专利名称：流体压力响应式电开关的制作方法
技术领域：
总体而言，本发明涉及流体压力响应式电开关，更具体地说，本发明涉及用于使得这些开关在整个宽的温度工作范围内在压力测量方面更为精确的具体的特定特征。
背景技术：
通过使流体压力进入快速偏转驱动器(例如瞬动隔膜)的一侧，使得其在一个预定的驱动压力值上从第一组态运动到第二组态、并在另一个去驱动(de-actuation)压力值上回复，从而响应于流体压力值的变化以打开和关闭电路的器件，是已知的。典型地，运动传输部件可动地邻近于驱动器而被安装，并适于将运动从驱动器上传输到电开关的可动臂上。
在面临着对于压缩器的高压“断流”(在2000pisg和125°C的量级的高温和高压)问题的HVAC和工业应用环境中，需要这样一种开关对于给定的工作流体而言，在工作中所示的整个压力和温度范围内，该开关都能够保持既坚固又稳定。用于驱动器部件的巢状盘叠层的均质(homogeneous)层,业已被利用以制造用于目前的高压用途的压力开关驱动器。然而，在工作中所面临的_25°C至125°C的温度范围内的压力开关点上，这些器件遭受了显著的变化。开关压力点(pressure switch points)随着温度的变化能引发包含所述开关的压缩器/系统的早切断或晚切断。需要这样一种更为精确的机械开关当在测试流体的高压时，其在整个宽的温度范围内保持恒定的开关点。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在HVAC、工业和其它应用领域中使用的、用于高压力切断用途的流体压力响应式电开关，该流体压力响应式电开关在宽的温度范围内提供精确的压力设定点。更具体地说，本发明的一个目的是提供这样一种开关该开关能够在-25°C至125°C的温度范围内将压力开关点保持在这些压力开关点的室温值的1%或更小范围以内。简而言之，根据本发明的一个优选实施例，流体压力响应式电开关包括长形的、大体管状的基体部件，该基体部件具有纵向轴线、并且具有在第一和第二端之间延伸的侧壁；安装在基体部件的第一端上的、具有中央孔道的运动传输导向部件；流体压力响应式传感器组件，所述传感器组件包括组合驱动器部件，该组合驱动器部件被夹在具有中心孔的盘状壳体部件和具有中心孔的壳体支承部件之间，盘状壳体部件、壳体支承部件以及组合驱动器部件都具有圆形的外部周边部分，这些圆形的外部周边部分被焊接在一起并大体上与导向部件对准，传感器组件与基体部件被连结在一起；以及电开关，该电开关设置在基体部件内部；以及运动传输销，该运动传输销可滑动地安装在导向部件中、并穿过在组合驱动器部件和电开关之间的壳体支承部件中的孔而延伸，
所述组合驱动器部件包括至少一个由选定的低热膨胀系数(CTE)材料制成的部件和至少一个由选定的高CTE材料制成的部件。根据本发明的另一个优选实施例，流体压力响应式电开关具有的组合驱动器部件包括至少一个由选定的低CTE材料制成的瞬动盘状部件和至少一个由选定的高CTE材料制成的瞬动盘状部件。根据本发明的另一个优选实施例，压力响应电开关具有的组合驱动器部件包括至少一个由低CTE材料制成的瞬动盘状部件和至少一个由选定的高CTE材料制成的瞬动盘状部件，还包括定位于至少一个高CTE材料盘状部件和至少一个低CTE材料盘状部件之间的膜片。根据本发明的又一个优选实施例，组合驱动器部件还包括由选定的低CTE材料制成的热调节部件。
结合附图描述本发明的细节，附图中图I为根据本发明的第一实施例的流体压力响应式电开关的横截面图(焊接未示出)；图2为如图I中所示的局部视图B的放大横截面图；图3为图I中的流体压力响应式开关的压力传感器组件的分解图；图4为图3中的焊接的压力传感器组件的局部剖视的照片；而图5为示出了本发明的第一实施例的组合压力开关与现有技术的均质压力开关在驱动压力的平均偏差方面比较的曲线；图6为示出了具有改进的组合驱动器部件的本发明的第二实施例的与图2相似的放大横截面图。在这几幅图中，类似的参考标记代表相应的部件。
具体实施例方式参照附图1-4，相据本发明的第一实施例制造的流体压力响应式电开关10包括长形的、大体管状的基体部件1，该基体部件I具有纵向轴线，由例如PBT(聚丁基-plera邻苯二甲酸酯)的适当电绝缘材料构成。基体部件I具有从第一开口端42延伸到第二开口端44的圆筒形壁40。基体部件I的第二开口端具有第一和第二孔道46和48，这些孔道相互平行地延伸进入在基体部件I内部的中心开关腔50。中心脏容纳电开关13。第一和第二端子部件4、5固定在基体部件I上，第一端子部件4从开关腔50延伸进入第一孔道46，而第二端子部件5从开关腔50延伸进入第二孔道48。第一端子4设置在开关腔内部中的、带有电开关的静态触点70的一端上。第二端子5设有导电的、可移动的弹性触点臂72，可移动的弹性触点臂72的一端安装在第二端子5上，而可移动的弹性触点臂的另一端处安装有可移动电触点74 (参见图2)。电开关的可移动触点74和静态触点70相互面对地设置,从而能够根据可移动的弹性触点臂72的运动，产生接触和断开接触。运动传输导向部件2安装于基体部件I的第一开口端42处,在端子4、5上方,该运动传输导向部件2具有中央孔道80，该中央孔道80用于接纳可滑动地移动的传输部件14。导向部件2具有圆筒形外壁，该圆筒形外壁滑动地安装于基体部件I的开口端42的内部。传感器组件60 (下文将详细描述)直接地邻近导向部件2而定位、并通过圆筒状的盖部件9而被附接到基体部件I上，该盖部件9优选由金属材料(例如钢)制成。盖部件9具有通过滚轧、卷边或其它适当方式而被弯曲的顶部和底部边缘部分，用以将基体部件I和传感器组件保持在一起。弹性体O形环61位于传感器组件60的外周边和基体部件I之间，并在卷边/滚轧操作期间变形，以使得二者严密 地连结在一起。在美国专利No. 5，808，255中可以找到流体压力响应式电开关的更详细的描述，该专利以参引方式结合于此。传感器组件60包括顶部盘状壳体部件6 ;包括多个层叠的盘状部件的组合驱动器部件62(被用作隔膜)；以及下部壳体支承部件12。下部壳体支承部件12是具有中心孔的盘状部件，并直接地邻近于基体部件I的第一开口端42和销导向部件2而定位。组合驱动器部件62由分开的(individual)、具有相同的总体直径的瞬动盘部件形成，这些瞬动盘部件被夹在顶部盘状壳体部件6和下部壳体支承部件12之间，上下相互堆叠地设置(所选的数量取决于要监视的压力等级)。顶部盘状壳体部件和下部壳体支承部件也具有与组合驱动器部件62相同的总体直径。优选地，通过焊接，将顶部盘状壳体部件6、组合驱动器部件62和下部壳体支承部件12连结在一起而形成密封式的传感器组件60。焊接沿着各元件的外周边进行。优选使用多次操作，并选择焊接参数，以使得组合驱动器部件的局部退火效应最小化。根据本发明的组合驱动器62不是使用与现有技术中所使用的瞬动盘状部件中相同的均质材料来制造的。组合驱动器62包括由选定的低热膨胀系数(CTE)材料制成的至少一个盘状部件17和由选定的标准高热膨胀系数(CTE)材料制成的至少一个盘状部件18。在本发明的另一个优选的实施例中，组合驱动器部件62还包括设置在至少一个高CTE材料盘17和至少一个低CTE材料盘18之间的至少一个膜片层盘19。顶部盘状壳体部件6具有略微呈穹顶形的部分7，该部分带有大的中心贯穿孔。通过铜焊和/或焊接而将穹顶形部分7密封地连接到带有中央开口的适当零件8，从而形成用于要被开关10测量的流体的进口通道和压力腔11。零件8的结构鉴于将要使用开关10的应用环境而被选择。顶部盘状壳体部件优选由不锈钢材料制成，例如17-4弥散硬化(PH)不锈钢。也可使用其它的不锈钢材料，例如15-5PH不锈钢，302不锈钢，304不锈钢，316不锈钢和430不锈钢。壳体支承部件12具有中心孔，该中心孔用于可滑动地接纳传输销14，传输销14从组合驱动器部件62的底部穿过销导向部件2延伸到可移动触点臂72的顶部，以使得可移动触点臂响应于组合驱动器部件62的运动而移动。下部壳体支承部件12通过用例如完全退火态的430不锈钢而制成。也可使用其它的不锈钢材料，例如上述的顶部盘状壳体6所用的不锈钢材料。根据本发明，瞬动低CTE盘17用例如455不锈钢材料的材料制成，并形成有穹顶形的中央区域。典型的厚度和直径可分别为0. 0054英寸和0. 800英寸。用于455不锈钢材料的或其它的低CTE盘状材料(例如410不锈钢，420不锈钢，430不锈钢和17_4不锈钢)所用的标准CTE典型地在10. 0至11. 0X10_6/°C的范围内。根据本发明，瞬动高CTE盘18用例如302不锈钢材料的材料制成，并形成有穹顶形的中央区域。典型的厚度和直径可分别为O. 008英寸和O. 800英寸。可增大或减小盘17和18的厚度，以增大或消减各个压カ盘的数量，从而满足所需的开关压カ范围的要求。用于302不锈钢材料的或其它的高CTE盘状材料(例如17-4不锈钢，316不锈钢，321不锈钢，301不锈钢和304不锈钢)所用的标准CTE典型地在15. O至17. 4X 1(T6/°C的范围内。膜片19为薄的、柔软平坦的盘，由在柔和退火态的321不锈钢材料或者例如黄铜、316不锈钢、铝等其它材料而制成。膜片19的使用，能够使得在组合驱动器部件62内部的力的分布更加均衡，同时能够耗散摩擦力和其它的会使器件退化并导致在它的开关点中的温度漂移的动态力。例如，图4示出了焊接之后的本发明的传感器组件60，其包括下部壳体支承部件12H^一个低CTE盘17，膜片部件19，两个高CTE盘18和上部盘支承部件6。在测试中，使用了这样的传感器组件60的流体压カ开关，在整个宽的温度范围上表现出的开关点读数 非常一致。图5示出使用了本发明的第一实施例的组合传感器组件的压カ开关和使用了现有技术的均质传感器组件的压カ开关在驱动压カ的平均偏差方面的比较。从图5中可以看出，随着温度变化，现有技术的器件显示出显著的压力点变化，而本发明的器件显示出很小的变化。图6示出的是与本发明的第一实施例中的图2相似的本发明的另ー个实施例的放大横截面图。根据本实施例的这种流体压カ响应式开关100具有的结构与在图1-5中所示的、上文中所述的流体压カ响应式开关10的实施例的结构基本相同；然而，该开关100包括新设计的传感器组件60A。本实施例的传感器组件60A包括由选定的低CTE材料制成的额外的热调节部件20，其是驱动器设计的稳定化部分。这典型地应用于驱动器设计中，用于取代在驱动器设计中使用的同时具有高和低CTE的瞬动盘部件。应当理解，该调节部件也可与上述的同时具有高和低CTE的瞬动盘部件一起使用。在本实施例中，热调节部件将被用于在整个宽的温度范围上向流体压カ响应式电开关提供精确的压カ设置点。如图6中所示，热调节部件20在顶部盘状壳体部件6和多个盘部件之间直接地邻近于多个盘部件而定位，形成新的组合驱动器部件62A。它也可设置在下部壳体支承部件12和多个盘部件之间。热调节部件20具有的总体直径与顶部盘状壳体部件6、下部壳体支承部件12以及多个瞬动盘部件的总体直径相同，并带有中心孔。厚度典型地在O. 025英寸和O. 065英寸之间的范围内。优选通过焊接，将热调节部件与多个瞬动盘部件连结在一起以形成组合驱动器部件，并且与顶部盘状壳体部件6和下部壳体支承部件12 —起形成前述的传感器组件60A。根据本实施例，热调节部件由例如455，410，420或17_4不锈钢的具有低CTE的材料制成。这些不锈钢具有在10. O至11.0X10_6/°C的范围内的CTE。当传感器组件产生了足够小的用于流体压カ传感器组件100的热漂失性能吋，热调节部件用作本实施例的组合驱动器部件的一部分。所増加的由低CTE材料制成的热调节部件，将在流体压カ传感器组件100的整个工作范围上，对传感器组件60A的机械稳定性和热稳定性二者加以平衡。
从上述内容可以看出，本发明实现了多个目的，并且产生了其它的有益結果。由于可以在不脱离本发明的主g下对上述的结构和方法做出许多改变，上述说明中所包括的或者在附图中所示出的所有内容都应当被视为是说明性的，而不是限定性的。 此外，所附的权利要求应覆盖来自于本发明的精神和范围内的所有的这种等效变化，例如响应于任何可应用状态的电开关。
权利要求
1.ー种流体压カ响应式电开关,包括 长形的、大体管状的基体部件，该基体部件具有纵向轴线、并且具有在第一端和第二端之间延伸的侧壁； 安装在所述基体部件的第一端上的、具有中央孔道的运动传输导向部件； 流体压カ响应式传感器组件，该流体压カ响应式传感器组件包括组合驱动器部件，该组合驱动器部件被夹在具有中心孔的盘状壳体部件和具有中心孔的壳体支承部件之间，所述盘状壳体部件、壳体支承部件以及组合驱动器部件都具有圆形的外部周边部分，这些圆形的外部周边部分被焊接在一起并大体上与所述导向部件对准，所述传感器组件与所述基体部件被连结在一起；以及 电开关，该电开关设置在基体部件内部；以及运动传输销，该运动传输销可滑动地安装在所述导向部件中、并穿过在所述组合驱动器部件和所述电开关之间的所述壳体支承部件中的孔而延伸， 所述组合驱动器部件包括至少ー个由选定的低热膨胀系数材料制成的部件和至少ー个由选定的高热膨胀系数材料制成的部件。
2.根据权利要求I所述的流体压カ响应式电开关，其中所述组合驱动器部件包括至少一个由选定的低热膨胀系数材料制成的瞬动盘状部件和至少ー个由选定的高热膨胀系数材料制成的瞬动盘状部件。
3.根据权利要求2所述的流体压カ响应式电开关，还包括定位于所述至少ー个由高热膨胀系数材料制成的瞬动盘状部件和所述至少一个由低热膨胀系数材料制成的瞬动盘状部件之间的膜片。
4.根据权利要求I所述的流体压カ响应式电开关，其中高热膨胀系数材料在15.O至·17. 4 X 10_6/。。的范围内，低热膨胀系数材料在10. O至11. O X 10_6/。。的范围内。
5.根据权利要求I所述的流体压カ响应式电开关，其中流体压カ响应式压カ组件的焊接在多次操作中进行，以使得组合驱动器部件的局部退火效应最小化。
6.根据权利要求I所述的流体压カ响应式电开关，其中所述组合驱动器部件包括由选定的低热膨胀系数材料制成的热调节部件，以及多个瞬动盘部件。
7.根据权利要求6所述的流体压カ响应式电开关，其中所述多个瞬动盘部件由具有高热膨胀系数的材料制成。
8.根据权利要求6所述的流体压カ响应式电开关，其中所述多个瞬动盘部件包括至少一个由选定的低热膨胀系数材料制成的瞬动盘部件和至少ー个由选定的高热膨胀系数材料制成的瞬动盘部件。
9.根据权利要求7所述的流体压カ电开关，其中高热膨胀系数材料在15.O至·17. 4 X 10_6/。。的范围内，低热膨胀系数材料在10. O至11. O X 10_6/。。的范围内。
全文摘要
一种流体压力响应式电开关。一种压力响应电开关，具有包含电开关和端子的长形基体。基体连接至传感器组件，其响应于要被测量的压力而对电开关加以驱动和解驱动。传感器组件具有组合驱动器部件，该组合驱动器部件包括多个层叠的瞬动盘状部件，该瞬动盘状部件包括至少一个选定的低热膨胀系数的瞬动盘状部件和至少一个选定的高热膨胀系数的瞬动盘状部件，从而在整个宽的温度范围内提供精确的压力作用/去作用点。在第二实施例中，组合驱动器部件包括热调节部件。
文档编号H01H35/34GK102683105SQ20121006752
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月3日 优先权日2011年2月4日
发明者A·M·哈格, B·J·达格, P·J·塔维拉, R·T·戈登 申请人:森萨塔科技公司