專利名稱:用于膜盒式氣表的溫度補償正切組件的制作方法
本發(fā)明涉及膜盒式氣表，尤其涉及用于該種氣表的溫度補償正切組件。
正向位移膜盒式氣表通常裝備有一套正切組件，它推動膜盒傳動的標(biāo)志組件并使之同一個曲柄連結(jié)，后者本身又被連結(jié)到打開和關(guān)閉表的滑閥。表的一次全循環(huán)引起正切組件的一次單獨轉(zhuǎn)動。每個膜盒的行程決定于正切組件的轉(zhuǎn)動中心到正切組件肘節(jié)的距離，此即周知的“正切擺幅”(“tangent throw”)。因此，正切擺幅決定著每一膜盒行程通過表的氣體量。
氣體溫度增加時，相對于同一能量值，其容積增加。因此，最好是使氣體溫度增加時，在表經(jīng)歷一次循環(huán)期間通過表的氣體量增加。提供在氣體變熱時使正切擺幅增大，從而使得表的每一循環(huán)有更大氣體量的溫度補償正切組件，則是眾所周知的。
過去，曾提出過各種各樣的裝設(shè)溫度補償正切組件的方案，所述組件依據(jù)氣體溫度的變化修改正切擺幅。以前曾認(rèn)為，保持肘節(jié)在調(diào)整它趨向和離開它所繞著轉(zhuǎn)動的軸運動時畫出的徑向軌跡，有盡可能的線性是合乎需要的。但是，本申請人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，運動的這種線性特性對表閥的定時有著不利的影響。所以本發(fā)明的一個目的是，提供一種用于膜盒式氣表的溫度補償正切組件，它能在寬廣的溫度范圍內(nèi)保持氣表有正確的定時。
按照本發(fā)明的原理上述的、以及后續(xù)的各項目標(biāo)，是通過裝設(shè)一套包括一個雙金屬組件的溫度補償正切組件來達到的。該雙金屬組件用以控制正切肘節(jié)的位置以響應(yīng)溫度變化，并且做成了開口的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，從而使正切肘節(jié)運動的軌跡是一條相對于正切軸線的非徑向線，以保持閥的定時實質(zhì)上沒變化。
按照本發(fā)明的一個方面，雙金屬件包含順著和反過來的連接的第一和第二、雙金屬元件。
按照本發(fā)明的另一個方面，這兩個雙金屬元件都做成圓弧形，合起來所張角度小于360°，它們彼此相對地、形成一個C形環(huán)。
上述內(nèi)容在結(jié)附圖閱讀了以下的說明之后，將是一目了然的。各附圖中的相同元件都具有同樣的標(biāo)號。這些附圖是圖1 說明膜盒式氣表相對于不同正切擺幅時的長、短標(biāo)志臂的相互關(guān)系;
圖2 是膜盒式氣表閥臺的頂部平面圖，它顯示按照本發(fā)明原理構(gòu)造的溫度補償正切組件;
圖3 是圖2所示溫度補償正切組件的放大的透視圖;
圖4、5、6和7是對理解描述正切肘節(jié)響應(yīng)溫度變化的運動的數(shù)學(xué)關(guān)系有用的簡圖。
過去，在設(shè)計用于膜盒式儀表的溫度補償正切組件時，注意力集中于保持正切肘節(jié)在調(diào)整它趨向和離開(它所繞著轉(zhuǎn)動的)軸運動時畫出的徑向軌跡有盡可能的線性。美國專利第4，538，458號詳細(xì)討論了許多想達到此種據(jù)說是合乎需要的線性運動特性的嘗試。但是，和這些先有的、想達到線性特性的努力相反，本申請人已發(fā)現(xiàn)，在寬范圍的溫度偏離額定值的情況下，閥的定時受到正切肘節(jié)嚴(yán)格徑向運動的有害影響，此種有害影響已在圖1中表明。
現(xiàn)在看圖1，實線內(nèi)圓10表示正切肘節(jié)在基礎(chǔ)溫度下繞轉(zhuǎn)軸12運動的軌跡，虛線外圓14表示正切肘節(jié)在升溫下運動的軌跡。在基礎(chǔ)溫度下，當(dāng)膜盒達其行程的終點時，如實線所示的短標(biāo)志臂16通過它到正切肘節(jié)的連結(jié)點18，形成一條到正切中心12的直線，而長標(biāo)志臂20則在其最后面的位置上。此時在表的循環(huán)中，必須轉(zhuǎn)換氣門，以使膜盒能夠從進氣轉(zhuǎn)變?yōu)榕艢?。隨著溫度的增加，假定有溫度補償，則正切擺幅一定增加。如虛線所示，在膜盒行程的終端，由于長標(biāo)志臂20又一次處在其最后面的位置，短標(biāo)志臂16必定再次通過正切肘節(jié)18到正切中心12形成一條直線。因此，在這較大的半徑上，正切肘節(jié)18必定移到虛線方向的位置上來，而不是沿著實線從它在基礎(chǔ)溫度下的位置徑向向外運動，這就使膜盒在各個閥被整定于它們在基礎(chǔ)溫度度下所在的同一位置時，能夠位于其行程的終點。實線和虛線之間的角度差異，是正切肘節(jié)被迫徑向移動時產(chǎn)生的定時誤差。根據(jù)本申請人的發(fā)明，溫度補償正切組件是這樣來設(shè)計的，以致為響應(yīng)溫度變化，使正切肘節(jié)跟隨著一條能自動地在-30°F和+140°F之間的溫度范圍內(nèi)保證氣表正確定時的曲線。
圖2和3顯示一套改進的正切組件，它能保持閥的定時在溫度變化時恒定。圖2中是裝入在一套正切組件中的、改進的溫度補償器，該組件裝在歐文.A.希克斯(Irwin A.Hicks)的待批申請中所揭示的那種型式氣表中，該申請名為“膜盒式氣表”系列號是 號，1986年5月14日申請(摘要號碼是OIAM 52163)，已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。簡單說明一下，該氣表包括第一級輸送閥22連同第一膜盒(末畫出)和第二級輸送閥24連同第二膜盒(末畫出)。第一膜盒有它連接到標(biāo)志桿26的可動端，標(biāo)志桿26則通過長標(biāo)志臂30和短標(biāo)志臂32依次連接到切組件28上。類似地，第二模盒的可動端連接到標(biāo)志桿34上，后者又通過長標(biāo)志臂36和短標(biāo)志臂38連接到正切組件28上。閥22和24通過齒輪組40和42以及曲柄44，連結(jié)到正切組件28上，閥臂46和48則連結(jié)到該曲柄上。正切組件28包括一個美國專利第4，520，676號中公開的那種型式的用于調(diào)整行程和定時的機構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，短標(biāo)志臂32和38通過正切肘節(jié)50，連結(jié)到正切組件28上，該正切肘節(jié)則連結(jié)到溫度補償雙金屬組件52和54的自由端上，其另外一端連結(jié)到正切組件28的行程板56上。
雙金屬件52由第一雙金屬元件58和同它們的高、低膨脹面反向相連的第二雙金屬元件60組成。雙金屬件54具有類似結(jié)構(gòu)，用于增加補償器剛度。雙金屬元件58在其外則是具有高膨脹系數(shù)的材料，因而當(dāng)溫度增加時，它收縮成為有較小的半徑。雙金屬元件60在其內(nèi)側(cè)是具有高膨脹系數(shù)的材料，當(dāng)溫度升高時膨脹而使其有較大的半徑。最終結(jié)果是，正切肘節(jié)50向離開正切組件28的轉(zhuǎn)軸方向移動。
按照本發(fā)明，每一個雙金屬元件都做成圓弧形，并在每個終端有一短直的續(xù)段。元件58和60在這些直段搭接處連結(jié)，共同張角小于360°，形成一個C形開環(huán)。元件58和60的另兩直段分別連接到行程板56和正切肘節(jié)50上。類似的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)應(yīng)用于雙金屬組件54上。
參見圖4，該處Ro是雙金屬元件58的曲率半徑，φo是它的弧所張的角(以弧度為單位)，自由端62的運動方程組可證明是X0= (2K0ΔTR02)/(t0) [φ0-sinφ0]；(1)y0= (2K0ΔTR02)/(t0) [1-cosφ0]；以及(2)θ0= (2K0ΔTR02)/(t0) φ0; (3)其中，ko是雙金屬件58的功效系數(shù)，△T是溫度變化，以及to是雙金屬件58的厚度。
類似地，參見圖5，該處各變量和在圖4中的一樣，只是把下標(biāo)“O”改換為下標(biāo)“i”，假設(shè)終端66是固定的，則終端64的運動方程組如下
xi= (2kiΔTRiα)/(ti) [sinφi-φicosφi]; (4)yi= (2kiΔTRiα)/(ti) [1-φsinφ-cosφ];以及(5)θi= (2kiΔTRiα)/(ti) φi。 (6)當(dāng)雙金屬元件58和60順向和反向連結(jié)時，在第二雙金屬元件60的自由端64上的正切肘節(jié)50的合成運動(X，Y)是該兩元件各自運動之和，(如上所述)，再加上由于它們交互作用產(chǎn)生的運動。此種交互作用的運動(Xθ，Yθ)是由于元件58在附著于元件60的那個點上斜度改變而導(dǎo)致的元件60的剛體轉(zhuǎn)動。
參見圖6，該處“u”是兩雙金屬元件58和60曲率中心之間沿X軸的距離(亦即兩元件搭接附屬段的長度)，“v”是兩雙金屬元件58和60曲率中心之間沿y軸的距離，而“w”是兩雙金屬元件58和60在互相附著的那個點上的中心線之間的距離，交互作用運動可證明是xθ＝Ccos(r+θ)-〔Rsinφi+u+xi〕以及(7)yθ＝Csin(r+θ)-〔R(1-cosφi)+w+yi〕(8)其中
以及(9)C=［Ri(1-cosφi)+w+yi］+［RisinΦi+u+x ］]]>。(10)于是，合成運動為X＝Xo+Xi+Xθ以及(11)Y＝y(tǒng)o+yi+yθ。(12)所希望的運動(X′，Y′)是通過分析圖7計算出來的，圖7是圖1的重復(fù)，但用了不同的命名法。圖7中，“a”是基礎(chǔ)溫度下的正切長度;“a′”是不在基礎(chǔ)溫度下的正切長度;“b”是短標(biāo)志臂長度;“c”是長標(biāo)志臂的長度;以及“b”是正切中心到標(biāo)志桿支承點的距離。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)則所希望的合成運動為X′＝a′sinβ ;(16)Y′＝a′cosβ-a 。(17)由方程(11)、(12)規(guī)定的合成運動要調(diào)整到符合方程(16)、(17)規(guī)定的所希望的運動，以便使正切擺幅增加時不會引起對兩個閥的定時的改變。這可以通過對兩個雙金屬組件52和54的Ri，Ro，φi，φo，ti，to，u，v和w，選擇恰當(dāng)?shù)闹祦磉_到，從而使它們有實質(zhì)上相同的自由端運動，以便互相協(xié)調(diào)工作。
所以，公開了一套用于膜盒式氣表的改進型溫度補償正切組件。當(dāng)然，上述實施例只是作為本發(fā)明各項原則應(yīng)用的例證，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可能作出不背離(由本專利權(quán)利要求
規(guī)定的)本本發(fā)明的精神和范圍的大量其他實施例。這樣，雖然每一個所公開的雙金屬件被表示為由一對相反連結(jié)的雙金屬片組成，但這只在那些要求有大的正切擺幅的場合才是必須的，因為相反連結(jié)的雙金屬片兩片都發(fā)揮熱效用，而且給出精確的定時校正。在小型氣表的場合，可用單片雙金屬開口環(huán)逼近合適的定時曲線〔方程(16)和(17)〕。
權(quán)利要求
1.在一套圍繞一軸線轉(zhuǎn)動以驅(qū)動各表閥，包括一個同表的標(biāo)志組件連結(jié)的正切肘節(jié)的膜盒式氣表的正切組件中，一套按照被計量氣體的溫度變化而使所述正切肘節(jié)偏離所述軸線從而改變運動半徑的溫度補償組件，其特征在于包括具有(連結(jié)到所述正切組件、同所述正切組件圍繞所述軸線一起轉(zhuǎn)動的)第一端的第一雙金屬元件；具有(連結(jié)到所述第一雙金屬元件第二端的)和第一端(連結(jié)到所述正切肘節(jié)的第二端的)第二端的第二雙金屬元件；所述第一和第二雙金屬元件是彼此反相相對的，并且賦予的形狀使得所述正切肘節(jié)響應(yīng)溫度變化而相對于所述軸線的運動軌跡是遵循一條非線性的曲線，從而保持閥的定時在所述半徑變化時實質(zhì)上沒有改變。
2.按照權(quán)利要求
1的組件，其特征在于，所述各雙金屬元件都做成圓弧形，聯(lián)合張角小于360°，并且互相相對地形成C形開環(huán)。
3.按照權(quán)利要求
2的組件，其特征在于，所述第一雙金屬元件的第二端和所述第二雙金屬元件的第一端各包括一個作為它們各自圓弧的繼續(xù)而延伸的直線段，所述第一和第二雙金屬元件在該兩直線段的搭接處相連接。
4.按照權(quán)利要求
3的組件，其特征在于，所述第一雙金屬元件的第一端包括一個作為其圓弧繼續(xù)而延伸的直線段，所述第一雙金屬元件在所述第一端直線段同所述正切組件連結(jié)。
5.按照權(quán)利要求
3的組件，其特征在于，所述第二雙金屬元件的第二端包括一個作為其圓弧的繼續(xù)而延伸的直線段，所述第二雙金屬元件在所述第二端的直線段同所述正切肘節(jié)連結(jié)。
6.按照權(quán)利要求
2的組件，其特征還在于，包括第二對雙金屬元件，其尺寸比另一對雙金屬元件小，但做成的形狀和連結(jié)方式一樣，以便在所述C形環(huán)內(nèi)形成第二個C形開環(huán)，并具有實質(zhì)上相同的自由端運動，以便互相協(xié)調(diào)工作。
7.在一套(圍繞一軸線轉(zhuǎn)動以驅(qū)動各表閥，包括一個同表的標(biāo)志組件連結(jié)的正切肘節(jié)的)膜盒式氣表的正切組件中，一套按照被計量氣體的溫度變化而使所述正切肘節(jié)背離所述軸線而改變運動半徑的溫度補償組件，其特征在于，具有連結(jié)到所述正切組件、以同所述正切組件圍繞所述軸線一起轉(zhuǎn)動的第一端和連結(jié)到所述正切肘節(jié)的第二端的雙金屬組件;所述雙金屬組件所形成的開環(huán)形狀，是使所述正切肘節(jié)相對于所述軸線響應(yīng)溫度變化運動的軌跡，遵循一條相對于所述軸線是非徑向的線，從而保持閥的定時在所述半徑變化時實質(zhì)上沒有改變。
專利摘要
一套用于膜盒式氣表的溫度補償正切組件，為了保持各閥的定時不變，組件中正切肘節(jié)的運動被控制為非線性且不在半徑方向上。
文檔編號G01F3/02GK87102222SQ87102222
公開日1987年11月25日 申請日期1987年3月20日
發(fā)明者威廉·P·柯里洛夫 申請人:美國儀表公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan