[发明专利]振动元件设备

说明书

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，压电元件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并设置在中空体内的一对间隔开的杆状支架上。当压电叠层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。

将会认识到，如果隔膜要为杆状支架提供安装点，则它必须相对结实。这种要求与隔膜相对较薄且因此要求最低的能量施加至压电元件以建立尖叉的振动的通常要求矛盾。

在已公开的国际专利申请WO 01/95667中示出了解决后一种要求的装置的形式。在这种装置中，压电叠层通过插塞压靠在隔膜的内表面上。插塞在其外围具有螺纹，其接合设置在中空体的内表面上的对应的螺纹。通过使插塞相对于中空体旋转，压电叠层上的压紧可以被建立，如果必要，可以被调节。这种配置优选在仪器在基本恒定的温度下运行时进行的非常好。然而，如果仪器受到大的温度变化，则隔膜和插塞连接的壁部将对温度变化起反应，达到比容纳在该仪器内的元件(特别是压电叠层)大的程度。更特别地，如果环境受到明显的温度升高，则壁部将膨胀。这将使施加至压电叠层的压缩力降低，可能降低到仪器不再起作用的程度。如果环境温度明显降低，则壁部将收缩。这将增加施加至压电叠层的压缩力，并且可能通过压碎损坏压电元件。可替换地，或者此外，降低的温度可能引起提供夹紧力的部件变为被过压，并且放松了它们在温度再次增加时维持所要求的夹紧力的能力。

在美国专利US6,644,116中特别解决了经受快速温度变化的这种类型的装置的问题。在该专利中描述的装置结合从外壁向内间隔开的套筒，以形成用于压紧螺钉或的插塞的座架。在一种实施方式中，套筒安装在隔膜的内表面上，因此具有与上述UK 2 150 292相关联的相同的缺点。在第二优选实施方式中，隔膜和外壁设置为分离部件。围绕套筒的一端形成的套环位于隔膜和壁部之间，这三个部件随后焊接在一起。这种配置在将压紧螺钉与膨胀或收缩的外壁分开方面是有效的，但由于本体本身与隔膜隔开，由所述壁/隔膜单元限定的本体的固有完整性丧失了，所产生的装置必须经受压力测试，以确保结实目的。

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，与所述壁部一体地形成，并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；

一个或多个压电元件，设置在所述中空体内；和

压缩装置，可操作地将所述一个或多个压电元件压在所述隔膜的内表面上；

所述方法的特征在于，提供可设置在所述中空体内的壳体，从所述壁部向内间隔开，以用作所述压缩装置的座架，并且

所述壳体靠近所述壁部和所述隔膜之间的连接处固定至所述壁部的内表面。

优选地，该方法还包括为所述壳体设置形状形成为与所述壁部的所述内表面一致的一个或多个固定面部分。

优选地，该方法还包括构造所述壳体，使得在组装时，所述固定面部分抵抗所述壳体的固有弹性移位，以允许所述壳体装配到所述中空体内。