專利名稱：用于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定和/或監(jiān)控介質(zhì)的過程變量的裝置。該裝 置包括固定在薄膜上的可振蕩單元；發(fā)送/接收單元，其激勵薄膜和 可振蕩單元振蕩并接收可振蕩單元的振蕩。發(fā)送/接收單元是盤狀的壓 電元件。該裝置還包括控制/分析單元，其基于可振蕩單元的振蕩監(jiān)控 和/或確定過程變量。過程變量例如是介質(zhì)的料位、密度或粘度。
背景技術(shù)：
已知具有至少一個振蕩元件的裝置，即所謂的振動檢測器用于檢 測或監(jiān)控容器中填充材料的料位。振蕩元件通常是至少一個振蕩棒， 其緊固至薄膜。通過電動機(jī)械換能器，例如壓電元件激勵薄膜。由于 薄膜的振蕩，緊固至薄膜的振蕩元件也振蕩。實(shí)施為料位測量儀表的振動檢測器利用以下效應(yīng)振蕩的頻率和 幅度依賴于振蕩元件當(dāng)前的覆蓋度，盡管振蕩元件可以在空氣中自由 地?zé)o衰減地振蕩，但是一旦填充材料上升至部分或完全覆蓋振蕩元件， 振蕩元件就會發(fā)生頻率和幅度改變?；陬A(yù)定的頻率改變(通常，頻 率被測量)，可以關(guān)于達(dá)到容器中填充材料的預(yù)定料位得到明確的推 論。料位測量儀表基本上用于防止過量填充的保護(hù)或者用于防止泵空 轉(zhuǎn)的保護(hù)。振蕩元件的振蕩的衰減也受到填充材料的當(dāng)前密度的影響。于是， 在恒定的覆蓋度下，與填充材料的密度有函數(shù)關(guān)系，從而振動檢測器 最適用于料位和密度確定。在實(shí)踐中，為了監(jiān)控和檢測容器中的填充 材料的料位或密度，利用至少一個壓電元件記錄薄膜的振蕩并將其轉(zhuǎn) 換為電接收信號。然后，分析電子裝置分析電接收信號。在料位確定
的情況中，分析電子裝置監(jiān)控振蕩元件的振蕩頻率和/或振蕩幅度，并 且一旦測量值低于或超過預(yù)定的參考值就用信號通知狀態(tài)"傳感器被 覆蓋"或"傳感器未被覆蓋"。相應(yīng)的向操作人員的報告可以是光學(xué) 的或聲學(xué)的。作為替代或者補(bǔ)充，觸發(fā)切換動作；于是可能打開或關(guān) 閉容器上的入口閥或出口閥。DE 100 22 891公開了發(fā)送/接收單元的一個特別具有優(yōu)點(diǎn)的變型， 利用它， 一方面激勵振動檢測器的薄膜振蕩，另一方面記錄薄膜的振 蕩并將其轉(zhuǎn)換為電信號。在各種情況中都提供兩個發(fā)送和接收電極， 它們基本上為90。扇形片段并且設(shè)置在盤狀壓電元件的同一側(cè)上。壓電 元件自身被均勻極化并具有圓形橫截面。提供轉(zhuǎn)換器用于驅(qū)動壓電元 件。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是以這樣的方式改進(jìn)用于確定和/或監(jiān)控過程變量 的裝置的結(jié)構(gòu)，使得構(gòu)造和電路花費(fèi)盡可能小。這個目的通過以下特征實(shí)現(xiàn)盤狀壓電元件具有至少兩個片段， 它們被基本彼此反向地極化，并且在盤狀壓電元件背離薄膜的一側(cè)上， 施加極性相反的至少兩個電極。于是壓電元件具有兩個片段，它們被 彼此反向極化。然而，極化方向應(yīng)當(dāng)基本垂直于薄膜。另外，這些片 段與極性不同的電極相連。這樣的結(jié)果是，向電極施加交流電壓導(dǎo)致 在片段中交替地出現(xiàn)壓電元件的層厚度縮小和增如。于是片段在電路上串聯(lián)。這樣更大的優(yōu)點(diǎn)是，壓電元件僅僅必須在一側(cè)上被接觸；于 是沒有電極有必要引至并連接至壓電元件的下側(cè)(即，壓電元件朝向 薄膜的一側(cè))。這在裝置尺寸非常小從而留給導(dǎo)體布線空間非常小的 時候非常重要。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，向盤狀壓電元件背離薄膜的一側(cè)施加正好 兩個極性相反的電極。該實(shí)施例在操作和成本上最小化。與此相關(guān)聯(lián)
的是，壓電元件僅具有兩個片段，它們被基本上彼此相反地極化。具 有優(yōu)點(diǎn)地，電極恰好位于片段上方并且一次僅與f個片段電導(dǎo)通。在一個實(shí)施例中，電極基本上形狀相同。這種對稱的實(shí)施例的優(yōu) 點(diǎn)是不可能發(fā)生錯誤的接觸。另外，以這種方式，每次激勵壓電元件 的相等大小的區(qū)域振蕩。在一個實(shí)施例中，電極具有半圓形片段。這是對稱結(jié)構(gòu)的一種特 殊的實(shí)施例，這種結(jié)構(gòu)也可以適用于兩個電極的應(yīng)用。在一個實(shí)施例中，這樣構(gòu)造并設(shè)置電極，使得一個電極環(huán)形圍繞 另一個電極。這個實(shí)施例也可以應(yīng)用于多個電極的情況。優(yōu)選地，一 個電極是圓形的(于是，它是小/內(nèi)圓半徑為零的環(huán)形)，其位于壓電 元件的中部并由其余的電極環(huán)形圍繞。在一個實(shí)施例中，壓電元件在其朝向薄膜的一側(cè)上至少部分提供 了導(dǎo)電涂層。另外，在一個實(shí)施例中，朝向薄膜的一側(cè)與地導(dǎo)電連接。 以這種方式，獲得了壓電元件的片段的串聯(lián)電連接。依賴于裝置的實(shí) 施例，朝向薄膜的一側(cè)也可以直接與外殼導(dǎo)電連接。


現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明，附圖中 圖l是本發(fā)明的裝置的示意圖； 圖2是本發(fā)明的裝置的截面；和 圖3a、 3b和3c是壓電元件的頂視圖。
具體實(shí)施方式
圖l顯示了本發(fā)明的用于確定和/或監(jiān)控容器中介質(zhì)的過程變量的 裝置的示意圖(圖l中沒有特別顯示容器和填充材料)。過程變量可以 是介質(zhì)的料位、密度或粘度。裝置具有基本上圓柱形的外殼。在外殼
的外表面上有用于緊固裝置的螺紋。突出進(jìn)入容器的可振蕩單元l固定 至裝置1的薄膜5。在所示的情況中，可振蕩單元l實(shí)施為音叉的形式； 于是音叉包括固定在薄膜5上并突出迸入容器的彼此相距的兩個振蕩棒。發(fā)送/接收單元6引起薄膜5振蕩，其中發(fā)送單元激勵薄膜5以預(yù)定的 發(fā)射頻率振蕩，接收單元接收可振蕩單元l的回應(yīng)信號。由于薄膜5的 振蕩，可振蕩單元l也振蕩，其中可振蕩單元l接觸填充材料并且存在 到填充材料的質(zhì)量耦合時與可振蕩單元l自由振蕩并且不接觸填充材 料時的振蕩頻率不同。壓電元件的厚度隨著在極化方向上施加的電壓差而改變。如果施 加交變電壓，則厚度振蕩如果厚度增加，則壓電元件的直徑減?。蝗绻催^來，厚度減小，則壓電元件的直徑相應(yīng)增加。由于壓電元件15的這種振蕩特性，電壓差影響夾鉗在外殼內(nèi)的薄膜5的撓曲。由于薄 膜5的振蕩，設(shè)置在薄膜5上的可振蕩單元1的振蕩棒圍繞縱向軸反相振 蕩。控制/分析單元10分析電接收信號。圖2顯示了裝置的截面。顯示的是具有這里顯示的片段18的壓電元 件15，其中片段18被彼此反向地極化(參見指示極化方向的箭頭)。 在片段上方，在壓電元件15背離薄膜的一側(cè)16上是具有不同極性(一 和+ )的電極20。由于片段18的不同極化方向以及電極20的不同符號， 交變電流導(dǎo)致壓電元件15的厚度交替改變。壓電元件15朝向薄膜的一 側(cè)17可以與外殼并從而與地導(dǎo)電連接，或者當(dāng)需要流電隔離是可以在 壓電元件15和薄膜5之間設(shè)置絕緣層。為了接觸朝向薄膜5的一側(cè)17, 還可以圍繞接觸一部分壓電元件15，并因而通過這一部分實(shí)現(xiàn)接地。圖3a至3c顯示了壓電元件背離薄膜的一側(cè)的兩個實(shí)施例(圖3a和 3c)以及朝向薄膜5的一側(cè)的一個實(shí)施例(圖3b)-。在每一情況中，壓 電元件15自身優(yōu)選地為圓形。圖3a顯示了一種變型，其中施加兩個電極 20，它們基本上是半圓形的。在電極之間提供絕緣層21，從而電極20 不短路。在圖3c中， 一個電極20是圓形的或者這個電極是環(huán)厚度等于外 圓半徑的環(huán)形，并且另一電極為環(huán)形。這里，絕緣層21也位于電極之間。圖3b顯示了朝向薄膜的一側(cè)，其優(yōu)選地接地，以實(shí)現(xiàn)壓電元件的 片段的串聯(lián)連接。在朝向薄膜一側(cè)上，施加導(dǎo)電層25。例如，層25是 金屬的。這個朝向薄膜一側(cè)的實(shí)施例可以與另一 側(cè)圖3a的變型以及圖3c 的變型相結(jié)合。
權(quán)利要求
1.用于確定和/或監(jiān)控介質(zhì)的過程變量的裝置，包括固定在薄膜(5)上的可振蕩單元(1)；發(fā)送/接收單元(6)，其激勵薄膜(5)和可振蕩單元(1)振蕩并接收可振蕩單元(1)的振蕩，其中發(fā)送/接收單元(6)是盤狀的壓電元件(15)；和控制/分析單元(10)，其基于可振蕩單元(1)的振蕩監(jiān)控和/或確定過程變量；其特征在于，盤狀壓電元件(15)具有被基本上彼此反向極化的至少兩個片段(18)；并且至少兩個極性相反的電極(20)被施加至盤狀壓電元件(15)背離薄膜(5)的一側(cè)(16)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中在盤狀壓電元件(15)背離 薄膜(5)的一側(cè)(16)上施加正好兩個極性相反的電極(20)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中電極(20)基本上形狀相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中電極(20)具有半圓形片段 的形式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中這樣構(gòu)造并設(shè)置電極 (20),使得一個電極環(huán)形圍繞另一個電極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中壓電元件(15)在其朝向 薄膜(5)的一側(cè)(17)上至少部分具有導(dǎo)電涂層(25)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或6所述的裝置，其中朝向薄膜(5)的一 側(cè)(17)與地導(dǎo)電連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定和/或監(jiān)控介質(zhì)的過程變量的裝置。該裝置包括固定在薄膜(5)上的可振蕩單元(1)；發(fā)送/接收單元(6)，其激勵薄膜(5)和可振蕩單元(1)振蕩并接收可振蕩單元(1)的振蕩。發(fā)送/接收單元(6)是盤狀的壓電元件(15)。該裝置還包括控制/分析單元(10)，其基于可振蕩單元(1)的振蕩監(jiān)控和/或確定過程變量。根據(jù)本發(fā)明，盤狀壓電元件(15)具有基本上彼此反向極化的片段(18)，并且至少兩個極性相反的電極(20)被施加至盤狀壓電元件(15)背離薄膜(5)的一側(cè)(16)上。
文檔編號H01L41/00GK101133304SQ200580006509
公開日2008年2月27日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者謝爾蓋·洛帕京 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司