專利名稱：振動(dòng)元件設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新穎形式的振動(dòng)元件設(shè)備，并且特別地，已經(jīng)設(shè)計(jì)為提供一種振動(dòng)叉 型流體液位傳感器，其用在經(jīng)受或可以經(jīng)受快速的溫度變化。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理 解，本發(fā)明還可以適用于構(gòu)造為測(cè)量密度和/或粘性的振動(dòng)元件設(shè)備。
背景技術(shù)：
包括一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)元件的各種形式的設(shè)備在工廠或過(guò)程控制領(lǐng)域中是熟知的， 一個(gè)例子為接觸式流體液位傳感器。典型接觸式流體傳感器包括安裝在隔膜上的一對(duì)間隔 開(kāi)的尖叉，隔膜又限定中空?qǐng)A柱體的一端。尖叉設(shè)置為以給定頻率(通常為它們的共振頻 率)振動(dòng)，并且振動(dòng)通常受到隔膜中心的借助于位于該中空體內(nèi)的壓縮壓電元件疊層的移 位的影響，并由循環(huán)電壓驅(qū)動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)中的尖叉由流體接觸時(shí)，它們振動(dòng)的頻率出現(xiàn)變化。 通過(guò)檢測(cè)這種頻率變化，人們可以確定升高的流體液位接觸尖叉的時(shí)間。同樣地，人們可以 檢測(cè)流體液下降到尖叉水平以下的時(shí)間。在英國(guó)專利No. 2 150 292中描述了這種類型的接觸式液位傳感器的早期例子。 在這種裝置中，由壓電元件、絕緣體和連接器構(gòu)成的疊層通過(guò)安裝在連接件中的壓緊螺釘 壓在隔膜的內(nèi)側(cè)或背側(cè)，該連接件在所述疊層的遠(yuǎn)離隔膜的那一端上延伸。間隔開(kāi)的尖叉 從隔膜的外側(cè)或前側(cè)延伸，所述隔膜形成其中設(shè)置壓電疊層的中空體的一端。連接件依次安裝在從隔膜內(nèi)側(cè)延伸的一對(duì)間隔開(kāi)的桿狀支架上，并且還設(shè)置在中 空體內(nèi)。當(dāng)疊層中的壓電元件經(jīng)受循環(huán)驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，其在壓緊螺釘和隔膜之間膨脹和收 縮，使隔膜變形，并使尖叉振動(dòng)?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題是，在制造時(shí)，疊層逐件組裝到設(shè)備 中。這種過(guò)程有點(diǎn)是勞動(dòng)密集的，并且一旦組裝，如果在壓電疊層組件中出現(xiàn)故障，該設(shè)備 本身不適于修理，特別是現(xiàn)場(chǎng)修理。如果壓電疊層中的任何部件出現(xiàn)故障，則整個(gè)設(shè)備或者 被拆除并更換，或者被拆除并返回服務(wù)設(shè)施處修理。無(wú)論哪一種情況，傳感器和設(shè)備之間的 密封必須被破壞，并且傳感器被從它的運(yùn)行環(huán)形中拆除。在明顯多的情況中，這種類型的設(shè) 備安裝在經(jīng)受嚴(yán)格檢查和控制的工業(yè)裝置中。如果由于任何原因拆除裝置，當(dāng)該裝置被更 換或重新安裝時(shí)，在可以重建正常操作之前，必須對(duì)該設(shè)備進(jìn)行檢查和通過(guò)。另一個(gè)問(wèn)題是 由該傳感器服務(wù)的設(shè)備可能在拆除傳感器之前必須排空。無(wú)論哪一種情況，傳感器故障不 可避免地造成延誤和費(fèi)用支出，并且還可能引起健康和安全問(wèn)題。本發(fā)明的目標(biāo)是解決上述問(wèn)題，或者提供可適用于液位檢測(cè)儀器的方法和/或設(shè) 備，其將至少提供新穎和有用的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種形成振動(dòng)元件設(shè)備的方法，所述設(shè)備包 括壁部，具有內(nèi)表面和外表面；
隔膜，限定和封閉所述壁部的一端，所述隔膜具有內(nèi)表面和外表面，所述壁部和所 述隔膜的內(nèi)表面限定中空體；一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)元件，從所述隔膜的外表面延伸；疊層，由包括一個(gè)或多個(gè)壓電元件的部件組成，所述疊層定位在所述中空體內(nèi)；和壓縮裝置，可操作地將所述疊層壓在所述隔膜的內(nèi)表面上；所述方法的特征在于，它包括將所述疊層構(gòu)造為局部裝配件。優(yōu)選地，所述方法包括將所述壓縮裝置的至少一部分定位在所述局部裝配件內(nèi)。優(yōu)選地，所述方法還包括將一個(gè)或多個(gè)熱補(bǔ)償元件安裝在所述局部裝配件內(nèi)。在第二方面中，本發(fā)明提供了一種振動(dòng)元件設(shè)備，所述設(shè)備包括壁部，具有內(nèi)表面和外表面；隔膜，限定和封閉所述壁部的一端，所述隔膜具有內(nèi)表面和外表面，所述壁部和所 述隔膜的內(nèi)表面限定中空體；一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)元件，從所述隔膜的外表面延伸；疊層，由包括一個(gè)或多個(gè)壓電元件的部件組成，所述疊層定位在所述中空體內(nèi)；和壓縮裝置，可操作地將所述疊層壓在所述隔膜的內(nèi)表面上；所述設(shè)備的特征在于，所述疊層包括在局部裝配件中，所述局部裝配件可設(shè)置在 所述中空體中和從所述中空體中可拆除。優(yōu)選地，所述局部裝配件還包括所述壓縮裝置的至少一部分。優(yōu)選地，所述局部裝配件還包括至少一個(gè)熱補(bǔ)償元件。優(yōu)選地，所述局部裝配件包括容納包括在所述疊層中的部件的載重架。優(yōu)選地，所述載重架包括用于容納與所述壓電元件電接觸的導(dǎo)線的通道?！╅喿x了接下來(lái)的描述，以本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)的方式進(jìn)行多種變化將它們本身呈 現(xiàn)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。所述描述不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是限制，而僅是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種方式的說(shuō)明。 無(wú)論是否具體提及，只要合適，任何元件或組件都應(yīng)當(dāng)理解為包括其任何或所有等同物。


現(xiàn)在將參照附圖，描述用于使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一種方法和設(shè)備，在附圖中圖1示出穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的接觸式液位傳感器形式的振動(dòng)元件設(shè)備的示意性截 面，為了清楚起見(jiàn)省略了一些組件；圖2示出結(jié)合在圖1中示出的設(shè)備中的殼體的等距視圖；圖3示出結(jié)合在圖1中示出的設(shè)備中的組合件或疊層的等距視圖；圖4示出用于圖3中示出的組合件或疊層的載重架的一半的等距視圖，該載重架 位于圖1中示出的設(shè)備內(nèi)；圖5示出圖3中示出的位于圖4中示出的部件內(nèi)的組合件或疊層的等距視圖；以 及圖6示出了通過(guò)將蓋子部件與圖5中示出的組合件或疊層接合而形成的完整局部 裝配件的等距視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種新穎形式的振動(dòng)元件設(shè)備，在在此描述的實(shí)施方式的情況中， 其中音叉型液位檢測(cè)傳感器10，并提供了形成該傳感器的方法。然而，將會(huì)認(rèn)識(shí)到，類似構(gòu) 造的裝置可以用來(lái)測(cè)量密度和/或粘性。在熟知的方式中，設(shè)備10包括隔膜11，其與圓筒形壁部12 —體形成，并封閉圓筒 形壁部12的一端。隔膜具有內(nèi)表面14和外表面15。一對(duì)尖叉17從外表面15上延伸。壁部12具有內(nèi)表面18和外表面19。隔膜的內(nèi)表面14和壁部的內(nèi)表面18結(jié)合起 來(lái)限定中空體20。位于中空體20中的是一個(gè)或多個(gè)壓電元件，與襯墊、絕緣體、連接器等結(jié)合，其包 括借助于壓縮裝置，優(yōu)選借助于壓緊螺釘24保持為壓緊在隔膜的內(nèi)表面14上的組合件或 疊層22。到至此描述的程度，該設(shè)備完全是常規(guī)的。通過(guò)將循環(huán)電壓施加至壓電元件，使隔 膜11周期性地變形，依次使尖叉17振動(dòng)。雖然不是本發(fā)明實(shí)施方式的本質(zhì)內(nèi)容，如在此描述的那樣，疊層22設(shè)置在殼體25 內(nèi)，壓緊螺釘24螺紋安裝在殼體25的遠(yuǎn)離隔膜11的那一端處。可以看出，殼體25設(shè)置在 中空體20內(nèi)，但在壁部12的內(nèi)表面18內(nèi)，并靠近隔膜11和壁部12之間的接合處，固定至 內(nèi)表面18。結(jié)果，當(dāng)經(jīng)受快速的溫度變化時(shí)，壁部12的軸向膨脹或收縮將不使壓電疊層22 上的壓緊改變至設(shè)備停止運(yùn)行的程度_或者因?yàn)樗鰤壕o降低到不允許尖叉振動(dòng)的程度， 或者增加至壓碎和破壞壓電元件的程度，或者將壓緊部件過(guò)壓到這樣一種程度，當(dāng)溫度再 次升高時(shí)，壓縮部件不再將所要求的壓縮力施加在疊層22上?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，殼體25由從公共套環(huán)28的一側(cè)延伸的多個(gè)支腿27限定。位于每 個(gè)支腿27的自由端處的是固定面部分29，殼體借助于固定面部分29固定到壁部12的內(nèi)表 面18上。將注意到，圖2中示出的殼體25設(shè)置有延伸其整個(gè)長(zhǎng)度的狹槽30，下文將詳細(xì)描 述狹槽的目的。在我們的共同未決英國(guó)專利申請(qǐng)No 0803899. 4中可以找到殼體25的更完整的描 述，以及殼體裝配到中空體20中的方式。在示出的形式中，疊層22包括壓電元件32、33和34、絕緣片35、36和37、以及用 于載送至和來(lái)自壓電元件的電信號(hào)的多個(gè)傳導(dǎo)連接器38。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，疊層22以及與至少一個(gè)熱補(bǔ)償元件相關(guān)聯(lián)，熱補(bǔ)償元件 承受同一溫度梯度，選擇性地膨脹或收縮到大于疊層中的部件的程度。如WO 01/95667中 所示，如果疊層22被壓在直接安裝在外壁部12中的壓緊螺釘和隔膜11之間，熱補(bǔ)償元件 將補(bǔ)償外壁部12的軸向膨脹。然而，如隨附的附圖所示，如果疊層22安裝在殼體25內(nèi)，則 熱補(bǔ)償元件將補(bǔ)償殼體25的任何軸向膨脹。無(wú)論為疊層選擇哪一種替換支架結(jié)構(gòu)，熱補(bǔ)償 元件的設(shè)置確保施加至疊層22的壓緊基本上保持恒定，至少達(dá)到允許儀器保持在約_70°C 和約+260°C之間的溫度中運(yùn)行。如圖1和3所示，有利的是設(shè)置兩個(gè)熱補(bǔ)償元件39和40，在疊層22的任一端各 一個(gè)。元件39和40優(yōu)選包括鋁合金插塞，插塞39用來(lái)將疊層22安裝在隔膜11上，而插 塞40用于相對(duì)于壓緊螺釘24安裝疊層22。各個(gè)插塞的尺寸可以根據(jù)制造它們所采用的材 料、疊層部件的膨脹/收縮特性、疊層支架結(jié)構(gòu)的配置和材料成分、以及期望該設(shè)備適應(yīng)的溫度范圍憑經(jīng)驗(yàn)確定。根據(jù)附圖中示出的實(shí)施方式的另一方面，疊層和熱補(bǔ)償元件(如果合適)保持在 局部裝配件或模塊中，使得能夠在制造時(shí)準(zhǔn)備設(shè)備的組裝，并且如果在使用中出現(xiàn)故障，能 夠在單個(gè)步驟中并作為單一單元準(zhǔn)備疊層部件的更換。如可以看到的那樣，疊層優(yōu)選安裝在載重架中，載重架完整形式在圖6中的44處 示出。如從圖4和5中更清楚地看到的那樣，載重架44設(shè)置成兩半，一半42在圖4和5中 示出，另一半43在圖6中示出。這兩半42和43基本上相互成鏡像。參照?qǐng)D4，一半載重架42包括用于容納疊層22以及溫度補(bǔ)償元件39和40的第一 空腔45，空腔45 —端在套環(huán)46中終止，當(dāng)兩半載重架42和43結(jié)合時(shí)，套環(huán)46限定下部溫 度補(bǔ)償元件39突出穿過(guò)的下部孔47。在空腔的后面45設(shè)置了其中容納壓緊螺釘24的空 間48，空間48大小形成為松散地容納螺釘24，但允許螺釘相對(duì)于載重架44旋轉(zhuǎn)?？臻g48 的遠(yuǎn)邊由連接板49限定，連接板49與一半載重架43上的相同的構(gòu)件結(jié)合，以限定圍繞從 壓緊螺釘24上突出的塞子51的套環(huán)50。從圖4至6還將注意到，載重架44包括沿著其一個(gè)邊緣延伸的隆起52。如在圖 4和5中可以看到的那樣，限定在隆起52內(nèi)部的是容納固定至連接器38的導(dǎo)線54的通道 53，導(dǎo)線54將壓電元件32、33和34連接至傳感器電子設(shè)備(未示出)。優(yōu)選葉片55形成 在內(nèi)表面上，以在導(dǎo)線54固定至連接器38的位置隔開(kāi)各條導(dǎo)線54，從而避免短路。在組裝時(shí)，導(dǎo)線54首先固定至連接器38。疊層22、溫度補(bǔ)償部件39和40、以及壓 緊螺釘24隨后鋪設(shè)在布置在一半載重架42中，導(dǎo)線54位于通道53中。隨后使一半載重 架43到位并與一半載重架42接合，以限定局部裝配件44。當(dāng)組裝設(shè)備時(shí)，局部裝配件44提供到殼體25上，隆起52與狹槽30對(duì)準(zhǔn)。隨后局 部裝配件44軸向向下穿入到殼體25中，直到壓緊螺釘24的螺紋外表面可以與套環(huán)28的 螺紋內(nèi)表面接合。隨后采用的適合設(shè)置在塞子51的端面上的轉(zhuǎn)動(dòng)配置的工具將壓緊螺釘緊 固在殼體25內(nèi)。以舉例的方式，這可以為艾倫內(nèi)六角扳手(Allen key)、套筒扳手或螺絲刀。如果局部裝配件44的一個(gè)部件出現(xiàn)故障，則壓緊螺釘24松開(kāi)，以允許取出并更換 整個(gè)局部裝配件44。殼體部分42和43優(yōu)選由塑性材料模制。在在此描述的實(shí)施方式中的情況中，考 慮到需要適應(yīng)的溫度變化，殼體部分42和43由30%玻璃填充的聚醚醚酮(PEEK)材料模 制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易發(fā)現(xiàn)其它適合的材料范圍。因此，將會(huì)認(rèn)識(shí)到，至少在在此描述的可用實(shí)施方式的情況中，本發(fā)明提供了預(yù)定 液位檢測(cè)傳感器，至少在剛剛描述的實(shí)施方式的情況中，該預(yù)定液位檢測(cè)傳感器構(gòu)造為允 許壓電元件在現(xiàn)場(chǎng)容易更換，且不破壞其中安裝該裝置的設(shè)備的整體性，或不要求將該設(shè) 備排空。
權(quán)利要求
一種形成振動(dòng)元件設(shè)備的方法，所述設(shè)備包括壁部，具有內(nèi)表面和外表面；隔膜，限定和封閉所述壁部的一端，所述隔膜具有內(nèi)表面和外表面，所述壁部和所述隔膜的內(nèi)表面限定中空體；一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)元件，從所述隔膜的外表面延伸；疊層，由包括一個(gè)或多個(gè)壓電元件的部件組成，所述疊層定位在所述中空體內(nèi)；和壓縮裝置，可操作地將所述疊層壓在所述隔膜的內(nèi)表面上；所述方法的特征在于，所述方法包括將所述疊層構(gòu)造為局部裝配件的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括將所述壓縮裝置的至少一部分定位在所述局部裝 配件內(nèi)的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括將一個(gè)或多個(gè)熱補(bǔ)償元件安裝在所述局部 裝配件內(nèi)步驟。
4.一種振動(dòng)元件設(shè)備，所述設(shè)備包括 壁部，具有內(nèi)表面和外表面；隔膜，限定和封閉所述壁部的一端，所述隔膜具有內(nèi)表面和外表面，所述壁部和所述隔 膜的內(nèi)表面限定中空體；一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)元件，從所述隔膜的外表面延伸；疊層，由包括一個(gè)或多個(gè)壓電元件的部件組成，所述疊層定位在所述中空體內(nèi)；和 壓縮裝置，可操作地將所述疊層壓在所述隔膜的內(nèi)表面上；所述設(shè)備的特征在于，所述疊層包括在局部裝配件中，所述局部裝配件可設(shè)置在所述 中空體中和從所述中空體中可拆除。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述局部裝配件還包括所述壓縮裝置的至少一 部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中，所述局部裝配件還包括至少一個(gè)熱補(bǔ)償元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述局部裝配件包括載重架，所述 載重架容納包括在所述疊層中的部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述載重架包括用于容納與所述壓電元件電接 觸的導(dǎo)線的通道。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種振動(dòng)元件設(shè)備(10)，優(yōu)選為音叉型接觸式液位傳感器，并描述了形成該振動(dòng)元件設(shè)備的方法。該傳感器的尖叉(17)由壓電元件振動(dòng)，壓電元件與絕緣體(35，36，37)和連接器一起設(shè)置成疊層(22)，以允許循環(huán)電信號(hào)施加到其上。疊層(22)設(shè)置為局部裝配件，允許在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備更換，在該傳感器服務(wù)的設(shè)備中不擾亂該傳感器的安裝。
文檔編號(hào)B06B1/06GK101960270SQ200980106981
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月1日
發(fā)明者羅伊·科林·特納 申請(qǐng)人:莫伯蕾有限公司