專利名稱：振動式料位開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)權(quán)利要求所述內(nèi)容，本發(fā)明公開了一種振動式料位開關(guān)。
背景技術(shù)：
限位測量在工業(yè)生產(chǎn)過程中一特別是對液體和松散材料的工業(yè)生產(chǎn)起著重要作用。進(jìn)行限位測量時(shí)，可測出是否達(dá)到所設(shè)定的灌注高度，然后轉(zhuǎn)換為開關(guān)指令。該開關(guān)指令可啟動或停止，例如，灌注裝置，以防止容器裝料過滿。限位測量可用于，例如，液體、膏狀體、粉末或粗散裝料。正如那些已知的現(xiàn)有技術(shù)中所述，振動式料位開關(guān)包括一壓電發(fā)射單元和/或接收單元、一塊在振動時(shí)可移動的膜片和與膜片結(jié)合的一機(jī)械振動結(jié)構(gòu)，其中壓電發(fā)射單元和/或接收單元直接或通過利用粘接層的配合層與膜片粘接一起。壓電發(fā)射單元和/或接收單元與膜片的粘接相對于耦合器通過拉緊螺栓將壓電發(fā)射單元和/或接收單元與膜片壓緊的結(jié)構(gòu)來說更加簡單，因此能使振動式料位開關(guān)的制造成本更加低廉。圖1顯示了已知的現(xiàn)有技術(shù)中的振動式料位開關(guān)I的截面圖。圖示的振動式料位開關(guān)具有一外殼10，其前側(cè)被一在振動中可移動的膜片4封閉。膜片4通常為圓形結(jié)構(gòu)，具有如圖1所示的連續(xù)而均勻的厚度。在膜片4的前側(cè)設(shè)有機(jī)械振動結(jié)構(gòu)5，在該實(shí)施實(shí)例中所述振動結(jié)構(gòu)為一對振動音叉。通過膜片4的振動，使得振動音叉按其響應(yīng)頻率發(fā)生振蕩，同時(shí)開始以這種頻率產(chǎn)生振動。當(dāng)灌注的物料覆蓋振動音叉5時(shí)，振動音叉5的頻率會降低，從而能測量出到達(dá)了限位位置，然后轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號。膜片4通過安裝在外殼10內(nèi)部的壓電發(fā)射單元和/或接收單元2在振動時(shí)可移動。壓電發(fā)射單元和/或接收單元2 (以下也稱為壓電驅(qū)動元件)在該實(shí)施實(shí)例中通過配合層7與膜片4粘接在一起。上述相關(guān)技術(shù)表明，配合層7和膜片4都構(gòu)造為表面相對的水平表面，這樣導(dǎo)致設(shè)置在膜片4與配合層7之間的粘接層9在其整個(gè)面積范圍內(nèi)具有不變的厚度。在所述實(shí)施實(shí)例中，配合層7采用所謂的配合陶瓷(adaptation ceramic)材料制成，該材料確保了在壓電驅(qū)動元件2和膜片4間的熱膨脹系數(shù)呈階梯性過渡。膜片4(一般采用優(yōu)質(zhì)鋼制成)的熱膨脹系數(shù)大約為IeXKT6IT1,而壓電發(fā)射單元和/或接收單元Z的熱膨脹系數(shù)一般大約為4 X IO-6K-1左右。通過使用膨脹系數(shù)約為8 X IO-6K-1材料制成的配合層7，熱膨脹系數(shù)相差接近4倍的膜片4和壓電驅(qū)動元件2能夠相互適配。就壓電驅(qū)動元件2而言，其與配合層7粘接在一起，這樣配合層7能夠?qū)弘婒?qū)動元件2的機(jī)械振動傳遞到膜片4上。此外，陶瓷配合層7保證了在壓電驅(qū)動元件2上設(shè)置的用于控制壓電驅(qū)動元件2的各電極之間的電氣絕緣，以及與金屬膜片4之間和安裝在膜片上的振動音叉5之間的電氣絕緣。對已知的現(xiàn)有技術(shù)中具有上述結(jié)構(gòu)的振動式料位開關(guān)來說，其缺點(diǎn)在于盡管設(shè)有配合層7，但在粘接層9內(nèi)仍會產(chǎn)生裂紋。這些粘接層9內(nèi)的裂紋歸咎于因熱感應(yīng)引起的剪切力，雖然配合了所使用的材料的熱膨脹系數(shù)，但這種剪切力會引發(fā)粘接層9的疲勞，從而不能避免裂紋的產(chǎn)生，導(dǎo)致?lián)p壞振動式料位開關(guān)I。因此，需要一種改進(jìn)的克服了現(xiàn)有振動式料位開關(guān)的缺陷的振動式料位開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
具有本專利要求所述特征的振動式料位開關(guān)解決了上述問題。本發(fā)明的振動式料位開關(guān)包括一壓電發(fā)射單元和/或接收單元、一在振動時(shí)可移動的膜片及一與膜片相接合的機(jī)械振動結(jié)構(gòu)，所述壓電發(fā)射單元和/或接收單元可操作地連接至所述膜片，其中，壓電發(fā)射單元和/或接收單元直接的或通過一利用粘接層的配合層與膜片粘接一起，膜片和壓電發(fā)射單元和/或接收單元或邊緣范圍內(nèi)的配合層之間的粘接層具有比中心區(qū)域更大的厚度。在本專利申請中，中心區(qū)域是指圍繞膜片、配合層以及壓電發(fā)射單元和/或接收單元結(jié)構(gòu)的幾何形中心的區(qū)域，該區(qū)域被認(rèn)為是平面區(qū)域。邊緣區(qū)域是指在圖示的結(jié)構(gòu)件的外輪廓范圍中整個(gè)一圈圍繞中心區(qū)域布置的圓形或方形面。從上述可以看出，由于膜片的熱膨脹的縱向變化和與此相比的配合層或壓電驅(qū)動元件的熱膨脹更小，尤其是在彼此相鄰層的邊緣區(qū)域，會導(dǎo)致很高的剪切力和裂紋的產(chǎn)生。因此，在該區(qū)域粘接層的厚度增加，使該區(qū)域的粘接層能較好的承受所產(chǎn)生的剪切力，從而能達(dá)到降低產(chǎn)生裂紋的目的。因此，在中心區(qū)域粘接層的厚度變小，使壓電發(fā)射單元和/或接收單元的振動盡可能無損的傳到膜片上。本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)中，固定粘接層厚度，優(yōu)選地使膜片的中心區(qū)域厚度比邊緣區(qū)域的厚度大。本發(fā)明的另一改進(jìn)中，優(yōu)選地，膜片厚度從邊緣區(qū)域向中心區(qū)域增大，并且在壓電發(fā)射單元和/或接收單元的方向增高，也就是說壓電發(fā)射單元和/或接收單元基本上平坦的構(gòu)成了膜片的相背面的結(jié)構(gòu)，而且膜片的增厚尤其是或者實(shí)際是在壓電發(fā)射單元和/或接收單元的方向增高的。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，膜片的厚度從邊緣開始不斷加厚。膜片厚度從邊緣開始不斷變化的優(yōu)點(diǎn)是:沒有膜片邊緣或突然變化的膜片部分嵌入粘接層中，其有可能造成粘接層中形成裂紋的結(jié)晶點(diǎn)。但也可以這樣設(shè)計(jì)，使膜片的厚度形成突然的變化。膜片厚度的突然變化尤其出于對制造工序的簡化的原因是非常合理的。在此方式下，尤其可簡化壓電發(fā)射單元和/或接收單元的平面平行調(diào)正。膜片可設(shè)計(jì)為例如階梯式的。通過膜片階梯式的結(jié)構(gòu)，也即膜片的中心區(qū)域構(gòu)成平地類型，因此在板面和壓電發(fā)射單元和/或接收單元或配合層之間可進(jìn)行平面平行調(diào)正。在一優(yōu)選實(shí)施例中，膜片厚度的突然增加可以設(shè)計(jì)為，例如，階梯式的一個(gè)或多個(gè)階梯。膜片厚度不斷的增加，在粘接區(qū)域或整個(gè)區(qū)域基本上可設(shè)計(jì)成截錐形。利用膜片輪廓的截錐體結(jié)構(gòu)一方面可實(shí)現(xiàn)在邊緣區(qū)域和中心區(qū)域間的連續(xù)過渡，另一方面在中心區(qū)域通過截錐體的平面上側(cè)能進(jìn)行壓電發(fā)射單元和/或接收單元或者膜片的配合層的良好的平面平行調(diào)正。對膜片厚度的連續(xù)增厚，例如可設(shè)計(jì)為截錐形或截球形。
對此應(yīng)理解為膜片幾何形采用連續(xù)或突然增大的膜片厚度的多種結(jié)構(gòu)都是可行的，不過上述優(yōu)選實(shí)施例是最為典型的，分別具有所列出的突出特點(diǎn)。這些設(shè)計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)是在中心區(qū)域膜片的背向壓電發(fā)射單元和/或接收單元的其中一側(cè)設(shè)計(jì)成削平狀的。如上所述，由于中心區(qū)域的膜片呈削平結(jié)構(gòu)，可以使壓電發(fā)射單元和/或接收單元或配合層及膜片的平面平行調(diào)整得以簡化。若使膜片表面略為粗糙，則更有利于在膜片與粘接層之間產(chǎn)生更好的附著力。如果壓電發(fā)射單元和/或接收單元或者中心區(qū)域的配合層直接和膜片接觸的話，則更加有利于使壓電發(fā)射單元和/或接收單元的振動直接傳遞到膜片上。利用壓電發(fā)射單元和/或接收單元或者膜片上中心區(qū)域的配合層的架層或者通過該中心區(qū)域所設(shè)置的間距能在邊緣區(qū)域精確的調(diào)整粘接層的厚度。為此，可在膜片和壓電發(fā)射單元和/或接收單元或者中心區(qū)域的配合層之間鋪設(shè)確定了厚度的粘接層。按此方法設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)一種具有等同性能的振動式料位開關(guān)，其中，通過包括在中心區(qū)域的全平面的粘接實(shí)現(xiàn)壓電發(fā)射單元和/或接收單元或者膜片上的配合層的良好結(jié)合。例如，利用在粘接層中所含有的填料能達(dá)到粘接層所確定的厚度。如在粘接劑中添加一定直徑大小的小玻璃球，這種小玻璃球的直徑可用來調(diào)整間距，其中，小玻璃球在中心區(qū)域可起調(diào)整片的作用。通過定義的粘接粘度，無需用機(jī)械的調(diào)整片，可以調(diào)整中心區(qū)域中所定義的粘接
層厚度。


本發(fā)明依據(jù)實(shí)施例和參考所附的圖例作進(jìn)一步的說明。其中:圖1為已知的現(xiàn)有技術(shù)中的(已處理的)的振動式料位開關(guān)，圖2為本發(fā)明振動式料位開關(guān)的各種結(jié)構(gòu)。圖2為本發(fā)明的振動式料位開關(guān)優(yōu)先使用的實(shí)施例，其中該振動式料位開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)符合圖1中的結(jié)合當(dāng)前技術(shù)水平所述的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式所示的實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于，設(shè)有一連貫的膜片4，膜片4和所粘接的配合層7之間的粘接層的厚度可變化。在配合層7上，設(shè)有具有現(xiàn)有技術(shù)水平的壓電發(fā)射單元和/或接收單元2 (以下稱壓電驅(qū)動元件)。從圖2a至2d中看出，中心區(qū)域Z的膜片4，也就是說圍繞中心或者圍繞膜片的表面中心的區(qū)域中具有比用圓形或方形布置在中心區(qū)域周圍的邊緣區(qū)域的更高的厚度。當(dāng)壓電發(fā)射單元和/或接收單元2以及配合層7對背向壓電驅(qū)動元件2的膜片4的表面的平面平行調(diào)整時(shí)，邊緣區(qū)域R的配合層7和膜片4之間的粘接層9的增厚會自動調(diào)整。圖2為一振動式料位開關(guān)I的實(shí)施例，該實(shí)例中的膜片4的橫截面具有中心區(qū)域Z階梯增厚的輪廓。粘接層9的結(jié)構(gòu)在中心區(qū)域Z基本上比在邊緣區(qū)域R更薄一些。對圓形結(jié)構(gòu)的膜片4來說，用這種方式通過邊緣區(qū)域R形成的厚實(shí)的粘接層9在徑向可改善吸收產(chǎn)生的重力，因此可明顯到達(dá)降低產(chǎn)生裂紋的目的。圖2b為具有圖2a所示輪廓的膜片4，其中，中心區(qū)域Z的配合層7直接置于膜片4上，并只在圓形的環(huán)繞中心區(qū)域Z的邊緣區(qū)域進(jìn)行粘接。由于配合層7與中心區(qū)域Z的膜片4直接相接觸，因此，可非常方便地在膜片4和配合層7以及與此相結(jié)合的壓電驅(qū)動元件2之間實(shí)現(xiàn)平面平行調(diào)整。圖2為帶有截錐形輪廓的膜片4的振動式料位開關(guān)I的結(jié)構(gòu)。膜片4因采用截錐形結(jié)構(gòu)，如圖2a和圖2b所示，配合層7要么直接的要么按與截錐形的遮蓋面所定義的間距布置在中心區(qū)域Z內(nèi)。此外，從中心區(qū)域Z開始，粘接層9的厚度朝邊緣區(qū)域R方向連續(xù)增厚，其中，配合層7的范圍到達(dá)了粘接層9的最大厚度。如在圖2d所示的實(shí)施實(shí)例中，膜片4采用截錐形輪廓。膜片4因采用截錐形結(jié)構(gòu)，如近似于圖2c所示的實(shí)施實(shí)例，從中心區(qū)域Z開始到邊緣區(qū)域R的粘接層9其厚度d實(shí)現(xiàn)了不斷的加厚。在此，還需再次指出，中心區(qū)域的粘接層9的厚度要么具有通過如調(diào)整片或所指定的粘接劑的粘度進(jìn)行調(diào)整的間距，要么可放棄使用中心區(qū)域Z的粘接。由于在中心區(qū)域Z的膜片4的輪廓為削平結(jié)構(gòu)，因此尤其能實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動元件2與膜片，確切的說與其壓電驅(qū)動元件2相背的表面的平面平行調(diào)整。主要組件名稱說明I 振動式料位開關(guān)2 壓電發(fā)射單元和/或接收單元/壓電驅(qū)動元件4 膜片5 機(jī)械振動結(jié)構(gòu)/振動音叉7 配合層9 粘接層Z 中心區(qū)域R 邊緣區(qū)域d 厚度
權(quán)利要求
1.一種振動式料位開關(guān)，其包括一與膜片(4)可操作地連接的壓電發(fā)射單元和/或接收單元(2)、一在振動時(shí)可移動的膜片(4)及一與膜片(4)相接合的機(jī)械振動結(jié)構(gòu)，其中壓電發(fā)射單元和/或接收單元(2)直接的或通過一利用粘接層(9)的配合層(7)與膜片(4)粘接一起，其特征在于膜片(4)與壓電發(fā)射單元和/或接收單元(2)或邊緣區(qū)域(R)中的配合層(7)之間的粘接層(9)具有比中心區(qū)域(Z)更大的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于中心區(qū)域的膜片(4)厚度(d)比邊緣區(qū)域(R)的大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于膜片(4)的厚度從邊緣(R)開始不斷加厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于膜片(4)的厚度(d)突然增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于膜片(4)呈階梯式結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于膜片(4)呈截錐形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于膜片(4)呈錐形結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的振動式料位開關(guān)，其特征在于膜片(4)呈截球形結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于中心區(qū)域(Z)中的背向壓電發(fā)射單元和/或接收單元(2)的膜片(4)的一側(cè)呈削平結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于膜片表面是粗糙處理的。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于中心區(qū)域(Z)的壓電發(fā)射單元和/或接收單元(2)是直接與膜片(4)接觸的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于在膜片(4)和壓電發(fā)射單元和/或接收單元(2)或者中心區(qū)域的配合層(7)之間設(shè)有預(yù)定厚度的粘接層(9)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的振動式料位開關(guān)，其特征在于所述預(yù)定厚度決定于粘接層(9)內(nèi)含有的填料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種振動式料位開關(guān)，其包括一壓電發(fā)射單元和/或接收單元(2)、一在振動時(shí)可移動的膜片(4)及一與膜片相接合的機(jī)械振動結(jié)構(gòu)，其中壓電發(fā)射單元和/或接收單元(2)直接的或通過一利用粘接層(9)的配合層(7)與膜片(4)粘接一起，其特征在于膜片(4)與壓電發(fā)射單元和/或接收單元(2)或邊緣區(qū)域(R)中的配合層(7)之間的粘接層(9)具有比中心區(qū)域(Z)更大的厚度。
文檔編號G01F23/296GK103105215SQ201210449009
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者M·邁爾特, H·格魯赫勒, J·雅克布 申請人:Vega格里沙貝兩合公司