专利名称：机械传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械传感器，它响应于施加于其上的一个方向上的力，产生在另一方向上的、一大小不同的力。
通常要求通过一个小力来控制一个大力，例如汽车就是利用脚刹车踏板提供的一相对小的力使其制动而静止的。通常也要求用一较弱的信号产生一足够的力来控制信号装置，例如空气管道内的叶片可探测出很轻微的空气流动，然而由于它的尺寸，它可以施加一足够的力来操纵锅炉或空调装置内的控制开关。然而，这些例子中的控制，要求相当大而复杂的放大系统，或者在空气阀的情况下，有可能导致来自振动、过冲、低冲或阻尼较大引起的延时等干扰。如果把活塞或类似装置用作缓冲器、阻尼器或驱动器，则力-推力之比取决于装置内径的大小为了容纳或产生大的力，除非采用令人难以接受的高压，则面积、从而也就是直径，必须增大。然而，增大内径的尺寸，即增加对低压的灵敏度，也会使轴向移动的活塞或气缸增大惯性，从而减弱装置对外部冲击和振动力的响应和反应。例如，一压力开关(包括一由一压敏驱动器控制的电开关)可利用一大的圆形膜片由其表面的低压力产生一足够的力来克服开关的释放力(开关可以是微动开关)。这种装置的缺点是，膜片所在的平面垂直于操作开关所必需的位移的轴线，这样装置的体积就要求大。膜片的质量和其他动部件也会使装置对轴向振动的反应受到损害，从而引起错误操作。
本发明的一个目的在于提供一种能克服上述缺点的机械传感器。
本发明所提供的机械传感器包括一转换器，转换器包括多根两端各自连在一起的细长柔性元件，且围绕传感器的纵向轴线间隔排列，转换器的两端沿所述的轴可以彼此相向或反向移动，该位移是由所述元件的弯曲或伸直产生的，这样加在所述转换器上的轴向力就转换成由所述元件发出的径向力，或者施加在所述元件上的径向力就被转换成轴向力。
可以理解，转换器具有由多根肋条构成的笼形构件的一般形式。加在肋条笼形件的两端之间的轴向力可以是推力或拉力，使元件或肋条径向地向外或径向地向内弯曲或伸直。肋条笼形件所包含的体积比肋条笼形件两端轴向移动的位移体积大得多。加在肋条上的径向向内或向外的力，在肋条笼形件的两端产生放大得多的轴向力。这一力的放大量，在肋条弯曲或离开其伸直位置时特别大。
最好在转换器或肋条笼形件的两端有一施加或传递轴向力的装置。肋条笼形件的两端可以是各自连接的，以便施加或传递轴向力，连接可以绕在肋条笼形件的外围或穿过肋条笼形件，或者两种形式连接都有。
一弹性元件可以围绕肋条笼形件外面或置于其内部，它可用来施加或吸收作用在肋条笼形件上的力。这种弹性元件可包括一具有弹性或回弹力的、可承受肋条偏移的薄膜或膜片，从而可以吸收外部施加给肋条笼形件的轴向力的能量。膜片也可以是非弹性的，或可以是塑性的，有保持其偏移(转)后的新形状的倾向，或如果是弹性的，则它不需要在肋条笼形件上施加任何弹性力。
膜片可在肋条笼形件的内部和外部之间形成密封。流体压力可以加到肋条笼形件的内部或外部以产生或吸收加在肋条笼形件两端的轴向力。膜片可包括一在其两端基本上封闭或密闭的筒形膜片。
一止动元件可放在肋条笼形件的内部或外部，限制肋条向内或向外的径向位移和/或限制肋条笼形件两端的轴向位移。用这种方法，止动元件能阻止肋条伸得太直，或过分伸直(即反向弯曲)或过分弯曲。
肋条笼形件可由一片状材料形成或者制成单片模件。肋条也可由在其端部连接到或枢轴地连接到肋条笼形件的端部元件上的分离元件组成。
肋条笼形件一般是圆柱形的，但也可以是其他任何适当的横截面(例如六角形的)，且其侧壁可以是平行的，锥形的，双锥形的，阶梯形的或其他任何的外形。
如果肋条笼形件在正常情况下肋条向外弯曲，肋条的中间可以比其端部宽，以便减小相邻肋条之间的间隙。单根肋条可以具有任何适当的形状或横截面。肋条可以制造得使其摩擦力或弹性特征改变或适合于传感器。
下面参照附图对本发明的一个实施例进行描述，该实施例仅作为本发明的用以举例说明的一个例子，其中
图1为本发明传感器的纵向剖面图，表示传感器静止时的情况;
图2为与图1相似的剖面图，表示传感器受到所施加力时的情况;
图3为形成传感器肋条笼形件的一种片状材料的平面图;
图4为表示肋条笼形件弯曲情况时的剖面图;
图5表示由图3的片状材料形成的肋条笼形件处在不弯曲时的情况;
图6表示肋条笼形件弯曲时的情况;
图7为由单个肋条元件组装成的另一种形式的肋条笼形件的剖面图;和图8为圆锥形肋条笼形件的剖面图。
参见附图1，图中所示为本发明的机械传感器。其中流体压力径向地作用于转换器上产生一推动微动开关的推杆的轴向位移。传感器包括一具有一内部腔体16的壳体15。转换器1，2放置在腔体16内并具有肋条笼形件的形状，肋条笼形件具有多根细长元件1围绕传感器的纵向轴间隔排列，元件或肋条的两端在2，2处连接在一起。肋条笼形件的一端固定在壳体的一端18处，肋条笼形件的另一端形成一止推环4容纳一推杆6，止推环4靠在一环状件5上。一筒形膜片或薄膜13包围在肋条笼形件四周，其一端封闭或密封在壳体的端部18处，其另一端通过膜片上的四周卷边14在壳体另一端处密封，该四周卷边嵌在通过壳体另一端的开孔的槽内。该开孔内有螺纹，并与一有螺纹的管10啮合。一包括微动开关11的壳体12，通过螺纹旋在管10的外端。推杆6沿管10的轴线延伸，压缩弹簧7围绕推杆6并作用于推杆6上的环状件5和止动元件之间(止动元件图中用8表示)，在肋条笼形件上产生一轴向偏置力，如图1所示使肋条1径向地向外弯曲。沿管10的止动元件8的位置可调节，以便调节弹簧7的偏置力，而止动元件8可通过锁紧螺母9锁紧在位置上。一从壳体的端部18沿传感器的轴线延伸的芯骨或仿形止动元件3，限制肋条笼形件的肋条1的径向地向内的位移。壳体一端有一入口和从此入口与腔体16内部连通的通管道17。
在使用如图1所示的传感器时，管道17被连接通入流体，此流体的压力就是有待监测的压力。当薄膜13的内部处于大气压力时，在腔体16内的流体压力沿径向向内地即朝着传感器轴线的方向作用。腔体16内的流体产生的压力通过薄膜13作用于肋条笼形件的诸肋条1上，使这些肋条径向地向内位移结果使止推环4轴向地向外移动从而使推杆6沿轴线逆着压缩弹簧7的偏置力的方向移动。当腔体16内的流体压力达到预定值时，推杆有足够的力逆着弹簧7偏置力的方向移动，接触并压下微动开关11的开关按钮这种情况如图2所示。图中肋条1也被压靠在止动元件或芯骨3的仿形表面上以限制这些肋条的进一步径向地向内位移。当腔体16内的流体压力重新下降时，弹簧7使止推环4沿传感器的轴线在回程方向移动，肋条又重新径向地向外弯曲同时，微动开关11自动复位。
驱动微动开关的流体压力可通过调节止动元件8的位置来调节。此外还可以通过相对于壳体12旋转管10来进一步调节，即调节透入壳体12的深度。
参见图3至图6，肋条笼形件可以由一种有回弹力的柔性片状材料制成，在片状材料上刻一系列平行的狭缝以形成多根细长肋条1，这些肋条1的两端通过片状材料的空白边2处连接在一起。然后片状材料如图5所示卷成筒状。通过提供一轴向力使肋条笼形件的两端各自相向移动，各肋条1将向外弯曲如图4和6所示。图1至图6所示的肋条笼形件在静止时是圆筒形的，但它也可以是锥形(图8)或其他筒形的。肋条笼形件除了可以是单个元件之外，也可由多根弹性柔软细长元件1组成，这些元件1的两端分别固定在末端元件2上(图7)。在所有这些结构中，细长元件1可以是柔性的(或枢接在一起的)但没有回弹性在图1和2所示的例子中，弹簧7偏置肋条笼形件，使其处于肋条向外弯曲的状态。在另一种结构中，待监测的流体压力被引入筒形薄膜13的内部，促使肋条从如图2所示的形状径向地向外弯曲，并产生一轴向位移推动微动开关在这种情况下，弹簧7可作用于相反方向或薄膜13可以是具有回弹性的，使肋条1径向向内偏置。
根据本发明的进一步的特征，薄膜13可以是可渗透的或是小孔，使流体可以在肋条笼形件内部和外部体积之间以预定速度流动。最好有止动元件3阻止肋条1完全伸直，使肋条1总处于卷曲或弯曲状态。
肋条笼形件可至少再包括一组肋条，围绕装置的轴线和如图所示的一组肋条1同心间隔排列。
对于每一组肋条，每根肋条既不需要相互等距间隔，也不需要与轴线等间隔排列。肋条笼形件不一定要围绕轴线绕一整圈(360°)。
每一个肋条笼形件可分成两组肋条，两组肋条各自能独立地移动。
图中所示的传感器是作为操纵电气开关的传感器来描述的，它也可以操纵其他类型的传感器，或操纵一控制装置(如一阀门或夹紧装置)。
权利要求
1.一种机械传感器，包括一转换器，转换器包括多根两端各自连在一起的细长柔性元件(1)，围绕传感器的纵向轴线间隔排列，转换器的两端(2，2)沿所述的轴可彼此相向或反向移动，该位移是由所述元件(1)的弯曲或伸直产生的，当在所述转换器上加上一轴向力时，该力就由转换器转换成由所述元件发出的径向力，或者，当在所述转换器上加上径向力时，该径向力就被转换成轴向力。
2.如权利要求1所述的机械传感器，包括一止动元件(如3)以限制细长元件(1)的径向向内或径向向外的位移。
3.如权利要求1或2所述的机械传感器，其特征在于，所述转换器至少再包括一组细长柔性元件，围绕所述的轴线间隔排列，且与原先一组元件(1)同心。
4.如上述权利要求中任何一条所述的机械传感器，其中，转换器内有一将转换器内部的容积与外围容积隔开的薄膜(13)。
5.如权利要求4所述的机械传感器，其特征在于，薄膜为可渗透的或具有小孔，以使流体以预定流速出入转换器的内部容积。
6.如权利要求4或5所述的机械传感器，该传感器包括一放置转换器的壳体(15)，壳体有一入口，使流体可与转换器周围的壳体的密封内部相通。
7.如上述权利要求中任何一条所述的机械传感器，安排成可以产生一轴向推力以操纵一传感器或一控制装置。
8.如上述权利要求中任何一条所述的机械传感器，其中，每根细长元件由一柔性材料的单片元件组成。
9.如上述权利要求中任何一条所述的机械传感器，其中，转换器由具有多根细长元件的单片组件构成。
10.如权利要求1至7中任一条所述的机械传感器，其中，每根细长元件是由多个连接件连在一起的。
全文摘要
一种机械传感器，包括一转换器，转换器包括多根两端各自连在一起的细长柔性元件(1)且围绕传感器的纵向轴线间隔排列，转换器的两端(2，2)可沿轴线彼此相向或反向移动，该位移是由所述元件(1)的弯曲或伸直产生的。这样，一施加在转换器上的轴向力可以转换成细长元件(1)发出的径向力，或者一加在细长元件(1)上的径向力可以被转换成轴向力。
文档编号G01L9/00GK1039481SQ8910490
公开日1990年2月7日 申请日期1989年7月15日 优先权日1988年7月15日
发明者法拉尔-布拉德伯里 申请人:法拉尔-布拉德伯里