專利名稱：振動元件設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新穎形式的振動元件設備，并且特別地，已經(jīng)設計為提供一種流體液 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)人員將會理解，本發(fā) 明還可以適用于構(gòu)造為測量密度和/或粘性的振動元件設備。
背景技術(shù)：
包括一個或多個振動元件的各種形式的設備在工廠或過程控制領(lǐng)域中是熟知的， 一個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間隔 開的尖叉，隔膜又限定中空圓柱體的一端。尖叉設置為以給定頻率(通常為它們的共振頻 率)振動，并且振動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。當振動中的尖叉由流體接觸時，它們振動的頻率出現(xiàn)變化。 通過檢測這種頻率變化，人們可以確定升高的流體液位接觸尖叉的時間。同樣地，人們可以 檢測流體液下降到尖叉水平以下的時間。在英國專利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，壓電元件疊層通過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離隔膜的那一端上延伸。間隔開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)延伸并設 置在中空體內(nèi)的一對間隔開的桿狀支架上。當壓電疊層經(jīng)受循環(huán)驅(qū)動電壓時，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。將會認識到，如果隔膜要為桿狀支架提供安裝點，則它必須相對結(jié)實。這種要求與 隔膜相對較薄且因此要求最低的能量施加至壓電元件以建立尖叉的振動的通常要求矛盾。在已公開的國際專利申請WO 01/95667中示出了解決后一種要求的裝置的形式。 在這種裝置中，壓電疊層通過插塞壓靠在隔膜的內(nèi)表面上。插塞在其外圍具有螺紋，其接合 設置在中空體的內(nèi)表面上的對應的螺紋。通過使插塞相對于中空體旋轉(zhuǎn)，壓電疊層上的壓 緊可以被建立，如果必要，可以被調(diào)節(jié)。這種配置優(yōu)選在儀器在基本恒定的溫度下運行時進 行的非常好。然而，如果儀器受到大的溫度變化，則隔膜和插塞連接的壁部將對溫度變化起 反應，達到比容納在該儀器內(nèi)的元件(特別是壓電疊層)大的程度。更特別地，如果環(huán)境受 到明顯的溫度升高，則壁部將膨脹。這將使施加至壓電疊層的壓縮力降低，可能降低到儀器 不再起作用的程度。如果環(huán)境溫度明顯降低，則壁部將收縮。這將增加施加至壓電疊層的壓 縮力，并且可能通過壓碎損壞壓電元件?？商鎿Q地，或者此外，降低的溫度可能引起提供夾 緊力的部件變?yōu)楸贿^壓，并且放松了它們在溫度再次增加時維持所要求的夾緊力的能力。在美國專利US6，644，116中特別解決了經(jīng)受快速溫度變化的這種類型的裝置的 問題。在該專利中描述的裝置結(jié)合從外壁向內(nèi)間隔開的套筒，以形成用于壓緊螺釘或的插 塞的座架。在一種實施方式中，套筒安裝在隔膜的內(nèi)表面上，因此具有與上述UK 2 150 292 相關(guān)聯(lián)的相同的缺點。在第二優(yōu)選實施方式中，隔膜和外壁設置為分離部件。圍繞套筒的 一端形成的套環(huán)位于隔膜和壁部之間，這三個部件隨后焊接在一起。這種配置在將壓緊螺
4釘與膨脹或收縮的外壁分開方面是有效的，但由于本體本身與隔膜隔開，由所述壁/隔膜 單元限定的本體的固有完整性喪失了，所產(chǎn)生的裝置必須經(jīng)受壓力測試，以確保結(jié)實目的。本發(fā)明的目標是解決上述問題，或者提供可適用于液位檢測儀器的方法和/或設 備，其將至少提供新穎和有用的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在一個方面中，本發(fā)明提供了一種形成振動元件設備的方法，所述設備包 括壁部，具有內(nèi)表面和外表面；隔膜，與所述壁部一體地形成，并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；一個或多個振動元件，從所述隔膜的外表面延伸；一個或多個壓電元件，設置在所述中空體內(nèi)；和壓縮裝置，可操作地將所述一個或多個壓電元件壓在所述隔膜的內(nèi)表面上；所述方法的特征在于，提供可設置在所述中空體內(nèi)的殼體，從所述壁部向內(nèi)間隔 開，以用作所述壓縮裝置的座架，并且所述殼體靠近所述壁部和所述隔膜之間的連接處固定至所述壁部的內(nèi)表面。優(yōu)選地，該方法還包括為所述殼體設置形狀形成為與所述壁部的所述內(nèi)表面一致 的一個或多個固定面部分。優(yōu)選地，該方法還包括構(gòu)造所述殼體，使得在組裝時，所述固定面部分抵抗所述殼 體的固有彈性移位，以允許所述殼體裝配到所述中空體內(nèi)。優(yōu)選地，該方法包括將所述殼體與所述隔膜的內(nèi)表面間隔開，以確保在所述一個 或多個振動元件的運動期間，所述殼體不干擾所述隔膜的位移。優(yōu)選地，所述殼體通過從銅焊、粘接、摩擦焊接、電阻焊接、點焊、電子束焊接和激 光束焊接、或者這些方法中多于一種的結(jié)合中選擇的方法固定至所述壁部?？商鎿Q地，該方法包括采用定位環(huán)或簧環(huán)將合適構(gòu)造的殼體保持在對應構(gòu)造的壁 部內(nèi)。在第二方面中，本發(fā)明提供了一種振動元件設備，包括壁部，具有內(nèi)表面和外表面；隔膜，與所述壁部一體地形成，并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；一個或多個振動元件，從所述隔膜的外表面延伸；一個或多個壓電元件，設置在所述中空體內(nèi)；和壓縮裝置，可操作地將所述一個或多個壓電元件壓在所述隔膜的內(nèi)表面上；所述設備的特征在于，它包括設置在所述中空體內(nèi)的殼體，從所述壁部向內(nèi)間隔 開，以用作所述壓縮裝置的座架，并且所述殼體靠近所述壁部和所述隔膜之間的連接處固 定至所述壁部的內(nèi)表面。優(yōu)選地，所述殼體包括形狀形成為與所述壁部的所述內(nèi)表面一致的一個或多個固 定面部分。
優(yōu)選地，所述固定面部分限定在間隔開的支腿上，所述支腿從其上或其中包括所 述壓縮裝置的套環(huán)凸起。優(yōu)選地，所述殼體具有固有彈性，使得在組裝時，所述固定面部分彈性移位，以允 許所述殼體裝配到所述中空體內(nèi)。優(yōu)選地，所述殼體構(gòu)造為相對于所述隔膜設置并支撐所述至少一個壓電元件。優(yōu)選地，所述至少一個壓電元件安裝成包括多個壓電元件、絕緣體和連接器的疊層。優(yōu)選地，所述殼體與所述隔膜的內(nèi)表面間隔開，以確保在所述一個或多個振動元 件的運動期間，所述殼體不干擾所述隔膜的位移。優(yōu)選地，所述一個或多個振動元件包括一對尖叉。一旦閱讀了接下來的描述，以本發(fā)明可以實現(xiàn)的方式進行的多種變化將它們本身 呈現(xiàn)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。所述描述不應當認為是限制，而僅是實現(xiàn)本發(fā)明的一種方式的說 明。無論是否具體提及，只要合適，任何元件或組件都應當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)明實現(xiàn)的一種方法和設備，在附圖中圖1示出穿過根據(jù)本發(fā)明的液位檢測傳感器形式的振動元件設備的截面；以及圖2示出結(jié)合在圖1中示出的設備中的殼體的等距視具體實施例方式本發(fā)明提供了一種新穎形式的振動元件設備，在在此描述的實施方式的情況中， 其結(jié)合在音叉型液位檢測傳感器5中，并提供了形成該振動元件設備的方法。然而，將會認 識到，類似構(gòu)造的裝置可以用來測量密度和/或粘性。在熟知的方式中，設備5包括隔膜6，其與圓筒形壁部12 —體形成，并封閉圓筒形 壁部7的一端。隔膜具有內(nèi)表面9和外表面10。一對尖叉(在11處示出其中的一個)從 外表面10上延伸。壁部7具有內(nèi)表面12和外表面13。隔膜的內(nèi)表面9和壁部的內(nèi)表面12結(jié)合起來 限定中空體14。位于中空體14中的是一個或多個壓電元件，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16保持為壓緊在隔膜的內(nèi)表面9上的疊層15。到 至此描述的程度，該設備完全是常規(guī)的。通過將循環(huán)電壓施加至壓電元件，使隔膜6周期性 地變形，依次使尖叉11振動。本發(fā)明的特征部分在于，疊層15設置在殼體18內(nèi)，壓緊螺釘16螺紋安裝在殼體 18的遠離隔膜6的那一端處?？梢钥闯?，殼體18設置在中空體14內(nèi)，但在壁部7的內(nèi)表面 12內(nèi)，并靠近隔膜6和壁部7之間的接合處固定至壁部7的內(nèi)表面12。結(jié)果，當經(jīng)受快速 的溫度變化時，壁部7的軸向膨脹或收縮將不使壓電疊層15上的壓緊改變至設備停止運行 的程度-或者因為所述壓緊降低到不允許尖叉振動的程度，或者增加至壓碎和破壞壓電元 件的程度，或者過壓提供夾緊的部件。
現(xiàn)在參照圖2，殼體18優(yōu)選由從公共套環(huán)21的一側(cè)延伸的多個支腿20限定。位 于每個支腿20的自由端處的是固定面部分23，殼體借助于固定面部分23固定到壁部7的 內(nèi)表面12上。此時將注意到，每個固定面部分23具有對應于內(nèi)表面12的曲率的曲率。在圖示的實施方式中，設置了四個支腿20。這個數(shù)量不關(guān)鍵，雖然認為偶數(shù)個支腿 是優(yōu)選的，以確保振動結(jié)構(gòu)上的平衡加載。每個支腿20優(yōu)選沿箭頭24的方向向外張開，使 得一旦組裝，則抵抗將要組裝在中空體14內(nèi)的殼體的固有彈性向內(nèi)移位支腿。一旦松開移 位力，支腿恢復至它們的初始結(jié)構(gòu)，通過這樣做，使殼體在中空體14內(nèi)對中，并將殼體18保 持在合適的位置上，同時實現(xiàn)到壁部7的固定?？商鎿Q地，支腿可以形成為容易裝配在中空 體14內(nèi)，并且一旦殼體在本體14內(nèi)處于合適的位置，通過合適的沖壓機或夾具，支腿就向 外張開，與內(nèi)壁面12接觸。支腿20的固定部分23可以通過大量方法固定至壁部7的內(nèi)表面12，所述方法包 括但不限于銅焊、粘接、摩擦焊接、電阻焊接、點焊、電子束焊接和激光束焊接、或者這些方 法中多于一種的結(jié)合。在圖示的特定實施方式中，固定是通過銅焊，特別是通過采用真空焊 接烤爐的銅焊實現(xiàn)的。優(yōu)選使用Ni或Cu基銅焊。例如EN 1044型Ni 102材料，其形式為 來自Wall-Colmonoy的NICROBRAZ LM。這種特定材料以膏狀施加至設置在固定面部分23 中的凹槽25。隨后殼體組裝到中空體14中，優(yōu)選采用夾具，以確保在殼體和隔膜6的內(nèi)表 面9之間留下約1. 5mm的小間隙，以確保殼體不干擾隔膜的振動。一旦將殼體放置到中空 體14中，則將組件放置到真空烤爐中并加熱，以實現(xiàn)固定。對壁部和殼體都采用316級別 的不銹鋼，并采用所確定類型的Ni-基銅焊混合物，通過加熱至約1040°C并保持在該溫度 約2分鐘，則實現(xiàn)固定。將會認識到，銅焊材料可以以不同于膏狀的形式提供。例如，它可以以線環(huán)形式提 供。其它固定材料也可以以使它們的使用效率最高且有效的形式提供。還設想殼體可以通過機械連接固定至壁部。例如通過將環(huán)或簧環(huán)保持在恰當構(gòu)造 的殼體和壁部上。最后，將注意到，殼體優(yōu)選設置有狹槽27，其延伸殼體的整個長度，包括穿過套環(huán) 21，以為將壓電元件提供至驅(qū)動器和處理電子設備的導線提供通道。此外，該狹槽不是必須 的，所要求的間隙也可以通過套環(huán)中的切口或通過壓緊螺釘中的孔或狹槽實現(xiàn)。因此，將會認識到，本發(fā)明提供了一種有效形式的音叉式液位檢測傳感器及其形 成方法，其不僅適用于用在溫度快速變化的環(huán)境中，而且能夠保留適當薄的隔膜，同時維持 隔膜/壁部的完整性。由于本發(fā)明不涉及對外體的任何修改，則其它好處在于，與用在現(xiàn)有 形式的液位檢測傳感器中相同的外體和處理電子設備可以用來實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種形成振動元件設備的方法，所述設備包括壁部，具有內(nèi)表面和外表面；隔膜，與所述壁部一體地形成，并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；一個或多個振動元件，從所述隔膜的外表面延伸；一個或多個壓電元件，設置在所述中空體內(nèi)；和壓縮裝置，可操作地將所述一個或多個壓電元件壓在所述隔膜的內(nèi)表面上；所述方法的特征在于，提供可設置在所述中空體內(nèi)的殼體，從所述壁部向內(nèi)間隔開，以用作所述壓縮裝置的座架；并且所述殼體靠近所述壁部和所述隔膜之間的連接處固定至所述壁部的內(nèi)表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括為所述殼體設置一個或多個固定面部分的步 驟，所述一個或多個固定面部分的形狀形成為與所述壁部的所述內(nèi)表面一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括構(gòu)造所述殼體，使得在組裝時，所述固定面 部分抵抗所述殼體的固有彈性移位，以允許所述殼體裝配到所述中空體內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，包括將所述殼體與所述隔膜的內(nèi)表面間 隔開，以確保在所述一個或多個振動元件的運動期間，所述殼體不干擾所述隔膜的位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中，所述殼體通過從銅焊、粘接、摩擦焊 接、電阻焊接、點焊、電子束焊接和激光束焊接、或者這些方法中多于一種的結(jié)合中選擇的 方法固定至所述壁部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，包括采用定位環(huán)或簧環(huán)將合適構(gòu)造的殼 體保持在對應構(gòu)造的壁部內(nèi)。
7.一種振動元件設備，包括 壁部，具有內(nèi)表面和外表面；隔膜，與所述壁部一體地形成，并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；一個或多個振動元件，從所述隔膜的外表面延伸； 一個或多個壓電元件，設置在所述中空體內(nèi)；和壓縮裝置，可操作地將所述一個或多個壓電元件壓在所述隔膜的內(nèi)表面上； 所述設備的特征在于，所述設備包括設置在所述中空體內(nèi)的殼體，所述殼體從所述壁 部向內(nèi)間隔開，以用作所述壓縮裝置的座架，并且所述殼體靠近所述壁部和所述隔膜之間 的連接處固定至所述壁部的內(nèi)表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設備，其中，所述殼體包括一個或多個固定面部分，所述一個 或多個固定面部分的形狀形成為與所述壁部的所述內(nèi)表面一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設備，其中，所述固定面部分限定在間隔開的支腿上，所述支 腿從其上或其中包括所述壓縮裝置的套環(huán)凸起。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的設備，其中，所述殼體具有固有彈性，使得在組裝時，所 述固定面部分彈性移位，以允許所述殼體裝配到所述中空體內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的設備，其中，所述殼體構(gòu)造為相對于所述隔膜 定位并支撐所述至少一個壓電元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項所述的設備，其中，所述至少一個壓電元件安裝成包 括多個壓電元件、絕緣體和連接器的疊層。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項所述的設備，其中，所述殼體與所述隔膜的內(nèi)表面間 隔開，以確保在所述一個或多個振動元件的運動期間，所述殼體不干擾所述隔膜的位移。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項所述的設備，其中，所述一個或多個振動元件包括一 對尖叉。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種振動尖叉式液位檢測裝置及其形成方法，其特別適合于在經(jīng)受快速溫度變化的環(huán)境中運行。產(chǎn)生尖叉(11)振動的壓電疊層(15)設置在殼體(18)內(nèi)。殼體(18)依次設置在由尖叉從其上延伸的隔膜(6)和壁部(7)限定的中空體(14)內(nèi)。殼體(18)連接至壁部(7)的內(nèi)表面，靠近壁部(7)和隔膜(6)之間的連接處。由此，殼體(18)在壓電疊層(15)維持基本恒定的壓緊的能力基本不受壁部(7)熱膨脹或收縮的影響。
文檔編號G01F23/296GK101960271SQ200980106983
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月1日
發(fā)明者巴里·艾伯特·斯諾登, 羅伊·科林·特納 申請人:莫伯蕾有限公司