Путевой выключатель клапана

1 Область техники Настоящее изобретение относится к электрическим выключателям, а более точно - к уплотненному бесконтактному выключателю,предназначенному для использования с подвижным элементом, таким как шток клапана. Предшествующий уровень техники Путевой выключатель клапана, такой как концевой выключатель, используется для указания состояния клапана, например, закрыто или открыто, который регулирует расход текучих сред. Обычно, такой клапан имеет линейно перемещающийся или вращающийся подвижный элемент, относительное положение которого связано с состоянием клапана. Выключатель контактирует с подвижным элементом клапана,когда этот элемент занимает некоторое конкретное положение, соответствующее полностью открытому или полностью закрытому клапану. В этом случае выключатель обеспечивает электрическую индикацию состояния клапана для удаленного контроллера. В идеальном случае выключатель является довольно долговечным, что позволяет ему выдерживать многократный контакт с подвижным элементом в течение всего срока службы. Поскольку выключатель может подвергаться воздействию вызывающих коррозию элементов или текучих сред, которые могут разрушить датчик, находящийся внутри выключателя, то желательно обеспечить хорошую защиту. Краткое изложение сущности изобретения В основу настоящего изобретения поставлена задача создания электрического устройства для индикации положения подвижного элемента в виде электрического выключателя, который имеет достаточную защиту, хорошее уплотнение и минимальное количество отверстий. В одном аспекте настоящего изобретения предложено электрическое устройство для индикации положения подвижного элемента. Электрический выключатель содержит корпус,рычаг, постоянный магнит, отклоняющий элемент и датчик. Корпус имеет герметично уплотненную камеру, ограниченную первой стенкой и прилегающей второй стенкой. Рычаг закреплен с возможностью поворота на первой стенке и удерживает постоянный магнит рядом со второй стенкой. Магнит выполнен с возможностью перемещения с помощью рычага между первым положением и вторым положением. Отклоняющий элемент отклоняет рычаг и магнит в первое положение. Датчик находится внутри камеры и выполнен с возможностью восприятия воздействия магнита, когда тот перемещается во второе положение посредством контакта рычага с подвижным элементом. В еще одном аспекте настоящего изобретения предложен концевой выключатель для индикации состояния клапана. Концевой выключатель содержит корпус, плечо, держатель,магнит, отклоняющий элемент и датчик. Корпус 2 имеет уплотненную камеру, ограниченную первой стенкой и прилегающей второй стенкой. Плечо имеет один конец, закрепленный с возможностью поворота на первой стенке. На плече имеется гнездо для удержания магнита рядом со второй стенкой. Отклоняющий элемент расположен между плечом и первой стенкой корпуса. Датчик расположен в камере рядом со второй стенкой и выполнен с возможностью восприятия магнитного воздействия для индикации положения элемента клапана, магнит поворачивается с помощью плеча, переходя в положение, в котором он выровнен с датчиком. В еще одном аспекте настоящего изобретения предложен способ индикации заданного положения подвижного элемента. Способ заключается в том, что прикрепляют один конец плеча к первой стенке корпуса, удерживают магнит на плече рядом со второй стенкой корпуса, уплотняют датчик внутри корпуса рядом со второй стенкой, поворачивают магнит относительно датчика за счет обеспечения контакта подвижного элемента с поворотным плечом,обеспечивают электрическую индикацию соответствия положения подвижного элемента заданному положению, когда магнит выровнен с датчиком, и отклоняют поворотное плечо и магнит, выводя последний из положения, в котором он выровнен с датчиком, когда подвижный элемент не находится в предварительно определенном положении. Краткое описание чертежей В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 изображает общий вид путевого выключателя клапана с пространственным разделением деталей согласно изобретению; фиг. 2 А-В - виды сбоку и сверху путевого выключателя клапана согласно изобретению; фиг. 3 А-С - варианты осуществления датчиков, предназначенных для использования в путевом выключателе клапана согласно изобретению; фиг. 4 А-В - положения путевого выключателя клапана при прохождении линейно перемещающегося подвижного элемента согласно изобретению; фиг. 5 А-В - положение путевого выключателя клапана при использовании для вращающегося тела согласно изобретению. Хотя в изобретение можно внести различные изменения и реализовать его в альтернативных формах, на чертежах в качестве примера изображены и подробно описаны конкретные варианты осуществления изобретения. Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения На фиг. 1 представлен общий вид с пространственным разделением деталей путевого выключателя 10 клапана в соответствии с на 3 стоящим изобретением. Путевой выключатель 10 клапана содержит корпус, имеющий кожух 20 и крышку 40, датчик 50, пружину 60, магнит 70 и поворачиваемый элемент или рычаг 80. Кожух 20 предпочтительно изготовлен из пластмассы, через которую может проходить слабое магнитное поле. Кожух 20 содержит камеру 30, ограниченную боковой стенкой и задней стенкой. Выемка в боковой стенке кожуха 20 образует впадину 22 для поворота. Впадина 22 для поворота расположена так, что она открыта в направлении открывания кожуха 20 и закрыта по направлению к боковой стенке. Вторая выемка в боковой стенке кожуха 20 образует впадину 24 для пружины. Впадина 24 для пружины тоже расположена так, что она открыта в направлении открывания кожуха 20 и закрыта по направлению к боковой стенке. Еще одна выемка образует канал 26 в боковой стенке кожуха 20. Канал 26 открывается по направлению к боковой стенке. В камере 30 размещен датчик 50, который может быть выполнен в виде герметизированного магнитоуправляемого контакта (фиг. 1 и фиг. 3 А-В), или в виде датчика Холла (фиг. 3 С). При реализации настоящего изобретения можно использовать и другие датчики, т.е. любое устройство, которое может преобразовывать перемещение штока клапана в электрический сигнал или в электрическое свойство (например, создавая ситуацию замкнутой цепи или изменения сопротивления). Датчик 50 опирается внутри камеры 30 на множество фиксаторов 32 и полок 34. В случае герметизированного магнитоуправляемого контакта на датчике 50 (фиг. 1 и 3 А-В) могут быть расположены уплотнительные кольца 56 и 58 круглого поперечного сечения для защиты и надлежащего размещения датчика 50 внутри камеры 30. Через пластину 36 в канал 38 в кожухе 20 проходит множество проводов 52 из датчика 50. Провода 52 могут иметь уплотнение 54, посредством которого провода 52 уплотняются и удерживаются в пределах пластины 36. Камера 30 с установленным в ней датчиком 50 может быть наполнена, например, герметизирующим компаундом (не показан) для закрепления и защиты датчика 50. Заявитель обнаружил, что в качестве герметичного уплотнения для выключателя 10 очень хорошо работает компаунд RTV 11, выпускаемый компанией General Electric. Поворачиваемый элемент 80 содержит поворотное плечо 86, один конец которого установлен во впадине 22 для поворота. На конце поворотного плеча 86 имеется поворотный палец 88, который при скреплении крышки с кожухом садится в отверстие 23 во впадине 22 для поворота, имеющейся в кожухе 20, и в дополняющее отверстие 43 в крышке 40. Во впадине 24 установлена пружина 60, которая отклоняет поворотное плечо 86 от боковой стенки корпуса 20. Поворачиваемый элемент 80 также включает 4 в себя контактную головку 84 на дистальном конце поворотного плеча 86. Контактная головка 84 контактирует с подвижным элементом (не показан) клапана для перемещения поворотного плеча 86 вокруг поворотного пальца 88. Поворачиваемый элемент 80 содержит держатель 82 для удержания магнита 70. Держатель 82 имеет поверхность или пластину, которая параллельна задней стенке кожуха 20 и которая удерживает магнит рядом с этой задней стенкой. Держатель 82 также может иметь кромку для дополнительного удержания магнита 70. Магнит 70 перемещается по каналу 26 на задней стенке кожуха 20. Магнит 70 подводится к датчику 50 внутри камеры 30 для магнитного воздействия на датчик 50, когда поворачиваемый элемент 80 приводится в движение. Для придания выключателю законченной формы и уплотнения датчика 50 в камере 30, к кожуху 20 прикреплена крышка 40. В частности, множество крепежных отверстий 28 и 29 обращено в сторону крышки кожуха 20. Через крепежные отверстия 41 и 42 в крышке 40 вставляют болты или винты (не показаны), завинчиваемые в крепежные отверстия 28 и 29 в кожухе 20. Крышка 40 закрывает камеру 30 кожуха 20 и приварена к кожуху 20 посредством ультразвуковой сварки. Чтобы облегчить соединение посредством ультразвуковой сварки между кожухом 20 и крышкой 40, кожух 20 может содержать тонкую кромку 27 материала, идущую по краю кожуха 20. Крышка 40 также включает в себя упор 44 рычага, который садится во впадину 22 для поворота и действует как упор для поворачиваемого элемента 80 во время поворота. Выступ 46, находящийся на крышке 40, закрывает впадину 24 для пружины, а также удерживает пружину 60, когда она установлена во впадине 24 для пружины. Герметичный корпус формируется путем прикрепления и приваривания крышки 40 посредством ультразвуковой сварки к кожуху 20. Поворачиваемый элемент 80 не сообщается непосредственно с уплотненной камерой 30. Только магнитный поток от магнита 70 проходит через стенку кожуха 20 и воздействует на датчик 50. Пластина 36 имеет единственное отверстие в уплотненном корпусе. Однако пластина 36 надлежащим образом уплотнена посредством уплотнения 54 на проводах 52 датчика 50, а также посредством герметика 48, такого как Пермабонд 105 или 240. Приведение в действие поворачиваемого элемента 80 происходит за счет контакта контактной головки 84 с подвижным элементом (не показан). Поворотное плечо 86 поворачивается вокруг поворотного пальца 88, и магнит 70 перемещается внутри канала 26. Перемещаясь внутри канала 26, магнит 70 попадает в положение, в котором он оказывается выровненным с датчиком 50 внутри уплотненной камеры 30. После этого магнитный поток магнита 70 воз 5 действует на датчик 50, обеспечивая электрическую индикацию положения подвижного элемента. Когда контактная головка 84 перестает контактировать или изменяет контакт с подвижным элементом, пружина 60, которая отклоняет поворачиваемый элемент 80, расширяется из сжатого состояния и заставляет поворачиваемый элемент 80 поворачиваться от кожуха 20. Тогда магнит 70 внутри канала 26 выходит из положения, в котором он выровнен с датчиком 50. Упор 89 на поворотном элементе 80 вступает в контакт с упором 44 рычага, который оказывается во впадине 22 для поворота и таким образом прекращает дальнейшее перемещение поворачиваемого элемента 80. На фиг. 2 А представлен вид сбоку выключателя 10, где показаны кожух 20 и крышка 40,образующие уплотненный корпус 21. Выступающее из уплотненного корпуса 21 проводное соединение 52 связывает датчик 50, уплотненный внутри корпуса 21, с контроллером (не показан). Упор 89 поворотного плеча 86 вступает в контакт с корпусом 21, когда отклоняющий элемент 60 принудительно отводит поворотное плечо 86 в полностью отклоненное положение. В результате, магнит 70 внутри держателя 82 магнита располагается на некотором расстоянии от датчика 50, уплотненного внутри корпуса 21. Опора для выключателя 10 предпочтительно должна соответствовать стандарту V3. На фиг. 2 А проиллюстрированы некоторые из размеров, выдерживать которые необходимо для того, чтобы можно было выровнять магнит 70 с датчиком 50 и индицировать положение подвижного элемента (не показан) клапана. Контактная головка 84 поворотного плеча 86 находится на расстоянии 92 от боковой стенки уплотненного корпуса 21, когда пружина полностью отклоняет поворачиваемый элемент 80. Желательно, чтобы в контакт с подвижным элементом вступала контактная головка 84, а не поворотное плечо 86. По этой причине контактная головка 84 выступает на расстояние 90 над поверхностью поворотного плеча 86 и вступает в контакт с подвижным элементом, когда подвижный элемент расположен, по меньшей мере,на суммарном расстоянии 90+92 от боковой стенки корпуса 21. Расположение подвижного элемента ближе, чем на расстоянии 92 от боковой стенки корпуса 21 вызовет контакт подвижного элемента с поворотным плечом 86 и приведет к неправильной индикации посредством датчика 50 или к повреждению выключателя 10. Кроме того, магнит 70 установлен в держателе 82 поворачиваемого элемента 80 и перемещается внутри канала 26 корпуса 21. Расстояние для эффективной установки магнита 70 рядом с герметизированным магнитоуправляемым контактом или датчиком 50 показано в виде расстояния 94. Расстояние 94 не превышает дугу поворота поворотного рычага 86 из его пол 005151 6 ностью отклоненного положения в положение,где поворотный рычаг 86 вступает в контакт с поверхностью корпуса 21. На фиг. 2 В представлен вид сверху путевого выключателя 10 клапана в конкретном варианте осуществления. На виде сверху показано,как магнит 70 и датчик 50 ориентированы друг относительно друга. Один конец поворотного плеча 86 поворотный конец 88 - посажен во впадину 22 для поворота, образованную кожухом 20 и прикрепленной к нему крышкой 40. Упор 44 крышки 40 располагается под упором 89 поворотного плеча 86. Отклоняющий элемент находится между поворотным плечом 86 и кожухом 20 и оказывает воздействие вдоль прямой линии на поворотное плечо 86. На другом конце поворотного плеча 86 держатель 82 расположен вне осевой центральной линии 96 поворотного плеча 86. Магнит 70 удерживается рядом с боковой стенкой посредством поверхности или пластины держателя 82,когда перемещается внутри канала 26. На другой стороне стенки кожуха 20 датчик 50 располагается параллельно магниту 70 на определенном расстоянии 98. Это расстояние 98 выбирают так, чтобы магнитное поле оказалось достаточным для оказания воздействия на датчик 50 через заднюю стенку кожуха 20. Например, боковая стенка может иметь толщину примерно 0,06 дюйма, а магнит может иметь диаметр 0,25 дюйма и толщину 0,125 дюйма. В частности, напряженность магнитного поля, проходящего через заднюю стенку, должна обеспечивать перемещение язычков герметизированного магнитоуправляемого контакта на расстояние 98. Кроме того, если используют датчик Холла, то преобразователь Холла должен получать достаточный магнитный поток от магнита 70, когда он выровнен с магнитом 70,через заднюю стенку кожуха 20. Типичные преобразователи Холла могут иметь чувствительность до 100 Гс или даже 2500 Гс, а также могут выдавать выходной сигнал от 1 мВ/Гс до 25 мВ/Гс. Можно откалибровать некоторый конкретный зазор 98 и некоторое конкретное расстояние 94 в поперечном направлении между магнитом 70 и датчиком 50 для достижения требуемой чувствительности выключателя 10. Необходимую калибровку и схему согласно настоящему изобретению может осуществить обычный специалист в данной области техники. На фиг. 3 А-В показана компоновка герметизированного магнитоуправляемого контакта 100, предназначенного для использования в выключателе согласно настоящему изобретению. Герметизированный магнитоуправляемый переключатель 100 имеет обычную конструкцию и содержит капсулу 102 из стекла, вокруг которой установлены два уплотнительных кольца 132 и 134 круглого поперечного сечения. Капсула 102 содержит совокупность расположенных внутри нее гибких язычков 110 из намагничиваемого 7 материала. Язычки 110 расположены таким образом, что они перекрываются на коротком расстоянии и соединены с отдельными проводящими штырями 112, 114 и 116 на концах капсулы 102. Эти штыри срезаны для обеспечения подсоединения герметизированного магнитоуправляемого контакта 100 внутри камеры путевого выключателя клапана (не показан). К штырям подсоединено множество проводов 122, 124 и 126. Провода образуют кабель 120, который имеет уплотнение 130. В данной области техники известно, что контакты герметизированного магнитоуправляемого переключателя 100 можно размыкать или замыкать за счет надлежащего перемещения постоянного магнита (не показан) для оказания воздействия на язычки 10 с помощью магнитного поля. Язычки могут быть выполнены из вольфрама для больших мощностей, или из родия для информационных систем. Можно также использовать и другие намагничиваемые материалы. На фиг. 3 В показан еще один датчик 150,предназначенный для использования в путевом выключателе клапана согласно настоящему изобретению. Этот датчик 150 содержит печатную плату 152, которая имеет соответствующий контур для надежного расположения внутри камеры выключателя (не показан). Печатная плата 152 может включать в себя профили, такие как контур 154, для размещения в их пределах отверстий для крепления кожуха и крышки. На печатной плате 152 имеется преобразователь 160 Холла, а также другие необходимые электронные блоки 170, в частности, усилитель. Как известно в данной области техники, магнитный поток, воздействующий на немагнитные пластины (не показаны), примыкающие к преобразователю 160 Холла, создает потенциал напряжения между этими пластинами. Местоположение преобразователя 160 Холла таково, что магнит (не показан) можно надлежащим образом выровнять с измерительным преобразователем 160 для создания электрического сигнала. В системах шин предпочтительным является использование выключателей с датчиками (преобразователями Холла). На фиг. 4 А-В проиллюстрирована работа путевого выключателя 200 клапана применительно к линейно перемещающемуся подвижному элементу 190. Линейно перемещающийся подвижный элемент 190 может быть например,штоком клапана. Подвижный элемент 190 имеет исполнительный элемент 192, который немного выступает из подвижного элемента. Исполнительный элемент 192 вступает в контакт с выключателем 200, когда линейно перемещающийся подвижный элемент 190 достигает определенного положения относительно выключателя 200. Это предварительно определенное положение, как правило, соответствует полностью закрытому или полностью открытому клапану. 8 На фиг. 4 А линейно перемещающийся подвижный элемент 190показан в ситуации,когда исполнительный элемент 192 приближается к выключателю 200. Выключатель 200 находится на соответствующем расстоянии, так что исполнительный элемент 192 не вступает в контакт с поворотным плечом 86. Исполнительный элемент 192 предназначен для удара только о контактную головку 84 на выключателе 200. Отклоняющий элемент 60 принудительно отводит поворотное плечо 86 в показанное положение. Конец 89 плеча 86 вступает в контакт с упором на выключателе 200, не давая поворотному плечу 86 выступать на большее расстояние. На фиг. 4 В линейно перемещающийся подвижный элемент 190 показан в случае, когда исполнительный элемент 192 контактирует с контактной головкой 84, находящейся на выключателе 200. Поворотное плечо 86 поворачивается к кожуху выключателя 200, а держатель 82 магнита скользит в канале 26. В результате,магнит 70 выравнивается с датчиком (не показан) внутри кожуха выключателя 200, и формируется электрическая цепь. По соединительным проводам 52 проходит электрический сигнал,указывающий, что линейный подвижный элемент 190 находится в заданном положении. На фиг. 5 А-В проиллюстрирована работа путевого выключателя 200 применительно к вращающемуся телу 194. Вращающееся тело 194 может быть, например, вращающимся штоком клапана. Вращающееся тело 194 имеет исполнительный элемент 196, который немного выступает из вращающегося тела 194. Исполнительный элемент 196 вступает в контакт с выключателем 200, когда вращающееся тело 194 достигает предварительно определенного положения относительно выключателя 200. Это предварительно определенное положение, как правило, соответствует полностью закрытому или полностью открытому клапану. На фиг. 5 А вращающееся тело 194 показано в случае, когда исполнительный элемент 196 приближается к выключателю 200. Выключатель 200 находится на определенном расстоянии, так что исполнительный элемент 196 не вступает в контакт с поворотным плечом 86. Исполнительный элемент 196 предназначен для удара только о контактную головку 84 на выключателе 200. Отклоняющий элемент 60 принудительно отводит поворотное плечо 86 в показанное положение. Конец 89 плеча 86 вступает в контакт с упором на выключателе 200, не давая поворотному плечу 86 выступать на большее расстояние. На фиг. 5 В вращающееся тело 194 показано в ситуации, когда исполнительный элемент 196 контактирует с контактной головкой 84,находящейся на выключателе 200. Поворотное плечо 86 поворачивается к кожуху выключателя 200, а держатель 82 магнита скользит в канале 9 26. В результате, магнит 70 выравнивается с датчиком (не показан) внутри кожуха выключателя 200, и этим завершается создание электрической цепи. По соединительным проводам 52 проходит электрический сигнал, указывающий,что вращающееся тело 194 находится в заданном положении. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Электрическое устройство для индикации положения подвижного элемента, содержащее корпус, имеющий герметично уплотненную камеру, ограниченную первой стенкой и прилегающей второй стенкой,рычаг, закрепленный с возможностью поворота на корпусе и имеющий постоянный магнит рядом со второй стенкой, причем магнит выполнен с возможностью перемещения с помощью рычага между первым положением и вторым положением,отклоняющий элемент для отклонения рычага и магнита в первое положение и датчик, размещенный внутри камеры и выполненный с возможностью восприятия воздействия магнита, когда перемещается во второе положение, посредством контакта рычага с подвижным элементом. 2. Электрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик содержит провода,проходящие через уплотненную пластину, прикрепленную к корпусу. 3. Электрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик представляет собой герметизированный магнитоуправляемый контакт. 4. Электрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик представляет собой датчик Холла. 5. Электрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус дополнительно содержит первую часть, приваренную посредством ультразвуковой сварки ко второй части. 6. Электрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что рычаг содержит держатель,имеющий поверхность, параллельную второй стенке, для закрепления магнита рядом со второй стенкой корпуса. 7. Электрическое устройство по п.6, отличающееся тем, что корпус дополнительно содержит канал снаружи камеры для размещения в нем держателя и магнита. 8. Электрическое устройство по п.7, отличающееся тем, что отклоняющий элемент представляет собой пружину, расположенную между корпусом и рычагом. 9. Концевой выключатель для индикации состояния клапана, содержащий корпус, имеющий уплотненную камеру,ограниченную первой стенкой и прилегающей второй стенкой, 005151 10 плечо, имеющее один конец, закрепленный с возможностью поворота на первой стенке,гнездо для удержания магнита рядом со второй стенкой,отклоняющий элемент, расположенный между плечом и первой стенкой корпуса, и датчик, расположенный в камере рядом со второй стенкой и выполненный с возможностью восприятия магнитного воздействия для индикации положения элемента клапана, когда магнит повернут плечом в положение, в котором он выровнен с датчиком. 10. Концевой выключатель по п.9, отличающийся тем, что датчик является магнитоуправляемым переключателем. 11. Концевой выключатель по п.9, отличающийся тем, что датчик является датчиком Холла. 12. Концевой выключатель по п.9, отличающийся тем, что корпус дополнительно содержит кожух и крышку, приваренные друг к другу посредством ультразвуковой сварки. 13. Концевой выключатель по п.9, отличающийся тем, что датчик имеет один или более проводов, проходящих через пластину, прикрепленную к отверстию в первой стенке. 14. Концевой выключатель по п.9, отличающийся тем, что гнездо содержит поверхность, параллельную второй стенке, для удержания магнита. 15. Концевой выключатель по п.14, отличающийся тем, что пластина гнезда содержит кромку для фиксации магнита в гнезде. 16. Концевой выключатель по п.15, отличающийся тем, что вторая стенка содержит канал, в котором размещен магнит, в гнезде плеча. 17. Способ индикации заданного положения подвижного элемента, заключающийся в том, что прикрепляют один конец плеча к первой стенке корпуса,закрепляют магнит на плече рядом со второй стенкой корпуса,уплотняют датчик внутри корпуса рядом со второй стенкой,поворачивают магнит относительно датчика за счет обеспечения контакта подвижного элемента с поворотным плечом,определяют посредством электрической индикации, что подвижный элемент занял заданное положение, когда магнит выровнен с датчиком, и отклоняют поворотное плечо и магнит,выводя их из положения, в котором магнит выровнен с датчиком, когда подвижный элемент не находится в заданном положении. 18. Способ по п.17, отличающийся тем, что при электрической индикации заданного положения подвижным элементом осуществляют магнитное воздействие на язычки в герметизированном магнитоуправляемом контакте, находящемся внутри корпуса. 19. Способ по п.17, отличающийся тем, что при электрической индикации заданного положения подвижным элементом осуществляют магнитное воздействие на датчик Холла, находящийся внутри корпуса. 12 20. Способ по п.17, отличающийся тем, что для удержания магнита на плече рядом со второй стенкой располагают магнит между второй стенкой и пластиной, прикрепленной к плечу и параллельной второй стенке.