專利名稱：用于測(cè)量?jī)x表的具有降低的熱傳導(dǎo)的外殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量?jī)x表，其具有外殼，其中布置了電子元件。
測(cè)量?jī)x表在幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域中用于記錄物理量，例如料位或壓力。
測(cè)量?jī)x表通常具有用于記錄物理量的部分。在記錄部分中，物理量被轉(zhuǎn)換為電子量并且這使得可以用于分析、處理和/或顯示。對(duì)于所有這些用途，依賴于測(cè)量?jī)x表，在測(cè)量?jī)x表中提供了復(fù)雜度不同的電子電路。這些電路包括電子元件。
料位限位開(kāi)關(guān)可以用作測(cè)量?jī)x表的一個(gè)例子。它們檢測(cè)達(dá)到預(yù)定料位并且例如用于防止過(guò)溢或者用于泵空載保護(hù)。
當(dāng)前，例如料位限位開(kāi)關(guān)可用于罐狀外殼，該外殼的底面具有薄膜或隔膜的特征。在外殼中放置的至少一個(gè)壓電元件令隔膜在操作期間振蕩。例如振蕩叉形成在隔膜上并且延伸入容器。這些叉在操作期間平行于它們的縱軸振蕩。由隔膜和振蕩叉形成的振蕩單元優(yōu)選地被激勵(lì)為諧振。振蕩單元的諧振頻率依賴于振蕩叉是否被填充物質(zhì)覆蓋。于是，可以從諧振頻率斷定振蕩叉是否由填充物質(zhì)覆蓋。如果振蕩叉被填充物質(zhì)覆蓋，那么已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定的料位。預(yù)定料位是由料位限位開(kāi)關(guān)在容器中安裝的高度而確定。
測(cè)量?jī)x表例如安裝在容器上的測(cè)量位置處。在這種應(yīng)用中，可能在測(cè)量位置所處的特定環(huán)境中發(fā)生相對(duì)高的溫度。在許多工業(yè)領(lǐng)域中，封閉容器中的溫度達(dá)到高達(dá)例如150℃。另外，在測(cè)量位置附近可能出現(xiàn)相對(duì)的高溫，例如50℃。然而，電子元件對(duì)溫度非常敏感。通常，常見(jiàn)的電子元件只能在最高85℃的溫度使用。
根據(jù)應(yīng)用的種類以及在容器中的安裝細(xì)節(jié)，有必要提供一種非常魯棒的外殼。在許多應(yīng)用中，外殼必須能夠承受垂直于外殼縱軸的高達(dá)1000N的負(fù)荷而不破裂。
金屬外殼非常魯棒并且可以被很好地清洗。金屬外殼優(yōu)選地用于工業(yè)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中的測(cè)量?jī)x表。
然而，金屬是熱的良導(dǎo)體。外殼的良好導(dǎo)熱具有以下缺點(diǎn)當(dāng)高溫在測(cè)量位置占主導(dǎo)地位時(shí)，位于外殼中的電子元件經(jīng)受非常顯著的升溫。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種測(cè)量?jī)x表，其能夠用于高溫。
為此，本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量?jī)x表，包括-外殼，--其具有第一段，---在第一段上提供了用于將外殼固定至測(cè)量位置的裝置，--其具有第二段，---第二段與第一段相鄰，以及--其具有第三段，---第三段與第二段相鄰并且---第三段中包含電子元件，-其中構(gòu)造第二段，使得在第一段的環(huán)境與第三段的環(huán)境之間存在溫差的情況中，較小的熱流平行于外殼的縱軸流經(jīng)第二段。
根據(jù)進(jìn)一步的發(fā)展，第二段的壁具有至少一個(gè)壁厚減小的區(qū)域。
根據(jù)進(jìn)一步的發(fā)展，在第二段的壁中提供了至少一個(gè)循環(huán)槽。
在另一個(gè)進(jìn)一步的發(fā)展中，壁厚減小的多個(gè)區(qū)域彼此相鄰地設(shè)置在第二段的壁中，它們彼此之間由腹板隔開(kāi)。
在另一個(gè)進(jìn)一步的發(fā)展中，在第二段的壁中設(shè)置具有壁厚減小的鄰接區(qū)域的多個(gè)層，這些層一個(gè)在另一個(gè)頂上地設(shè)置，一個(gè)層中的相鄰區(qū)域之間由腹板相隔，并且相鄰層的腹板相互偏移。
在另一個(gè)進(jìn)一步的發(fā)展中，在第二段的區(qū)域中的外殼內(nèi)設(shè)置了絕緣材料的支架，用于增加外殼相對(duì)于垂直于外殼縱軸的負(fù)荷的機(jī)械強(qiáng)度。
根據(jù)進(jìn)一步的發(fā)展，第二段的壁具有以蜂巢圖案設(shè)置的凸拱。
根據(jù)進(jìn)一步的發(fā)展，在第二段的壁中提供了多個(gè)循環(huán)槽，這些槽交替設(shè)置在壁的內(nèi)側(cè)和壁的外側(cè)上。
現(xiàn)在根據(jù)說(shuō)明了七個(gè)實(shí)施例的附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明及其進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，附圖中相同的元件具有相同的附圖標(biāo)記。


圖1顯示了具有循環(huán)槽的測(cè)量?jī)x表的斷面；圖2顯示了第二段的視圖，其在壁的內(nèi)側(cè)上具有相鄰設(shè)置的壁厚減小的區(qū)域；圖3顯示了第二段的視圖，其在壁的外側(cè)上具有相鄰設(shè)置的壁厚減小的區(qū)域；圖4顯示了第二段的視圖，其在壁的外側(cè)上具有相鄰設(shè)置的壁厚減小的區(qū)域的多個(gè)相互疊加的層；圖5顯示了第二段的截面圖，其具有由橫截面中圓弓形凹槽形成的壁厚較小的區(qū)域；圖6顯示了第二段的視圖，其具有以蜂巢圖案設(shè)置的凸拱；和圖7顯示了第二段的部分截面圖，其具有一個(gè)在另一個(gè)之上交替設(shè)置的內(nèi)部和外部槽。
圖1顯示了本發(fā)明的測(cè)量?jī)x表的斷面。
所示的實(shí)施例涉及料位限位開(kāi)關(guān)，用于確定和/或監(jiān)控容器中的預(yù)定料位。這種類型的限位開(kāi)關(guān)用于測(cè)量和控制技術(shù)。
測(cè)量?jī)x表具有金屬(例如不銹鋼)外殼1，其包括第一段3、第二段5和第三段7。
第一段3為圓柱形，在末端由隔膜或薄膜9封閉。
圓柱體具有用于在測(cè)量位置固定外殼1的裝置11。在所示的實(shí)施例中，裝置11是在第一段3上形成的外螺紋。外殼1在測(cè)量位置借助于外螺紋旋入匹配的螺紋。在所示的實(shí)施例中，外殼1旋入容器的開(kāi)口13。其它固定裝置，例如連接法蘭，也是可以使用的。
在隔膜9上形成了兩個(gè)相互間隔的振蕩叉15，它們延伸入容器并且在操作期間以相反的相位垂直于它們的縱軸振蕩。為此，隔膜9的表面面向外殼1的內(nèi)部具有或者鄰接壓電元件17，通過(guò)壓電元件可以激勵(lì)隔膜9彎曲振蕩。
在操作期間，由隔膜9和振蕩叉15構(gòu)成的振蕩單元被設(shè)置為諧振，并且記錄它的諧振頻率。如果諧振頻率低于預(yù)定的閾值，則振蕩叉被容器中的填充物質(zhì)覆蓋；并且，如果諧振頻率高于閾值，則振蕩叉沒(méi)有受到填充物質(zhì)的束縛。
外殼1的第二段5與第一段3遠(yuǎn)離隔膜的一端相鄰。第二段5類似地基本上為圓柱形。
這樣構(gòu)造第二段5，使得在第一段3的環(huán)境和第三部分7的環(huán)境之間存在溫差時(shí)，較低的熱流平行于外殼1的縱軸L流經(jīng)第二段5。這樣，減小了從第一段3到第三段7的熱傳遞。
第三段7類似地是圓柱形，并且與第二段5遠(yuǎn)離第一段3的一端相鄰。電子元件19位于第三段7中。在所示的實(shí)施例中，元件19位于電路板21上，后者由圖1中示意性示出的夾具23固定在第三段7中。
第二段5用于防止第三段7或其中的元件19的升溫。由于構(gòu)造第二段5使得在第一段3的環(huán)境和第三段7的環(huán)境之間存在溫差時(shí)，僅有較低的熱流平行于外殼1的縱軸L流經(jīng)第二段，所以與現(xiàn)有的測(cè)量?jī)x表相比，第一段3向第三段7或其內(nèi)部的電子元件19傳遞的熱量少得多，其中第一段3暴露在非常高溫度的測(cè)量位置。
平行于縱軸L的較少的熱流可以在物理上通過(guò)兩種方式得到。例如，由第一段3和第三段7的環(huán)境之間的溫度梯度引起的熱流可以通過(guò)減少可用于這種熱流的橫截面面積而減少。或者，通過(guò)對(duì)流而從第二段5向外輻射散發(fā)的熱量可以通過(guò)增加對(duì)流可用的表面面積而增加?，F(xiàn)在根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)解釋這兩種可能性以及它們的組合。
通過(guò)為第二段5的壁提供具有壁厚減小的至少一個(gè)區(qū)域，顯著減小可用于熱流的橫截面面積，橫截面面積與壁厚成比例。
在圖1所示的實(shí)施例的情況中，在第二段5的壁中提供了環(huán)形槽25，其在壁的內(nèi)側(cè)。槽25的區(qū)域中的壁厚越小且槽25越寬，則作用于第三段7中電子元件19的溫度越低。
減小的壁厚和寬的槽25導(dǎo)致外殼1的機(jī)械穩(wěn)定性降低。在這種情況中，特別關(guān)鍵的是負(fù)荷，其垂直于縱軸L作用在外殼1上。
因此，如圖1所示，優(yōu)選地在第二段5的內(nèi)部中設(shè)置絕緣材料的支撐件27，用于增加外殼1相對(duì)于垂直于外殼1的縱軸的負(fù)荷的機(jī)械強(qiáng)度。支撐件27是中空管，其外部幾何形狀與第二段5的內(nèi)部幾何形狀適配。在圓柱形第二段5的情況中，這意味著支撐件的外徑優(yōu)選地等于第二段5的內(nèi)徑。
支撐件27由絕緣材料制成，因?yàn)榕c金屬相比，絕緣材料具有較低的導(dǎo)熱性。第一段3具有比第二段5小的內(nèi)徑。于是，在第一和第二段3、5之間，得到支撐面，在其上鄰接支撐件27。
圖2是第二段29的另一實(shí)施例的視圖。這個(gè)第二段29在其壁中內(nèi)側(cè)上具有壁厚減小的多個(gè)區(qū)域31。區(qū)域31彼此鄰接地設(shè)置并且彼此由腹板33相隔。區(qū)域31均勻地設(shè)置在段29上。
區(qū)域31導(dǎo)致平行于外殼1的縱軸L的熱流的減小。由腹板33分隔區(qū)域?yàn)榈诙?9提供了增加的機(jī)械穩(wěn)定性，特別是相對(duì)于垂直于外殼1的縱軸L的負(fù)荷的機(jī)械穩(wěn)定性。
圖3顯示了第二段35的另一實(shí)施例的視圖。它與圖2所示的實(shí)施例的不同之處僅在于，用于提供區(qū)域37的減小的壁厚的凹槽不位于外殼1內(nèi)部，而是位于壁的外側(cè)。它們類似地由腹板39相互隔開(kāi)并且均勻地分布在段35上。
圖4顯示了第二段41的另一實(shí)施例的視圖。在第二段41的情況中，壁厚減小的鄰接區(qū)域37的多個(gè)層43一個(gè)在另一個(gè)之上地排列。而且在這里，層43的相鄰區(qū)域37之間由腹板39相互隔離。具有優(yōu)點(diǎn)地，相鄰層43的腹板39相互偏移設(shè)置。以這種方式，可以進(jìn)一步減小平行于縱軸L的熱流。
圖5顯示了第二段45的另一實(shí)施例的橫截面。這個(gè)第二段45具有壁厚減小的四個(gè)內(nèi)部區(qū)域47。區(qū)域47彼此相鄰設(shè)置并且彼此由圓弓形腹板49隔開(kāi)。區(qū)域47自身由橫截面中的圓弓形凹槽形成。
在所有前面說(shuō)明的實(shí)施例的情況中，第二段5、29、35、41、45中平行于外殼1的縱軸L的熱流通過(guò)在這個(gè)方向上可用的較小橫截面面積而實(shí)現(xiàn)，在圖6所示的第二段51的實(shí)施例的情況中，第二段51的壁厚在各處都基本相同。
第二段51的壁具有以蜂巢圖案排列的凸拱53。在這種情況中，提供了相鄰?fù)构?3的多個(gè)層55。
然而，作為替代的，可以僅提供一層，或者僅有部分壁而不是整個(gè)壁表面具有凸拱53。凸拱53可以例如通過(guò)爆炸形成技術(shù)而制成。
凸拱53具有增加的表面面積，并且因而具有增加的由于對(duì)流引起的來(lái)自外殼1的熱量損失。由于對(duì)流引起的熱量損失的量越大，在第三段7的方向上的熱流的量越小。
另外，這個(gè)實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)凸拱53的蜂巢排列使得外殼1對(duì)于垂直于外殼1的縱軸的機(jī)械負(fù)荷具有更大的強(qiáng)度。
圖7顯示了第二段57的另一實(shí)施例。在這個(gè)例子的第二段57的壁中，提供了多個(gè)循環(huán)槽59、61。槽59、61相互平行并且一個(gè)在另一個(gè)之上地排列，并且槽59、61交替排列在壁的內(nèi)側(cè)上和壁的外側(cè)上，即，與位于壁的內(nèi)側(cè)上的槽59相鄰，槽61位于外側(cè)上，緊接著又有槽59位于壁的內(nèi)側(cè)上。
與在圖1所示的實(shí)施例的情況中一樣，槽59、61使得可用于平行于外殼1的縱軸L的熱傳導(dǎo)的橫截面減小。
另外，內(nèi)部和外部槽59、61的交替排列導(dǎo)致對(duì)流引起的徑向向外的熱量損耗增加。
在本發(fā)明的測(cè)量?jī)x表中，第二段5、29、35、41、45、51、57可以是獨(dú)立的單元，例如如圖1所示通過(guò)焊接而與第一和第三段3、7相連?；蛘?，第二段5、29、35、41、45、51、57可以與第一和/或第三段3、7集成，作為一個(gè)單一的單元。
根據(jù)情況，具有減小的壁厚的區(qū)域或者槽可以例如通過(guò)在車(chē)床上機(jī)加工而制成。
通過(guò)第二段5、29、35、41、45、51、57，即使當(dāng)?shù)谝欢?暴露在非常高溫(例如150℃)的測(cè)量位置時(shí)，也能夠保護(hù)第三段7中的電子元件19免于過(guò)熱。如果第一段1暴露于150℃的溫度，則寬度略大于1厘米的槽就足以保證電子元件19不超過(guò)最大溫度85℃，85℃是大多數(shù)元件制造商給出的作為使用電子元件的最高溫度限度。
本發(fā)明的測(cè)量?jī)x表的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)在于，它們可以用于高溫并且同時(shí)能夠承受垂直于外殼1的縱軸L的較高機(jī)械負(fù)荷，例如，1000N的負(fù)荷。所以，測(cè)量?jī)x表可用于廣泛的條件。
權(quán)利要求
1.測(cè)量?jī)x表，包括-外殼(1)，--其具有第一段(3)，---在第一段上提供了用于將外殼(1)固定至測(cè)量位置的裝置(11)，--其具有第二段(5，29，35，41，45，51，57)，---第二段與第一段(3)相鄰，以及--其具有第三段(7)，---第三段與第二段(5，29，35，41，45，51，57)相鄰并且---第三段中包含電子元件(19)，-其中構(gòu)造第二段(5，29，35，41，45，51，57)，使得在第一段(3)的環(huán)境與第三段(7)的環(huán)境之間存在溫差的情況中，較小的熱流平行于外殼(1)的縱軸(L)流經(jīng)第二段(5，29，35，41，45，51，57)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x表，其中第二段(5，29，35，41，45，51，57)的壁具有壁厚減小的至少一個(gè)區(qū)域(25，31，37，47，59，61)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x表，其中在第二段(5，57)的壁中設(shè)置至少一個(gè)循環(huán)槽(25，59，61)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x表，其中在第二段(29，35，41，45)的壁中彼此相鄰地設(shè)置壁厚減小的多個(gè)區(qū)域(31，37，47)，它們彼此之間由腹板(33，39，49)隔開(kāi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x表，其中第二段(41)的壁中設(shè)置具有壁厚減小的鄰接區(qū)域(37)的多個(gè)層(43)，這些層一個(gè)在另一個(gè)頂上地設(shè)置，其中一個(gè)層(43)的相鄰區(qū)域(37)之間由腹板(39)相隔，并且相鄰層(43)的腹板(39)相互偏移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x表，其中在第二段(5)的區(qū)域中的外殼(1)內(nèi)設(shè)置了絕緣材料的支架(27)，用于增加外殼(1)相對(duì)于垂直于外殼(1)的縱軸(L)的負(fù)荷的機(jī)械強(qiáng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x表，其中第二段(51)的壁具有以蜂巢圖案設(shè)置的凸拱(53)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x表，其中在第二段(57)的壁中提供了多個(gè)循環(huán)槽(59，61)，這些槽交替設(shè)置在壁的內(nèi)側(cè)和壁的外側(cè)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于高溫的測(cè)量?jī)x表，其包括外殼(1)，該外殼具有第一段(3)，在其上提供了用于將外殼(1)固定至測(cè)量位置的裝置(11)；第二段(5，29，35，41，45，51，57)，其與第一段(3)相鄰；和第三段(7)，其與第二段(5，29，35，41，45，51，57)相鄰并且包含電子元件(19)。構(gòu)造第二段(5，29，35，41，45，51，57)，使得在第一段(3)的環(huán)境與第三段(7)的環(huán)境之間存在溫差的情況中，較小的熱流平行于外殼(1)的縱軸(L)流經(jīng)第二段(5，29，35，41，45，51，57)。
文檔編號(hào)G01F23/296GK1714276SQ200380103864
公開(kāi)日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月23日
發(fā)明者戈特弗里德·欣特納, 亞歷山大·米勒, 赫爾穆特·法伊弗 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司