振动元件设备 技术领域 本发明涉及新颖形式的振动元件设备， 并且特别地， 已经设计为提供一种振动叉 型流体液位传感器， 其用在经受或可以经受快速的温度变化。 然而， 本领域技术人员将会理 解， 本发明还可以适用于构造为测量密度和 / 或粘性的振动元件设备。
背景技术 包括一个或多个振动元件的各种形式的设备在工厂或过程控制领域中是熟知的， 一个例子为接触式流体液位传感器。 典型接触式流体传感器包括安装在隔膜上的一对间隔 开的尖叉， 隔膜又限定中空圆柱体的一端。尖叉设置为以给定频率 ( 通常为它们的共振频 率 ) 振动， 并且振动通常受到隔膜中心的借助于位于该中空体内的压缩压电元件叠层的移 位的影响， 并由循环电压驱动。当振动中的尖叉由流体接触时， 它们振动的频率出现变化。 通过检测这种频率变化， 人们可以确定升高的流体液位接触尖叉的时间。 同样地， 人们可以 检测流体液下降到尖叉水平以下的时间。
在英国专利 No.2 150 292 中描述了这种类型的接触式液位传感器的早期例子。 在这种装置中， 由压电元件、 绝缘体和连接器构成的叠层通过安装在连接件中的压紧螺钉 压在隔膜的内侧或背侧， 该连接件在所述叠层的远离隔膜的那一端上延伸。间隔开的尖叉 从隔膜的外侧或前侧延伸， 所述隔膜形成其中设置压电叠层的中空体的一端。
连接件依次安装在从隔膜内侧延伸的一对间隔开的杆状支架上， 并且还设置在中 空体内。
当叠层中的压电元件经受循环驱动电压时， 其在压紧螺钉和隔膜之间膨胀和收 缩， 使隔膜变形， 并使尖叉振动。现有设计存在的问题是， 在制造时， 叠层逐件组装到设备 中。这种过程有点是劳动密集的， 并且一旦组装， 如果在压电叠层组件中出现故障， 该设备 本身不适于修理， 特别是现场修理。 如果压电叠层中的任何部件出现故障， 则整个设备或者 被拆除并更换， 或者被拆除并返回服务设施处修理。 无论哪一种情况， 传感器和设备之间的 密封必须被破坏， 并且传感器被从它的运行环形中拆除。 在明显多的情况中， 这种类型的设 备安装在经受严格检查和控制的工业装置中。如果由于任何原因拆除装置， 当该装置被更 换或重新安装时， 在可以重建正常操作之前， 必须对该设备进行检查和通过。 另一个问题是 由该传感器服务的设备可能在拆除传感器之前必须排空。无论哪一种情况， 传感器故障不 可避免地造成延误和费用支出， 并且还可能引起健康和安全问题。
本发明的目标是解决上述问题， 或者提供可适用于液位检测仪器的方法和 / 或设 备， 其将至少提供新颖和有用的选择。
发明内容
因此， 在一个方面中， 本发明提供了一种形成振动元件设备的方法， 所述设备包 括：
壁部， 具有内表面和外表面 ；隔膜， 限定和封闭所述壁部的一端， 所述隔膜具有内表面和外表面， 所述壁部和所 述隔膜的内表面限定中空体 ；
一个或多个振动元件， 从所述隔膜的外表面延伸 ；
叠层， 由包括一个或多个压电元件的部件组成， 所述叠层定位在所述中空体内 ； 和
压缩装置， 可操作地将所述叠层压在所述隔膜的内表面上 ；
所述方法的特征在于， 它包括将所述叠层构造为局部装配件。
优选地， 所述方法包括将所述压缩装置的至少一部分定位在所述局部装配件内。
优选地， 所述方法还包括将一个或多个热补偿元件安装在所述局部装配件内。
在第二方面中， 本发明提供了一种振动元件设备， 所述设备包括 ：
壁部， 具有内表面和外表面 ；
隔膜， 限定和封闭所述壁部的一端， 所述隔膜具有内表面和外表面， 所述壁部和所 述隔膜的内表面限定中空体 ；
一个或多个振动元件， 从所述隔膜的外表面延伸 ；
叠层， 由包括一个或多个压电元件的部件组成， 所述叠层定位在所述中空体内 ； 和
压缩装置， 可操作地将所述叠层压在所述隔膜的内表面上 ； 所述设备的特征在于， 所述叠层包括在局部装配件中， 所述局部装配件可设置在 所述中空体中和从所述中空体中可拆除。
优选地， 所述局部装配件还包括所述压缩装置的至少一部分。
优选地， 所述局部装配件还包括至少一个热补偿元件。
优选地， 所述局部装配件包括容纳包括在所述叠层中的部件的载重架。
优选地， 所述载重架包括用于容纳与所述压电元件电接触的导线的通道。
一旦阅读了接下来的描述， 以本发明可以实现的方式进行多种变化将它们本身呈 现给本领域技术人员。 所述描述不应当认为是限制， 而仅是实现本发明的一种方式的说明。 无论是否具体提及， 只要合适， 任何元件或组件都应当理解为包括其任何或所有等同物。
附图说明 现在将参照附图， 描述用于使本发明实现的一种方法和设备， 在附图中 ：
图 1 示出穿过根据本发明的接触式液位传感器形式的振动元件设备的示意性截 面， 为了清楚起见省略了一些组件 ；
图 2 示出结合在图 1 中示出的设备中的壳体的等距视图 ；
图 3 示出结合在图 1 中示出的设备中的组合件或叠层的等距视图 ；
图 4 示出用于图 3 中示出的组合件或叠层的载重架的一半的等距视图， 该载重架 位于图 1 中示出的设备内 ；
图 5 示出图 3 中示出的位于图 4 中示出的部件内的组合件或叠层的等距视图 ； 以 及
图 6 示出了通过将盖子部件与图 5 中示出的组合件或叠层接合而形成的完整局部 装配件的等距视图。
具体实施方式
本发明提供了一种新颖形式的振动元件设备， 在在此描述的实施方式的情况中， 其中音叉型液位检测传感器 10， 并提供了形成该传感器的方法。然而， 将会认识到， 类似构 造的装置可以用来测量密度和 / 或粘性。
在熟知的方式中， 设备 10 包括隔膜 11， 其与圆筒形壁部 12 一体形成， 并封闭圆筒 形壁部 12 的一端。隔膜具有内表面 14 和外表面 15。一对尖叉 17 从外表面 15 上延伸。
壁部 12 具有内表面 18 和外表面 19。隔膜的内表面 14 和壁部的内表面 18 结合起 来限定中空体 20。
位于中空体 20 中的是一个或多个压电元件， 与衬垫、 绝缘体、 连接器等结合， 其包 括借助于压缩装置， 优选借助于压紧螺钉 24 保持为压紧在隔膜的内表面 14 上的组合件或 叠层 22。 到至此描述的程度， 该设备完全是常规的。 通过将循环电压施加至压电元件， 使隔 膜 11 周期性地变形， 依次使尖叉 17 振动。
虽然不是本发明实施方式的本质内容， 如在此描述的那样， 叠层 22 设置在壳体 25 内， 压紧螺钉 24 螺纹安装在壳体 25 的远离隔膜 11 的那一端处。可以看出， 壳体 25 设置在 中空体 20 内， 但在壁部 12 的内表面 18 内， 并靠近隔膜 11 和壁部 12 之间的接合处， 固定至 内表面 18。结果， 当经受快速的温度变化时， 壁部 12 的轴向膨胀或收缩将不使压电叠层 22 上的压紧改变至设备停止运行的程度 - 或者因为所述压紧降低到不允许尖叉振动的程度， 或者增加至压碎和破坏压电元件的程度， 或者将压紧部件过压到这样一种程度， 当温度再 次升高时， 压缩部件不再将所要求的压缩力施加在叠层 22 上。
现在参照图 2， 壳体 25 由从公共套环 28 的一侧延伸的多个支腿 27 限定。位于每 个支腿 27 的自由端处的是固定面部分 29， 壳体借助于固定面部分 29 固定到壁部 12 的内表 面 18 上。
将注意到， 图 2 中示出的壳体 25 设置有延伸其整个长度的狭槽 30， 下文将详细描 述狭槽的目的。
在我们的共同未决英国专利申请 No 0803899.4 中可以找到壳体 25 的更完整的描 述， 以及壳体装配到中空体 20 中的方式。
在示出的形式中， 叠层 22 包括压电元件 32、 33 和 34、 绝缘片 35、 36 和 37、 以及用 于载送至和来自压电元件的电信号的多个传导连接器 38。
根据本发明的一个方面， 叠层 22 以及与至少一个热补偿元件相关联， 热补偿元件 承受同一温度梯度， 选择性地膨胀或收缩到大于叠层中的部件的程度。如 WO 01/95667 中 所示， 如果叠层 22 被压在直接安装在外壁部 12 中的压紧螺钉和隔膜 11 之间， 热补偿元件 将补偿外壁部 12 的轴向膨胀。然而， 如随附的附图所示， 如果叠层 22 安装在壳体 25 内， 则 热补偿元件将补偿壳体 25 的任何轴向膨胀。无论为叠层选择哪一种替换支架结构， 热补偿 元件的设置确保施加至叠层 22 的压紧基本上保持恒定， 至少达到允许仪器保持在约 -70℃ 和约 +260℃之间的温度中运行。
如图 1 和 3 所示， 有利的是设置两个热补偿元件 39 和 40， 在叠层 22 的任一端各 一个。元件 39 和 40 优选包括铝合金插塞， 插塞 39 用来将叠层 22 安装在隔膜 11 上， 而插 塞 40 用于相对于压紧螺钉 24 安装叠层 22。 各个插塞的尺寸可以根据制造它们所采用的材 料、 叠层部件的膨胀 / 收缩特性、 叠层支架结构的配置和材料成分、 以及期望该设备适应的温度范围凭经验确定。
根据附图中示出的实施方式的另一方面， 叠层和热补偿元件 ( 如果合适 ) 保持在 局部装配件或模块中， 使得能够在制造时准备设备的组装， 并且如果在使用中出现故障， 能 够在单个步骤中并作为单一单元准备叠层部件的更换。
如可以看到的那样， 叠层优选安装在载重架中， 载重架完整形式在图 6 中的 44 处 示出。如从图 4 和 5 中更清楚地看到的那样， 载重架 44 设置成两半， 一半 42 在图 4 和 5 中 示出， 另一半 43 在图 6 中示出。这两半 42 和 43 基本上相互成镜像。
参照图 4， 一半载重架 42 包括用于容纳叠层 22 以及温度补偿元件 39 和 40 的第一 空腔 45， 空腔 45 一端在套环 46 中终止， 当两半载重架 42 和 43 结合时， 套环 46 限定下部温 度补偿元件 39 突出穿过的下部孔 47。在空腔的后面 45 设置了其中容纳压紧螺钉 24 的空 间 48， 空间 48 大小形成为松散地容纳螺钉 24， 但允许螺钉相对于载重架 44 旋转。空间 48 的远边由连接板 49 限定， 连接板 49 与一半载重架 43 上的相同的构件结合， 以限定围绕从 压紧螺钉 24 上突出的塞子 51 的套环 50。
从图 4 至 6 还将注意到， 载重架 44 包括沿着其一个边缘延伸的隆起 52。如在图 4 和 5 中可以看到的那样， 限定在隆起 52 内部的是容纳固定至连接器 38 的导线 54 的通道 53， 导线 54 将压电元件 32、 33 和 34 连接至传感器电子设备 ( 未示出 )。优选叶片 55 形成 在内表面上， 以在导线 54 固定至连接器 38 的位置隔开各条导线 54， 从而避免短路。 在组装时， 导线 54 首先固定至连接器 38。叠层 22、 温度补偿部件 39 和 40、 以及压 紧螺钉 24 随后铺设在布置在一半载重架 42 中， 导线 54 位于通道 53 中。随后使一半载重 架 43 到位并与一半载重架 42 接合， 以限定局部装配件 44。
当组装设备时， 局部装配件 44 提供到壳体 25 上， 隆起 52 与狭槽 30 对准。随后局 部装配件 44 轴向向下穿入到壳体 25 中， 直到压紧螺钉 24 的螺纹外表面可以与套环 28 的 螺纹内表面接合。随后采用的适合设置在塞子 51 的端面上的转动配置的工具将压紧螺钉紧 固在壳体 25 内。以举例的方式， 这可以为艾伦内六角扳手 (Allen key)、 套筒扳手或螺丝刀。
如果局部装配件 44 的一个部件出现故障， 则压紧螺钉 24 松开， 以允许取出并更换 整个局部装配件 44。
壳体部分 42 和 43 优选由塑性材料模制。在在此描述的实施方式中的情况中， 考 虑到需要适应的温度变化， 壳体部分 42 和 43 由 30％玻璃填充的聚醚醚酮 (PEEK) 材料模 制。本领域技术人员将容易发现其它适合的材料范围。
因此， 将会认识到， 至少在在此描述的可用实施方式的情况中， 本发明提供了预定 液位检测传感器， 至少在刚刚描述的实施方式的情况中， 该预定液位检测传感器构造为允 许压电元件在现场容易更换， 且不破坏其中安装该装置的设备的整体性， 或不要求将该设 备排空。