CN112229560A - 一种双裕度的高可靠性压力信号器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双裕度的高可靠性压力信号器，包括外壳，所述外壳的内部从内至外依次设置有开关组合和受感器机构，所述外壳的外侧设置有插座；所述受感器机构包括从内至外依次设置的止动器、顶杆、压力膜盒、接管嘴，所述顶杆的一端滑动穿过止动器并与开关组合连接，所述压力膜盒通过顶杆与开关组合连接，所述开关组合内设有两个并联设置的微动开关。本发明主要用于在高温的发动机领域，具有较好的可靠性，实现精确稳定的对系统介质压力进行监测控制，具有较好的实用性。

Description

一种双裕度的高可靠性压力信号器

技术领域

本发明属于压力信号器的技术领域，具体涉及一种双裕度的高可靠性压力信号器。

背景技术

随着现代化工业的发展，对于流体压力状态的测试是具有挑战性的问题，由于流体介质不同和工作环境的恶劣，在工业自动化控制中，压力信号器广泛应用于各类流体压力测量，要求信号器具备精确、可靠、稳定和寿命长的特点。

目前的压力信号器在恶劣情况下，容易出现不稳定状态，可靠性较差，并且在使用过程中容易出现弹簧片变形和微动开关失效的情况。尤其在航天航空器领域以及先进的工业应用中对信号器的性能、可靠性和稳定性要求更加苛刻。航空器朝着超音速和高隐身性能的方向发展，要求压力信号器向小型化、高可靠性和高环境适应性方向发展。在航空器中的压力信号器监测不同分系统的各类压力指标，将准确的信息传递给上级系统和航空器操作人员，及时的反馈航空器的工作状态，准确掌握设备的运行情况。压力信号器在座舱压力、氧气压力、燃油和滑油压力的监控中起到重要的作用，保障航空器及发动机系统安全可靠工作。在航天领域更如此，要求压力信号器能在极低温、极高温、高辐射等恶劣环境下也能正常工作，所以小型信号器在航天航空器中都起到了重要的作用。

在恶劣的流体工作环境中，普通的电子元件压力信号器会因为温度、辐射和腐蚀的缘故，不能在特殊场合进行使用。使用电子元器件的压力信号器长时间在极低温、极高温、辐射环境的环境条件下，电子传感器在使用中会出现提前老化以及失效的情况。对于特殊介质液体（腐蚀性）的压力测量，使用电子元器件的压力信号器需要对敏感元件进行隔离保护，在此过程中会损失其精度，并且结构冗余复杂，在使用中寿命短，并且不能经受大幅度的振动。并且在高度电气化集成的系统中，在电磁兼容等过程中容易出现串扰。

压力信号器在机械领域使用相当广泛，在自动化设备中状态转换过程中起到重要作用。在机械设计中，压力信号器工作环境都是比较恶劣的，需长期使用，对寿命和可靠性的要求高，对工业发展有重要的价值。本发明是根据特定的要求，对现有的压力信号器产品进行改善，提供一种双裕度高可靠性的小型化压力信号器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双裕度的高可靠性压力信号器，本发明主要用于在高温的发动机领域，具有较好的可靠性，实现精确稳定的对系统介质压力进行监测控制，具有较好的实用性。

本发明主要通过以下技术方案实现：

一种双裕度的高可靠性压力信号器，包括外壳，所述外壳的内部从内至外依次设置有开关组合和受感器机构，所述外壳的外侧设置有插座；所述受感器机构包括从内至外依次设置的止动器、顶杆、压力膜盒、接管嘴，所述顶杆的一端滑动穿过止动器并与开关组合连接，所述压力膜盒通过顶杆与开关组合连接，所述开关组合内设有两个并联设置的微动开关。

压力膜盒适用于气体和液体两种介质，对于介质流体的感知范围大，适应性强。工作温度为高温2200℃到低温-55℃，具有适应性强，稳定性好的特点。

若所测量的流体压力超出最大极限时，所述止动器可以保证膜盒处于弹性变形区，若压力恢复正常之后可继续正常工作而不会由于变形失效。

膜盒膜片的小型压力信号器可以很好地克服上述问题，机械式压力信号器工作状态稳定，受环境因素的影响度小，在恶劣环境中可以高可靠性地工作。后期可以推广到高速轨道列车和自动化生产线以及核电等领域使用，压力信号器感受被测介质压力的变化，开关组合在特定压力状态下发生转换，发出信号，方便控制器做下一步处理，在智能化和专业化机械中使用前景辽阔。

受感器机构主要是感知环境中某种介质的变化，将其转化为可测物理量，受感器中的膜盒膜片感受到介质压力后，发生形变得到的相对应的位移，推动顶杆发生位移，顶杆继而推动弹簧片，弹簧片是经过加强筋和特殊处理，使得后半段的刚度好，不容易产生变形，并且在前半段的弹性好，恢复能力强，在这里还起到了杠杆的作用，将位移放大，使得微动开关触点有足够的工作位移，微动开关产生通断信号，再通过插座将信号传递给上级系统。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述开关组合包括弹簧片、微动开关、开关座，所述开关座固定设置在外壳内部，且设置有微动开关，所述弹簧片水平安装在开关座的底部，所述弹簧片的顶部设置有微动开关的触头，且底部设置有顶杆。

所述的开关座，在螺纹的防松措施上采用了上下螺纹咬合方式固定，最后通过涂螺纹胶固定，保证其紧固的可靠性。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述弹簧片的前段设置有加强筋，且后段为弹性结构；所述弹簧片的后段与开关座连接。

弹簧片的前半段通过加强筋保证其刚度，起到杠杆作用，将微小位移放大1.5倍左右，后半段具有较好的弹性，能保证顶杆和压力开关的触头分别恢复到初始位置。并经过热处理和强化过程中，在过负荷条件下不会产生严重的塑性变形；在受力不均匀的条件下，避免发生失稳和折弯的情况。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述开关座上并联设置有两个微动开关，所述微动开关通过导线与插座连接，所述导线与微动开关通过钩焊方式焊接。两个微动开关通过螺钉固定，并且处于并联状态，在工作中，保证有任意一个开关输出信号，传感器既可以正常工作。微动开关通过导线将其采用并联方式与连接器连接到一起，焊接固定起来，在使用过程中，开关初始情况在常开条件下，工作中，只要有一个开关正常工作即可发出有效信号，提高产品可靠性。采用的开关是双裕度设计，在使用过程中，提高传感器产品的可靠性。若做定期检修，可以及时将损坏的开关及时更换与维修，进一步保证产品的使用可靠性与稳定性。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述弹簧片为T型结构，所述弹簧片对应微动开关设置有横向端。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述压力膜盒与接管嘴焊接连接，所述接管嘴通过螺母固定在外壳上。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括盖子，所述插座设置在盖子上，所述插座为防错式安装插座。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述接管嘴内部设置有缓冲器。所述缓冲器为现有技术，且不是本发明的主要改进点，故不再赘述。所述接管嘴采用了缓冲设计，保证在测试由齿轮泵传输流体所产生的脉动循环的影响，保证测试的精度。盖子上设置有密封圈，在工作环境中具有防尘防水作用，保证在恶劣环境中可以正常工作，提高产品的适应性。

本发明在使用过程中，通过接管嘴引入的待测量流体压力，经过缓冲器后进入压力膜盒中，将压力信号转化为机械位移信号，再通过顶杆将小位移信号传递给弹簧片；当弹簧片感受到来自顶杆的微小位移变化量时，前段加强部分将其位移量通过杠杆原理将其放大1.5倍左右，此放大后的位移再驱动开关支座上的两个微动开关的触头，达到动作位移后将压力信号转化为电信号，若持续加大，止动器便会阻止继续发生变形；若压力变小时，弹簧片再将顶杆复位，使得回到初始位置。两个常开微动开关处于并联方式连接，在位移量的驱动下，只需要任何一个微动开关动作都将产生信号。最后通过防错式安装插座的连接器将有效信号引出，输出到控制设备中。本使用新型具有可靠性高，寿命长，后期保养和维护方便，同时具有耐高温高压和具有辐射的环境，在湿热和盐度含量较高的环境中也可以正常工作，具有适应性强，安装方便等特点。

由于敏感元件是由金属的变形提供相应的位移量，是通过弹力变形产生，在使用过程中，寿命长，并且在疲劳极限强度范围内，能够长期稳定工作，在恶劣条件下正常工作。在高温情况下，电子类的传感器容易出现老化和失效的情况，产品容易出现不稳定或者是直接不能使用的情况，比如在发动机领域，长期处于高温高压条件下，传感器内的电子产品存在着很高的负荷，而纯机械的信号器就有着更加明显的温度适应性优势。在传感器的维护过程中，单开关的失效是不可以控制的，具有突发性，尤其是在恶劣的环境中更容易出现，现在采用双微动开关，将从源头上解决在使用过程中所出现突然失效的情况。本发明进行了双裕度设计，保证在使用过程中高可靠性，尤其是采用双微动开关，在一个开关失效的情况下，另一个开关可以正常工作，就不会影响传感器的信号输出，保证产品工作的可靠性。

本发明的有益效果：

（1）本发明主要用于在高温的发动机领域和可靠性要求很高，并且工况环境恶劣的自动化工业系统中，对系统介质压力进行监测控制。

（2）本发明的可靠性高，采用两个高可靠性的微动开关，并用导线连接到插座上，两个微动开关处于并联连接状态，在工作中，只要其中一个微动开关正常工作即可保证信号的正常输出，信号传感器正常工作，提高产品的可靠性。

（3）本发明提高了抗电能力，在大电流的工作环境中，微动开关中容易出现电弧，时有电弧将微动开关烧蚀的情况，导致传感器的直接出现失效情况，现在通过两个微动开关，可以在一个失效的情况下，继续正常工作，保证产品的可靠性。

（4）本发明具有一定的容错设计，在传感器的后期维护过程中，可以及时的更换或者维修微动开关失效的传感器，保证产品长期处于正常的工作状态，保证重要设备运行的安全。

附图说明

图1为压力信号的整体结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为压力信号的内部结构示意图；

图4为微动开关与的连接结构示意图；

图5为弹簧片的结构示意图；

图6为开关座的结构示意图；

图7为图6的主视图；

图8为图6的左视图；

图9为图6的仰视图；

图10为受感器机构的结构示意图；

图11为受感器机构的内部结构示意图。

其中：1.插座，2.受感器机构，3.开关座，4.弹簧片，5.止动器，6.顶杆，7.压力膜盒，8.缓冲器，9.微动开关，10.调整垫片，11.开关支座，12.接管嘴。

具体实施方式

实施例1：

一种双裕度的高可靠性压力信号器，如图1-图3、图11所示，包括外壳，所述外壳的内部从内至外依次设置有开关组合和受感器机构2，所述外壳的外侧设置有插座1；如图11所示，所述受感器机构2包括从内至外依次设置的止动器5、顶杆6、压力膜盒7、接管嘴12，所述顶杆6的一端滑动穿过止动器5并与开关组合连接，所述压力膜盒7通过顶杆6与开关组合连接，所述开关组合内设有两个并联设置的微动开关。

被测介质通过接管嘴12进入压力膜盒7内，膜盒受力变形膨胀，产生轴向位移，同时为了防止介质压力过大造成压力膜盒7过压变形损坏，在压力膜盒7位移方向设置止动器5，当压力膜盒7膨胀到一定程度时，止动器5限制压力膜盒7继续移动，从而起到保护作用，确保传感器在过负荷条件下不会失效，使得防错设计和可靠性都得到强化。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进行优化，如图3所示，所述开关组合包括弹簧片4、微动开关9、开关座3，所述开关座3固定设置在外壳内部，且设置有微动开关9，所述弹簧片4水平安装在开关座3的底部，所述弹簧片4的顶部设置有微动开关9的触头，且底部设置有顶杆6。

膜盒的位移通过顶杆6传递至弹簧片4，在装配的过程中，应该保证顶杆6的活动自由，润滑条件良好，在传递位移过程中不允许出现卡死或者是迟滞的发生，同时金属之后也不能因为摩擦而出现粘连的情况，保证在位移传递的可靠性。顶杆6的位移将与弹簧片4接触，将位移值传递过来，弹簧片4在装配过程中，通过调整垫片10的数量，将其保证处于水平，又恰巧与微动开关9的触头相接触的位置。

进一步地，如图5、图9所示，所述弹簧片4的前段设置有加强筋，且后段为弹性结构；所述弹簧片4的后段与开关座3连接。

弹簧片4的前段是采用两条加强筋连接的一块平面，在动作的过程中，弯曲变形较小，在此设计为一种杠杆原理，将顶杆6传递过来的信号放大，并保持原来的线性特性；在弹簧片4的后半段采用在使用过程中属于变形区，产生弹性变形，在动作之后，产生回复力，将顶杆6推回到原来的位置，同时释放微动开关9的触点。

进一步地，如图4、图6-图8所示，所述开关座3上设置有开关支座11，且开关支座11的两侧分别设置有微动开关9，且两个微动开关9并联设置，所述微动开关9通过导线与插座1连接，所述导线与微动开关9通过钩焊方式焊接。

微动开关9采用两个可靠性高的开关，并且在将两个开关进行并联连接，同时工作，只要一个微动开关9正常工作就能保证信号的正常输出，信号器正常工作。之后将微动开关9用导线连接到插座1上面。

在开关座3上面有两个微动开关9，采用并联的方式连接，在一个开关发生故障时，另一个开关可以正常的进行工作，使得信号器的可靠性成倍增加。在大电流的工作中，由于开关时容易产生电弧，烧蚀触电，双裕度的开关（双裕度）的信号器可靠性显著增强。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，所述压力膜盒7与接管嘴12焊接连接，如图10所示，所述接管嘴12通过螺母固定在外壳上。

进一步地，如图1-图3所示，还包括盖子，所述插座1设置在盖子上，所述插座1为防错式安装插座1。

进一步地，如图11所示，所述接管嘴12内部设置有缓冲器8。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

一种双裕度的高可靠性压力信号器，如图1-图11所示，属于航空航天和核电相关的传感器领域，具体的说是在自动化控制中的一种信号测量装置，实现环境中的物理状态转化为开关电信号的传感器。如图1-图2所示，包括受感器机构2、开关组合、盖子、插座1，如图3、图11所示，所示受感器包括止动器5、顶杆6、压力膜盒7、接管嘴12。膜盒的位移通过顶杆6传递至开关组合。

膜合膜片通过接管嘴12引入待测试的压力介质，使得弹性元件膜盒受力膨胀，产生轴向位移，同时为了防止介质压力过大造成压力膜盒7过压变形损坏，在压力膜盒7位移方向设置止动器5，当压力膜盒7膨胀到一定程度时，止动器5限制压力膜盒7继续移动，从而起到保护作用，确保传感器在过负荷条件下不会失效，使得防错设计和可靠性都得到强化。

进一步地，如图3、图7-图9所示，所述开关组合包括弹簧片4、微动开关9、开关座3。

膜盒的位移通过顶杆6传递至弹簧片4，在装配的过程中，应该保证顶杆6的活动自由，润滑条件良好，在传递位移过程中不允许出现卡死或者是迟滞的发生，同时金属之后也不能因为摩擦而出现粘连的情况，保证在位移传递的可靠性。顶杆6的位移将与弹簧片4接触，将位移值传递过来，弹簧片4在装配过程中，一定要通过调整垫片10的数量，将其保证处于水平，又恰巧与微动开关9的触头相接触的位置。

进一步地，如图5所示，所述弹簧片4的前段设置有加强筋，且后段为弹性结构；所述弹簧片4的后段与开关座3连接。

弹簧片4的前段是采用两条加强筋连接的一块平面，在动作的过程中，弯曲变形较小，在此设计为一种杠杆原理，将顶杆6传递过来的信号放大，并保持原来的线性特性；在弹簧片4的后半段采用在使用过程中属于变形区，产生弹性变形，在动作之后，产生回复力，将顶杆6推回到原来的位置，同时释放微动开关9的触点。

进一步地，如图6所示，微动开关9采用两个可靠性高的开关，并且在将两个开关进行并联连接，同时工作，只要一个微动开关9正常工作就能保证信号的正常输出，信号器正常工作。之后将微动开关9用导线连接到插座1上面。

本发明在使用过程中，装配受感器机构2：首先将上下两个万姓膜片焊接为膜盒，并将膜盒与接管嘴12焊接在一起，并进行气密性测试，保证气密性良好。将膜盒连接管嘴12通过螺母固定在外壳上，接着装配止动器5，并调整止动器5的位置，要求膜盒在工作压力范围内能够正常形变，在发生塑性形变前能够有效止动，防止发生永久形变。

装配开关座3：首先要检查弹簧片4应无损伤、变形，微动开关9工作顺畅，将各零组件按图所示进行装配，通过安装调整垫片10的数量，保证弹簧片4处于水平位置；微动开关9动作触点无预压力。在装配的过程中，通过安装调整垫片10的数量，保证弹簧片4处于水平位置，导线与两个微动开关9采用钩焊方式焊接，保证在振动过程的工况下的安全可靠。

总装调试：装配前将受感器内腔清理干净，将顶杆6放入受感器机构2内时，要求顶杆6能够自由顺畅上下移动。开关座3的拧入外壳内，通过调节开关座3的位置使得产品性能误差满足要求，应保证两个微动开关9性能一致，最后将锁紧螺钉拧紧，同时为进一步防止开关座3在使用过程中松动导致产品误差改变，装配前在螺纹处涂螺纹紧固胶。最后将信号器的盖子组合、插座1安装到位。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双裕度的高可靠性压力信号器，其特征在于，包括外壳，所述外壳的内部从内至外依次设置有开关组合和受感器机构（2），所述外壳的外侧设置有插座（1）；所述受感器机构（2）包括从内至外依次设置的止动器（5）、顶杆（6）、压力膜盒（7）、接管嘴（12），所述顶杆（6）的一端滑动穿过止动器（5）并与开关组合连接，所述压力膜盒（7）通过顶杆（6）与开关组合连接；所述开关组合内设有两个并联设置的微动开关（9）。

2.根据权利要求1所述的一种双裕度的高可靠性压力信号器，其特征在于，所述开关组合包括弹簧片（4）、微动开关（9）、开关座（3），所述开关座（3）固定设置在外壳内部，且设置有微动开关（9），所述弹簧片（4）水平安装在开关座（3）的底部，所述弹簧片（4）的顶部设置有微动开关（9）的触头，且底部设置有顶杆（6）。

3.根据权利要求2所述的一种双裕度的高可靠性压力信号器，其特征在于，所述弹簧片（4）的前段设置有加强筋，且后段为弹性结构；所述弹簧片（4）的后段与开关座（3）连接。

4.根据权利要求2所述的一种双裕度的高可靠性压力信号器，其特征在于，所述微动开关（9）通过导线与插座（1）连接，所述导线与微动开关（9）通过钩焊方式焊接。

5.根据权利要求4所述的一种双裕度的高可靠性压力信号器，其特征在于，所述弹簧片（4）为T型结构，所述弹簧片（4）对应微动开关（9）设置有横向端。

6.根据权利要求1所述的一种双裕度的高可靠性压力信号器，其特征在于，所述压力膜盒（7）与接管嘴（12）焊接连接，所述接管嘴（12）通过螺母固定在外壳上。

7.根据权利要求1所述的一种双裕度的高可靠性压力信号器，其特征在于，还包括盖子，所述插座（1）设置在盖子上，所述插座（1）为防错式安装插座（1）。

8.根据权利要求1所述的一种双裕度的高可靠性压力信号器，其特征在于，所述接管嘴（12）内部设置有缓冲器（8）。

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