[发明专利]振动式料位开关

说明书

技术领域

根据权利要求所述内容，本发明公开了一种振动式料位开关。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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/或接收单元Z的热膨胀系数一般大约为4×10^-6K^-1左右。通过使用膨胀系数约为8×10^-6K^-1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。

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。

因此，需要一种改进的克服了现有振动式料位开关的缺陷的振动式料位开关。

发明内容

具有本专利要求所述特征的振动式料位开关解决了上述问题。

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。

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。

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。

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。