在前面所述的那些方法中，容器52中的气体是用防污染气体所替换的。可是在第四种方法中，将外壳中的气体抽出，使得它里面的压力降低。这之后，将外壳密封。因此，由于容器52中的空间被充以减震液53的蒸汽，所以就不需要将防污染气体送入到容器中。这样就能使工作效率得到改善。
现在描述本发明的加速度响应开关中所用的减震液体。在前面所述的各种实施例中，采用氟不活泼的液体做为减震液53。由于这种氟不活泼的液体比重相对地高些，就有可能借助这种液体所产生的浮力来减低惯性球与外壳之间的接触压力。另外，这种氟不活泼的液体的粘度随着温度有很大变化。当减震液体的粘度随温度变化时，惯性球的可动性也随温度而变。随之，由加速度响应开关所产生信号的时间长度也就随温度而变，这就可能引起错误的地震判断。此外，发明人所做的实验证实，当周围温度为0℃左右时，加速度响应开关产生的“通”信号有时得到瞬时中断的波形。该中断波形类似于能看到在触点间发生震颤时的波形。实验还证实，出现这种间断波形的原因在于作为减震液的氟不活泼液体中所含水份的冻结，生成的冰妨碍了惯性球与接触件之间的电导通。
鉴于上面所述的问题，可以考虑的减震液包括醇、加有醇的液体，以及去水碳氢化合物。但由于醇是导电的，所以它引起漏电流。因此，醇做为减震液体并非最佳者。另外，要从碳氢化合物中除去所含的水量也是困难的。不可能完全从碳氢化合物中除去水含量。
作为首选的减震液体，本发明者提出一种以碳氢化合物或硅油为主液而再向主液中加入预定量的添加液体的混合液体。碳氢化合物最好是正戊烷、正己烷、正庚烷或者甲苯。附加的液体最好是醇(甲醇或乙醇)或者是与含水量反应而产生醇的硅烷偶合剂。所说的硅烷偶合剂最好是甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。
下面来说明作为本实施例的减震液体53代替既述的氟不活泼液体用以正己烷为主液而加以与其质量比为3％甲醇而成的混合液的场合。要使接触件6的每个羽状部分6A的远端都浸在减震液中，还要使液面的上方限定出气体所占据的空间，以防止因减震液由于温度变化而膨胀、收缩致使密闭容器变形。
由于至少接触件6的每个羽状部分6A的远端都与减震液53接触，所以，在有一定量的醇溶于减震液53中的情况下，醇的导电性就会引起微弱的电流流过。确定醇的数量，使得当加速度响应开关处于静止状态时引线端子与外壳之间的绝缘电阻取预定的值或者更高值。例如，本实施例中是将体积比为3％的醇溶于减震液53中，这就可以忽略上面所说的那个微弱电流。
本发明人在下述条件下进行实验，即将甲醇溶解到作为主液的正己烷中，并给加速度响应开关加上500伏的电压，确定了引线端子3与外壳51之间的绝缘电阻。当所溶入的甲醇的体积比达到5％时，这个绝缘电阻的值为1000兆欧或者更高。若所溶的甲醇为8％，则该绝缘电阻为200兆欧至30兆欧；而若所溶的甲醇为10％时，则此绝缘电阻为40兆欧至60兆欧。在所溶的甲醇的体积比为10％时，其导电性迅速增大。当把本发明的加速度响应开关安装于带有可长时间由蓄电池供电的集成微计算机的气体流量计中时，将加速度响应开关的绝缘电阻规定为100兆欧或者更高。因此，在需要有小尺寸的加速度响应开关中所用的减震液是由正己烷为主液、同时正己烷中溶有甲醇而组成的情况下，正己烷中所溶的甲醇被设定为体积比是8％或者更低。
本发明人所做的另一实验中，减震液53是将乙醇溶于正己烷中而组成的。当乙醇的量达到8％时，绝缘电阻等于或大于1000兆欧。若乙醇的量为10％时，绝缘电阻大约为400兆欧，而当乙醇的量为15％时，绝缘电阻大约为50兆欧。因此，为了达到设定电阻，溶于正己烷中的乙醇量的控制范围比甲醇要宽，所以使用乙醇做为附加液体，可使减震液的控制变得更容易些。另外，与乙醇相比，甲醇在正己烷中不怎么易溶，当使甲醇溶于正己烷中时必须要充分地搅拌。反之，在用乙醇做附加液体时，不必搅拌就能够比较容易地得到减震液体。溶于主液中的乙醇量为10％时，在低温条件下能达到与乙醇量为8％或者更低(如3％)时同样的导电效果。
若将醇(如上述指甲醇或乙醇，以下相同)加到硅油中，由于醇在硅油中几乎是非溶性的，所以二者都被分离成两相。因此，若减震液中醇的量较大，在受到扰动时，被搅动的减震液中的部分醇就残留在接触件与惯性球之间，从而醇表现出导电性。这样一来，该开关静态时的绝缘电阻就会降到例如100兆欧这样的预定值或者更小。不过，本发明人所做的实验证实，若醇的量按体积比为10％或者更低，则开关在静态时的绝缘电阻可提高到预定的值(如100兆欧)或者更高。最好是在醇的含量为5％或更低时，在加速度响应开关受到震动时所产生的“通”信号就不会包含由醇的导电性或者金属与金属相碰而短路所引起的间歇式干扰。
当加速度响应开关在比如-30℃这样的低温环境中工作时，减震液中所含的正己烷的粘度就要增加。输出信号的周期就因此而变短。不过，本发明中减震液含有醇。因此，本加速度响应开关就能响应地震波或者预定的振荡，可靠地产生“通”信号，而且即使当本开关在低温环境下工作时，也能避免该“通”信号具有间断的波形。于是，本加速度响应开关能可靠地产生一个稳定的信号，根据此信号使微计算机能在较宽的温度范围内工作。
当减震液含有醇时，本加速度响应开关在0℃环境温度下所产生的信号是稳定的，而当减震液是由诸如正己烷、氟不活泼液体或者硅油之类的碳氢化合物组成时，这种信号是不稳定的。之所以如此的一种可能的原因是本发明的加速度响应开关中至少采用含有醇的减震液。由于醇具有亲水作用，因此，减震液中含有的微量水份被醇所吸收。所以这些微量水分不会冻结，既使当在低温环境下使用本加速度响应开关时，不会防碍接触件与惯性球之间的接触。当减震液体的主液中代替醇而溶有或者混入预定量的硅烷偶合剂(如甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷或者乙烯基三甲氧基烷)时，或者当减震液由硅烷偶合剂构成时，减震液中所含的水分就与硅烷偶合剂中的烷基反应，生成醇。因此，由于除去了所含的水分，就可以使本开关在低温环境下的操作变得可靠。在这种情况下，减震液就可以不限于醇或者硅烷偶合剂。如果减震液中含的水在低温环境下不影响接触件与外壳之间的导电性，那么可采用异氰酸材料，如异氰酸甲基丙烯酸乙酯(isocyanateethylmethaclate)，它与所含的水反应，生成二氧化碳。
图12表示本发明加速度响应开关的第六实施例。加速度响应开关55包括具有与第一实施例同样结构的外壳5和装在外壳5中的减震液体54。减震液54例如是以可溶于醇的碳氢化合物或难溶于醇的硅油为主液及其与醇的混合物，该减震液54粘度设定为在低温环境下时能发挥适宜的减震作用。反之，若把这种减震液的粘度设定为适宜在室温下使用的值，则在低温环境中就会使这种减震液的粘度提高。由于限制惯性球运动的减震液的作用力加大，所以即使在有预定的振荡加到该加速度响应开关上时，惯性球与接触件的接触时间也要缩短。因此，所产生的“通”信号就不会具有上面所说的40毫秒的周期。另外，惯性球不与接触件接触就没有信号产生。不过，在本实施例中将减震液54的粘度选择成即使本开关被用在最低的环境温度中，它也能取适当的值。例如，作为碳氢化合物的正己烷的动态粘度在-30℃条件下是1厘沲，当本开关受到具有加速度为130伽的正弦波振荡激励时，就产生具有预定时间长度的“通”信号。这个加速度处于前面所说的80至250伽的范围之内，这个范围对应于5级地震烈度。
另外，在-30℃条件下所做的冲击试验中，借助减震液和外壳5的突起部5C的作用，在10秒或者更短的时间内使惯性球7的滚动运动停止。因此，即使有一个由球等类似物碰撞而引起的冲击加到装有本实施例这种加速度响应开关的气体流量计上，微计算机也不会作出发生了地震的错误判断。
另一方面，当把减震液的粘度选择成即使是在低温环境下也适宜的值，则这个粘度对于高温环境就变得太低了。这样一来，就不能充分利用减震液给予惯性球转动运动的约束作用。不过，可以由外壳5内表面上形成的突起部5C补偿减震液54对这种约束的减弱。
具体地说，以正己烷为主液的减震液54在60℃的环境温度下的动态粘度为0.4厘沲或更低。在这种情况下，当加速度响应开关受到具有正弦波形的振荡时，惯性球7在120伽时开始滚动。
在60℃条件下做的冲击试验中，若外壳上无突起部，惯性球的滚动运动在15至20秒内被停止，而借助减震液54与突起部5C的联合作用，惯性球7的这种滚动运动在10秒或者更短时间内便被停止。因此，装在安装了本实施例的开关的气体流量计中的微计算机就不会把由球或者人碰撞该气体流量计所引起的冲击错误地判断为发生了地震。
在制作本实施例的加速度响应开关55时，减震液54的主液中均匀地混有醇，并在这样的状态下将减震液54注入外壳5中。这样就可以使注入工作简单化，而且减震液中的醇混入比率也可以被固定。为了这个目的，选择一种醇能溶于其中的液体(如碳氢化合物)做为减震液的主液。在事先把醇按预定的混合比率溶于主液之后，将所得的减震液注入外壳中。另一种方案是在选择一种醇不溶于其中的液体(如硅油)做为主液时，要搅动这种减震液，以便得到均匀的醇分布。将这种状态下的减震液注入外壳。或者是把适量的对于一种加速度响应开关为适宜的主液与醇按预定的混合比率在一圆筒中混合，然后把混合物注入外壳中。按照上述这些灌注方式，可以便于组装设备，特别是其中的灌注装置得到简化，而且与把两种液体分开注入到外壳中的情况相比，也使这种开关的组装变得容易了。
前面的描述及附图仅表示了本发明的原则，而不构成对本发明的限定。各种变化和改进对于本领域的那些普通技术人员都将是很明显的。所有的变化和改进都将被看作是落入由所附权利要求确定的本发明的构思和范围之内。
权利要求
1.一种加速度响应开关，它包括一个容器，该容器包括一个装有底的圆筒形导电外壳和一个盖板，该外壳的内底面上形成有一个斜面，以使底面中心从中心向外平缓地上升；所述盖板固定于外壳上以封闭外壳的开口端并且具有通孔；一个固定在盖板的通孔中的引线端子，它延伸穿过盖板，并与外壳电绝缘；固定在引线端子的位于外壳中的一个端部的接触件，它有多个与外壳几乎同轴地成辐射状排列的羽状部分，每个羽状部分都有预定的弹性；以及一个封装在密闭容器中的导电惯性球，它能在外壳底部内表面上滚动，由于外壳底部内表面的倾斜，惯性球在静止状态时的正常位置基本上处于外壳底部内表面的中心，当受到振荡时，惯性球移到偏离外壳底部内表面中心的位置，从而与接触件的一个或多个羽状部分接触，使羽状部分与外壳之间电导通；其特征在于在部分外壳内周壁上形成抵触部分，惯性球滚动靠近该部分附近并滑动与接触件的羽状部分相触碰，当惯性球滚动着撞到这个抵触部分时，其运动的路径发生改变。
2.一种如权利要求1所述的加速度响应开关，其特征在于盖板气密地紧固于外壳的开口端上，提供气密的容器。
3.一种如权利要求2所述的加速度响应开关，其特征在于气密容器中装有防污染气体。
4.一种如权利要求2所述的加速度响应开关，其特征在于在带有惯性球的气密容器中装有预定量的减震液，减震液具有适于给惯性球施加阻力的粘度，以便在惯性球受到外界振荡时终止惯性球的移动。
全文摘要
一种加速度响应开关,包括一个容器,该容器包括由底面为倾斜面的外壳和固定于外壳上以封闭外壳开口端的盖板;固定在盖板通孔中的引线端子;固定在引线端子外壳内那一端的接触件,它有多个与外壳同轴地成辐射状排列的羽状部分;封装在密闭容器内可在外壳底部滚动的导电惯性球,形成在外壳内壁上的多个突起部;装在容器中的减震液的粘度适于给惯性球施加阻力,在惯性球受外界振荡发生转动时使其终止转动。
文档编号G01P15/135GK1178382SQ9710979
公开日1998年4月8日 申请日期1997年4月28日 优先权日1993年10月1日
发明者水谷靖和, 柴田茂一, 浦野充弘, 渡边胜幸, 小关秀树 申请人:株式会社生方制作所