專利名稱：振動(dòng)式液位邊界值檢測(cè)裝置和振動(dòng)式液位邊界值檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1的前序部分所述特征的振動(dòng)式液體邊界值檢測(cè)裝置，以及一種用于驅(qū)動(dòng)這種裝置的方法。
背景技術(shù)：
用作檢測(cè)液體的裝置的振動(dòng)式液位邊界值開關(guān)1是振動(dòng)諧振器，通常是帶有壓電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的音叉式振蕩器，如圖6中所示。它通常包含一個(gè)發(fā)送壓電元件3，它激勵(lì)一個(gè)作為音叉10來(lái)實(shí)現(xiàn)的機(jī)械振動(dòng)元件產(chǎn)生振動(dòng)；還包含另一個(gè)接收壓電元件4，它檢測(cè)音叉10的振動(dòng)。借助于一個(gè)具有放大器5、濾波器6和比較器7的電路，檢測(cè)到的信號(hào)被放大，信號(hào)相位發(fā)生移動(dòng)，從而使系統(tǒng)的振蕩條件得到滿足。
DE 195 21 449 C2描述了一種帶有振動(dòng)諧振器的振動(dòng)式液位邊界值開關(guān)，為了驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)振動(dòng)諧振器，只使用了一個(gè)壓電元件，它通過(guò)一個(gè)雙線導(dǎo)線連接。在該結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)一個(gè)壓電元件對(duì)振動(dòng)進(jìn)行激勵(lì)和檢測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，必須使由壓電充放電電流所產(chǎn)生的電壓消隱。壓電電容在280℃的溫度下比室溫時(shí)提高了3倍。因此該方法的缺點(diǎn)在于，在如由于高溫或長(zhǎng)導(dǎo)線情況下而產(chǎn)生較大的充放電電容時(shí)，消隱間隙會(huì)很長(zhǎng)，以至于該方法不能再被應(yīng)用，或者只能非常限制地被應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種裝置或裝置中的電路，它同樣只采用一個(gè)壓電元件和一根雙線導(dǎo)線就足夠了，但是與目前為止的其它方法不同的是，可以和壓電電容及導(dǎo)線電容無(wú)關(guān)地工作。
該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的方法以及具有權(quán)利要求9所述特征的裝置來(lái)解決。
優(yōu)選的振動(dòng)式液位邊界值檢測(cè)裝置具有振動(dòng)諧振器；具有壓電電容的壓電元件，用于以一定的驅(qū)動(dòng)頻率激勵(lì)振動(dòng)諧振器產(chǎn)生振動(dòng)，并獲取該振動(dòng)諧振器的振動(dòng)；壓電元件的兩個(gè)連接導(dǎo)體；以及用于分析由壓電元件獲取的振動(dòng)諧振器的振動(dòng)的電路元件，其中帶有補(bǔ)償電容器的一條支路與帶有壓電元件的另一條支路并聯(lián)連接，以補(bǔ)償壓電元件的與壓電電容有關(guān)的充放電電流。
在優(yōu)選的振動(dòng)式液位邊界值檢測(cè)方法中，用一個(gè)具有壓電電容的壓電元件以一定的驅(qū)動(dòng)頻率激勵(lì)振動(dòng)諧振器產(chǎn)生振動(dòng)，并獲取振動(dòng)諧振器的振動(dòng)，其中借助于一個(gè)與帶有壓電元件的支路并聯(lián)連接的、帶有補(bǔ)償電容的支路來(lái)補(bǔ)償壓電元件的與壓電電容有關(guān)的充放電電流。
該任務(wù)尤其是這樣來(lái)解決與壓電電容和導(dǎo)線電容有關(guān)的充放電電流得到補(bǔ)償，尤其得到完全的補(bǔ)償。
具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題。
優(yōu)選的尤其是這樣一種裝置其中設(shè)置了用于補(bǔ)償與壓電元件的壓電電容以及附帶地與導(dǎo)線電容有關(guān)的充放電電流的補(bǔ)償電容器。
優(yōu)選的尤其是這樣一種裝置其中一個(gè)反向器將由壓電元件的驅(qū)動(dòng)電壓導(dǎo)出的信號(hào)施加到補(bǔ)償電容器上。
優(yōu)選的尤其是這樣一種裝置其中接入一個(gè)與壓電電容或者與壓電電容和導(dǎo)線電容的值完全相同或者近似于完全相同的電容作為補(bǔ)償電容器。
優(yōu)選的尤其是這樣一種裝置其中在壓電元件和補(bǔ)償電容器之間設(shè)置一個(gè)分接頭，用于分接出只含有振動(dòng)諧振器的機(jī)械振動(dòng)分量的經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)。
優(yōu)選的尤其是這樣一種裝置其中補(bǔ)償電容器或者與補(bǔ)償電容器等效的電子電路具有調(diào)節(jié)電容的控制輸入端。
優(yōu)選的尤其是采用這樣一種裝置，其具有補(bǔ)償調(diào)節(jié)。所述補(bǔ)償調(diào)節(jié)借助于向其上施加了經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的電壓的補(bǔ)償電容器或者與補(bǔ)償電容器等效的電子電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選的尤其是這樣一種裝置其中一個(gè)同步整流器與直接位于壓電元件和補(bǔ)償電容器之間的一個(gè)點(diǎn)處的信號(hào)或電壓相關(guān)地以受控方式提供了一個(gè)用于補(bǔ)償調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，并且一個(gè)用于劃分驅(qū)動(dòng)頻率的分頻器提供了一個(gè)用于該同步整流器的控制信號(hào)。
優(yōu)選的尤其是這樣一種方法其中除了壓電電容之外，還對(duì)壓電元件的導(dǎo)線電容進(jìn)行補(bǔ)償。
優(yōu)選的尤其是這樣一種方法其中由壓電元件的驅(qū)動(dòng)電壓導(dǎo)出的經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)的信號(hào)被施加到一個(gè)帶有補(bǔ)償電容的補(bǔ)償電容器上。
優(yōu)選的尤其是這樣一種方法其中接入一個(gè)與壓電電容或者與壓電電容和導(dǎo)線電容的值完全相同或者近似于完全相同的電容作為補(bǔ)償電容器。
優(yōu)選的尤其是這樣一種方法其中在壓電元件和帶有補(bǔ)償電容的補(bǔ)償電容器之間分接出一個(gè)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)，該信號(hào)只含有振動(dòng)諧振器的機(jī)械振動(dòng)分量。
優(yōu)選的尤其是這樣一種方法其中補(bǔ)償電容器的電容或者與補(bǔ)償電容器等效的電子電路可以被可變地進(jìn)行設(shè)置和調(diào)節(jié)。
優(yōu)選的尤其是這樣一種方法其中向補(bǔ)償電容器或其等效電路上施加一個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的電壓。
優(yōu)選的尤其是這樣一種方法其中借助于一個(gè)同步整流器與直接位于壓電元件和補(bǔ)償電容器之間的一個(gè)點(diǎn)處的信號(hào)或電壓相關(guān)地以受控方式提供一個(gè)用于補(bǔ)償調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，并且借助于一個(gè)用于劃分驅(qū)動(dòng)頻率的分頻器提供一個(gè)用于該同步整流器的控制信號(hào)。


下面借助于附圖詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)實(shí)施例。如圖所示圖1一個(gè)帶有對(duì)其進(jìn)行控制的電路元件的振動(dòng)式液位邊界值開關(guān)的示意圖；圖2帶有振動(dòng)式液位邊界值開關(guān)的一個(gè)優(yōu)選的電路結(jié)構(gòu)；
圖3帶有振動(dòng)式液位邊界值開關(guān)的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)際電路結(jié)構(gòu)；圖4帶有振動(dòng)式液位邊界值開關(guān)的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)際電路結(jié)構(gòu)；圖5在這種電路中的不同分接點(diǎn)處的信號(hào)序列；圖6一種已知的振動(dòng)式液位邊界值開關(guān)。
具體實(shí)施例方式
圖1簡(jiǎn)要示出了一個(gè)帶有用于對(duì)其進(jìn)行控制的電路元件的振動(dòng)式液位邊界值開關(guān)，作為用于檢測(cè)振動(dòng)式液位邊界值的裝置。為了驅(qū)動(dòng)或設(shè)置一個(gè)振動(dòng)諧振器10產(chǎn)生振動(dòng)，并檢測(cè)該振動(dòng)諧振器10的振動(dòng)，使用了至少一個(gè)壓電元件11，它通過(guò)雙線導(dǎo)線12、13與電路元件相連接。通過(guò)對(duì)壓電元件11的充放電電流進(jìn)行補(bǔ)償，可以直接截取振動(dòng)諧振器10的機(jī)械振動(dòng)。
其中圖1只示出了在這種裝置中用于控制和分析的方法的原理功能。壓電元件11通過(guò)它的第一根導(dǎo)線12連接到一個(gè)緩沖器14。緩沖器14的輸入端位于第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A處。第二根導(dǎo)線13從壓電元件11引至第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G。在一個(gè)與之并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)中，在第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A和第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G之間串聯(lián)連接了一個(gè)反向器15和一個(gè)作為補(bǔ)償電容的電容性裝置2。理論上，這個(gè)補(bǔ)償電容作為可調(diào)的電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)，它具有一個(gè)用于對(duì)其有效電容進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制輸入端。這樣，第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G被接入到壓電電容和特定情況下的導(dǎo)線電容與補(bǔ)償電容器2的補(bǔ)償電容之間。一個(gè)測(cè)量裝置17連接到第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G，該裝置用于確定壓電電容。一根導(dǎo)線從測(cè)量裝置17引至補(bǔ)償電容2的控制輸入端，以對(duì)其進(jìn)行控制。另外，在代表壓電元件11的輸出端的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G和代表壓電元件11的輸入端的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A之間，是一個(gè)由放大器18、濾波器19和比較器20串聯(lián)連接而成的結(jié)構(gòu)。
對(duì)壓電電容和導(dǎo)線電容的補(bǔ)償通過(guò)一條與帶有壓電元件11的支路并聯(lián)連接的支路來(lái)實(shí)現(xiàn)，在該支路中第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A處的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)后被接到一個(gè)與壓電電容和導(dǎo)線電容的值盡可能完全相同的補(bǔ)償電容上。在壓電電容和補(bǔ)償電容之間，在第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G處可分接出一個(gè)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)，這個(gè)信號(hào)只包含正弦振蕩形式的機(jī)械振動(dòng)分量。通過(guò)壓電元件11的充放電而產(chǎn)生的電壓從而得到補(bǔ)償。而在不中斷振動(dòng)諧振器10的振動(dòng)的情況下來(lái)測(cè)量壓電電容是很困難的。另外，該補(bǔ)償電容應(yīng)盡量精確地被跟蹤。其中可調(diào)節(jié)的補(bǔ)償電容2應(yīng)通過(guò)一個(gè)等效的電子電路2來(lái)代替。
針對(duì)這一問(wèn)題，圖2中的電路提供了一種解決方案。為了簡(jiǎn)化起見，下面主要只描述對(duì)圖1中的電路進(jìn)行補(bǔ)充或相應(yīng)改變的元件。
在第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A和壓電元件11之間連接有一個(gè)第一加法器21，其輸出端形成了第四個(gè)節(jié)點(diǎn)。另外在第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A和第一加法器21的另一個(gè)輸入端之間連接有一個(gè)分頻器22。分頻器22的輸出端形成了第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B，其上連接有第二加法器23的一個(gè)輸入端。第二加法器23的第二個(gè)輸入端與第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A相連。第二加法器具有一個(gè)控制輸入端。第二加法器23的一個(gè)反向輸出端連接至補(bǔ)償電容器16的輸入端。第二加法器23的輸出端形成了第五個(gè)節(jié)點(diǎn)F。
在第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G上通過(guò)一個(gè)阻抗性和另一個(gè)電容性裝置24連接了一個(gè)切換裝置25，該切換裝置作為同步整流器將第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G的信號(hào)有選擇性地施加給接地端或補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)器27的一個(gè)負(fù)輸入端。另外，補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)器27的負(fù)輸入端通過(guò)另一個(gè)電容性裝置26與接地端或基準(zhǔn)電壓相連接。補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)器27的正輸入端同樣連接到接地端。補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)器27的一個(gè)輸出作為控制信號(hào)施加到第二加法器23上。在開關(guān)25的一個(gè)切換輸入端處施加了第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B的一個(gè)信號(hào)。
通過(guò)f/n分頻可以由第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A的驅(qū)動(dòng)電壓產(chǎn)生第二個(gè)電壓，作為第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B處的電容測(cè)量電壓。例如可以選擇四分之一頻率f/4的分頻關(guān)系。在第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B處的電容測(cè)量電壓通過(guò)加上第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A處的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)疊加，從而在第四個(gè)節(jié)點(diǎn)E處產(chǎn)生疊加后的電壓。以同樣的方式，在第二條支路中，在第五個(gè)節(jié)點(diǎn)F處產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)的電壓。該電壓的幅值是可調(diào)的，由此可以對(duì)一個(gè)可調(diào)的補(bǔ)償電容進(jìn)行等效。補(bǔ)償電容器16本身保持恒定，其中通過(guò)電壓的大小來(lái)改變補(bǔ)償電容器16能夠存儲(chǔ)的電荷量。利用這兩個(gè)電壓，即在第四個(gè)節(jié)點(diǎn)E處以及在第五個(gè)節(jié)點(diǎn)F處被疊加并反轉(zhuǎn)的電壓，可以對(duì)壓電元件11和串聯(lián)連接的補(bǔ)償電容器進(jìn)行控制。在對(duì)充放電電流進(jìn)行精確補(bǔ)償時(shí)，兩個(gè)電容之間的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G處的充放電電壓自身進(jìn)行補(bǔ)償。在這個(gè)位置處只會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)諧振器10的機(jī)械諧振振動(dòng)。第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B處的電容測(cè)量電壓的頻率處于振動(dòng)諧振器10的機(jī)械諧振頻率之外。借助于第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B處的電容測(cè)量電壓，對(duì)壓電電容與補(bǔ)償電容進(jìn)行比較。在精確補(bǔ)償?shù)那闆r下，位于兩個(gè)電容之間的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G處的在這一頻率下的電壓為0。在補(bǔ)償發(fā)生誤差的情況下，第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)誤差電壓。
這一誤差電壓可以借助于通過(guò)切換裝置25實(shí)現(xiàn)為測(cè)量裝置的同步整流器來(lái)進(jìn)行分析。由于振動(dòng)諧振器10的機(jī)械諧振振動(dòng)是用來(lái)控制同步整流器的電容測(cè)量電壓B的多倍，在整流之后得到一個(gè)只與壓電電容和補(bǔ)償電容有關(guān)的電壓。通過(guò)一個(gè)控制回路，處于帶有反向電壓的電壓輸出端、即第五個(gè)節(jié)點(diǎn)F處的、用來(lái)控制補(bǔ)償電容器16的補(bǔ)償電壓UK可以被改變，以使得在兩個(gè)電容之間的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G處的充放電電壓保持為0。通過(guò)這種方式和方法，壓電電容可以補(bǔ)償?shù)窖a(bǔ)償電容器16的大小，因此，可以選擇足夠大的補(bǔ)償電容器16。由于補(bǔ)償電容器16本身不發(fā)生改變，所以調(diào)節(jié)電壓直接反映了壓電電容的大小。
圖3示出了在實(shí)施優(yōu)選方法時(shí)具有在電路中的不同點(diǎn)處的信號(hào)流程的一種實(shí)際實(shí)施方式。帶有驅(qū)動(dòng)電壓的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A和分頻器22的輸出端，即第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B，連接到異或門28的輸入端。其輸出端形成了第六個(gè)節(jié)點(diǎn)D，它將切換信號(hào)施加到第二和第三個(gè)切換裝置29、30。另外，第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B處的信號(hào)作為切換信號(hào)施加到同步整流器25。這一元件和其它元件如圖2所示被接入到第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G和補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)器27之間。
補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)器27的輸出作為正的補(bǔ)償電壓+UK被施加到第四個(gè)切換裝置31的一個(gè)切換輸入端。另外，補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)器27的輸出端還接到補(bǔ)償電壓反向器33的一個(gè)負(fù)輸入端，后者的第二個(gè)負(fù)輸入端連接到接地端。補(bǔ)償電壓反向器33的輸出作為負(fù)的補(bǔ)償電壓-UK施加到第四個(gè)切換裝置31。第四個(gè)切換裝置31的切換輸出端連接到第三個(gè)切換裝置30的第一個(gè)切換輸入端。第三個(gè)切換裝置30的輸出端連接到在第五個(gè)節(jié)點(diǎn)F，形成了補(bǔ)償電容器16的輸入端。該補(bǔ)償電容器還通過(guò)第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G與壓電元件11相連接。
壓電元件11的輸出端形成了第四個(gè)節(jié)點(diǎn)E，它連接到第二個(gè)切換裝置29的輸出端。第二個(gè)切換裝置29的第一個(gè)輸入端相應(yīng)地接到第三個(gè)切換裝置30的切換輸入端，它連接到第四個(gè)切換裝置31。第二和第三個(gè)切換裝置29、30的另外兩個(gè)切換輸入端連接到接地端。第二個(gè)切換裝置29的第一個(gè)切換輸入端形成了第七個(gè)節(jié)點(diǎn)，并連接到第五個(gè)切換裝置32的一個(gè)輸出端。它的切換輸入端連接到一個(gè)正的或一個(gè)負(fù)的工作電壓+UB、-UB。第四和第五個(gè)切換裝置31和32的切換端子上施加了第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B的信號(hào)。
在第四個(gè)節(jié)點(diǎn)E和第五個(gè)節(jié)點(diǎn)F處的電壓相應(yīng)地通過(guò)作為開關(guān)和異或門28的第二到第五個(gè)切換裝置29-32來(lái)產(chǎn)生。圖4示出了該電路結(jié)構(gòu)的另一個(gè)符合目的的實(shí)施方式，其中，下文中只描述了相對(duì)于圖3所示的實(shí)施方式不同的元件和功能。取代圖3中的異或門28和開關(guān)29-32，在該電路中采用了第一和第二個(gè)多路復(fù)用器34、35。這樣，第四個(gè)節(jié)點(diǎn)E和第五個(gè)節(jié)點(diǎn)F處的信號(hào)形式通過(guò)模擬多路復(fù)用器組件來(lái)產(chǎn)生。帶有驅(qū)動(dòng)電壓的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)A連接到第一個(gè)多路復(fù)用器34的一個(gè)切換輸入端，并連接到第二個(gè)多路復(fù)用器35的一個(gè)切換輸入端。另外，帶有分頻器22的信號(hào)的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B連接到第一個(gè)多路復(fù)用器34的另一個(gè)切換輸入端，并連接到第二個(gè)多路復(fù)用器35的另一個(gè)切換輸入端。
補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)器27的輸出端作為正的補(bǔ)償電壓+UK被施加到第一個(gè)多路復(fù)用器34的一個(gè)信號(hào)輸入端。另外，補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)器27的輸出端連接到補(bǔ)償電壓反向器33的一個(gè)負(fù)輸入端，而補(bǔ)償電壓反向器33的第二個(gè)負(fù)輸入端連接到接地端。補(bǔ)償電壓反向器33的輸出作為負(fù)的補(bǔ)償電壓-UK施加到第一個(gè)多路復(fù)用器34的另一個(gè)信號(hào)輸入端。第一個(gè)多路復(fù)用器34的另外兩個(gè)信號(hào)輸入端連接到接地端。第一個(gè)多路復(fù)用器34的切換輸出端連接到第五個(gè)節(jié)點(diǎn)F，該節(jié)電形成了補(bǔ)償電容器16的輸入端。補(bǔ)償電容器16又通過(guò)第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G與壓電元件11相連接。
壓電元件11的輸入端又形成了第四個(gè)節(jié)點(diǎn)E，它在這一實(shí)施方式中連接到第二個(gè)多路復(fù)用器35的輸出端。第二個(gè)多路復(fù)用器35的第一和第四個(gè)信號(hào)輸入端連接到一個(gè)正的或一個(gè)負(fù)的輸入工作電壓+UB、-UB。第二個(gè)多路復(fù)用器35的第二和第三個(gè)信號(hào)輸入端連接到接地端。
通過(guò)非常精確地測(cè)量壓電電容得到了其他的優(yōu)點(diǎn)。由此可以更可靠地檢測(cè)出與振動(dòng)傳感器相連的導(dǎo)線的線路中斷和短接。此外，壓電電容的變化可以反映出壓電元件11的損壞。
圖5示出了在一個(gè)作為示例的時(shí)間序列中彼此不同的點(diǎn)處的電壓或信號(hào)流程。在節(jié)點(diǎn)A處施加了一個(gè)作為驅(qū)動(dòng)電壓的簡(jiǎn)單脈沖信號(hào)，其頻率在正常工作時(shí)與振動(dòng)諧振器的機(jī)械諧振相對(duì)應(yīng)。在分頻后的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B處施加了一個(gè)其周期是節(jié)點(diǎn)A處的驅(qū)動(dòng)信號(hào)周期的4倍的脈沖。在第七個(gè)節(jié)點(diǎn)C處施加了一個(gè)大小為工作電壓+UB、-UB的脈沖電壓，其中該脈沖與第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B處的信號(hào)相對(duì)應(yīng)。在第六節(jié)點(diǎn)D處施加了一個(gè)通過(guò)異或門由圖5中的信號(hào)A和3所獲得的脈沖信號(hào)。在第四和第五個(gè)節(jié)點(diǎn)E、F處的信號(hào)波形彼此反向，并與工作電壓+UB、-UB或補(bǔ)償電壓+UK、-UK有關(guān)。這些信號(hào)與第六個(gè)節(jié)點(diǎn)D處的信號(hào)狀態(tài)同時(shí)、以及附帶地在第三個(gè)節(jié)點(diǎn)B處的信號(hào)周期的結(jié)束時(shí)改變其脈沖狀態(tài)。在第二個(gè)節(jié)點(diǎn)G處施加了壓電元件11的正弦波形的輸出信號(hào)，它形成了壓電元件11的經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量信號(hào)，并與振動(dòng)諧振器的諧振振動(dòng)相對(duì)應(yīng)。
除此以外，還可以采用其他的實(shí)施方式。
例如，為了覆蓋更大的補(bǔ)償范圍，可以通過(guò)一個(gè)模擬開關(guān)在不同的補(bǔ)償電容器之間進(jìn)行切換，并通過(guò)改變補(bǔ)償電壓實(shí)現(xiàn)微調(diào)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，在驅(qū)動(dòng)時(shí)總能提供最大電壓。通過(guò)用一個(gè)大的補(bǔ)償電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)小的壓電電容的補(bǔ)償，使得可以由小的補(bǔ)償電壓實(shí)現(xiàn)更小的充放電電壓。
例如還可以不通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的分頻來(lái)產(chǎn)生電容測(cè)量電壓，而是饋入一個(gè)例如來(lái)自微處理器的固定頻率。然而，在這種變體中，在電容測(cè)量時(shí)機(jī)械諧振處的振動(dòng)會(huì)被中斷，否則可能出現(xiàn)頻率非常低的脈動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)的中斷還可能會(huì)提高裝置的反應(yīng)時(shí)間。
附圖標(biāo)記列表1 振動(dòng)式液位邊界值開關(guān)2 可調(diào)的補(bǔ)償電容3 發(fā)送壓電元件4 接收壓電元件5 放大器6 濾波器7 比較器10 振動(dòng)諧振器11 壓電元件12 引至11的第一個(gè)導(dǎo)體13 由11引處的第二個(gè)導(dǎo)體14 緩沖器15 反向器16 等效電路的電容器17 測(cè)量裝置18 放大器19 濾波器20 比較器
21 第一加法器22 分頻器23 等效電路的加法器24 阻抗性和電容性裝置25 同步整流器/第一個(gè)切換裝置26 電容性裝置27 補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)器28 異或門29-32 第二到第五個(gè)切換裝置33 補(bǔ)償電壓反向器34、35 第一和第二個(gè)多路復(fù)用器A 第一個(gè)節(jié)點(diǎn)/驅(qū)動(dòng)電壓B 第三個(gè)節(jié)點(diǎn)/電容測(cè)量電壓C 第七個(gè)節(jié)點(diǎn)D 第六個(gè)節(jié)點(diǎn)E 第四個(gè)節(jié)點(diǎn)F 第五個(gè)節(jié)點(diǎn)/反向或補(bǔ)償電壓G 第二個(gè)節(jié)點(diǎn)/經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)
權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)式液位邊界值檢測(cè)裝置，具有—振動(dòng)諧振器(10)，—具有壓電電容的至少一個(gè)壓電元件(11)，用于以一定的驅(qū)動(dòng)頻率激勵(lì)振動(dòng)諧振器(10)產(chǎn)生振動(dòng)，并獲取該振動(dòng)諧振器(10)的振動(dòng)，—壓電元件(11)的兩個(gè)連接導(dǎo)體(12，13)，以及—用于分析由壓電元件(11)所獲取的振動(dòng)諧振器(10)的振動(dòng)的電路元件(18-20)，其特征在于，—帶有補(bǔ)償電容器(2)的一條支路與帶有壓電元件(11)的另一條支路并聯(lián)連接，以補(bǔ)償壓電元件(11)的與壓電電容有關(guān)的充放電電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中設(shè)置了用于補(bǔ)償與壓電元件(11)的壓電電容有關(guān)并且還與導(dǎo)線電容有關(guān)的充放電電流的補(bǔ)償電容器(2)或其等效電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其中用于反向的裝置(15，23，31)將一個(gè)由壓電元件(11)的驅(qū)動(dòng)電壓導(dǎo)出的信號(hào)施加到補(bǔ)償電容器(2)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的裝置，其中接入了一個(gè)與壓電電容的值或者與壓電電容和導(dǎo)線電容之和完全相同或近似于完全相同的補(bǔ)償電容作為補(bǔ)償電容器(2)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的裝置，其中在壓電元件(11)和補(bǔ)償電容器2之間設(shè)置了一個(gè)分接頭(G)，用于分接出一個(gè)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)，該信號(hào)只含有振動(dòng)諧振器(10)的機(jī)械振動(dòng)分量。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的裝置，其中補(bǔ)償電容器(2)或者其等效電路(16，23)具有一個(gè)用于對(duì)其電容進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到5中之一的裝置，其中接入了一個(gè)補(bǔ)償調(diào)節(jié)器(27；27，33)，它用于將經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的電壓施加到補(bǔ)償電容器(2)或其等電路(16，23)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中—一個(gè)同步整流器(25)與直接位于壓電元件(11)和補(bǔ)償電容器(2)之間的一個(gè)點(diǎn)處的信號(hào)或電壓相關(guān)地、以受控方式提供了一個(gè)用于補(bǔ)償調(diào)節(jié)器(27；27，33)的輸入信號(hào)，—一個(gè)用于劃分驅(qū)動(dòng)頻率的分頻器(22)提供了一個(gè)用于該同步整流器(25)的控制信號(hào)。
9.一種振動(dòng)式液位邊界值檢測(cè)方法，其中—具有壓電電容的至少一個(gè)壓電元件(11)以一定的驅(qū)動(dòng)頻率激勵(lì)振動(dòng)諧振器(10)產(chǎn)生振動(dòng)，并獲取該振動(dòng)諧振器(10)的振動(dòng)，其特征在于，—借助于一條與帶有壓電元件(11)的支路并聯(lián)連接的、帶有補(bǔ)償電容器的支路對(duì)壓電元件(11)的與壓電電容有關(guān)的充放電電流進(jìn)行補(bǔ)償。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中除了壓電電容之外，還對(duì)壓電元件(11)的導(dǎo)線電容進(jìn)行補(bǔ)償。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中由壓電元件(11)的驅(qū)動(dòng)電壓導(dǎo)出的經(jīng)過(guò)反向的信號(hào)被施加到帶有補(bǔ)償電容的補(bǔ)償電容器(2)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到11中之一的方法，其中接入一個(gè)與壓電電容的值或者與壓電電容和導(dǎo)線電容的值完全相同或近似于完全相同的補(bǔ)償電容作為補(bǔ)償電容器(2)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9到12中之一的方法，其中在壓電元件(11)和帶有補(bǔ)償電容的補(bǔ)償電容器(2)之間分接出一個(gè)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)，該信號(hào)只含有振動(dòng)諧振器(10)的機(jī)械振動(dòng)分量。
14.根據(jù)權(quán)利要求9到13中之一的方法，其中補(bǔ)償電容器(2)的補(bǔ)償電容或者其等效電路(16，23)可以被可變地設(shè)置或調(diào)節(jié)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9到14中之一的方法，其中向補(bǔ)償電容器(2)或其等效電路(16，23)施加一個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求9到15中之一的方法，其中—借助于一個(gè)同步整流器(25)，與直接位于壓電元件(11)和補(bǔ)償電容器(2)之間的一個(gè)點(diǎn)處的信號(hào)或電壓相關(guān)地以受控方式提供一個(gè)用于補(bǔ)償調(diào)節(jié)器(27；27，33)的輸入信號(hào)，—借助于一個(gè)用于劃分驅(qū)動(dòng)頻率的分頻器(22)提供一個(gè)用于該同步整流器(25)的控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)振動(dòng)式液體邊界值的裝置及相應(yīng)的方法，其具有振動(dòng)諧振器(10)；具有壓電電容的至少一個(gè)壓電元件(11)，用于以一定的驅(qū)動(dòng)頻率激勵(lì)振動(dòng)諧振器(10)產(chǎn)生振動(dòng)，并獲取該振動(dòng)諧振器(10)的振動(dòng)；壓電元件(11)的兩個(gè)連接導(dǎo)體(12，13)；以及用于分析由壓電元件(11)所獲取的振動(dòng)諧振器(10)的振動(dòng)的電路元件(18－20)，其中帶有補(bǔ)償電容器(2)的一條支路與帶有壓電元件(11)的另一條支路并聯(lián)連接，以補(bǔ)償壓電元件(11)的與壓電電容有關(guān)的充放電電流。
文檔編號(hào)G01F23/26GK1908597SQ20061010192
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者西格博特·沃爾 申請(qǐng)人:Vega格里沙貝兩合公司