CN101170022A - 用于检测箱内液体是否超过阈值高度的压力开关 - Google Patents

用于检测箱内液体是否超过阈值高度的压力开关 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于检测箱(200)中的液体(300)是否超过阈值高度(301)的压力开关。该压力开关(100)包括由不渗透的弹性隔膜(4)密封地分成两个隔间(111,112)的室(11)。第一隔间(111)可被来自箱(200)的液体(300)填充。隔膜(4)能够弹性变形,根据第一隔间(111)的液体(300)填充状态改变两个隔间(111,112)的容积。在本发明中,压力开关(100)与开口的竖直管道(16,22)连通,该竖直管道适用于使首先是室(111)内的空气然后是液体(300)能够由于液体(300)的压力引起的推力而沿竖直方向排出。采用此方法,可以克服由于不存在竖直排出管道(16,22)而产生的将在室(111)内被压缩的空气的存在而产生的缺点,因此可以简单而可靠的方式使用此压力开关来检测箱(200)中的液体(300)的液面(302,303)的变化。

Description

用于检测箱内液体是否超过阈值高度的压力开关
技术领域
本发明涉及一种用于检测箱内液体是否超过阈值高度的压力开关。
背景技术
压力开关如果应用到容纳有液体的箱上,则能够基于作用在压力开关内部的压力检测液面是否越过标准。由于液体压力随箱内液面的上升而增加,所以压力开关通常被置于箱的下部区域,但是检测是否越过设置于较高高度处的阈值高度。一旦在箱上安装好,压力开关就与一固定的“阈值高度”相关联。
压力开关可处于以下两个位置:
-“静止/平衡”位置:压力开关检测到液面没有超过阈值高度;在此位置,压力开关内部没有液体、或具有低压液体;
-“加压”位置:压力开关检测到液面越过阈值高度;在此位置,压力开关内部的液体压力高得足以使一装置例如电路中的断路器断开/跳闸。
本发明可应用于所有类型的箱,只要该箱中能产生足以致动系统的压力。
(本发明)将参考“开口”箱(或者“顶部开口”的箱),它们尽管可能是封闭的,但是因为其密封件具有开口而“打开”或者无论如何没有达到箱与大气隔离的程度。事实上,这种液体的表面受大气压作用。
众所周知,在开口箱也就是说大气压作用在液体表面的箱内,如果使用压力开关检测是否超过阈值高度,那么由于压力开关体部内空气的存在而可能产生问题。
在压力开关中,压力开关体部内的空气的压力值随箱内液体液面的变化而改变。这导致压力开关内部的空气压力改变。
在压力由于箱中液面的变化而重复改变的情况下,这种现象危及压力开关的正确操作。压力开关没有发送仅代表液体高度的信号,而是产生受压力开关体部内的压缩空气的体积影响的信号,该体积通过空气可压缩性和箱内液面的上升和下降的影响而改变。
因此,商业上不常使用压力开关。通常使用电子或流量开关浮动装置来检测小的箱内是否存在液体。
在浮动系统的情况下,除了设备成本外,大量时间浪费在安装和试运行中,而且,需要在适当的位置设置密封系统来防止泄露。
电子系统成本昂贵,它们不能应用于金属箱,最后,需要额外的能够解码且随后转发信号的电子系统。
除了仍然具有较高成本且需要电子换能器之外,流量开关系统由于可能因灰尘而传输错误的信号而具有堵塞和可靠性方面的缺点。
发明内容
本发明的目的是设计一种压力开关,该压力开关能克服上述已知装置的缺点,且因此能以精确、灵敏的方式检测箱内是否存在液体,易于安装并可容易地根据使用者的需求定位。
根据本发明,通过一种用于检测箱内液体是否越过阈值高度的压力开关达到此目的,该压力开关包括由不渗透的弹性隔膜密封地分成至少第一和第二隔间的室,所述第一隔间可填充有来自所述箱的液体,所述第二隔间没有所述液体,所述隔膜能够根据所述第一隔间的液体填充状态通过改变所述第一和第二隔间的容积而弹性变形,其特征在于,所述第一隔间与顶部开口的竖直管道相连通,该竖直管道适于使得首先是空气然后是液体能够由于所述箱内液体压力引起的推力而通过所述竖直管道沿竖直方向排出。
用这种方式,当箱内液体的液面达到压力开关连接处的阈值高度时,液体进入第一隔间内,通过竖直管道将空气排出压力开关。这样能使压力开关的第一隔间内完全没有空气,由此防止该隔间内存在压缩空气。
液体沿与压力开关的出口相连接的竖直管道上升至箱内液体的液面高度。
在本发明的实施例中,由箱内液体施加在隔膜上的压力导致隔膜的弹性变形,由此推动一能够切换微型开关的状态的致动器,命令电路接通或断开。
另外,由于压力开关具有恒定的致动力——该致动力由不同部件的反作用力决定,该反作用力的作用方向与使隔膜弹性变形的力的方向相反——因此可相对于基准高度将压力开关安置于固定的高度。压力开关如果连接在柔性软管上就会变得位置可调;可相对于箱竖直地定位,因为不管存在多少液体量,压力开关的灵敏度总是保持不变。
根据连通器原理,竖直管道内的液体与待测量的箱内存在的液体具有相同的高度。如果该管道是透明的并且带有刻度尺,则即使箱是用不透明材料制成也能够明确显示液体的高度。
使用由例如硅树脂制成的弹性隔膜是适当的,因为在所有可用的材料中,它是弹性记忆最大的材料。
附图说明
通过对下面附图中作为非限制性示例给出的实施例的详细说明,本发明的这些和其它特征会更加清楚,在附图中:
图1示出根据本发明的压力开关的立体图;
图2示出图1中的压力开关处于静止位置时的纵剖面图;
图3示出图2中线III-III处的剖面图;
图4示出图2中线IV-IV处的剖面图;
图5示出当压力开关处于加压位置时的与图2中视图类似的视图。
具体实施方式
压力开关100能检测容纳在开口箱200中的液体300是否越过阈值高度301。所述压力开关100尤其可通过图2和图5显示,其中图2中压力开关100处于静止位置,图5中压力开关处于加压位置。
所述压力开关100包括基体1,该基体具有适于将所述基体1连接到容纳有液体300的所述箱200的金属部件,这种部件是:
-径向对称的管保持器接头12,通过该管保持器接头可将压力开关固定在所述箱上的连接管400上(这是图2和图5中使用的连接类型);
-径向对称的凹槽13,该凹槽适于插入所述箱的凹部内;
-适合于连接到弹性或可变形的支承结构上的锥形部14;
-或者不借助于具有径向对称的管保持器接头12的管,直接位于所述箱上。
基体1具有内部管道15,该管道水平设置以连接开口115和室11(下文将描述其功能)。箱内的液体通过管道15能自由地流出。
基体1在一上部位置安装有一垂直的弯曲管道16;应注意该管道16是如何从开始的水平到后来沿竖直方向延伸的。管道16通过管保持器接头17将室11连接到一竖直管22。
该竖直管22由透明橡胶制成并具有刻度标记,该刻度标记能够向外部的观测者显示箱内的液面(图2中的302,图5中的303)。该竖直管22的上端部是开口的,因而在液体到达之前空气完全排出,并且存在的液体受大气压作用。
竖直管22和管道16(至少其竖直部分)共同用术语“竖直管道”表示。
本发明的其它实施例中,可以使用其它类型的竖直管道。
基体1包括向室11相反的方向突出的传统钩7。
基体1通过这些钩7同轴地钩住盖2,这样从外部看来所述基体1和所述盖2紧密配合(如图1所示)。基体1和盖2的特殊构造是用来形成前述的室11(后面可以看到所述室11实际上是怎样分成两个密封地分隔开的隔间的)。
特别地,基体1和盖2配合以形成一具有矩形截面和水平轴线的环形空腔10(环形空腔10的功能将在下文解释)。
另外,盖2在所述室11内包括一具有水平轴线的半环形凹口20(所述半环形凹口20的功能将在下文解释)。
盖2包括在所述室11内部沿隔膜4的方向水平延伸的支承件18。
盖2具有矩形空腔,该空腔适于通过4个锥形轴销(pivot)8容纳微型开关3。该微型开关3是双稳态元件,可在ON状态(当压力开关处于加压位置且液面303超过阈值高度301时,如图5所示)和OFF状态(当压力开关处于静止位置且液面302没有超过阈值高度301时,如图2所示)之间切换。
该微型开关3由致动器19驱动。
这些设置在柔性挡板25上的锥形轴销8使得盖2完美地适合微型开关的钩着点,完全消除了一微型开关和另一微型开关之间可能存在的差异,将所述微型开关3保持在坚固稳定的状态。
在所述室11内部容纳有不渗透的硅树脂隔膜4(本发明的其它实施例可提供其它类型的柔性材料)。所述隔膜4被设置在竖直位置,从而将室11密封地分隔成两个隔间:
-第一隔间111(在图2和图5中显示为位于隔膜4的右侧),在该第一隔间内液体300可从箱200流出和流入箱200;
-第二隔间112(在图2和图5中显示为位于隔膜4的左侧),该第二隔间没有用于箱内液体的出口。
本发明中,第一隔间111通过管道16连接到管22,因而箱内液体可由于箱内液体的推力而流入第一隔间111并随之流入管22(如图2和图5所示)。另外,竖直管道16与室11的交会点的位置相对于液体通过管道15进入的入口尽可能地最靠外,使得能够通过竖直管道16和管22排出隔间111中的所有空气,从而避免压力开关体部内空气体积变化的缺点。
所述隔膜4包括:
-容纳于前述环形空腔10中的具有半圆形截面和水平轴线的环形端部9(事实上,环形空腔10除了避免液体泄漏问题之外,还具有稳定地容纳所述隔膜4的边缘的功能);
-位于环形端部9内侧的具有水平轴线的圆形弯折部23(实际上,半环形凹口20具有在压力开关处于图5所示的加压位置时能够与所述弯折部23配合的功能,从而避免隔膜4在压力作用下的变形);
-两个蘑菇状的突出部6(比较图2和图4可以清楚地推导出),这些突出部指向外部,大致与支承件18相对。
用刚性材料制成的具有水平轴线的加强盘5设置在所述第二隔间112内邻近所述隔膜4的位置,使得该加强盘5在不会从那里脱出的情况下插入隔膜4和致动器19之间。最后,加强盘5包括通孔24,从而两个蘑菇状突出部6可插入其中(这一插入的功能是保持隔膜4和加强盘5固定)。
加强盘5的功能是在致动器19上施加均匀的应力,保持隔膜4的中心部分基本不变形。
图2中的压力开关100处于静止位置。处于静止位置对应的情况是箱200中的液面302低于阈值高度301,所述第一隔间111内的液体具有低压力,不能推动隔膜4并使得隔膜4推动致动器19;微型开关3处于静止状态。如果所述第一隔间111内没有液体300,也会出现同样的情况。
在图5中,压力开关100处于加压位置。在此位置,箱中的液面303高于阈值高度301,因此来自箱200的液体300充满整个所述第一隔间111且具有足够高的压力来推动隔膜4,使得隔膜4推动致动器19;微型开关3改变其状态。液体300出现在竖直管道内且上升至与箱200内的液面303相同的高度。
微型开关3是只能处于ON或OFF状态的元件。
从静止位置到加压位置的转换以如下方式发生:
-液体300初始时如图2所示;微型开关处于OFF状态;压力开关100处于静止位置;第一隔间111和管道16内可能有液体300,但是液体300的压力不足以推动和使隔膜4变形至允许微型开关3切换的程度;
-液体300进入箱200:箱200内的液体300的液面升高,液体300的压力上升,且沿着管道15流入第一隔间111,趋向于使隔膜4变形,将隔膜推向微型开关3;
-隔膜4弹性变形以推动加强盘5移向微型开关3,由此增大第一隔间111的容积而减少(有损于)第二隔间112的容积;
-与此同时,加强盘5趋向于将致动器19推到微型开关3上;
-同时,随着液体从箱200流出到第一隔间111,部分液体的液面朝管16上升以达到箱200内的液体300的液面303,将第一隔间111和竖直管道16内的空气完全排出;
-当压力开关切换到加压位置(图5)时,微型开关3改变其状态,从OFF状态转换到ON状态;
-在加压位置中的定位通过支承件18的作用锁定,该支承件锁定加强盘5,阻止液体施加在微型开关3上的力被释放;这种锁定(并且因此在加压位置中的定位和所述微型开关3的OFF状态)将保持不变,直到液体300的液面回到阈值高度301以下。
根据本发明的压力开关100的灵敏度可通过修改以下部件的特征而改变:
-通过改变加强盘5的厚度或材料;
-通过改变隔膜4的硬度;
-通过改变微型开关3和致动器19的参数。
这种压力开关100相对于与之相连接的箱的安装通过反复试验简单地进行。例如,如果用柔性软管将压力开关100连接到箱200,则可通过简单地改变压力开关100的高度位置来改变阈值高度301。可以提供适用于在垂直方向固定压力开关的定位的引导件和在此位置的锁紧装置。
本发明的优点总结为:
-压力开关100能够以大约10/15mm水柱检测并发出电信号的灵敏度,不管箱的表面怎样;
-安装简单、可重复和可靠;
-由于压力开关100简单和使用无特殊特征的材料,成本降低;
-由于不需要专门或特殊的设备,组装简单和快速;
-可调性,可根据使用者的需求竖直地移动压力开关100,可提供用于所述竖直调整的装置(引导件,竖直管以及诸如此类的装置)。

Claims (17)

1.一种用于检测箱(200)内的液体(300)是否超过阈值高度(301)的压力开关,包括由不渗透的弹性隔膜(4)密封地分成至少第一和第二隔间(111,112)的室(11),所述第一隔间(111)可填充有来自所述箱(200)的液体(300),所述第二隔间(112)没有所述液体(300),所述隔膜(4)能够根据所述第一隔间(111)的液体(300)填充状态通过改变所述第一和第二隔间(111,112)的容积而弹性变形,其特征在于,所述第一隔间(111)与顶部开口的竖直管道(16,22)连通,所述竖直通道适于使得首先是空气然后是液体(300)能够由于所述箱内的液体(300)的压力引起的推力而通过所述竖直管道(16,22)竖直地完全排出。
2.根据权利要求1所述的压力开关,其特征在于,所述隔膜(4)由硅树脂制成。
3.根据权利要求1或2所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关通过柔性软管与所述箱(200)相连接,所述压力开关具有能够使其竖直地定位和锁定的装置。
4.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关包括能够切换电路的微型开关(3),所述微型开关(3)可通过存在于所述第一隔间(111)内的液体(300)的压力而产生的力的作用来切换。
5.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关包括由刚性材料制成并邻近所述隔膜(4)的加强盘(5)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关包括至少一管保持器接头(12),压力开关可通过该管保持器接头固定在连接压力开关和箱(200)的连接管上。
7.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关包括至少一适于插入箱(200)的凹部内的凹槽(13)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关包括至少一适于连接在弹性或可变形的支承结构上的锥形部(14)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关包括至少一能够将所述压力开关(100)连接到所述箱(200)上的水平管道(15),以使箱(200)内的液体(300)能够自由地流出。
10.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关包括至少一用透明橡胶制成的竖直管(22),所述竖直管(22)具有合适的刻度标记以向外部的观测者显示箱(200)内的液体(300)的液面。
11.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述室(11)包括一环形空腔(10)和一半环形凹口(20)。
12.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关包括在所述第二隔间(112)内部水平突出的支承件(18)。
13.根据权利要求11或12所述的压力开关,其特征在于,所述隔膜(4)结合有稳定地容纳于上述环形空腔(10)内的环形端部(9)、可被接纳于上述半环形凹口(20)中的圆形弯折部(23)、以及大致与所述支承件(18)相对地指向的蘑菇状突出部(6)。
14.根据权利要求5-13中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述加强盘(5)设置在所述第二隔间(112)内部邻近所述隔膜(4)的位置,使得所述加强盘(5)在不会从那里脱出的情况下插入隔膜(4)和能够切换所述微型开关(3)的致动器(19)之间,所述加强盘包括通过蘑菇状突出部(6)钩住所述隔膜(4)的孔(24)。
15.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关具有适于将所述压力开关构造成在静止位置和加压位置之间切换的装置(4,5,15,19),所述静止位置用于所述第一隔间(111)内部没有液体(300)的情况,所述加压位置用于所述第一隔间(111)内部存在液体(300)的情况,设置有适于根据从所述静止位置到所述加压位置的转换来切换电路的装置(3)。
16.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述顶部开口的竖直管道(16,22)使得室(111)内的空气完全排出,并且其中的液体受大气压作用。
17.根据上述权利要求中任一项所述的压力开关,其特征在于,所述压力开关包括用于支承微型开关(3)的锥形轴销(8),该锥形轴销安置在适于将一个微型开关与另一微型开关之间可能存在的物理差异减少到零的柔性挡板上,以保持前述微型开关位于稳定的位置。
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