CN87102222A - 用于膜盒式气表的温度补偿正切组件 - Google Patents

Abstract

一套用于膜盒式气表的温度补偿正切组件，为了保持各阀的定时不变，组件中正切肘节的运动被控制为非线性且不在半径方向上。

Description

本发明涉及膜盒式气表，尤其涉及用于该种气表的温度补偿正切组件。

正向位移膜盒式气表通常装备有一套正切组件，它推动膜盒传动的标志组件并使之同一个曲柄连结，后者本身又被连结到打开和关闭表的滑阀。表的一次全循环引起正切组件的一次单独转动。每个膜盒的行程决定于正切组件的转动中心到正切组件肘节的距离，此即周知的“正切摆幅”（“tangent    throw”）。因此，正切摆幅决定着每一膜盒行程通过表的气体量。

气体温度增加时，相对于同一能量值，其容积增加。因此，最好是使气体温度增加时，在表经历一次循环期间通过表的气体量增加。提供在气体变热时使正切摆幅增大，从而使得表的每一循环有更大气体量的温度补偿正切组件，则是众所周知的。

过去，曾提出过各种各样的装设温度补偿正切组件的方案，所述组件依据气体温度的变化修改正切摆幅。以前曾认为，保持肘节在调整它趋向和离开它所绕着转动的轴运动时画出的径向轨迹，有尽可能的线性是合乎需要的。但是，本申请人现已发现，运动的这种线性特性对表阀的定时有着不利的影响。所以本发明的一个目的是，提供一种用于膜盒式气表的温度补偿正切组件，它能在宽广的温度范围内保持气表有正确的定时。

按照本发明的原理上述的、以及后续的各项目标，是通过装设一套包括一个双金属组件的温度补偿正切组件来达到的。该双金属组件用以控制正切肘节的位置以响应温度变化，并且做成了开口的环状结构，从而使正切肘节运动的轨迹是一条相对于正切轴线的非径向线，以保持阀的定时实质上没变化。

按照本发明的一个方面，双金属件包含顺着和反过来的连接的第一和第二、双金属元件。

按照本发明的另一个方面，这两个双金属元件都做成圆弧形，合起来所张角度小于360°，它们彼此相对地、形成一个C形环。

上述内容在结附图阅读了以下的说明之后，将是一目了然的。各附图中的相同元件都具有同样的标号。这些附图是：

图1    说明膜盒式气表相对于不同正切摆幅时的长、短标志臂的相互关系;

图2    是膜盒式气表阀台的顶部平面图，它显示按照本发明原理构造的温度补偿正切组件;

图3    是图2所示温度补偿正切组件的放大的透视图;

图4、5、6和7是对理解描述正切肘节响应温度变化的运动的数学关系有用的简图。

过去，在设计用于膜盒式仪表的温度补偿正切组件时，注意力集中于保持正切肘节在调整它趋向和离开（它所绕着转动的）轴运动时画出的径向轨迹有尽可能的线性。美国专利第4，538，458号详细讨论了许多想达到此种据说是合乎需要的线性运动特性的尝试。但是，和这些先有的、想达到线性特性的努力相反，本申请人已发现，在宽范围的温度偏离额定值的情况下，阀的定时受到正切肘节严格径向运动的有害影响，此种有害影响已在图1中表明。

现在看图1，实线内圆10表示正切肘节在基础温度下绕转轴12运动的轨迹，虚线外圆14表示正切肘节在升温下运动的轨迹。在基础温度下，当膜盒达其行程的终点时，如实线所示的短标志臂16通过它到正切肘节的连结点18，形成一条到正切中心12的直线，而长标志臂20则在其最后面的位置上。此时在表的循环中，必须转换气门，以使膜盒能够从进气转变为排气。随着温度的增加，假定有温度补偿，则正切摆幅一定增加。如虚线所示，在膜盒行程的终端，由于长标志臂20又一次处在其最后面的位置，短标志臂16必定再次通过正切肘节18到正切中心12形成一条直线。因此，在这较大的半径上，正切肘节18必定移到虚线方向的位置上来，而不是沿着实线从它在基础温度下的位置径向向外运动，这就使膜盒在各个阀被整定于它们在基础温度度下所在的同一位置时，能够位于其行程的终点。实线和虚线之间的角度差异，是正切肘节被迫径向移动时产生的定时误差。根据本申请人的发明，温度补偿正切组件是这样来设计的，以致为响应温度变化，使正切肘节跟随着一条能自动地在-30°F和+140°F之间的温度范围内保证气表正确定时的曲线。

图2和3显示一套改进的正切组件，它能保持阀的定时在温度变化时恒定。图2中是装入在一套正切组件中的、改进的温度补偿器，该组件装在欧文.A.希克斯（Irwin    A.Hicks）的待批申请中所揭示的那种型式气表中，该申请名为“膜盒式气表”系列号是    号，1986年5月14日申请（摘要号码是OIAM    52163），已转让给本发明的受让人。简单说明一下，该气表包括第一级输送阀22连同第一膜盒（末画出）和第二级输送阀24连同第二膜盒（末画出）。第一膜盒有它连接到标志杆26的可动端，标志杆26则通过长标志臂30和短标志臂32依次连接到切组件28上。类似地，第二模盒的可动端连接到标志杆34上，后者又通过长标志臂36和短标志臂38连接到正切组件28上。阀22和24通过齿轮组40和42以及曲柄44，连结到正切组件28上，阀臂46和48则连结到该曲柄上。正切组件28包括一个美国专利第4，520，676号中公开的那种型式的用于调整行程和定时的机构。

根据本发明，短标志臂32和38通过正切肘节50，连结到正切组件28上，该正切肘节则连结到温度补偿双金属组件52和54的自由端上，其另外一端连结到正切组件28的行程板56上。

双金属件52由第一双金属元件58和同它们的高、低膨胀面反向相连的第二双金属元件60组成。双金属件54具有类似结构，用于增加补偿器刚度。双金属元件58在其外则是具有高膨胀系数的材料，因而当温度增加时，它收缩成为有较小的半径。双金属元件60在其内侧是具有高膨胀系数的材料，当温度升高时膨胀而使其有较大的半径。最终结果是，正切肘节50向离开正切组件28的转轴方向移动。

按照本发明，每一个双金属元件都做成圆弧形，并在每个终端有一短直的续段。元件58和60在这些直段搭接处连结，共同张角小于360°，形成一个C形开环。元件58和60的另两直段分别连接到行程板56和正切肘节50上。类似的结构细节应用于双金属组件54上。

参见图4，该处R_o是双金属元件58的曲率半径，φ_o是它的弧所张的角（以弧度为单位），自由端62的运动方程组可证明是：

X₀= (2K₀ΔTR₀ ²)/(t₀) [φ₀-sinφ₀]；（1）

y₀= (2K₀ΔTR₀ ²)/(t₀) [1-cosφ₀]；以及（2）

θ₀= (2K₀ΔTR₀ ²)/(t₀) φ₀; （3）

其中，k_o是双金属件58的功效系数，

△T是温度变化，以及

t_o是双金属件58的厚度。

类似地，参见图5，该处各变量和在图4中的一样，只是把下标“O”改换为下标“i”，假设终端66是固定的，则终端64的运动方程组如下：

x_i= (2k_iΔTR_i ^α)/(ti) [sinφ_i-φ_icosφ_i]; （4）

y_i= (2k_iΔTR_iα)/(t_i) [1-φsinφ-cosφ];以及（5）

θ_i= (2k_iΔTR_i ^α)/(t_i) φ_i。 （6）

当双金属元件58和60顺向和反向连结时，在第二双金属元件60的自由端64上的正切肘节50的合成运动（X，Y）是该两元件各自运动之和，（如上所述），再加上由于它们交互作用产生的运动。此种交互作用的运动（X_θ，Y_θ）是由于元件58在附着于元件60的那个点上斜度改变而导致的元件60的刚体转动。

参见图6，该处“u”是两双金属元件58和60曲率中心之间沿X轴的距离（亦即两元件搭接附属段的长度），“v”是两双金属元件58和60曲率中心之间沿y轴的距离，而“w”是两双金属元件58和60在互相附着的那个点上的中心线之间的距离，交互作用运动可证明是

x_θ＝Ccos（r+θ）-〔Rsinφ_i+u+xi〕以及（7）

y_θ＝Csin（r+θ）-〔R（1-cosφ_i）+w+yi〕（8）

其中 以及（9）

$\mathrm{C=}\sqrt{{\mathrm{［R}}_i\mathrm{(1-cos\phi }{}_i\mathrm{)+w+y}{}_i\mathrm{］+［Risin\Phi }{}_i\mathrm{+u+x\; ］}}$ 。（10）

于是，合成运动为

X＝X_o+X_i+X_θ以及（11）

Y＝y_o+y_i+y_θ。（12）

所希望的运动（X′，Y′）是通过分析图7计算出来的，图7是图1的重复，但用了不同的命名法。图7中，“a”是基础温度下的正切长度;“a′”是不在基础温度下的正切长度;“b”是短标志臂长度;“c”是长标志臂的长度;以及“b”是正切中心到标志杆支承点的距离。于是：

α=cos^-1{ ((b+a)²+d²-c²)/(2b(b+a)) };（13）

α=cos{ ((b+a)²+d²-c²)/(2b(b+a＇)) }，以及（14）

β＝α-α′    。（15）

则所希望的合成运动为：

X′＝a′sinβ    ;（16）

Y′＝a′cosβ-a    。（17）

由方程（11）、（12）规定的合成运动要调整到符合方程（16）、（17）规定的所希望的运动，以便使正切摆幅增加时不会引起对两个阀的定时的改变。这可以通过对两个双金属组件52和54的R_i，R_o，φ_i，φ_o，t_i，t_o，u，v和w，选择恰当的值来达到，从而使它们有实质上相同的自由端运动，以便互相协调工作。

所以，公开了一套用于膜盒式气表的改进型温度补偿正切组件。当然，上述实施例只是作为本发明各项原则应用的例证，本领域的技术人员可能作出不背离（由本专利权利要求规定的）本本发明的精神和范围的大量其他实施例。这样，虽然每一个所公开的双金属件被表示为：由一对相反连结的双金属片组成，但这只在那些要求有大的正切摆幅的场合才是必须的，因为相反连结的双金属片两片都发挥热效用，而且给出精确的定时校正。在小型气表的场合，可用单片双金属开口环逼近合适的定时曲线〔方程（16）和（17）〕。

Claims (7)

1、在一套围绕一轴线转动以驱动各表阀，包括一个同表的标志组件连结的正切肘节的膜盒式气表的正切组件中，一套按照被计量气体的温度变化而使所述正切肘节偏离所述轴线从而改变运动半径的温度补偿组件，其特征在于包括：

具有(连结到所述正切组件、同所述正切组件围绕所述轴线一起转动的)第一端的第一双金属元件；

具有(连结到所述第一双金属元件第二端的)和第一端(连结到所述正切肘节的第二端的)第二端的第二双金属元件；

所述第一和第二双金属元件是彼此反相相对的，并且赋予的形状使得所述正切肘节响应温度变化而相对于所述轴线的运动轨迹是遵循一条非线性的曲线，从而保持阀的定时在所述半径变化时实质上没有改变。

2、按照权利要求1的组件，其特征在于，所述各双金属元件都做成圆弧形，联合张角小于360°，并且互相相对地形成C形开环。

3、按照权利要求2的组件，其特征在于，所述第一双金属元件的第二端和所述第二双金属元件的第一端各包括一个作为它们各自圆弧的继续而延伸的直线段，所述第一和第二双金属元件在该两直线段的搭接处相连接。

4、按照权利要求3的组件，其特征在于，所述第一双金属元件的第一端包括一个作为其圆弧继续而延伸的直线段，所述第一双金属元件在所述第一端直线段同所述正切组件连结。

5、按照权利要求3的组件，其特征在于，所述第二双金属元件的第二端包括一个作为其圆弧的继续而延伸的直线段，所述第二双金属元件在所述第二端的直线段同所述正切肘节连结。

6、按照权利要求2的组件，其特征还在于，包括第二对双金属元件，其尺寸比另一对双金属元件小，但做成的形状和连结方式一样，以便在所述C形环内形成第二个C形开环，并具有实质上相同的自由端运动，以便互相协调工作。

7、在一套（围绕一轴线转动以驱动各表阀，包括一个同表的标志组件连结的正切肘节的）膜盒式气表的正切组件中，一套按照被计量气体的温度变化而使所述正切肘节背离所述轴线而改变运动半径的温度补偿组件，其特征在于，

具有连结到所述正切组件、以同所述正切组件围绕所述轴线一起转动的第一端和连结到所述正切肘节的第二端的双金属组件;

所述双金属组件所形成的开环形状，是使所述正切肘节相对于所述轴线响应温度变化运动的轨迹，遵循一条相对于所述轴线是非径向的线，从而保持阀的定时在所述半径变化时实质上没有改变。

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