專利名稱：壓電變頻接觸式液位開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提供一種壓電變頻接觸式液位開關(guān)，屬于液位檢測(cè)開關(guān)領(lǐng)域，可廣泛適用于水類，油類，弱酸堿類及含有雜質(zhì)等各種液體介質(zhì)的液位定點(diǎn)測(cè)量，也可用作冰箱的結(jié)霜傳感器或其它能引起探頭頻率明顯變化的場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
目前使用的液位開關(guān)有浮球式，音叉式 ，電容式，壓力式和超聲波式。而應(yīng)用最多的是浮球式，較為先進(jìn)的是音叉式和超聲波式，但浮球式液位開關(guān)體積大，控制液位的精度最差，因完全采用機(jī)械活動(dòng)部件，所以容易被卡住，且壽命不長(zhǎng)。音叉式液位開關(guān)采用U型音叉振動(dòng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到周圍介質(zhì)的阻尼作用使音叉的振動(dòng)頻率和振幅發(fā)生變化，根據(jù)這個(gè)頻率變化檢測(cè)液位，它靈敏度高，比較穩(wěn)定，但由于結(jié)構(gòu)和工作原理方面的局限，它體積比較大，音叉容易受到雜物的影響而誤動(dòng)作，且價(jià)格昂貴。超聲波式可以實(shí)現(xiàn)非接觸檢測(cè)，適應(yīng)性強(qiáng)，但價(jià)格太過于昂貴，僅僅適用于條件要求比較苛刻的場(chǎng)所使用?，F(xiàn)存的液位開關(guān)要么性能不佳，要么性能很好，但成本太高價(jià)格太貴，要么適應(yīng)范圍很窄，還沒有一種成本低，高性能，長(zhǎng)壽命，較通用的液體定點(diǎn)檢測(cè)開關(guān)裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低，性能高，壽命長(zhǎng)，通用性好的壓電變頻接觸式液位開關(guān)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種壓電變頻接觸式液位開關(guān)，包括筒體，筒體一端設(shè)置探頭支架，其特征在于探頭支架固定設(shè)置壓電陶瓷片和熱敏電阻，壓電陶瓷片和熱敏電阻分別通過引線連接設(shè)置在筒體內(nèi)的電路板。壓電陶瓷片的頻率穩(wěn)定性好，精度高，體積小，不吸潮，壽命長(zhǎng)，制造成本很低。無(wú)任何機(jī)械可動(dòng)部件，不會(huì)發(fā)生磨損咬卡，磨損滲漏等機(jī)械方面的故障。而由于該探頭的壓電陶瓷片采用彎曲振動(dòng)模式，且雙面同時(shí)觸液，使靈敏度得到大幅提高；采用這種結(jié)構(gòu)也會(huì)使探頭的制造工藝相當(dāng)簡(jiǎn)單并有利于結(jié)構(gòu)的小型化甚至微型化，有利于與集成電路的結(jié)合，且其諧振頻率受粘附雜質(zhì)影響很小，實(shí)驗(yàn)表明即使纏繞上垃圾也不會(huì)誤動(dòng)作，所以性能穩(wěn)定可靠性高，更進(jìn)一步拓寬了適用范圍。其中優(yōu)選方案是所述的探頭支架設(shè)置安裝孔，壓電陶瓷片設(shè)置在安裝孔內(nèi)，熱敏電阻設(shè)置在壓電陶瓷片的上部邊緣的探頭支架上。安裝固定方便。邊緣粘結(jié)熱敏電阻，可補(bǔ)償由于溫度變化而導(dǎo)致探頭壓電陶瓷片諧振頻率的偏移，擴(kuò)大了適用溫度范圍。所述的探頭支架和壓電陶瓷片外表面分別設(shè)置絕緣漆層。其目的有兩個(gè)1、使最外層的彈性耐用橡膠更好地通過該絕緣漆粘住壓電陶瓷片；2、形成一道高強(qiáng)度的絕緣層，使壓電陶瓷片與外界可靠地絕緣開來，即避免了外界干擾，提高穩(wěn)定性，又不會(huì)發(fā)生因設(shè)備故障漏電所導(dǎo)致的觸電事故，非常安全。[0010]所述的探頭支架和壓電陶瓷片外部包覆設(shè)置彈性耐用橡膠層。其目的有兩個(gè)1、該橡膠本身具有一定的絕緣性，會(huì)進(jìn)一步提高探頭的絕緣能力；2、該橡膠具有很好的耐水性，耐候性，耐酸堿，耐油性等，很好地保護(hù)探頭免受外界介質(zhì)的侵蝕，大幅提高了探頭使用壽命，且拓寬了其應(yīng)用范圍。所述的探頭支架的安裝孔與壓電陶瓷片之間的空隙設(shè)置彈性耐用橡膠圈，對(duì)壓電陶瓷片起支撐作用。固定安裝方便。該彈性橡膠圈與彈性橡膠層可以一體式結(jié)構(gòu)，也可是分體式。所述的筒體設(shè)置安裝外螺紋。便于整體的使用時(shí)的安裝固定。所述的電路板和筒體內(nèi)間隙設(shè)置電子灌封膠。電子灌封膠可采用環(huán)氧樹脂類或硅膠類，提高電路板的密封效果，防止液體侵蝕造成短路和損壞。所述的電路板設(shè)置依次電氣連接的電源電路、振蕩電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路，振蕩電路設(shè)置連接壓電陶瓷片，頻率電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)置連接熱敏電阻，或者在放大電路設(shè)置熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償。壓電陶瓷片的諧振頻率可選擇音頻段或超聲波頻率段，但不應(yīng)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生不利影響；壓電陶瓷片作為振蕩電路的一部分，使振蕩電路穩(wěn)定的產(chǎn)生由壓電陶瓷片決定的諧振頻率周期信號(hào)，該信號(hào)輸入頻率電壓轉(zhuǎn)換電路經(jīng)熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償后，輸出對(duì)應(yīng)電壓值，該電壓值經(jīng)放大電路放大由隔離電路產(chǎn)生邏輯量信號(hào)，最后由驅(qū)動(dòng)電路帶動(dòng)負(fù)載工作。所述的隔離電路包括集成雙D觸發(fā)器4013的一個(gè)觸發(fā)器，該觸發(fā)器輸入端連接放大電路和振蕩電路，其輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路。創(chuàng)新性地用該觸發(fā)器作為隔離電路產(chǎn)生邏輯量信號(hào)，而不另加邏輯電路，這樣使集成電路4013得到充分利用，降低了成本。所述的電源電路采用三端集成穩(wěn)壓電路78L05，且其輸入與輸出端間跨接保護(hù)二極管。該二極管可使集成穩(wěn)壓電路78L05免于外部供電電路短路所造成的損害。本實(shí)用新型壓電變頻接觸式液位開關(guān)所具有的有益效果是通過在探頭支架固定設(shè)置壓電陶瓷片和熱敏電阻，壓電陶瓷片和熱敏電阻分別通過引線連接設(shè)置在筒體內(nèi)的電路板，電路板設(shè)置依次電氣連接的電源電路、振蕩電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路，振蕩電路設(shè)置連接壓電陶瓷片，頻率電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)置連接熱敏電阻，并且進(jìn)行一體性相應(yīng)設(shè)置，使得本實(shí)用新型具有成本低，免維護(hù)，性能高，壽命長(zhǎng)，通用性好，適應(yīng)范圍廣泛，量程大的優(yōu)點(diǎn)。其電路板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用零部件少，材料成本低，工藝簡(jiǎn)單，耗費(fèi)工時(shí)少。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的側(cè)視圖；圖3為本實(shí)用新型的電路板的原理方框圖；圖4為本實(shí)用新型的電源電路的電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型的振蕩電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖；其中1、探頭支架 2、彈性耐用橡膠層 3、JZ、壓電陶瓷片 4、筒體 5、電纜6、電路板7、RT、熱敏電阻8、9、引線10、安裝外螺紋U1、邏輯芯片U2、雙D觸發(fā)器U3、轉(zhuǎn)換芯片U4、穩(wěn)壓電路C1-C11、電容R1-R16、電阻Tl、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 T2、T3、三極管Dl、發(fā)光二極管 D2、D3、二極管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施 例做進(jìn)一步描述實(shí)施例I :如圖I所示，筒體4 一端設(shè)置探頭支架1，探頭支架I固定設(shè)置壓電陶瓷片3 (JZ)和熱敏電阻7 (RT)，壓電陶瓷片3和熱敏電阻7分別通過引線9、8、連接設(shè)置在筒體4內(nèi)的電路板6。探頭支架I設(shè)置安裝孔，壓電陶瓷片3設(shè)置在安裝孔內(nèi)，熱敏電阻7設(shè)置在壓電陶瓷片3的上部邊緣的探頭支架I上。筒體4設(shè)置安裝外螺紋10。電路板6和筒體4內(nèi)間隙設(shè)置電子灌封膠。電路板6設(shè)置外聯(lián)的電纜5。探頭支架I和壓電陶瓷片3外表面分別設(shè)置絕緣漆層。探頭支架I和壓電陶瓷片3外部包覆設(shè)置彈性耐用橡膠層2。探頭支架I的安裝孔與壓電陶瓷片3之間的空隙設(shè)置彈性耐用橡膠圈。該彈性橡膠圈與彈性橡膠層2可以一體式結(jié)構(gòu)，也可是分體式。探頭支架I采用金屬材質(zhì)，要有足夠的強(qiáng)度，如鋁，銅，鐵，不銹鋼等；高強(qiáng)度絕緣漆要使用烤漆，如1032漆；彈性橡膠層2要能適應(yīng)周圍環(huán)境的侵蝕，要能耐久，可采用硅橡膠類產(chǎn)品，筒體4可視液體性質(zhì)不同，可采用不銹鋼或塑料材質(zhì)，電子灌封膠可采用環(huán)氧樹脂類或硅膠類，電纜5要有承受工作環(huán)境侵蝕的能力。如圖2所示，電路板6設(shè)置依次電氣連接的電源電路、振蕩電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路，振蕩電路設(shè)置連接壓電陶瓷片的探頭，頻率電壓轉(zhuǎn)換電路或放大電路設(shè)置連接主要由熱敏電阻構(gòu)成的溫度補(bǔ)償電路。壓電陶瓷片的諧振頻率可選擇音頻段或超聲波頻率段，但不應(yīng)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生不利影響；壓電陶瓷片作為振蕩電路的一部分，使振蕩電路穩(wěn)定的產(chǎn)生由壓電陶瓷片決定的諧振頻率周期信號(hào)，該信號(hào)輸入頻率電壓轉(zhuǎn)換電路經(jīng)熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償后，輸出對(duì)應(yīng)電壓值，該電壓值經(jīng)放大電路放大由隔離電路產(chǎn)生邏輯量信號(hào)，最后由驅(qū)動(dòng)電路帶動(dòng)負(fù)載工作。如圖3所示，電源電路包括穩(wěn)壓電路U4和電容C9-C11，采用穩(wěn)壓電路U4 (三端集成穩(wěn)壓電路78L05)，且其輸入與輸出端間跨接保護(hù)二極管D3，該二極管D3可使集成穩(wěn)壓電路78L05免于外部供電電路短路所造成的損害。如圖4所示，振蕩電路采用邏輯芯片Ul (集成電路74LS00)作為核心部件，電阻R1、R2分別是門I和門2的偏置電阻，門I與門2通過電容C2耦合，壓電陶瓷片JZ跨接在門I的輸入端和門2的輸出端上，門2的輸出端還接濾波電容C3，可有效抑制壓電陶瓷片JZ的高次諧波，使振蕩電路在壓電陶瓷片JZ的基頻上諧振，門3和門4用于波形整形與隔離作用，門4輸出端接電容C4用于消除門4輸出信號(hào)上的毛刺，門4輸出端還連接雙D觸發(fā)器U2 (米用4013)的兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸入端CP,觸發(fā)器I使振蕩電路的輸出信號(hào)變換成占空比為I :2的方波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)耦合電容C5輸入頻率電壓轉(zhuǎn)換電路。頻率電壓轉(zhuǎn)換電路包括轉(zhuǎn)換芯片U3，即頻率-電壓(F/V)變換專用集成電路，采用KA331或LM331)，耦合電容C5連接轉(zhuǎn)換芯片U3的6腳，由I腳輸出直流電壓值，C7為濾波電容，R8為調(diào)整可變電阻，RT為溫度補(bǔ)償用熱敏電阻。放大電路主要采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Tl和三極管T2，裝配方便，輸入阻抗很高，不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)換芯片U3產(chǎn)生負(fù)載影響，提高了穩(wěn)定性，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Tl采用自偏壓工作方式，即柵極A點(diǎn)電位始終高于漏極B點(diǎn)電位，使電路結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化。創(chuàng)新性的使結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Tl處于直流信號(hào)自偏壓狀態(tài)，即用信號(hào)提供反偏電壓，使電路結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。三極管T2的集電極連接到雙D觸發(fā)器U2的觸發(fā)器2的輸入端D端，創(chuàng)新性地用該觸發(fā)器作為隔離電路產(chǎn)生邏輯量信號(hào)，而不另加邏輯電路，這樣使集成電路4013得到充分利用，降低了成本，觸發(fā)器2的輸出端Q連接到由R13和C8組成RC延時(shí)環(huán)節(jié)，可有效地消除電源開關(guān)機(jī)引起設(shè)備誤動(dòng)作，并使本實(shí)用新型具有一定的防波浪能力。驅(qū)動(dòng)電路主要包括三極管T3、T4，R15與Dl串聯(lián)組成開關(guān)狀態(tài)指示電路，二極管D2與負(fù)載并聯(lián)，且二極管D2正極接到三極管T4集電極上，可防止三極管T4擊穿，在電路布置上，退耦電容Cl安裝在74LS00與4013之間，且靠近4013的電源端，這樣退耦效果好。為了適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，可以增加電源適配電路，該電源適配電路采用阻容降壓方式，也可以采用小型變壓器降壓。本裝置的電容C1-C11、電阻R1-R16中的其他外圍元器件采用普通現(xiàn)有技術(shù)連接設(shè)置。工作原理和使用過程壓電陶瓷片的諧振頻率與周圍流體介質(zhì)有關(guān)，由牛頓流體定律,可導(dǎo)出流體引起的頻率偏移(相對(duì)于空氣，在液體中該諧振頻率是下降的)，見下式Af=k (P n )1/2其中k為壓電陶瓷片的結(jié)構(gòu)常數(shù)，P η為流體介質(zhì)的密度粘度積。而空氣的P η與液體的P η相差很大，，從而使壓電陶瓷片的諧振頻率有很大的差別，，據(jù)此確定探頭周圍的介質(zhì)是空氣還是液體，進(jìn)而產(chǎn)生開關(guān)量測(cè)知液位高度。振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩，其振蕩頻率由壓電陶瓷片的諧振頻率決定,該振蕩頻率值由頻率電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓值，即輸入頻率變化，則輸出電壓值變化；該電壓變化量經(jīng)放大電路進(jìn)行放大，產(chǎn)生高低電平值，該電平值與探頭周圍流體介質(zhì)的P η積有關(guān)，不能直接作為邏輯量信號(hào)使用，為了消除液體介質(zhì)的P η積的這種影響(空氣對(duì)應(yīng)另一電平值，不必考慮)，在放大電路與驅(qū)動(dòng)電路之間插入隔離電路，該隔離電路根據(jù)輸入的高低電平值可靠地輸出邏輯量信號(hào)；由于該信號(hào)能量極小，所以設(shè)置了驅(qū)動(dòng)電路帶動(dòng)負(fù)載工作；為了擴(kuò)大適用的溫度范圍，在頻率電壓轉(zhuǎn)換電路和放大電路之間設(shè)置了溫度補(bǔ)償電路；電源電路向各單元電路提供合適的電能。實(shí)施例2 放大電路采用集成運(yùn)算放大器，熱敏電阻設(shè)置連接集成運(yùn)算放大器，進(jìn)行溫度補(bǔ)
\-ΖΧ O
權(quán)利要求1.一種壓電變頻接觸式液位開關(guān)，包括筒體，筒體一端設(shè)置探頭支架，其特征在于探頭支架固定設(shè)置壓電陶瓷片和熱敏電阻，壓電陶瓷片和熱敏電阻分別通過引線連接設(shè)置在筒體內(nèi)的電路板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓電變頻接觸式液位開關(guān)，其特征在于所述的探頭支架設(shè)置安裝孔，壓電陶瓷片設(shè)置在安裝孔內(nèi)，熱敏電阻設(shè)置在壓電陶瓷片的上部邊緣的探頭支架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓電變頻接觸式液位開關(guān)，其特征在于所述的探頭支架和壓電陶瓷片外表面分別設(shè)置絕緣漆層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓電變頻接觸式液位開關(guān)，其特征在于所述的探頭支架和壓電陶瓷片外部包覆設(shè)置彈性耐用橡膠層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓電變頻接觸式液位開關(guān)，其特征在于所述的探頭支 架的安裝孔與壓電陶瓷片之間的空隙設(shè)置彈性耐用橡膠圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓電變頻接觸式液位開關(guān)，其特征在于所述的筒體設(shè)置安裝外螺紋。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓電變頻接觸式液位開關(guān)，其特征在于所述的電路板和筒體內(nèi)間隙設(shè)置電子灌封膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓電變頻接觸式液位開關(guān)，其特征在于所述的電路板設(shè)置依次電氣連接的電源電路、振蕩電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路，振蕩電路設(shè)置連接壓電陶瓷片，頻率電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)置連接熱敏電阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電變頻接觸式液位開關(guān)，其特征在于所述的隔離電路包括雙D集成電路4013的一個(gè)觸發(fā)器，該觸發(fā)器輸入端連接放大電路，其輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電變頻接觸式液位開關(guān)，其特征在于所述的電源電路采用三端集成穩(wěn)壓電路78L05，且其輸入與輸出端間跨接保護(hù)二極管。
專利摘要一種壓電變頻接觸式液位開關(guān)，屬于液位檢測(cè)開關(guān)領(lǐng)域。包括筒體，筒體一端設(shè)置探頭支架，其特征在于探頭支架固定設(shè)置壓電陶瓷片和熱敏電阻，壓電陶瓷片和熱敏電阻分別通過引線連接設(shè)置在筒體內(nèi)的電路板，電路板設(shè)置依次電氣連接的電源電路、振蕩電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路，振蕩電路設(shè)置連接壓電陶瓷片，頻率電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)置連接熱敏電阻。該熱敏電阻也可聯(lián)至放大電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償。其電路板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用零部件少，材料成本低，工藝簡(jiǎn)單，耗費(fèi)工時(shí)少；進(jìn)行一體性相應(yīng)設(shè)置后，使得本實(shí)用新型具有成本低，免維護(hù)，性能高，壽命長(zhǎng)，通用性好，適應(yīng)范圍廣泛，量程大的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01F23/28GK202648747SQ201220340460
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者肖國(guó)選, 肖元司 申請(qǐng)人:肖國(guó)選