專利名稱：液柱式壓力敏感裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及對作用于其上的氣體或液體的壓力敏感的壓力敏感裝置。
水銀氣壓計和水銀真空計是利用灌裝在玻璃管中的水銀柱的高度或兩水銀柱的高度之差來測量氣體的壓力的，是一種液柱式壓力計，亦是一種對氣體的壓力敏感的壓力敏感裝置，這種測量壓力的技術是一種上個世紀就已公知的技術，如Phil，Mag.，48，110，1874記載的Mcleod真空計就是這種液柱式壓力計中的一種，這類液柱式壓力敏感裝置有許多缺點，如只能測量氣體的壓力而不能測量液體的壓力;只能測量真空度和低壓氣體的壓力，不能測量中壓或高壓氣體的壓力;除了測量的氣壓的壓力變動范圍極小的情況除外，這種壓力敏感裝置中必須采用水銀作為工作液，而水銀蒸汽是有毒的氣體;沒有傳感器功能，不能進行遙測。由于存在這些缺點，因此這類液柱式壓力敏感裝置歷來只能用作真空計或專門壓力計使用，從來未能進入家庭成為普及型氣象儀表，從未用于液體壓力的測量，從未用于稍高的壓力的測量，并且隨著技術的進步，這類液柱式壓力敏感裝置中的水銀真空計已從真空測量中被淘汰，另一種水銀氣壓計也已基本上被淘汰。
實際上，液柱式壓力敏感裝置仍有一些很好的優點，如結構比較簡單，指示是直接的等。為使這些優點得以保留和發展，使液柱式壓力敏感裝置獲得新的生命，本實用新型給出了一類新型的液柱式壓力敏感裝置，并在此基礎上進一步發展出能作為壓力傳感器的液柱式壓力敏感裝置、既可直觀又兼有壓力傳感器功能的液柱式壓力敏感裝置以及對液位高低敏感的液柱式壓力敏感裝置。這類新型的液柱式壓力敏感裝置保留了已有過的液柱式壓力敏感裝置的基本特點-將壓力變換成液柱的變化，并可根據需要將其制成適合于從低真空、大氣壓、低壓到中壓或更高些的壓力等各種壓力范圍內對氣體或/和液體的壓力進行測量或控制的真空計、真空壓力計、壓力計、壓力傳感器、液位計，而且其中的工作液體還可采用范圍寬廣得多的各種液體而不一定要用水銀。
本發明的對氣體或液體的壓力敏感但不能用作壓力傳感器的液柱式壓力敏感裝置由一根透明的管子，一個壓力-容積變換器和適量的液體或適量的液體和填充物組成。透明管子可以是兩端開口的管子，也可以是一端開口一端封閉的管子。壓力-容積變換器是一個有一個孔口的彈性空腔裝置，在一側壓力的作用下其空腔容積能發生變化。管子的開口端和壓力-容積變換器的孔口通過焊接或粘結緊密連接成一體，液體或液體和填充物就灌裝在由管子和壓力-容積變換器圍成的空腔中。其具體結構可以有多種形式，
圖1至圖9給出了一些最基本的能測量氣體或液體的壓力的液柱式壓力敏感裝置的結構圖。
圖1所示的液柱式壓力敏感裝置由一根透明的管子1，一個波紋管2，一個堵頭4和適量的液體或適量的液體和填充物3組成。波紋管一端與堵頭緊密焊接成一體，另一端與管子緊密焊接或緊密粘接成一體。管子、波紋管和堵頭圍成了一個空腔，液體或液體和填充物3就灌裝在這個空腔中。堵頭4上一般地制有一個臺階，供波紋管和堵頭焊接時彼此定位之用。
圖2所示的液柱式壓力敏感裝置由一根透明的管子1，一個波紋管2，一個堵頭4，一個接口5和適量的液體或適量的液體和填充物3組成。接口5中有一個通孔6，通孔6的一端與管子1的一端緊密焊接或緊密粘結成一體。波紋管2的一端與接口5上的通孔6之另一端所在的表面緊密焊接，波紋管的另一端則與堵頭4緊密焊接成一體。管子1、接口5、波紋管2和堵頭4圍成了一個空腔，液體或液體和填充物3就灌裝在這個空腔內。
圖3所示的液柱式壓力敏感裝置由一根透明的管子1，一個接頭5，多個彼此可以套合的波紋管2，一個堵頭4和適量的液體或適量的液體和填充物3組成。接頭5中有一個通孔6，通孔的一端與管子1的一端緊密焊接或緊密粘結成一體。各波紋管2的一端與接口5上的通孔6之另一端所在的表面焊接成一體，各波紋管的另一端則與堵頭4焊接成一體。通孔6還可以有一些支孔，以與各波紋管之間的空間夾層相通。各波紋管中至少最外面的波紋管與接口5、波紋管2和堵頭4圍成一個空腔，液體或液體和填充物3就灌裝在這個空腔內。
圖4所示的液柱式壓力敏感裝置由一根透明的管子1，一個波紋管2，一個堵頭4，一個接頭5，一個或多個彼此可以套合的壓縮彈簧7和適量的液體或適量的液體和填充物3組成。接口5中有一個通孔6，通孔6的一端與管子的一端緊密焊接或緊密粘結成一體。波紋管2的一端與接口5上的通孔之另一端所在的表面緊密焊接成一體，波紋管的另一端則與堵頭4緊密焊接成一體。彈簧7在波紋管內，其軸線一般與波紋管的軸線平行或重合。管子、波紋管，接口和堵頭圍成一個空腔，液體或液體和填充物3就灌裝在這個空腔內。
圖5所示的液柱式壓力敏感裝置由一根透明的管子1，一個波紋管2，一個堵頭4，一個或多個彼此可以套合的壓縮彈簧7，一個螺紋接頭8，一個接口9和適量的液體3組成。螺紋接頭內有一個通孔10，側面制有圓柱外螺紋，通孔的一端與管子的一端緊密焊接或緊密粘結成一體。接口9內有一個直通通孔，通孔內制有與螺紋接頭的圓柱外螺紋相配的圓柱內螺紋。接口9的一端與波紋管的一端緊密焊接成一體，波紋管的另一端與堵頭緊密焊接成一體。彈簧7在堵頭和螺紋接頭之間并與波紋管同軸線。管子、螺紋接頭、接口、波紋管和堵頭4圍成一個空腔，液體或液體和填充物3就灌裝在這個空腔內。
圖6所示的液柱式壓力敏感裝置由一根透明的管子1、一個波紋管2、一個缸體14、一個連接環15、一個堵頭16、和適當的液體或適量的液體和填充物3組成。缸體14有一個內徑比波紋管的外徑要大的開口空腔和一個與該空腔底部空間相通的通孔，通孔的不與開口空腔相接的一端與管子的一端緊密焊接或緊密粘結成一體，開口空腔的腔口與連接環15的外圓緊密焊接成一體，連接環又與波紋管的一端緊密焊接成一體，波紋管的另一端則與堵頭緊密焊接成一體。波紋管和堵頭位于缸體的空腔內。管子、缸體、連接環、波紋管和堵頭圍成一個空腔，液體或液體和填充物3就灌裝在這個空腔內。
圖7所示的液柱式壓力敏感裝置由一根透明的管子1，一個缸體14，一個連接環15，多個可以彼此套合的波紋管2，一個堵頭16和適量的液體3組成。缸體14有一個內徑比最外一個波紋管的外徑要大的開口空腔和一個與該空腔底部空間相通的通孔，通孔的不與開口空腔相接的一端與管子的一端緊密焊接或緊密粘接成一體，開口空腔的腔口與連接環的外圓緊密焊接成一體，連接環又與諸波紋管的一端焊接，諸波紋管的另一端則與堵頭焊接成一體，其中最里面一個波紋管與連接環和堵頭之間的焊接是緊密焊接。堵頭上還可以鉆有一些通孔，使各波紋管之間的空間夾層與開口空腔底部相通。波紋管和堵頭位于開口空腔內。管子、缸體、連接環、波紋管和堵頭圍成一個空腔，液體或液體和填充物3就灌裝在這個空腔內。
圖8所示的液柱式壓力敏感裝置由一根透明的管子1，一個缸體14、一個連接環15、一個波紋管2、一個堵頭16、一個或多個彼此可以套合的壓縮彈簧17和適量的液體或適量的液體和填充物3組成。缸體14有一個內徑比波紋管外徑要大的開口空腔和一個與該空腔底部空間相通的通孔，通孔的不與開口空腔相接的一端與管子的一端緊密焊接或緊密粘結成一體，開口空腔的腔口與連接環的外圓緊密焊接成一體，連接環又與波紋管的一端緊密焊接成一體，波紋管的另一端則與堵頭緊密焊接成一體。波紋管和堵頭位于開口空腔內。彈簧在堵頭和開口空腔底面之間。管子、缸體、連接環、波紋管和堵頭圍成一個空腔，液體或液體和填充物3就灌裝在這個空腔內。
圖9所示的液柱式壓力敏感裝置由一根透明的管子1、一個螺紋接頭8、一個缸體18、一個連接環15、一個波紋管2、一個堵頭16、一個或多個彼此可以套合的壓縮彈簧17和適量的液體或適量的液體和填充物3組成。螺紋接頭內有一個通孔，側面制有圓柱外螺紋，通孔的一端與管子的一端緊密焊接或緊密粘結成一體。缸體18的一端有與螺紋接頭的圓柱外螺紋相配的圓柱內螺紋，另一端是一個內徑比波紋管的外徑要大的圓筒，內螺紋孔與圓筒內腔相通。圓筒筒口與連接環的外圓緊密焊接成一體，連接環又與波紋管的一端緊密焊接成一體，波紋管的另一端則與堵頭緊密焊接成一體。波紋管和堵頭位于圓筒內。彈簧位于堵頭和螺紋接頭之間。管子、螺紋接頭、缸體、連接環、波紋管、堵頭圍成了一個空腔，液體或液體和填充物3就灌裝在這個空腔內。
上述的液柱式壓力敏感裝置可用作低真空計、壓力真空計、氣壓計、各種壓力量程的壓力計、高度計或液位計等等。
圖1所示的壓力敏感裝置中的壓力-容積變換器由圖中的波紋管2和堵頭4組成。圖2和圖3所示的壓力敏感裝置中的壓力-容積變換器由圖中的波紋管2、堵頭4和接口5組成。圖4所示的壓力敏感裝置的壓力-容積變換器由圖中的波紋管2、堵頭4、接口5和彈簧7組成。圖5所示的壓力敏感裝置中的壓力-容積變換器由波紋管2、堵頭4、螺紋接頭8、接口9和彈簧7組成。圖6和圖7所示的壓力敏感裝置中的壓力-容積變換器由波紋管2、堵頭16、連接環15、缸體14組成。圖8所示的壓力敏感裝置的壓力-容積變換器由波紋管2、堵頭16、連接環15、缸體14和彈簧17組成。圖9所示的壓力敏感裝置中的壓力-容積變換器由波紋管2、堵頭16、連接環15、缸體14和彈簧17組成。圖9所示的壓力敏感裝置中的壓力-容積變換器由波紋管2、堵頭16、連接環15、缸體14、螺紋接頭8和彈簧17組成。
接口5、缸體14和18以及螺紋接頭8中的通孔與管子1焊接或粘結的一端一般有一個止口，管子1就焊在該止口內或粘結在該止口內。
接口5、螺紋接頭8、堵頭4和16、連接環15以及圖8中的缸體的底部一般均有供波紋管或/和彈簧定位用的臺階或/和槽。
圖5和圖9所示的液柱式壓力敏感裝置可通過旋轉螺紋接頭8來調整壓力敏感裝置內空腔的容積和彈簧的壓縮程度，比較方便，但調好后，一般應將螺紋接頭8和接口9或缸體18緊密焊接或緊密粘結起來，這樣可防止液體3的泄漏或揮發。
圖6至圖9中的堵頭16的周邊一般加工有一個或一些缺口，使波紋管和缸體內壁之間的空間夾層能和開口空腔底部相通。
圖1至圖9所示的液柱式壓力敏感裝置，當作用在液面上的壓強和作用在波紋管和堵頭上的壓強不相等時，或者說波紋管和堵頭兩側的壓強不相等時，波紋管和堵頭上就受到兩側壓差不相等所造成的力，該力迫使波紋管變形，使壓力敏感裝置內的空腔的容積產生變化，迫使空腔內的液體沿著管腔上升或下降，通過觀察液面的高低就可知道作用在波紋管和堵頭外側的要測量的氣體或液體的壓強。
圖1至圖9所示的各種液柱式壓力敏感裝置中的管子1的非焊接或非粘結端可以是封閉的或不封閉的。當管端不封閉時，該壓力敏感裝置不能進行大氣壓力的測量，因為這時作用在液面上和作用在波紋管和堵頭上的壓強相同;這種壓力敏感裝置也不適宜用作真空計或低壓壓力計，這是因為作用在液面上的大氣壓力并非恒定壓力，而是經常波動的，因此作真空計或低壓壓力計使用時，由于大氣壓力的波動而使測量精度極低而不能用;這種壓力敏感裝置用于中壓和高壓的測量誤差就很小。但這種壓力敏感裝置中的液體3易受到污染或易于蒸發，從而很快降低了測量精度，因此最好將管子的不封閉端的外壁制成波紋狀，其上再蒙上例如一個氣球。
當管端封閉時，管內作用在液面上的壓力就可任意控制，最好的是抽成真空，也可封入一定壓力的氣體，其壓力可以低于或高于大氣壓。抽成真空時，就可近似把作用在液面上的壓力看作零，這樣管內液面的高低就與管內氣壓無關，而只取決于所要測量的氣體或液體的壓力。這種抽成真空的液柱式壓力敏感裝置可用作測量大氣壓強的氣壓計，可用作測量低真空的真空計，可用作測量高于大氣壓的壓力計。
一般地，用作氣壓計、真空計或低壓壓力計的液柱式壓力敏感裝置可采用圖1、圖2或圖6所示結構。用作測量較高壓力的壓力計時，則可采用圖2至圖9所示的結構。
圖6至圖9所示的各種液柱式壓力敏感裝置中的堵頭的直徑可以如圖那樣與缸體開口空腔或圓筒的內徑成動配合，也可比開口空腔或圓筒的內徑小。
當液柱式壓力敏感裝置用于測量容器中的氣體或液體的壓強時，該壓力敏感裝置一般地要安裝在容器的器壁上或管道的接頭上。為了便于安裝，對于有接口5，或有接口9，或有缸體14或18的圖2至圖9所示結構的液柱式壓力敏感裝置，其接口或缸體上可如圖2中的接口5那樣有一個環狀凸緣，或者如圖3中的接口5或如圖6中的缸體那樣有一個法蘭盤，或者如圖4中的接口那樣既有一個環狀凸緣，又有連接螺紋。當液柱式壓力敏感裝置的接口或缸體上只有環狀凸緣時，該壓力敏感裝置只能通過粘結或焊接安裝到容器壁上的預留孔上或管道的接頭上。當液柱式壓力敏感裝置的接口或缸體上有法蘭盤時，則用螺栓和密封墊圈將壓力敏感裝置安裝在容器壁上的或管道上的法蘭上。當液柱式壓力敏感裝置的接口或缸體上有環狀凸緣又有連接螺紋時，則可將壓力敏感裝置安裝到容器壁上的預留螺孔上或安裝到管道上的螺紋接頭上，其間一般加有密封圈。另外，在螺紋接頭和有外螺紋的接口或缸體上一般還應在其沒有制出螺紋的側面部份銑出幾個供搬手夾持的側平面或鉆幾個不與壓力敏感裝置內腔相通的淺孔，或在有環狀凸緣和外螺紋的接口或缸體的環狀凸緣上加工出幾個槽，以便能用適當的工具將之擰在相應的螺孔上。側平面數可為二個，四個或六個，淺孔或槽的數量可為2、3或4。另外，將壓力敏感裝置安裝在容器器壁或管道上所需要的法蘭盤或螺紋也可不制作在接口或缸體上，而如圖1所示那樣將法蘭制作在堵頭4上，或如圖6、圖8所示那樣將法蘭或螺紋制作在連接環15上，或者將螺紋制成圓錐螺紋而不需要法蘭。
螺紋接頭8中的通孔8，接口5中的通孔6以及缸體上的通孔可以是直通的通孔，或是彎折有一定角度的通孔。
圖1至圖9所示的各種液柱式壓力敏感裝置的波紋管亦可用其它合適的彈性元件取代，如圖1、圖2和圖6所示的液柱式壓力敏感裝置中的波紋管和堵頭可用膜盒取代。圖6至圖9所示的液柱式壓力敏感裝置的波紋管和堵頭或波紋管和堵頭和連接環可用膜片取代。
液體3可以是有機液體、無機液體、酸、堿、鹽的水溶液或是這些液體的混合液或懸濁液。其中以汞、水、鹽的水溶液為最好。當液體為無色或淺色的液體時，最好在其中加入染料或著色劑使之著色，好成為深色的或鮮艷顏色的，如紅、黑、棕、綠等色的液體。液體最好采用膨脹系數應盡可能低些的液體。
波紋管可以是非焊接的波紋管，也可以是焊接波紋管。波紋管、膜盒或膜片可以是用黃銅制成的，或是用錫青銅制成的，或是用磷青銅制成的，或是用鈹青銅制成的，或是用不銹鋼如1Cr18Ni9Ti不銹鋼制成的，或是用塑料制成的。當液柱式壓力敏感裝置所用的波紋管或膜盒或膜片是用黃銅、錫青銅、磷青銅或鈹青銅制成的，該壓力敏感裝置的除了管子、液體以及波紋管或膜盒或膜片以外的其它零件一般是用銅，黃銅、錫青銅、磷青銅、鈹青銅或其它銅合金制成的。當波紋管或膜盒或膜片是用不銹鋼制成的時候，壓力敏感裝置的除了管子、液體以及波紋管或膜盒或膜片以外的其它零件一般是用碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼或其它成份的鋼制成的。另外，液柱式壓力敏感裝置中的波紋管或膜盒或膜片亦可以是用強度較高和彈性較好的塑料如聚酯、聚碳酸酯、尼龍、氟塑料、縮醛塑料制成的，這種壓力敏感裝置的除了液體和波紋管或膜盒或膜片以外的其它零件最好亦是用塑料，特別是用同種塑料制成的，但管子則應是用透明的光學塑料制成的。當液柱式壓力敏感裝置中的液體是對壓力敏感裝置的零件有腐蝕性的液體時或壓力敏感裝置要測量其壓強的氣體或液體是對壓力敏感裝置的零件有腐蝕性的氣體或液體時，壓力敏感裝置的壓力-容積變換器的內表面或/和外表面上最好涂鍍一層防腐蝕的薄膜，如金膜、鉑膜、銠膜、二氧化硅膜、碳膜或塑料薄膜。
透明管子1可以是用玻璃制成的，或是用熔融石英制成的、或是用有機玻璃制成的，或是用其它透明的光學塑料制成的。管子可以是直管，或是L形管，或是，管口在側面支管上的形管，或是其它合適的形狀的管子。為了能更清晰地看清楚管中的液柱，管子的一側可以是白色的或彩色的，該色彩可以是在制造管子時加入到材料中的，也可以是涂刷在管子外壁上的，或是鍍或貼在管壁上的。管子上一般還可以有表示壓力高低的刻度和數字或/和有表示海撥高度的刻度和數字或表示液位高低的刻度和數字。
將上述的只能測量氣體或液體的壓力而不能作為壓力傳感器的液柱式壓力敏感裝置中的透明管子改為一個透明的電阻管或一個不透明的電阻管，并限定灌裝在其中的液體為導電液體，則該液柱式壓力敏感裝置就成為一種既可直觀又可兼作壓力傳感器的液柱式壓力敏感裝置或成為一種不能觀看僅能作為壓力傳感器的液柱式壓力傳感器。電阻管是一根絕緣的、其內有沿著管腔豎直段設置的電阻體和引出電極的管子，有一個開口或兩個開口。電阻管的一個開口和壓力-容積變換器的孔口仍然通過焊接或粘結緊密連接成一體。導電液體或導電液體和填充物的灌裝量應保證在所測量的壓力范圍內導電液體總能和電阻體接觸。當所要測量的氣體或液體的壓力發生變化時，壓力-容積變換器的容積也隨之發生變化并迫使導電液體沿管腔上升或下降，使不浸于導電液體中的電阻體的長度隨之發生變化，也即不浸于導電液體中的那部份電阻體的電阻值會發生相應的變化，通過測量不浸入導電液體中的那部份電阻體的電阻值或測量一個恒定電壓加于該部份電阻體上所形成的電流值或測量一個恒定電流通過該部份電阻體時所產生的電壓降的數值就能測量出作用在壓力-容積變換器上的壓強。因此采用電阻管的液柱式壓力敏感裝置就具有壓力傳感器的功能而成為一類新型的壓力傳感器。當電阻管是透明電阻管時，則可既通過觀察導電液體液柱的高低來確定所測壓強的高低，又可通過測量電阻體的電阻值或流過該電阻體的電流或該電阻體上的電壓降來確定所測壓力的高低，是一種具有雙重測量功能的壓力敏感裝置，而現有的各種壓力計和壓力傳感器都沒有這種雙重測量功能。
電阻管的結構可以是多種多樣的，圖10至圖18給出了電阻管的一些結構圖。
圖10所示的電阻管由管子25，鍍在管子內壁上的薄膜電阻26、一根引出電極27和一條連線28組成。薄膜電阻可以鍍在管子的整個內壁上，或者不鍍滿整個內壁，而是鍍成一長條。連線28將薄膜電阻和引出電極牢固地連接起來。管子25可以是兩端開口的，或是一端開口一端封閉的。薄膜電阻的一端經引出電極與外界連接，另一端經導電液體、壓力-容積變換器與外界連接。
圖11所示的電阻管和圖10所示的類似，只不過薄膜電阻26做成二條，有二個引出電極27和二條連線28使二條薄膜電阻的上端與外界連接，二條薄膜電阻的下端因浸于導電液體中而自然地連接在一起。
圖12所示的電阻管由管子25，二個引出電極27和一條金屬電阻絲26組成，金屬電阻絲張緊焊接在二個引出電極上。
圖13所示電阻管則由管子25，三個引出電極27和一條金屬電阻絲26組成，金屬電阻絲張緊焊接在三個引出電極上形成V字形。這種結構使電阻26的阻值可有三種選擇。
在圖10至圖13所示的電阻管中，引出電極從管子的側壁引出，由于管腔直徑不大，因此電阻體26和引出電極之間的焊接比較困難。
圖14和圖15所示電阻管是圖12和圖13所示電阻管的改進型。圖14所示電阻管由一根兩端封閉，側面有一開口支管的管子25，一根金屬電阻絲26，兩條引出線27和二個管帽30組成。電阻絲張緊焊接在二引出線上，引出線與管帽焊接，管帽則粘緊在管端上。圖15所示電阻管由一根與圖14中的管子相同的管子25，一根彎折成V字形的金屬電阻絲26，三條引出線27和二個管帽組成，三條引出線中有兩條在同一管端，管帽中有一個是有雙電極的管帽，該管帽的二電極與在同一管端的二引出線焊接，另一引出線則與第三條引出線焊接。兩管帽分別粘結在管子的二端。
圖16和圖17所示電阻管是圖10和圖11所示電阻管的改進型。圖16和圖17所示電阻管都有一根一端封閉，管中有一芯柱31，芯柱31和管子封閉端連接在一起的帶芯柱的管子25。另外，圖16所示電阻管還包括一個鍍在芯柱上的薄膜電阻26，一個引出電極27和一根連線28，薄膜可以鍍在整個芯柱的表面，或者不鍍滿整個表面而是鍍成一長條，引出電極從管子的封閉端引出管外，連線將薄膜電阻和引出電極牢固地連接起來。圖17所示電阻管還包括兩個鍍在芯柱上的條形薄膜電阻26，二個引出電極27和二根連線28，引出電極從管子的封閉端引出管外，連線將薄膜電阻和引出電極牢固地連接起來，二電阻的下端浸在導電液體中而自然地連接起來。
圖18所示的電阻管是圖17所示電阻管的改進型，由一根有芯柱31的一端封閉的管子25，一根金屬電阻絲26，二條引出線27和一個有二個電極的管帽組成。芯柱自由端有一道槽或一個孔或封接有一短接線柱。電阻絲繞過該槽或穿過該孔后兩端與引出線牢固焊接，或電阻絲的中點與短接線柱焊接，兩端與引出線牢固焊接，兩條引出線則與管帽上的兩電極焊接，管帽則粘結在管子的封閉端上。同樣可得出圖16所示電阻管的改進型結構。
采用電阻絲時，電阻管若采用圖12、13、14、15、18所示結構，則電阻絲的電阻值一般不很大，除非電阻絲做很細，但太細的電阻絲在加工過程和裝配過程中易于損壞。為使電阻絲有較大的電阻值又不致太細，可采用圖19或圖20所示結構。圖19和圖20所示的電阻管都有一個包括一個芯柱31的管子25，管子25的一端封閉，芯柱31與管子的封閉端連成一體。芯柱上制有螺旋形凹槽。在圖19所示電阻管中的芯柱的自由端有一根其一端埋于芯柱中的金屬短接線柱，在圖20所示電阻管中的芯柱的自由端也有一根同樣的短桿，或是有一個槽或一個孔。圖19所示電阻管還包含一根金屬電阻絲26，一個引出電極27，電阻絲繞在芯柱的螺旋槽中，一端與金屬短接線柱緊密連接，一端則與引出電極連接。圖20所示電阻管則還包含一根金屬電阻絲，二條引出線27和一個有二個電極的管帽30，電阻絲焊定在金屬短接線柱上或繞過芯柱自由端上的槽或穿過芯柱自由端上的孔后繞在芯柱上的雙螺旋槽里然后與二引出線焊接，二引出線與管帽上的二電極焊接，管帽則粘結在管子的封閉端上。
圖12至圖15和圖18至圖20所示電阻管中的金屬電阻絲的材質可以是鉑、銠、鉭、鎢、鉬、鎳鉻合金。圖10、11、16、17所示電阻管中的薄膜電阻，其材質可以是金屬的，如鉑、銠、鉭、鎢、鉬、鎳鉻合金等，也可以是非金屬的，如氧化銦半導體薄膜電阻、氧化錫半導體薄膜電阻、氧化鋅半導體薄膜電阻或氮化鉭薄膜電阻等。
圖10至圖20所示電阻管中的管子是用絕緣材料制成的管子，可以是透明或不透明的熔融石英管、玻璃管、塑料管。或是不透明的陶瓷管。不透明管子的電阻管只適于制作液柱式壓力傳感器，透明管子的電阻管可用于制作既可直觀又可作壓力傳感器的壓力敏感裝置。當管子是透明塑料管時，該管一般是用光學塑料制成的管子。
引出電極可以是銅質的、鉑質的、鎢質的、鉬質的、鐵鉻合金的、鐵鎳鉻合金的、可伐合金的、銀餓合金的、或是杜美絲。用這些材料制成的引出電極可以和玻璃形成不漏氣的結合，因此特別適用于作為采用玻璃管子且需抽真空或充氣或不充氣的可直觀又可作壓力傳感器的液柱式壓力敏感裝置或壓力傳感器的引出電極，而且玻璃管也是最普通易得且價格低廉的材料。如果管子用的是塑料管，則也可以用這些材料制作引出電極，但由于它們與塑料管不能形成不漏氣的結合，因此最好在引出電極和塑料管的結合處輔以粘結材料如環氧樹脂等，以增強其密封性，或者引出電極采用膨脹系數與管子的塑料材質的膨脹系數相近或相同的導電塑料制作，導電的聚乙炔就是這種導電塑料中的一種。同樣，圖10、11、16、17中的薄膜電阻也可采用聚吡咯導電薄膜。
圖14、15、18、20所示電阻管采用的是引出線和管帽結構，實際上引出線和管帽可用圖19所示的引出電極取代。同樣，圖19所示電阻管的引出電極也可用引出線和管帽取代，圖16和圖17電阻管中的引出電極或者還有連線也可用引出線和管帽取代。
既可直觀又可作壓力傳感器的液柱式壓力敏感裝置中的導電液體可以是汞、酸、堿或鹽的水溶液，一般最好采用汞或鹽的水溶液。鹽的水溶液最好是有色的，如果無色，則應加入染料或著色劑使之具有鮮明的顏色以便于觀看。只能用作壓力傳感器的液柱式壓力敏感裝置中的導電液體同樣可以是汞、酸、堿或鹽的水溶液，但不一定要求導電液體是有色的。
上述采用電阻管的液柱式壓力敏感裝置同樣可用作為真空計、壓力真空計、氣壓計、各種壓力量程的壓力計、高度計或液位計等等。
將上述的采用電阻管的液柱式壓力敏感裝置中的電阻管改為有若干個電極的接點管，則該液柱式壓力敏感裝置就可用作對壓力敏感的開關，特別適于用作液位計。接點管是一根絕緣的有著一個開口或二個開口，沿管腔的豎直段分布有若干個高低不等的電極的透明或不透明的管子。該液柱式壓力敏感裝置的壓力-容積變換器在液位高低變化造成的壓力的作用下會迫使該液柱式壓力敏感裝置中的導電液體沿管腔上升或下降，而與各電極依次接通或斷開，這就象開關的接通和斷開一樣。圖21至圖24給出了一些接點管的結構。
圖21所示接點管由一根絕緣的兩端開口的管子25和若干沿管高分布的電極33組成。圖22所示接點管由一根絕緣的一端封閉一端開口的管子25和若干個沿管高分布的電極33組成。
圖23所示接點管則由一根絕緣的、一端封閉的、有芯柱31的管子25，鍍在芯柱上的若干條長短各異的導體薄膜或電阻薄膜和同等數量的引出電極27和連線28組成。圖24所示接點管由一根絕緣的、一端封閉的有芯柱31的管子25，若干根長短不同的金屬絲33和在封閉端的同樣數量的引出電極27和嵌在芯柱上的短接線柱34組成，每一金屬絲33就焊在一個引出電極和一根短接線柱上。對于圖23和圖24所示的接點管也可和圖16至圖18一樣用細的引出線取代粗引出電極，為保護引出線，可再在管端加一有相同電極數目的管帽，每一引出線與管帽的一個電極焊接，管帽則通過粘結固定在管端上。
此外還可將接點管和電阻管合并成一個既具有接點管開關功能又具有電阻管功能的接點電阻管。
組成接點管的絕緣管25的材質、導體薄膜或電阻薄膜的材質、金屬絲的材質、引出電極的材質和組成電阻管的絕緣管的材質、薄膜電阻的材質、金屬絲的材質、引出電極的材質都可以是相同的。
組成電阻管或組成接點管的絕緣管25可以是直管、或是L形管、或是管口在側面支管上的形管或其它合適外形的管子。當管子為透明管時，為了能更清晰地看清楚管中的液柱，管子的一側可以是白色的或彩色的，該色彩可以是在制造管子時加入到材料中去的，也可以是涂刷在管子外壁上的，或是鍍或貼在管子外壁上的，并且管子上一般還可以有表示壓力高低的刻度和數字或/和有表示海拔高度的刻度和數字或表示液位高低的刻度和數字。
本液柱式壓力敏感裝置不管是做成真空計、壓力真空計、氣壓計、壓力計、高度計還是液位計，都應保證在整個量程范圍內管腔中都應有液柱。當做成的壓力計是要測量從某個大于大氣壓的壓強P1到另一更大的壓強P2的壓力計時，壓力計中灌裝的液體量最好的是在壓強小于壓強P1時，壓力計中的液面未進入管腔，當壓強達到P1時，液面才升至管腔內，這樣的液體灌裝使得可以用較短的管子獲得較高的壓力測量精度。當要測量的是真空度，真空度的量程是從某個低于大氣壓的真空度P1到另一壓力更低的真空度時，可將壓力計的管子1的不與壓力-容積變換器連接的一端的管腔直徑做得大些或做成球形空腔，灌裝的液體量最好保證在真空度比P1高時，液面仍處在大直徑的管腔中，只當真空度達到P1時，液面才降至小直徑的管腔中，這樣也可以用較短的管子獲得較高的壓力測量精度。此外，還可將管子1的管腔制成各種特定的形狀，如管腔內表面制成為直徑逐漸變化的旋轉曲面，這樣就可將測量的壓力值作進一步的數學變換而不必再經過計算，例如測量的可以是壓力的對數值或其它。
液體的膨脹系數一般都很大，因此溫度的變化會嚴重地影響液柱式壓力敏感裝置的測量精度。為使液柱式壓力敏感裝置滿足所要求的測量精度，可以采用下列的幾種方法中的一種或幾種1.給液柱式壓力敏感裝置加上恒溫裝置。加上恒溫裝置的液柱式壓力敏感裝置可用作精密壓力計，因為一般液體的線膨脹系數僅為萬分之二，壓力計的非液體部份如果不是塑料，其膨脹系數僅為十萬分之一點幾，因此，若溫度變化控制在1～2℃，壓力計的測量精度可以達到千分之一左右，只是管子長度要比較長，才能使刻度看得清楚。
2.采用膨脹系數較小的液體，如水或鹽的水溶液，在0℃至室溫范圍內，其體膨脹系數僅為萬分之二至萬分之三。
3.采用膨脹系數較大的材料制作壓力敏感裝置上的各種零件，以抵消一部份液體的膨脹系數。
4.管子1的內徑不能太細，使管中液柱的升降對溫度不敏感，即不致成為液柱式溫度計(如水銀溫度計、酒精溫度計)。一般波紋管的允許位移可達到波距的10%～30%，容積變化比溫度引起的液體的膨脹或收縮大幾十上百倍，因此可以實現。
5.在液體所占容積中加入的膨脹系數極小，甚至在使用溫度范圍內具有負膨脹系數的粉末、顆粒、纖維或塊狀填充物可以對液體的膨脹系數進行補償。加入填充物后，壓力計的液體的膨脹系數就可用液體加填充物的折合膨脹系數來取代，折合膨脹系數比純液體的膨脹系數小得多，因而可以大大減少溫度變動對壓力測量精度造成的影響。
所加的粉末、顆粒、纖維或塊狀填充物可以是陶瓷的、玻璃的、熔融石英的、碳的、金屬的甚或可以是砂粒。塊狀填充物的形狀可根據壓力敏感裝置的結構來選取。置于圖1至圖5以及置于圖8、圖9所示結構的液柱式壓力敏感裝置中的波紋管內或彈簧內的塊狀填充物的形狀一般為圓柱體。置于圖6至圖9所示結構的液柱式壓力敏感裝置中的波紋管外或/和彈簧外的塊狀填充物的形狀一般為環，半環，開口環或螺旋。環、半環、開口環主要用于填充波紋管外或波紋管之間的部份空間，半環、開口環、螺旋則用于填充彈簧外或彈簧間的部份空間，螺旋還可用于填充彈簧內的部份空間。為了能填充盡可能大的空間，環、半環、開口環、螺旋的截面形狀應盡量與要填充的空間在最小狀態(即波紋管、彈簧被壓縮時)的截面形狀接近。這樣壓力敏感裝置的測量精度不難達到滿量程的1%～2%左右，適合用于精度要求不很高的低壓、中壓或高壓壓力的測量。
6.液柱式壓力敏感裝置的除液體、填充物或者還有管子以外的其它部份均用膨脹系數和液體的膨脹系數很接近的塑料制作，以對液體的膨脹系數作大幅度補償，如再加上方法5，則理論上可以使液體的膨脹系數得到完全的補償，因而理論上可以實現極高的測量精度而不必控制溫度。這種液柱式壓力敏感裝置所能測量的最大壓力取決于用塑料制作的波紋管在彈性極限內所能承受的壓力。由于塑料的彈性模量小，彈性極限低，因此這類液柱式壓力敏感裝置一般僅適用于低真空和低壓壓力的測量，特別適用于作氣壓計，對不同高度的氣壓進行測量，改換刻度，還可用作高度計。
7.另一種極為良好的，甚至可說是理想的方法是將管子的封閉端做成一個較大的空腔，空腔和管腔內充入一定壓力的氣體，利用氣體的很大的膨脹系數來補償因溫度變化引起的壓力測量誤差。其原理是當溫度升高時，液體3因膨脹系數大而體積增大，使液柱高度超過理論高度，同時氣體也要膨脹，但因液柱式壓力敏感裝置的內腔容積不能隨氣體的膨脹而膨脹，因而氣體的內壓變大，變大的氣體內壓迫使壓力-容積變換器的彈性元件變形，容積增大，從而吸收超過理論高度的液柱，反之亦然。這樣就能很好地補償因溫度變化引起的壓力測量誤差。
當液柱式壓力敏感裝置做成普及型氣壓計時，透明管子的一端可以抽出一個環或抽出一個鉤以便于懸掛。或者將該氣壓計固定在一塊刻度板上，刻度板上至少應有表示氣壓值的刻度和數字或/和刻上表示海拔高度的刻度和數字。當然，也不僅是作為氣壓計的液柱式壓力敏感裝置才可配備刻度板，對于作為真空計、壓力真空計、壓力計、高度計或液位計的液柱式壓力敏感裝置亦可配備刻度板，板上有表示真空度、壓力真空度、壓強、海拔高度或液位高度的刻度和數字。
權利要求
1.一種對于氣體或液體的壓力敏感的液柱式壓力敏感裝置，其特征在于該壓力敏感裝置由一根透明的，一端封閉或兩端都不封閉的管子，一個有一孔口的壓力--容積變換器以及適量的液體或適量的液體和填充物組成，管子的一個不封閉端與壓力--容積變換器的孔口通過焊接或粘結緊密連接成一體，液體或液體和填充物就灌裝在由管子和壓力--容積變換器圍成的空腔中。
2.一種對于氣體或液體的壓力敏感的液柱式壓力敏感裝置，其特征在于該壓力敏感裝置由一根透明或不透明的、有一個開口或兩個開口的電阻管，一個有一個孔口的壓力-容積變換器以及適量的導電液體或適量的導電液體和填充物組成。管子的一個開口和壓力-容積變換器的孔口通過焊接或粘結緊密連接成一體，導電液體或導電液體和填充物就灌裝在由電阻管和壓力-容積變換器圍成的空腔中。
3.一種對于氣體或液體的壓力敏感的液柱式壓力敏感裝置，其特征在于該壓力敏感裝置由一根透明或不透明的、有一個開口或兩個開口的接點管，一個有一個孔口的壓力-容積變換器以及適量的導電液體或適量的導電液體和填充物組成。管子的一個開口和壓力-容積變換器的孔口通過焊接或粘結緊密連接成一體，導電液體或導電液體和填充物就灌裝在由接點管和壓力-容積變換器圍成的空腔中。
4.根據權利要求1、2或3所述的液柱式壓力敏感裝置，其特征在于其中的壓力-容積變換器是一個或多個波紋管或是由波紋管、堵頭、接口、或者還有彈簧或/和連接環和缸體組成。
5.根據權利要求2所述的液柱式壓力敏感裝置，其特征在于其中的電阻管由一根絕緣的、有一個開口或兩個開口的管子，沿管腔設置的電阻體，將電阻體的一端或二端引出管腔的引出電極或者引出電極和連線或者細引出線和管帽組成。
6.根據權利要求3所述的液柱式壓力敏感裝置，其特征在于其中的接點管由一根絕緣的、有一個開口或兩個開口的管子和若干個沿管高分布的電極組成;或由一根絕緣的、有一個開口或兩個開口的管子，沿管腔設置的長短各異的導體薄膜或電阻薄膜，將薄膜的一端引出管腔的引出電極或引出電極和連線或細引出線和管帽組成;或由一根絕緣的、有一個開口或兩個開口的管子，沿管腔設置的長短各異的金屬絲，將金屬絲的一端固定的短接線柱，將金屬絲的另一端引出管腔的引出電極或細引出線和管帽組成。
7.根據權利要求1、2、3所述的液柱式壓力敏感裝置，其特征在于其中的填充物是熔融石英的或/和陶瓷的或/和玻璃的。
8.根據權利要求1、5或6所述的液柱式壓力敏感裝置，其特征在于其中的透明管子是熔融石英管，或是玻璃管。
9.一種液柱式壓力敏感裝置的支撐板，其特征在于該板上有表示壓強值的刻度和數字或/和海撥高度的刻度和數字，或其上有表示真空度或壓力真空度的刻度和數字，或其上有表示液位高低的刻度和數字。
全文摘要
本液柱式壓力敏感裝置由一根透明管子，一個設置在管子的一端的一端封閉的波紋管壓力——容積變換器和灌裝在其中的液體組成，當波紋管封閉端受到氣體或液體的壓力作用時，液柱就沿管腔升降，觀察液柱高低可測出氣體或液體的壓力，管子中還可設置電阻或沿管腔不同高度分布設置電極，液體則采用導電液體，在導電液柱升降時，就相應改變管腔中的電阻的阻值或依次與各電極接通或斷開，可用作壓力傳感器或接點開關。
文檔編號G01L7/20GK1054133SQ90108070
公開日1991年8月28日 申請日期1990年9月25日 優先權日1990年9月25日
發明者丁定藩 申請人:丁定藩
專業數控銑床產品供應商
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