CN100529689C - 用于确定和/或监控过程变量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定和/或监控介质的过程变量的装置。该装置包括：固定在薄膜(5)上的可振荡单元(1)；发送/接收单元(6)，其激励薄膜(5)和可振荡单元(1)振荡并接收可振荡单元(1)的振荡。发送/接收单元(6)是盘状的压电元件(15)。该装置还包括控制/分析单元(10)，其基于可振荡单元(1)的振荡监控和/或确定过程变量。根据本发明，盘状压电元件(15)具有基本上彼此反向极化的片段(18)，并且至少两个极性相反的电极(20)被施加至盘状压电元件(15)背离薄膜(5)的一侧(16)上。

Description

用于确定和/或监控过程变量的装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定和/或监控介质的过程变量的装置。该装置包括：固定在薄膜上的可振荡单元；发送/接收单元，其激励薄膜和可振荡单元振荡并接收可振荡单元的振荡。发送/接收单元是盘状的压电元件。该装置还包括控制/分析单元，其基于可振荡单元的振荡监控和/或确定过程变量。过程变量例如是介质的料位、密度或粘度。
背景技术
已知具有至少一个振荡元件的装置，即所谓的振动检测器用于检测或监控容器中填充材料的料位。振荡元件通常是至少一个振荡棒，其紧固至薄膜。通过电动机械换能器，例如压电元件激励薄膜。由于薄膜的振荡，紧固至薄膜的振荡元件也振荡。
实施为料位测量仪表的振动检测器利用以下效应：振荡的频率和幅度依赖于振荡元件当前的覆盖度，尽管振荡元件可以在空气中自由地无衰减地振荡，但是一旦填充材料上升至部分或完全覆盖振荡元件，振荡元件就会发生频率和幅度改变。基于预定的频率改变(通常，频率被测量)，可以关于达到容器中填充材料的预定料位得到明确的推论。料位测量仪表基本上用于防止过量填充的保护或者用于防止泵空转的保护。
振荡元件的振荡的衰减也受到填充材料的当前密度的影响。于是，在恒定的覆盖度下，与填充材料的密度有函数关系，从而振动检测器最适用于料位和密度确定。在实践中，为了监控和检测容器中的填充材料的料位或密度，利用至少一个压电元件记录薄膜的振荡并将其转换为电接收信号。然后，分析电子装置分析电接收信号。在料位确定的情况中，分析电子装置监控振荡元件的振荡频率和/或振荡幅度，并且一旦测量值低于或超过预定的参考值就用信号通知状态“传感器被覆盖”或“传感器未被覆盖”。相应的向操作人员的报告可以是光学的或声学的。作为替代或者补充，触发切换动作；于是可能打开或关闭容器上的入口阀或出口阀。
DE 100 22 891公开了发送/接收单元的一个特别具有优点的变型，利用它，一方面激励振动检测器的薄膜振荡，另一方面记录薄膜的振荡并将其转换为电信号。在各种情况中都提供两个发送和接收电极，它们基本上为90°扇形片段并且设置在盘状压电元件的同一侧上。压电元件自身被均匀极化并具有圆形横截面。提供转换器用于驱动压电元件。
发明内容
本发明的目的是以这样的方式改进用于确定和/或监控过程变量的装置的结构，使得构造和电路花费尽可能小。
这个目的通过以下特征实现：盘状压电元件具有至少两个片段，它们被基本彼此反向地极化，并且在盘状压电元件背离薄膜的一侧上，施加极性相反的至少两个电极。于是压电元件具有两个片段，它们被彼此反向极化。然而，极化方向应当基本垂直于薄膜。另外，这些片段与极性不同的电极相连。这样的结果是，向电极施加交流电压导致在片段中交替地出现压电元件的层厚度缩小和增加。于是片段在电路上串联。这样更大的优点是，压电元件仅仅必须在一侧上被接触；于是没有电极有必要引至并连接至压电元件的下侧(即，压电元件朝向薄膜的一侧)。这在装置尺寸非常小从而留给导体布线空间非常小的时候非常重要。
在一个优选实施例中，向盘状压电元件背离薄膜的一侧施加正好两个极性相反的电极。该实施例在操作和成本上最小化。与此相关联的是，压电元件仅具有两个片段，它们被基本上彼此相反地极化。具有优点地，电极恰好位于片段上方并且一次仅与一个片段电导通。
在一个实施例中，电极基本上形状相同。这种对称的实施例的优点是不可能发生错误的接触。另外，以这种方式，每次激励压电元件的相等大小的区域振荡。
在一个实施例中，电极具有半圆形片段。这是对称结构的一种特殊的实施例，这种结构也可以适用于两个电极的应用。
在一个实施例中，这样构造并设置电极，使得一个电极环形围绕另一个电极。这个实施例也可以应用于多个电极的情况。优选地，一个电极是圆形的(于是，它是小/内圆半径为零的环形)，其位于压电元件的中部并由其余的电极环形围绕。
在一个实施例中，压电元件在其朝向薄膜的一侧上至少部分提供了导电涂层。另外，在一个实施例中，朝向薄膜的一侧与地导电连接。以这种方式，获得了压电元件的片段的串联电连接。依赖于装置的实施例，朝向薄膜的一侧也可以直接与外壳导电连接。
附图说明
现在根据附图详细解释本发明，附图中：
图1是本发明的装置的示意图；
图2是本发明的装置的截面；和
图3a、3b和3c是压电元件的顶视图。
具体实施方式
图1显示了本发明的用于确定和/或监控容器中介质的过程变量的装置的示意图(图1中没有特别显示容器和填充材料)。过程变量可以是介质的料位、密度或粘度。装置具有基本上圆柱形的外壳。在外壳的外表面上有用于紧固装置的螺纹。突出进入容器的可振荡单元1固定至装置1的薄膜5。在所示的情况中，可振荡单元1实施为音叉的形式；于是音叉包括固定在薄膜5上并突出进入容器的彼此相距的两个振荡棒。发送/接收单元6引起薄膜5振荡，其中发送单元激励薄膜5以预定的发射频率振荡，接收单元接收可振荡单元1的回应信号。由于薄膜5的振荡，可振荡单元1也振荡，其中可振荡单元1接触填充材料并且存在到填充材料的质量耦合时与可振荡单元1自由振荡并且不接触填充材料时的振荡频率不同。
压电元件的厚度随着在极化方向上施加的电压差而改变。如果施加交变电压，则厚度振荡：如果厚度增加，则压电元件的直径减小；如果反过来，厚度减小，则压电元件的直径相应增加。由于压电元件15的这种振荡特性，电压差影响夹钳在外壳内的薄膜5的挠曲。由于薄膜5的振荡，设置在薄膜5上的可振荡单元1的振荡棒围绕纵向轴反相振荡。控制/分析单元10分析电接收信号。
图2显示了装置的截面。显示的是具有这里显示的片段18的压电元件15，其中片段18被彼此反向地极化(参见指示极化方向的箭头)。在片段上方，在压电元件15背离薄膜的一侧16上是具有不同极性(-和+)的电极20。由于片段18的不同极化方向以及电极20的不同符号，交变电流导致压电元件15的厚度交替改变。压电元件15朝向薄膜的一侧17可以与外壳并从而与地导电连接，或者当需要流电隔离是可以在压电元件15和薄膜5之间设置绝缘层。为了接触朝向薄膜5的一侧17，还可以围绕接触一部分压电元件15，并因而通过这一部分实现接地。
图3a至3c显示了压电元件背离薄膜的一侧的两个实施例(图3a和3c)以及朝向薄膜5的一侧的一个实施例(图3b)。在每一情况中，压电元件15自身优选地为圆形。图3a显示了一种变型，其中施加两个电极20，它们基本上是半圆形的。在电极之间提供绝缘层21，从而电极20不短路。在图3c中，一个电极20是圆形的或者这个电极是环厚度等于外圆半径的环形，并且另一电极为环形。这里，绝缘层21也位于电极之间。图3b显示了朝向薄膜的一侧，其优选地接地，以实现压电元件的片段的串联连接。在朝向薄膜一侧上，施加导电层25。例如，层25是金属的。这个朝向薄膜一侧的实施例可以与另一侧图3a的变型以及图3c的变型相结合。

Claims (5)

1.用于确定和/或监控介质的过程变量的装置，包括：固定在薄膜(5)上的可振荡单元(1)；发送/接收单元(6)，其激励薄膜(5)和可振荡单元(1)振荡并接收可振荡单元(1)的振荡，其中发送/接收单元(6)是盘状的压电元件(15)；和
控制/分析单元(10)，其基于可振荡单元(1)的振荡监控和/或确定过程变量；
其特征在于，
盘状压电元件(15)具有被基本上彼此反向极化且串联连接的两个片段(18)；
两个极性相反的电极(20)被施加至盘状压电元件(15)背离薄膜(5)的一侧(16)上；
压电元件(15)在其朝向薄膜(5)的一侧(17)上至少部分具有导电涂层(25)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中电极(20)基本上形状相同。
3.根据权利要求2所述的装置，其中电极(20)具有半圆形片段的形式。
4.根据权利要求1所述的装置，其中这样构造并设置电极(20)，使得一个电极环形围绕另一个电极。
5.根据权利要求1所述的装置，其中朝向薄膜(5)的一侧(17)与地导电连接。
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