[发明专利]边缘焊合式布尔登扁带式温度-压力表

说明书

本项发明涉及到布尔登管的构造，这种布尔登管是用作压力或者温度测量器的一个弹性部件。布尔登管是由E·布尔登发明的（美国专利9163号）它主要是一条弯卷的扁管，当这个弯卷的扁管一端固定起来，并承受内部的压力变化时，它弯卷的状态随着其内部压力的变化发生接近于正比例的张开与弯曲的变化。这样，可将布尔登管自由端的位移用作一种机械、电气或者电子装置的输入，以指示和/或控制压力与温度。

对布尔登管的设计，须考虑许多因素，以适应其实用的要求。若干有影响的因素有：压力的范围、弹簧刚性系数对于内含流体的抗腐蚀性、对外部环境的抗腐蚀性、耐反复性、滞后性，超压力以及环境温度效应。因此，对布尔登管的形状、尺寸和材料的选择须适应特定的用途。

充入式温度计和温度控制器利用布尔登管将内充的流体（液体、气体或蒸汽）的压力变化转换为机械的运动，用来驱动指针或者控制装置。这种内充式温度计可分为三个类型：第一类-充液式，第二类-蒸汽作用式，第三类-气体作用式。

第一类是利用内充的一种稳定液体因温度变化而发生的体积膨胀，以形成布尔登管的形变。水银、二甲苯及硅酮液体是典型的内充工作液体。而球泡的大小又与温度范围成反比地变化，所测温度范围较小则所用球泡较大，所测温度范围较大则球泡较小。球泡中的液体随着温度的升高而扩张，按 照液力原理通过一条细孔的毛细管输入布尔登管中。

毛细管和布尔登管的容积应当尽可能小，以尽量减少外界温度对毛细管和布尔登管中液体的影响。为了抵销这一“外界温度效应”，可以有几种补偿方法：

（1）在布尔登管的输出部分采用双金属片，在一个点上消除“外界误差”（通常用于中等温度范围）;（2）复式毛细管配合反向布尔登管;及（3）在毛细管中填入“固瓦”（镍铁）合金丝，以抵销毛细管中的液体扩张。

第二类充入式系统，是利用液体在一定温度范围内预期产生的蒸汽压力。球泡部位温度升高，使球泡中的液体汽化;温度降低则又使饱和的蒸汽在球泡中凝结。当球泡温度高于外界温度时，液体充入球外的毛细管和布尔登管的内函，当球部温度低于外界温度时，则由过热的蒸汽充入。而当球部温度升高超过外界温度时，液体从球泡转入毛细管和布尔登管，使液体和蒸汽的界面保持在球泡之中。为适应外界温度的变化范围和较长的毛细管，球泡需做得较大。

第三类充入式系统系充入气体。随着球部温度的变化而产生相应的压力变化，大体上按照天然气定律即PV＝RT。为了尽量减小外界温度效应，球泡的容积通常须是毛细管和布尔登管的综合容积的20到30倍。为了适用于较小的温度范围，需要相对较高的内部工作压力，而内部压力较高时，“外界温度效应”也较大。因此，第三类系统的适用范围要受布尔登管的弹性范围和可容许的外界效应的局限。

改进的气体温度计克服了必须用较大的球泡的必要，其办法是在球泡中填加活性炭，以吸附或释放气体分子，增大压力的变化，超越了天然气定律。这类改进的气体温度计的优越性在于，可以用较低的内部工作压力适应较小的温度范围，而相应地使其“外界效应”亦较小。这又可以将球泡做得较小。

对使用常规金属材料制做的布尔登管的所有各种测温和测压系统来说，当外界温度的变化使布尔登管的弹性拉伸系数发生变化时，都使其精确度受到影响。例如，就弹簧铜制作的布尔登来说，对其弹簧刚性系数的影响大约是外界温度变化每华氏度0.02%或者每50华氏度1%（参见《机械量度》第159页，作者贝克威思和布克）。

对充入式温度计的弹性部件来说，因为它们须在较大的压力跨度并从而是较大的应力水平上工作，这样由于外界温度变化引起的指示误差就可能增大到3至4倍的程度。

本项发明的目的，是为充入式温度计提供一种弹性元件，主要是用于上述第三类即气体作用型。其所依据的准则是：

1、所用材料及其结构应有最大可能的弹性限度。

2、其结构应有尽可能小的内涵容积，在工作中的容积变化亦应尽可能小。

3、材料的弹性系统对于通常的外界温度变化应不敏感。

4、材料当应力水平增高时其滞后作用应表现最小。

5、其材料与结构应始终能在高应力水平上工作而不发生变性或失效。

6、其材料须能抵抗内充媒剂的腐蚀，也须适当地抵抗外界环境的腐蚀。

7、其材料、结构及制作成本须在经济上适宜，以便使产品适销于高度竞争性的工业市场。