振动式料位开关 |
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| 申请号 | CN201210449009.1 | 申请日 | 2012-11-09 | 公开(公告)号 | CN103105215B | 公开(公告)日 | 2015-08-05 |
| 申请人 | VEGA格里沙贝两合公司; | 发明人 | M·迈尔特; H·格鲁赫勒; J·雅克布; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种振动式料位 开关 ，其包括一压电发射单元和/或接收单元（2）、一在振动时可移动的膜片（4）及一与膜片相接合的机械振动结构，其中压电发射单元和/或接收单元(2)直接的或通过一利用粘接层(9)的配合层(7)与膜片(4)粘接一起，其特征在于膜片(4)与压电发射单元和/或接收单元(2)或边缘区域(R)中的配合层(7)之间的粘接层(9)具有比中心区域(Z)更大的厚度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种振动式料位开关，其包括一压电发射单元和/或接收单元(2)、一在振动时可移动的膜片(4)及一与膜片相接合的机械振动结构，其中压电发射单元和/或接收单元(2)直接的或通过一利用粘接层(9)的配合层(7)与膜片(4)粘接一起，其特征在于，膜片(4)与压电发射单元和/或接收单元(2)之间的，或者膜片(4)与边缘区域(R)中的配合层(7)之间的粘接层(9)具有比中心区域(Z)更大的厚度。 |
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| 说明书全文 | 振动式料位开关技术领域背景技术[0002] 限位测量在工业生产过程中—特别是对液体和松散材料的工业生产起着重要作用。进行限位测量时，可测出是否达到所设定的灌注高度，然后转换为开关指令。该开关指令可启动或停止，例如，灌注装置，以防止容器装料过满。限位测量可用于，例如，液体、膏状体、粉末或粗散装料。 [0003] 正如那些已知的现有技术中所述，振动式料位开关包括一压电发射单元和/或接收单元、一块在振动时可移动的膜片和与膜片结合的一机械振动结构，其中压电发射单元和/或接收单元直接或通过利用粘接层的配合层与膜片粘接一起。压电发射单元和/或接收单元与膜片的粘接相对于耦合器通过拉紧螺栓将压电发射单元和/或接收单元与膜片压紧的结构来说更加简单，因此能使振动式料位开关的制造成本更加低廉。 [0004] 图1显示了已知的现有技术中的振动式料位开关1的截面图。图示的振动式料位开关具有一外壳10，其前侧被一在振动中可移动的膜片4封闭。膜片4通常为圆形结构，具有如图1所示的连续而均匀的厚度。在膜片4的前侧设有机械振动结构5，在该实施实例中所述振动结构为一对振动音叉。通过膜片4的振动，使得振动音叉按其响应频率发生振荡，同时开始以这种频率产生振动。当灌注的物料覆盖振动音叉5时，振动音叉5的频率会降低，从而能测量出到达了限位位置，然后转换为开关信号。 [0005] 膜片4通过安装在外壳10内部的压电发射单元和/或接收单元2在振动时可移动。压电发射单元和/或接收单元2（以下也称为压电驱动元件）在该实施实例中通过配合层7与膜片4粘接在一起。上述相关技术表明，配合层7和膜片4都构造为表面相对的水平表面，这样导致设置在膜片4与配合层7之间的粘接层9在其整个面积范围内具有不变的厚度。 [0006] 在所述实施实例中，配合层7采用所谓的配合陶瓷（adaptation ceramic）材料制成，该材料确保了在压电驱动元件2和膜片4间的热膨胀系数呈阶梯性过渡。 [0007] 膜片4（一般采用优质钢制成）的热膨胀系数大约为16×10-6K-1，而压电发射单元和-6 -1 -6 -1/或接收单元Z的热膨胀系数一般大约为4×10 K 左右。通过使用膨胀系数约为8×10 K材料制成的配合层7，热膨胀系数相差接近4倍的膜片4和压电驱动元件2能够相互适配。 就压电驱动元件2而言，其与配合层7粘接在一起，这样配合层7能够将压电驱动元件2的机械振动传递到膜片4上。此外，陶瓷配合层7保证了在压电驱动元件2上设置的用于控制压电驱动元件2的各电极之间的电气绝缘，以及与金属膜片4之间和安装在膜片上的振动音叉5之间的电气绝缘。 [0008] 对已知的现有技术中具有上述结构的振动式料位开关来说，其缺点在于尽管设有配合层7，但在粘接层9内仍会产生裂纹。这些粘接层9内的裂纹归咎于因热感应引起的剪切力，虽然配合了所使用的材料的热膨胀系数，但这种剪切力会引发粘接层9的疲劳，从而不能避免裂纹的产生，导致损坏振动式料位开关1。 发明内容[0011] 本发明的振动式料位开关包括一压电发射单元和/或接收单元、一在振动时可移动的膜片及一与膜片相接合的机械振动结构，所述压电发射单元和/或接收单元可操作地连接至所述膜片，其中，压电发射单元和/或接收单元直接的或通过一利用粘接层的配合层与膜片粘接一起，膜片和压电发射单元和/或接收单元或边缘范围内的配合层之间的粘接层具有比中心区域更大的厚度。 [0012] 在本专利申请中，中心区域是指围绕膜片、配合层以及压电发射单元和/或接收单元结构的几何形中心的区域，该区域被认为是平面区域。边缘区域是指在图示的结构件的外轮廓范围中整个一圈围绕中心区域布置的圆形或方形面。 [0013] 从上述可以看出，由于膜片的热膨胀的纵向变化和与此相比的配合层或压电驱动元件的热膨胀更小，尤其是在彼此相邻层的边缘区域，会导致很高的剪切力和裂纹的产生。因此，在该区域粘接层的厚度增加，使该区域的粘接层能较好的承受所产生的剪切力，从而能达到降低产生裂纹的目的。因此，在中心区域粘接层的厚度变小，使压电发射单元和/或接收单元的振动尽可能无损的传到膜片上。 [0014] 本发明的一个改进中，固定粘接层厚度，优选地使膜片的中心区域厚度比边缘区域的厚度大。 [0015] 本发明的另一改进中，优选地，膜片厚度从边缘区域向中心区域增大，并且在压电发射单元和/或接收单元的方向增高，也就是说压电发射单元和/或接收单元基本上平坦的构成了膜片的相背面的结构，而且膜片的增厚尤其是或者实际是在压电发射单元和/或接收单元的方向增高的。 [0016] 这种结构的优点是，膜片的厚度从边缘开始不断加厚。膜片厚度从边缘开始不断变化的优点是：没有膜片边缘或突然变化的膜片部分嵌入粘接层中，其有可能造成粘接层中形成裂纹的结晶点。 [0017] 但也可以这样设计，使膜片的厚度形成突然的变化。膜片厚度的突然变化尤其出于对制造工序的简化的原因是非常合理的。在此方式下，尤其可简化压电发射单元和/或接收单元的平面平行调正。膜片可设计为例如阶梯式的。通过膜片阶梯式的结构，也即膜片的中心区域构成平地类型，因此在板面和压电发射单元和/或接收单元或配合层之间可进行平面平行调正。 [0018] 在一优选实施例中，膜片厚度的突然增加可以设计为，例如，阶梯式的一个或多个阶梯。 [0019] 膜片厚度不断的增加，在粘接区域或整个区域基本上可设计成截锥形。 [0020] 利用膜片轮廓的截锥体结构一方面可实现在边缘区域和中心区域间的连续过渡，另一方面在中心区域通过截锥体的平面上侧能进行压电发射单元和/或接收单元或者膜片的配合层的良好的平面平行调正。 [0021] 对膜片厚度的连续增厚，例如可设计为截锥形或截球形。 [0022] 对此应理解为膜片几何形采用连续或突然增大的膜片厚度的多种结构都是可行的，不过上述优选实施例是最为典型的，分别具有所列出的突出特点。 [0023] 这些设计的突出优点是在中心区域膜片的背向压电发射单元和/或接收单元的其中一侧设计成削平状的。 [0024] 如上所述，由于中心区域的膜片呈削平结构，可以使压电发射单元和/或接收单元或配合层及膜片的平面平行调整得以简化。 [0025] 若使膜片表面略为粗糙，则更有利于在膜片与粘接层之间产生更好的附着力。 [0026] 如果压电发射单元和/或接收单元或者中心区域的配合层直接和膜片接触的话，则更加有利于使压电发射单元和/或接收单元的振动直接传递到膜片上。 [0027] 利用压电发射单元和/或接收单元或者膜片上中心区域的配合层的架层或者通过该中心区域所设置的间距能在边缘区域精确的调整粘接层的厚度。 [0028] 为此，可在膜片和压电发射单元和/或接收单元或者中心区域的配合层之间铺设确定了厚度的粘接层。按此方法设计，可实现一种具有等同性能的振动式料位开关，其中，通过包括在中心区域的全平面的粘接实现压电发射单元和/或接收单元或者膜片上的配合层的良好结合。 [0029] 例如，利用在粘接层中所含有的填料能达到粘接层所确定的厚度。如在粘接剂中添加一定直径大小的小玻璃球，这种小玻璃球的直径可用来调整间距，其中，小玻璃球在中心区域可起调整片的作用。 [0031] 本发明依据实施例和参考所附的图例作进一步的说明。其中： [0032] 图1为已知的现有技术中的(已处理的)的振动式料位开关，图2为本发明振动式料位开关的各种结构。 [0033] 图2为本发明的振动式料位开关优先使用的实施例，其中该振动式料位开关的基本结构符合图1中的结合当前技术水平所述的结构。 具体实施方式[0034] 所示的实施例与现有技术的区别在于，设有一连贯的膜片4，膜片4和所粘接的配合层7之间的粘接层的厚度可变化。在配合层7上，设有具有现有技术水平的压电发射单元和/或接收单元2(以下称压电驱动元件)。 [0035] 从图2a至2d中看出，中心区域Z的膜片4，也就是说围绕中心或者围绕膜片的表面中心的区域中具有比用圆形或方形布置在中心区域周围的边缘区域的更高的厚度。当压电发射单元和/或接收单元2以及配合层7对背向压电驱动元件2的膜片4的表面的平面平行调整时，边缘区域R的配合层7和膜片4之间的粘接层9的增厚会自动调整。 [0036] 图2为一振动式料位开关1的实施例，该实例中的膜片4的横截面具有中心区域Z阶梯增厚的轮廓。粘接层9的结构在中心区域Z基本上比在边缘区域R更薄一些。 [0037] 对圆形结构的膜片4来说，用这种方式通过边缘区域R形成的厚实的粘接层9在径向可改善吸收产生的重力，因此可明显到达降低产生裂纹的目的。 [0038] 图2b为具有图2a所示轮廓的膜片4，其中，中心区域Z的配合层7直接置于膜片4上，并只在圆形的环绕中心区域Z的边缘区域进行粘接。由于配合层7与中心区域Z的膜片4直接相接触，因此，可非常方便地在膜片4和配合层7以及与此相结合的压电驱动元件 2之间实现平面平行调整。 [0039] 图2为带有截锥形轮廓的膜片4的振动式料位开关1的结构。膜片4因采用截锥形结构，如图2a和图2b所示，配合层7要么直接的要么按与截锥形的遮盖面所定义的间距布置在中心区域Z内。此外，从中心区域Z开始，粘接层9的厚度朝边缘区域R方向连续增厚，其中，配合层7的范围到达了粘接层9的最大厚度。 [0040] 如在图2d所示的实施实例中，膜片4采用截锥形轮廓。膜片4因采用截锥形结构，如近似于图2c所示的实施实例，从中心区域Z开始到边缘区域R的粘接层9其厚度d实现了不断的加厚。 [0041] 在此，还需再次指出，中心区域的粘接层9的厚度要么具有通过如调整片或所指定的粘接剂的粘度进行调整的间距，要么可放弃使用中心区域Z的粘接。由于在中心区域Z的膜片4的轮廓为削平结构，因此尤其能实现压电驱动元件2与膜片，确切的说与其压电驱动元件2相背的表面的平面平行调整。 [0042] 主要组件名称说明 [0043] 1 振动式料位开关 [0044] 2 压电发射单元和/或接收单元/压电驱动元件 [0045] 4 膜片 [0046] 5 机械振动结构/振动音叉 [0047] 7 配合层 [0048] 9 粘接层 [0049] Z 中心区域 [0050] R 边缘区域 [0051] d 厚度 |
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