專利名稱：液體測量壓電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于壓電元件的液體測量領(lǐng)域。
本發(fā)明尤其應(yīng)用于機(jī)動車輛油箱中油位的測量。
本領(lǐng)域人員知道一些以壓電元件為基礎(chǔ)的測量系統(tǒng)，壓電元件在液體中發(fā)射聲波和探測聲波，例如，在靶面反射之后，基于發(fā)射和接收的間隔時(shí)間測定聲波在液體中的行進(jìn)高度。
現(xiàn)有測量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不要求可動浮子測量裝置中的電氣上或機(jī)械上的接觸，浮子測量裝置例如包括安裝在旋轉(zhuǎn)臂上的浮子。
本發(fā)明的目的就是改進(jìn)現(xiàn)有的壓電測量系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明所提供的下述壓電測量系統(tǒng)達(dá)到了這個(gè)目的，該系統(tǒng)包括在液體中發(fā)射聲波和接收聲波的壓電裝置，在發(fā)射和接收之間的間隔時(shí)間基礎(chǔ)上測定聲波在液體中的行進(jìn)距離，其特征在于，它包括源于安裝在油箱中的同一壓電片的兩個(gè)不同的有效壓電部分，并能將聲波分別引向參考障礙物和液體表面。
本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)在閱讀以下詳細(xì)描述并參照非限制性實(shí)例給出的附圖時(shí)就會體現(xiàn)出來。
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圖1是裝有本發(fā)明測量裝置的一個(gè)油箱的縱向剖面示意圖，-圖2是本發(fā)明的一個(gè)壓電元件的平面圖，-圖3、圖4和圖5分別是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的測量裝置的液體一側(cè)平面圖、相對一側(cè)的平面圖和橫剖視圖，-圖6、圖7和圖8分別是根據(jù)本發(fā)明第一變型的壓電測量裝置的液體一側(cè)平面圖、相對一側(cè)的平面圖和橫剖視圖，-圖9、圖10和圖11分別是根據(jù)本發(fā)明第二變型的壓電測量裝置的液體一側(cè)平面圖、相對一側(cè)平面圖和橫剖視圖。
在圖1中可看到液體容器10，例如機(jī)動車輛的油箱。圖1所示容器形狀沒有任何限制。容器10可有許多變換形狀。
在圖1上，容器10中所盛液體的總體標(biāo)號為20，其最高液位為22。
根據(jù)本發(fā)明，在容器10的底部支座30上安放壓電裝置整體40，它包括源于同一壓電片的兩個(gè)不同的有效壓電部分42、44。
源于同一壓電片的兩個(gè)不同有效部分42、44的隔離可以采用任何適當(dāng)?shù)姆椒▉韺?shí)現(xiàn)，如采用電磨法或者甚至用機(jī)械切割來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的另一變型，壓電片在兩有效部分42、44之間是連續(xù)的、不間斷的、兩有效部分之間的界限由安放在片上的電極幾何形狀確定。換言之，在液體一側(cè)，電極是不連續(xù)的，而是由一斷開部分46分開。
如圖2所示，在兩有效部分42、44之間的分離線最好為直線。此外，容器10中最好在其下部有一個(gè)能反射聲波的參考障礙物50。更確切地說，參考障礙物的安裝位置要對著壓電元件的第一部分42。因此，兩有效部分42、44將聲波分別引向參考障礙物50和液體的上表面22。
作為一個(gè)典型但非限制性的實(shí)例，向參考障礙物50方向發(fā)射聲波的有效部分42約占據(jù)壓電元件40總面積的三分之一，而第二有效部分44約占據(jù)該元件總面積的三分之二。
兩有效部分42、44在與支座30相鄰處最好有一公共電極60，而在其相對的另一側(cè)，即液體一側(cè)有特殊電極62、64。
圓形壓電元件40的直徑一般約為20毫米。
作為非限制性的例子，壓電元件的兩有效部分42、44發(fā)射頻率約為2兆赫的方波訊號。
系統(tǒng)的主要工作原理如下。
有效壓電部分42將聲波向參考障礙物50方向發(fā)射。該有效部分42要設(shè)計(jì)成能探測被障礙物50反射回來的聲波。有效壓電部分42與障礙物50之間的距離精確地已知，通過聲波發(fā)射和接收之間間隔時(shí)間的測量就能夠計(jì)算出所用液體20、如一種特定的燃料油的固有的聲波傳送敏捷系數(shù)。
由有效壓電部分44發(fā)射的第二聲波引向液體表面22。該有效部分44要設(shè)計(jì)成能探測從液體上表面反射回的聲波。在第一有效部分42所獲得的測量基礎(chǔ)上知道了液體20的敏捷系數(shù)，通過第二有效部分44對聲波發(fā)射和回波接收之間的間隔時(shí)間就能計(jì)算出在容器中的液體高度，也就是有效壓電部分44的表面與液體的上面液位22之間的間距。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，在容器10中的液位20沒有低于參考障礙物50之前，即在第一部分42得到的測量變成無意義之前，本系統(tǒng)最好還設(shè)有第一有效部分42測量所得到的最后敏捷系數(shù)的記憶裝置。
此外，在本發(fā)明范圍內(nèi)，壓電裝置42、44最好由電流強(qiáng)度經(jīng)過校正的電流供電，以便在裝置42、44端子上依賴溫度的電壓測量能夠測定液體20的溫度。這種溫度測量可以應(yīng)用在某些結(jié)構(gòu)中，以便進(jìn)行液體高度測量的校正。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)，測量系統(tǒng)至少應(yīng)有一個(gè)考慮容器10的幾何形狀的高度/體積對照表，從而由上述高度測量就可直接得到容器中有用的體積信息。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)還帶有能夠把壓電部分42測量到的液體20的聲波敏捷度與所接受燃料油的相關(guān)值范圍進(jìn)行比較的裝置，以便在探測到往油箱中加的油的性質(zhì)有一定誤差時(shí)，能夠向司機(jī)報(bào)警。
如上所述的所獲得的液體20的溫度訊息尤其可以用于供應(yīng)系統(tǒng)的診斷。
本發(fā)明尤其具有下述優(yōu)點(diǎn)。
源于同一壓電片的兩個(gè)不同的壓電裝置能夠可靠地鑒別分別屬于這兩個(gè)裝置的訊號，消除了全部串音噪聲。此外，本發(fā)明的裝置安裝容易，能夠在兩個(gè)壓電裝置42、44之間自身配對，導(dǎo)致一個(gè)完全獨(dú)立的整體且體積縮小。
當(dāng)然，本發(fā)明不限于剛才描述的個(gè)別實(shí)施方式，根據(jù)其原理可推廣到所有變型。
圖3、圖4和圖5上示出按照本發(fā)明實(shí)施的第一方案，根據(jù)此方案，壓電片40是由厚度為1毫米，直徑為20毫米的回轉(zhuǎn)圓盤制成。
在液體一側(cè)，通過噴鍍金屬設(shè)置兩個(gè)電極62、64。這兩個(gè)電極62、64各自由一圓周扇形和連接扇形端點(diǎn)的直線弦限定。作為非限制性實(shí)例，電極62、64之間形成的縫隙寬度約1毫米；在圓片表面上，電極62、64的外邊沿處，1毫米寬度的環(huán)形邊沿不噴鍍金屬，以便電極保持約18毫米的半徑；其弦處垂直電極高度h約為5毫米。
圓片60的第二表面，即與液體相對的那一面具有單一的公共圓形中心電極60，其半徑與電極62、64的一樣，即在這種情況下為18毫米。
圖6、圖7和圖8示出第一個(gè)變型，厚度1毫米、外徑20毫米的壓電片40在其與液體相鄰的一面?zhèn)溆袃蓚€(gè)圓形電極62、64，其直徑分別為4.5毫米和11.5毫米。
電極62的中心位于壓電片40中心7.5毫米處。電極64的中心位于壓電片40的中心4毫米處。兩個(gè)電極62、64的兩個(gè)中心位于圓片40的軸線通過的一公共平面上。電極62、64安裝有全部徑向的突起，用于確保電氣聯(lián)接，例如采用焊接聯(lián)接。
圓片40的第二面，即與液體相對的面有一單一圓形中心電極60，其直徑約為18毫米，基本與兩個(gè)電極62、64外周邊之間的最大距離相符合。
最后，圖9、圖10和圖11示出根據(jù)本發(fā)明的第二變型方案，厚度約1毫米、直徑約20毫米的壓電片40在與液體相鄰面上有同心回轉(zhuǎn)電極62、64。因此這兩個(gè)電極62、64由一環(huán)形分離帶46分開。此外，徑向外部電極64還有一徑向切口，其上有一個(gè)與電極62相連的突起，用于確保接觸。
作為非限制例子，中心電極62的直徑約為11.5毫米，環(huán)形斷帶46的寬約為1毫米，外部徑向電極64一直延伸到圓片40的周邊上。
圓片40的反面有單一的圓形公共電極60。然而，在圓片40上的中心電極60，按照圖10所示，其特征在于，其外徑小于圖9所示的徑向外部電極64的外徑。這種配置能夠使位于公共電極60與外環(huán)電極64之間的壓電材料相對于圓片軸線傾斜地工作，以便使發(fā)射/接收瓣相對于液體容器對準(zhǔn)中心。
權(quán)利要求
1．液體測量壓電系統(tǒng)，尤其是機(jī)動車輛油箱的液體測量壓電系統(tǒng)，包括能在液體(20)中發(fā)射聲波和探測聲波的壓電裝置(40)，以便在發(fā)射和接收之間時(shí)間間隔的基礎(chǔ)上測定在液體(20)中的聲波行程，其特征在于，它包括源于安裝在待測容器中的同一壓電片(40)的兩個(gè)不同的有效壓電部分(42、44)，并能夠分別將聲波引向參考障礙物(50)方向和待測液體表面(22)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，兩有效部分(42、44)通過電磨分開。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其持征在于，兩有效部分(42、44)用機(jī)械切割分開。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓電片(40)是連續(xù)的，兩有效部分(42,44)之間以切口(46)為界，分成兩個(gè)電極(62,64)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，兩有效部分(42,44)分別約占據(jù)原壓電片的三分之一和三分之二。
6．根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，將兩個(gè)有效壓電部分(42,44)分開的切口(46)是直線形。
7．根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓電元件(40)帶有兩有效部分(42,44)的公共電極(60)和各自的電極(62,64)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1到7之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓電元件的直徑約為20毫米。
9．根據(jù)權(quán)利要求1到8之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括能夠記憶燃料油敏捷系數(shù)的裝置，敏捷系數(shù)是在相應(yīng)有效壓電部分(42)向參考障礙物(50)發(fā)射聲波和接收該聲波之間的間隔時(shí)間的基礎(chǔ)上得到的，以便在液位變得低于參考障礙物(50)之前應(yīng)用所存儲的敏捷系數(shù)。
10．根據(jù)權(quán)利要求1到9之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括以校正過的電流給壓電元件(40)供電的裝置和測量壓電元件(40)端子電壓的裝置，以便從中扣除液體(20)溫度的影響，從而對受溫度影響的測量進(jìn)行修正。
11．根據(jù)權(quán)利要求1到10之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括能夠至少存儲所測液位與液體體積之間的對應(yīng)表的裝置。
12．根據(jù)權(quán)利要求1到11之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，它包括能夠?qū)λ鶞y液體敏捷系數(shù)與所允許的敏捷系數(shù)范圍進(jìn)行比較的裝置，液體敏捷系數(shù)是在聲波向參考障礙物(50)發(fā)射和該參考障礙物(50)反射聲波的探測之間的間隔時(shí)間基礎(chǔ)上測量出來的，系統(tǒng)還包括當(dāng)所測敏捷系數(shù)超出所述允許范圍時(shí)能進(jìn)行報(bào)警的裝置。
13．根據(jù)權(quán)利要求1到12之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓電片(40)與在液體相鄰面上有兩個(gè)電極(62,64)，這兩個(gè)電極(62,64)由圓弧部分的外周邊和平行直線弦限定，在壓電片與液體相對的一面上有一圓形公共電極。
14．根據(jù)權(quán)利要求1到12之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓電片(40)在與液體相鄰面上有兩個(gè)相鄰圓形電極(62,64)，在其另一面上有一圓形公共電極(60)。
15．根據(jù)權(quán)利要求1到12之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓電片(40)在與液體相鄰面上有兩個(gè)同心電極(62,64)，在其另一面上有一圓形公共中央電極(60)。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，在壓電片(40)第二面上的公共電極(60)的外徑小于壓電片與液體相鄰面上外電極(64)的外徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及尤其用于機(jī)動車輛油箱的液體測量壓電裝置,它包括能夠在液體(20)中發(fā)射聲波和探測聲波的壓電裝置(40),以便在聲波發(fā)射和接收之間的間隙時(shí)間基礎(chǔ)上測定在液體(20)中的行程。該裝置的特征在于它包括固定在待測容器中同一壓電片(40)的兩個(gè)不同有效壓電部分(42,44),這兩個(gè)部分分別向參考障礙物(50)方向和待測液體表面(22)發(fā)射聲波。
文檔編號G01F23/296GK1228835SQ97197508
公開日1999年9月15日 申請日期1997年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月26日
發(fā)明者丹妮斯·丹諾林, 吉爾·欽 申請人:馬沃爾系統(tǒng)公司