气压开关的制作方法
【专利摘要】气压检测仪20包括第一电端子22、第二电端子24和可变形隔膜10，可变形隔膜10被配置以在第一、第二和第三位置之间变形。当所述隔膜10在其第一位置时，所述第一端子22和第二端子24打开。当所述隔膜10在其第二位置时，所述第一端子22打开且所述第二端子24关闭。当所述隔膜10在其第三位置时，所述第一端子22和第二端子24都关闭。所述气压检测仪20可被连接到传感器管。所述检测仪20可被设置使得所述第一端子22的关闭提供火灾或过热报警且所述第二端子24的所述打开提供完整性报警。所述隔膜10可具有圆形第一部分12和环形第二部分14。
【专利说明】气压开关
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种用于气压检测仪中的可变形隔膜、一种包括隔膜的气压检测仪和一种包括气压检测仪的过热或火灾报警系统。所述过热或火灾报警系统可用以监测许多不同的环境，包括各种飞机零部件或其它航空航天应用。
[0002]背景
已知过热或火灾报警系统包括与气压检测仪(也称为压力开关模块)流体连通的传感器管。传感器管通常包括金属传感器管，所述金属传感器管包含金属氢化物核心(通常为氢化钛)和惰性气体填充物(诸如氦)。US-3122728 (Lindberg)中示出了所述系统。
[0003]传感器管曝露于高温使金属氢化物核心放出氢。传感器管中相关压力上升使检测仪中的常开压力开关关闭。这产生离散火灾报警。气压检测仪也被配置以由于与惰性气体填充物的热膨胀相关的压力上升而产生平均过热报警。离散和平均报警状态可使用单个压力开关来检测为单个报警状态或使用至少两个压力开关来分开检测。
[0004]通常的做法是并入完整性(integrity)压力开关，其在正常温度条件下由惰性气体填充物施加的压力关闭。US-5136278 (Watson等人)中示出了具有报警开关和完整性开关的已知气压检测仪。检测仪使用具有公共轴线的报警隔膜和完整性隔膜。
[0005]与已知设计相关的一个缺点是气压检测仪的内部自由体积相对较大。气压检测仪的自由体积内的气体将减小与惰性气体的膨胀或传感器管内氢的放出相关的压力上升。这对于系统的热检测能力将具有不利影响。另外，在离散报警条件期间放出的氢气可进入气压检测仪的自由体积。所述氢气然后不再与金属氢化物核心物理接触且不能在冷却之后被重新吸收。这对于检测系统在离散报警事件之后成功重置的能力将具有不利影响。这两个影响对于短传感器管长度更加显著。
[0006]本公开旨在解决这些问题中的至少一些问题。
[0007]概要
本文公开了一种气压检测仪，其包括第一电端子、第二电端子和可变形隔膜，所述可变形隔膜被配置以在第一、第二和第三位置之间变形。当隔膜在其第一位置时，第一和第二端子打开。当隔膜在其第二位置时，第一端子打开且第二端子关闭。当隔膜在其第三位置时，第一和第二端子都关闭。检测仪被配置使得当第一端子关闭时第一报警被激活，且当第二端子打开时第二报警被激活。
[0008]气压检测仪因此使用单个可变形隔膜来打开和关闭两个不同的端子。第一报警可构成指示连接的传感器管中压力增大的火灾或过热报警。第二报警可构成指示连接的传感器管中压力下降的完整性报警。
[0009]第一和第二报警可呈听觉或视觉警报或任何其它合适的警报的形式。可提供用于提供所述警报的任何合适的构件。例如，显示器可用以提供视觉警报。
[0010]由于只有单个隔膜，所以气压检测仪可能更小、更轻且具有更少的内部自由体积。
[0011]气压检测仪可被连接到任何可用传感器管，例如上述传感器管。
[0012]可变形隔膜被配置以能够在检测仪内的第一、第二和第三位置之间移动。应理解，当在不同位置之间移动时，隔膜的一些部分可能不移动。因此，当隔膜在位置之间移动时，隔膜的一些部分将移动而其它部分可能保持静止。描述这种情况的另一种方式是，当隔膜的一些部分可能在位置之间保持静止时，隔膜的整体横截面轮廓或配置改变。
[0013]当只有环境压力作用于隔膜上时，隔膜的第一位置可为静止位置，即隔膜的位置。当压力增大时，隔膜可从第一位置移到第二位置。当压力进一步增大时，隔膜然后可从第二位置移到第三位置。压力下降可使隔膜从第三位置移到第二位置。压力进一步下降可使隔膜从第二位置移到第一位置。
[0014]隔膜可包括导电材料或由导电材料形成，使得隔膜和第一端子之间的接触关闭第一端子而隔膜和第二端子之间的接触关闭第二端子。在所述设置中，在其第一位置，隔膜不接触第一或第二端子。在其第二位置，隔膜接触第一端子但不接触第二端子。在第三位置，隔膜接触第一和第二端子两者。
[0015]或者，隔膜可间接接触端子。例如，隔膜可接触致动器(例如推杆)，当接触致动器时使分别包含第一和第二端子的第一和第二开关关闭。
[0016]任何已知电路可用以把隔膜和第一和第二端子电连接到报警电路。US-5136278(Watson)和US-5691702 (Hay)中示出了合适的电路，且本领域技术人员将明白所述电路。
[0017]第一和第二端子可各自包括单个触点或电连接的多个触点。
[0018]隔膜可位于检测仪的外壳内。
[0019]外壳可具有连接到传感器管的进气口。
[0020]隔膜的一个或多个周边的至少一部分或全部可固定到外壳的一个或多个内表面。
[0021]隔膜可被固定到外壳以界定外壳内的第一和第二气室。第一和第二气室可彼此气密地隔离。比起具有两个隔膜和三个独立气室的检测仪，只具有两个气室意味着检测仪内有更少的内部自由体积。
[0022]在使用中，在第一气室中第一压力下，隔膜在第一位置。在第一气室中第二压力下，隔膜在第二位置。在第一气室中第三压力下，隔膜在第三位置。第二压力高于第一压力且低于第三压力。
[0023]第一气室可与进气口流体连通，且第二气室可包括第一和第二端子。第一和第二端子可延伸进入第二气室或可由外壳中界定第二气室的内壁提供或被提供在所述内壁上。
[0024]或者，第一和第二端子可被提供在气室和/或外壳的外面，且如上文所述，隔膜可使用致动器来间接接触这些端子。
[0025]第一和/或第二端子可在第二气室内延伸朝向隔膜。第一和/或第二端子可从外壳中界定气室的壁延伸。
[0026]第一和第二端子可都朝向隔膜延伸。在隔膜在其第一位置时，第二端子和隔膜之间的距离可小于第一端子和隔膜之间的距离。因此，当隔膜朝向第一和第二端子变形时，它将在接触第一端子之前接触第二端子。
[0027]在使用中，当第一气室中的压力增大时，隔膜可从其第一位置变形成其第二位置，其中隔膜的至少一部分移向第二气室，即朝向第一和第二端子。当第一气室中的压力进一步增大时，隔膜可从其第二位置变形成其第三位置，其中隔膜的至少一部分沿第二气室的方向移动，即朝向第一和第二端子。
[0028]隔膜可包括可在第一和第二配置之间变形的第一部分，和可在第一和第二配置之间变形的第二部分。当隔膜在其第一位置时，第一部分和第二部分都在其第一配置。当隔膜在其第二位置时，第一部分在其第一配置且第二部分在其第二配置。当隔膜在其第三位置时，第一部分和第二部分都在其第二配置。
[0029]每个部分的第一配置是放松或未变形配置。每个部分的第二配置是变形配置。应理解，在第一和第二部分的第一配置时可能有第一和第二部分的某种移动，但不会变形成其第二配置。
[0030]在使用中，当作用于隔膜的压力增大时，第二部分变形成其第二配置，而第一部分保持处于其第一配置。这使得第二端子关闭。当压力进一步增大时，第一部分然后也变形成其第二配置。这使得第一端子关闭且第一报警(例如，火灾或过热报警)被激活。如果作用于隔膜的压力不足，那么第一和第二部分都保持在其第一配置，其结果是第一和第二端子都打开。在这种情况下，第二报警(例如完整性报警)将被激活。
[0031]第二部分可包围第一部分。换句话说，第一部分可为内部分，而第二部分可为围绕第一部分的外周边延伸的外部分。
[0032]第二部分可具有环形形状。或者，第二部分可具有包围第一部分的某个其它形状。
[0033]第一部分可为圆形。
[0034]第一和第二部分可同心。
[0035]隔膜可为基本上圆形或圆形。
[0036]第一部分可邻接第二部分。
[0037]如果第二部分是环形，那么第二端子也可为环形或可包括设置成圆的许多接触点。
[0038]或者，隔膜可能不具有离散的第一和第二部分，且可替代性地整体从第一位置变形到第二位置且然后到第三位置。隔膜的变形的程度可确定哪些端子关闭。例如，当完全变形成其第三位置时，第一和第二端子都将关闭，但当只部分变形成其第二位置时，第二端子将关闭而第一端子保持打开。第一和第二端子可被设置使得隔膜在第二位置只接触第二端子且在第三位置接触两个端子。为了实现这个结果，第二端子可被定位得比第一端子离隔膜更近。
[0039]本公开也扩展到一种包括上述隔膜的过热或火灾报警系统。
[0040]系统还可包括与隔膜流体连通且特别说来与气压检测仪的第一气室流体连通的传感器管。
[0041]传感器管可如上文关于现有技术所述，即包含金属氢化物核心(例如氢化钛)和惰性气体填充物(例如氦)的金属(例如因科镍(Inconel)合金)管。
[0042]在使用中，在传感器管中第一压力下，隔膜在第一位置。在传感器管中第二压力下，隔膜在第二位置。在传感器管中第三压力下，隔膜在第三位置。第二压力高于第一压力且低于第三压力。
[0043]系统可被配置使得第一压力对应于管外面的环境压力。这将当然取决于使用时传感器管的期望位置。一旦传感器管和气压检测仪已连接，当系统中漏气时，第一气室应只处于第一压力下。
[0044]第二压力可对应于传感器管内的正常操作压力，即正常操作温度下氦气填充物的压力。第二压力将根据检测仪的期望的灵敏度来设置。
[0045]第三压力可对应于由于过热状态使得氦气填充物压力增大或火灾状态使得从金属氢化物核心放出氢而产生的传感器管内增加的压力。
[0046]系统可被设置使得第一端子的关闭提供火灾或过热报警而第二端子的打开提供完整性报警。完整性报警指示低压，这可能是由于系统中漏气，例如传感器管中漏气。
[0047]火灾或过热报警系统可包括具有上述特征中任何特征的多个气压检测仪。系统可包括充当火灾报警的一个或多个检测仪和充当过热报警(具有比一个或多个火灾报警的灵敏度低的灵敏度)的一个或多个检测仪。每个检测仪的第一端子可并联连接，使得当第一端子中任一个关闭时，第一报警将被激活。每个检测仪的第二端子可串联连接，使得当第二端子中任一个打开时，第二报警将被激活。
[0048]本公开也扩展到一种用于气压检测仪的隔膜，所述隔膜包括可在第一和第二配置之间变形的第一部分，和当第一部分在所述第一配置时可在第一和第二配置之间变形的第二部分。第二部分包围第一部分。
[0049]换句话说，第一部分可为内部分，而第二部分可为围绕第一部分的外周边延伸的外部分。
[0050]第二部分可具有环形形状。或者，第二部分可具有包围第一部分的某个其它形状。
[0051]第一部分可为圆形。
[0052]第一和第二部分可同心。
[0053]隔膜可为基本上圆形或圆形。
[0054]第一部分可邻接第二部分。
[0055]隔膜可具有上文相对于气压检测仪所述的隔膜的任何特征。
[0056]在使用中，当作用于隔膜的压力增大时，第二部分变形成其第二配置，而第一部分保持处于其第一配置。应理解，当第二部分变形成其第二配置时，第一部分可能有某种移动，但不足以使其变形成其第二配置。
[0057]当压力进一步增大时，第一部分然后也变形成其第二配置。如果作用于隔膜的压力不足，那么第一和第二部分都保持在其第一配置。
[0058]第一和第二部分中每一个的第一配置可被认为是未变形或放松状态，而第二配置可被认为是变形或激活状态。
[0059]提供可独立变形的第一和第二部分允许单个隔膜分阶段变形。在用于气压检测仪中时，这允许在选定的压力下激活不同报警状态。
[0060]本公开也扩展到一种包括如上所述的隔膜的气压检测仪，其中隔膜被固定到外壳以界定外壳内的第一和第二气室。
[0061]第一和第二气室可彼此气密地隔离。
[0062]增大所述第一气室内的压力使第二部分在第一和第二配置之间变形，且然后进一步增大压力使第一部分在第一和第二配置之间变形。
[0063]隔膜的一个或多个周边的至少一部分或全部可固定到外壳的一个或多个内表面。
[0064]根据上述设置中任何设置的隔膜可由任何合适的材料形成。隔膜可由金属材料形成，诸如金属合金，诸如TZM合金。隔膜可通过机械成型形成，例如使用冲压模具。另外或替代，流体压力可用以把隔膜形成为期望的形状。另外或替代，湿法或干法蚀刻技术可用以在选定区域使隔膜变薄来向隔膜提供期望的性质。隔膜的第二部分可被蚀刻得比第一部分薄，使得其比起第一部分在更低压力下变形。
[0065]本公开也扩展到一种包括如上所述的气压检测仪的过热或火灾报警系统。
[0066]附图简述
现将仅以举例的方式并参考图1到图3描述本公开的一些示范性实施方案，在附图中:
图1是根据本公开的示范性实施方案的隔膜的平面图；
图2a到图2c示出在三种不同的压力条件下根据本公开的示范性实施方案的过热或火灾报警系统的剖面示意图；和
图3示出根据本公开的示范性实施方案的气压检测仪的平面图。
[0067]详细描述
图1示出示范性隔膜10。隔膜10具有圆形形状，但应理解，可使用其它形状。隔膜10具有内第一部分12、第二部分14和外法兰16。第一部分12是圆形。第二部分14包围第一部分12并具有环形形状。外部分16也是环形且具有外圆周缘19。
[0068]隔膜具有中心11。第一部分12的外圆周定义第一部分12和第二部分14之间的节点(node)18。第二部分14的外圆周定义第二部分14和外法兰16之间的节点17。两个节点17、18围绕中心11同心。
[0069]隔膜10由可变形材料形成。在这个实施方案中，材料是金属合金，诸如TZM合金。隔膜因此导电。
[0070]隔膜10被形成有节点17和18，使得当经受压力时，第一和第二部分可彼此独立地变形。换句话说，第一部分12可在凹和凸配置(反之亦然)之间变形(或翻转)，而第二部分14保持在相同的配置。以同样的方式，第二部分14可在凹和凸配置(反之亦然)之间变形，而第一部分12保持在相同的配置。
[0071]当静止时，即当经受低压或环境压力(如图2a示出)时，隔膜10具有三维(即，非平面)形状。隔膜10通过在冲压模具中机械形成坯件(blank)而被形成为具有所述形状。如果需要，可使用流体压力来执行对隔膜的进一步成形。可(使用湿法或干法技术)蚀刻隔膜10的第一部分12和第二部分14，使得它们具有不同的厚度。隔膜10的部分越薄，它就越容易在压力下变形。使第二部分14比第一部分12薄将意味着第二部分14比起第一部分12在更低压力下变形。
[0072]图2a到图2c示出包括气压检测仪20的过热或火灾报警系统，气压检测仪20连接到传感器管26。传感器管26被示意性地示出，且可具有高达10米的长度。传感器管26包括不锈钢管，所述不锈钢管包含金属氢化物核心(例如氢化钛)和惰性气体填充物(例如氦)，如本领域已知。
[0073]气压检测仪20包括具有内表面32a的外壳32。当从上面看时(如图3示出)，外壳32具有圆形形状，但可使用其它形状。如图1示出，隔膜10被固定到内表面32a。隔膜10可被钎焊到内表面32a。
[0074]第一端子22和第二端子24延伸穿过外壳2。第一端子22是位于外壳32的中心处的销。第二端子24呈环的形式(如图3示出)，但其它形状也有可能。
[0075]第一端子22对齐隔膜10的第一部分12，且特别说来对齐其中心11。第二端子24对齐隔膜10的环形第二部分14。
[0076]外壳32在第一端子22和第二端子24周围进行气密密封。外壳32被电连接到隔膜10,但通过每个端子22、24周围的绝缘套管(未示出)与端子22、24绝缘。
[0077]隔膜10把外壳的内部分成第一气室28和第二气室30。第一气室28和第二气室30彼此气密地隔离。第一气室28通过进气口 34与传感器管26流体连通。
[0078]第一端子22和第二端子24延伸进入第二气室30。第一端子22的长度比第二端子24短，使得在隔膜10处于静止位置时(图2a)，端子22的末端和隔膜10之间的间隔大于端子24的末端和隔膜10之间的间隔。
[0079]第一端子22和第二端子24通过合适的电路(未示出)连接到提供第一和第二报警的装置(未示出)。技术人员将明白合适的电路。报警装置可提供视觉警报(例如打开和关闭灯)，或听觉警报(诸如拉响警笛)。或者，报警构件可例如通过显示单元把报警消息发送给用户。当第一端子关闭时，第一报警可构成火灾或过热报警。当第二端子打开时，第二报警可构成完整性报警。
[0080]图2a示出在第一静止位置的隔膜10。当作用于隔膜10上的压力不足时，隔膜10保持在这个第一位置。当传感器管26漏气时或在添加氦气填充物之前，可能是这种状况。气压检测仪被设计使得在将要安装检测仪的位置处，正常环境压力将不会使隔膜从这个第一位置变形。
[0081]在隔膜10的第一位置，当从下面看(即，从第一气室28中的进气口 34的位置看)时，第一部分12具有凸状且第二部分14也具有凸状。换句话说，第一部分12和第二部分14都隆起进入第一气室28。第一部分12和第二部分14都在放松或未变形状态。
[0082]在隔膜10的第一位置，第一端子22和第二端子24都打开。在这个位置，第二 (完整性)报警将被激活。
[0083]当第一气室28中的气压例如由于氦气填充物被添加到传感器管26而增大时，隔膜10移到第二位置，如图2b示出。在这个位置，第二环形部分14已向上变形(即，离开进气口 34进入第二气室30)。当从下面看时，第二部分14现在具有凹状。第一部分12并没有显著变形(但是某种有限移动可能已经发生)。
[0084]图2b示出的隔膜10的第二位置是检测仪20的正常操作条件。在这个位置，隔膜10接触并关闭第二端子24，而第一端子22保持打开。这指示传感器管26被连接并加压且没有火灾或过热条件。在这个位置，第二(完整性)报警未被激活。如果压力将例如由于传感器管26漏气而下降，那么第二部分14将变形回其之前的配置，且隔膜10将返回到其第一位置(如图2b示出)。第二 (完整性)报警然后将被激活。
[0085]当第二气室30中的气压例如由于过热或火灾条件使传感器管26内的金属氢化物核心放出氢而增大时，隔膜10移到第三位置，如图2c示出。在这个位置，第一部分12已向上变形(即，离开进气口 34进入第二气室30)。当从下面看时，第一部分12现在具有凹状。第二部分14保持在其变形配置，其中第二端子24关闭。
[0086]第一部分12的变形使隔膜10接触并关闭第一端子22。这将触发第一(火灾或过热)报警。
[0087]因此形成隔膜10，使得第二部分14比起第一部分12在更低压力下变形。如上文所述，这可通过使用机械成型、流体压力和/或湿法或干法蚀刻选择性地使隔膜10成形来实现。
[0088]当传感器管26的温度下降时，传感器管26内氦的压力下降且氢可被重新吸收到金属氢化物核心。这使第一气室28中压力下降，使得隔膜10从其第三位置移回到其第二位置，即，第一部分12翻转回到其未变形或放松状态。第一(火灾或过热)报警将被关闭。
[0089]图3示出检测仪20的俯视平面图。如图所示，外壳32和第一端子22都是圆形，而第二端子24是环形。
[0090]气压检测仪10可用于期望监测可能的过热或火灾条件的任何位置。示范性位置是在飞机内。
[0091]以上描述只是本发明的原理的示范性描述。鉴于以上教导，许多修改和变形是可能的。因此，应理解，在所附权利要求书的范围中，本发明可使用已具体描述的示范性实施方案以外的方式来实践。为此，应研究所附权利要求书以确定本发明的真实范围和内容。
【权利要求】
1.一种气压检测仪，其包括: 第一和第二电端子；和 可变形隔膜，其被配置以在第一、第二和第三位置之间变形， 其中在所述第一位置，所述第一和第二端子打开，在所述第二位置，所述第一端子打开且所述第二端子关闭，且在所述第三位置，所述第一和第二端子关闭，且其中所述检测仪被配置使得当所述第一端子关闭时第一报警被激活，且当所述第二端子打开时第二报警被激活。
2.如权利要求1所述的检测仪，其中所述第一报警构成火灾或过热报警，且所述第二报警构成完整性报警。
3.如权利要求1或2所述的检测仪，其还包括外壳，其中所述隔膜被固定到所述外壳以界定其中的第一和第二气室。
4.如权利要求3所述的检测仪，其中: 在所述第一气室中第一压力下，所述隔膜在所述第一位置； 在所述第一气室中第二压力下，所述隔膜在所述第二位置； 在所述第一气室中第三压力下，所述隔膜在所述第三位置；且 所述第二压力高于所述第一压力且低于所述第三压力。
5.如权利要求3或4所述的检测仪，其中所述外壳具有连接到传感器管的进气口，所述第一气室与所述进气口流体连通，且所述第二气室包括所述第一和第二端子。
6.如权利要求4所述的检测仪，其中所述第一和/或第二端子朝向所述隔膜延伸。
7.如权利要求6所述的检测仪，其中所述第一和第二端子都朝向所述隔膜延伸，且在所述隔膜在其第一位置时，所述第二端子和所述隔膜之间的距离小于所述第一端子和所述隔膜之间的距离。
8.如任一前述权利要求所述的检测仪，其中所述隔膜和所述第一端子之间的电接触关闭所述第一端子，和/或所述隔膜和所述第二端子之间的电接触关闭所述第二端子。
9.如任一前述权利要求所述的检测仪，其中所述隔膜包括: 第一部分，其可在第一和第二配置之间变形；和 第二部分，其可在第一和第二配置之间变形，其中: 在所述隔膜的所述第一位置，所述第一部分和第二部分都在所述第一配置； 在所述隔膜的所述第二位置，所述第一部分在所述第一配置且所述第二部分在所述第二配置；且 在所述第三位置，所述第一部分和所述第二部分都在所述第二配置。
10.如权利要求9所述的检测仪，其中所述第二部分包围所述第一部分。
11.一种过热或火灾报警系统，其包括: 任一前述权利要求所述的检测仪；和 传感器管，其与所述进气口流体连通，所述传感器管包括加热之后放出气体的材料。
12.一种用于气压检测仪的隔膜，所述隔膜包括: 第一部分，其可在第一和第二配置之间变形；和 第二部分，当所述第一部分在所述第一配置时，所述第二部分可在第一和第二配置之间变形，其中所述第二部分包围所述第一部分。
13.如权利要求9、10或12所述的检测仪或隔膜，其中所述第二部分具有环形形状。
14.如权利要求9、10、12或13中任一权利要求所述的检测仪或隔膜，其中所述第一部分是圆形。
15.一种气压检测仪，其包括: 如权利要求12到14中任一权利要求所述的隔膜；和 外壳，其中所述隔膜被固定到所述外壳以界定所述外壳内的第一和第二气室。
16.如权利要求15所述的检测仪，其中增大所述第一气室内的压力使得所述第二部分在第一和第二配置之间变形，且然后进一步增大压力使得所述第一部分在所述第一和第二配置之间变形。
【文档编号】G08B17/04GK104134575SQ201410179445
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2013年4月30日
【发明者】P.D.史密斯, P.伦尼 申请人:基德科技公司