CN101158596A - 压电式激励的振荡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压电式激励的振荡装置，尤其是充填水平或边界状态测量装置。以往，该压电式激励的振荡装置具有一个可激励振荡的膜片(3)，一个压电式的用于使膜片(3)置于振荡或者用于接收膜片(3)振荡的驱动装置(7)和一个夹紧装置，其中该夹紧装置的第一夹紧部件(8)固定在膜片(3)上或者与膜片(3)一体地构成，并且设置夹紧装置的第二夹紧部件(9)，与第一夹紧部件(8)交替作用地使驱动装置(7)相对于第一夹紧部件(8)相对膜片(3)夹紧。对于这种振荡装置，有利的是，所述第一夹紧部件(8)在驱动装置(7)相对膜片(3)夹紧的接触区域中至少局部包围地固定在膜片(3)上并且第二夹紧部件(9)设计成至少局部反扣和/或包围驱动装置(7)。

Description

压电式激励的振荡装置
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的压电式激励的振荡装置，尤其是充填水平或边界状态测量装置。
背景技术
由DE 100 23 302 A1已知一种压电式激励的振荡装置，它具有一个可激励振荡的膜片、一个压电式的用于使膜片置于振荡的驱动装置和一个夹紧装置。该夹紧装置具有第一夹紧部件，它销子形地固定在膜片上或者可以与膜片一体地构成并且朝驱动装置的方向突出。这个销子在中心穿过驱动装置的一个开孔。此外，该夹紧装置具有第二夹紧部件，它在背面与通过销轴构成为螺栓的第一夹紧装置螺旋连接，用于使驱动装置相对膜片夹紧。由此，第一和第二夹紧部件这样地相互交替作用，使得驱动装置相对于第一夹紧部件相对膜片夹紧。此外，这种振荡装置具有一个套状体，它围绕着驱动装置。从而，这种振荡装置的多为多个固定的驱动部件形式的驱动装置按照目前优选的设计型式通过一个固定在膜片上的拉紧螺栓夹紧到可振荡的膜片上。
按照另一种可选择的设计型式，可以使与膜片外边缘固定连接的这种套状体具有一个内螺纹，通过它，使驱动装置通过旋入的盖部件相对膜片夹紧。
还已知的是，将驱动装置粘接在可振荡的膜片上。此外，例如由EP 11 34 038 A1已知，该驱动装置，通过处在离开于振荡装置的螺栓套管或间隔管的后端区域的螺纹，在要被监控或要被测量的介质方向上顶压膜片。例如由DE 42 01 360 C2已知这样的驱动装置，它们旋紧在穿过膜片加长的振荡叉片之间。
振荡装置的这种结构方式是存在缺陷的，由于作用在振荡装置上的压力和/或施加在其上的温度和/或作用在其上的机械力和/或施加在其上的湿度，会使机械振荡振幅下降。粘接的驱动部件具有所有上述的问题因素。
所有在市场上得到的粘接剂都不适用于超过180℃的温度。不同材料由于压力、温度和机械负荷的膨胀都可能使这种粘接脱离或崩裂。
通过拉紧螺栓旋紧在膜片上的驱动装置的驱动部件在压力负荷下会损失机械振幅，这是因为，压力的影响使振荡膜向后变形，拉紧螺栓同样向后移动并由此使由驱动部件构成的驱动组被卸载。
通过背面安置在接管中的螺纹向前旋紧在膜片上的驱动装置首先是要抵抗振荡装置的机械负荷。如果例如振荡装置的叉尖通过例如粗颗粒的散装物或者其它机械的负荷被顶压开，则也会使驱动组卸载并且使机械振幅下降。温度变换和进入振荡系统的湿气是两个隐患，在它们的作用下，所有上述的驱动形式都同样存在问题。
因此，作用于振荡装置上的压力负荷以及温度变换或者超过250℃的高温和湿气是一个问题。它们在不利的情况下会导致不再或者几乎不再可能测量振荡系统的机械及电的振幅。
发明内容
因此本发明的目的是，这样改进压电式激励的振荡装置，尤其是充填水平或边界状态测量装置，使其不易受到临界范围内的参数诸如压力、温度和湿气的影响。尤其是寻求一个解决方案，能使得驱动装置的驱动组对于机械负荷和压力负荷不敏感并且尽可能方便地从驱动部件中排出湿气。
这个目的通过具有权利要求1特征的压电式激励的振荡装置或者通过具有这种振荡装置的充填水平或边界状态测量装置得以实现。有利的扩展结构是从属权利要求的内容。
据此，优选这样一种压电式激励的振荡装置，具有一个可激励振荡的膜片，以及具有一个压电式的用于使膜片置于振荡或者用于接收膜片振荡的驱动装置和具有一个夹紧装置，其中，该夹紧装置的第一夹紧部件固定在膜片上或者与膜片一体地构成，并且设置夹紧装置的第二夹紧部件，与第一夹紧部件交替作用地使驱动装置相对于第一夹紧部件相对膜片夹紧，并且其中，所述第一夹紧部件在驱动装置相对膜片夹紧的接触区域中至少局部包围地固定在膜片上，并且，第二夹紧部件设计成至少局部反扣和/或包围驱动装置。换言之，所述夹紧装置主要由第一夹紧部件和第二夹紧部件构成，第一夹紧部件固定在膜片上并且在背面方向上这样地突出于膜片，即，使得夹紧部件包围驱动装置或者驱动装置的前端部段，第二夹紧部件与第一夹紧部件啮合并且使驱动装置在第一夹紧部件的壁体之间透穿地相对膜片夹紧。这就使驱动装置能够相对膜片方便地夹紧，其中，两夹紧部件至少局部地包围驱动装置。
优选这样一种振荡装置，在该振荡装置中，所述第二夹紧部件与第一夹紧部件通过各自的螺纹相互旋紧。螺旋连接能够实现驱动装置相对膜片的特别紧密且特别是可再拆卸的夹紧。此外，螺旋连接能够防止湿气进入到夹紧部件与膜片之间的驱动装置的密封轴承。
按照第一实施例，优选地，所述第一夹紧部件作为螺纹具有外螺纹并且第二夹紧部件作为螺纹具有内螺纹。第二夹紧部件相应盖状地如同一个饮料瓶封闭盖那样地构成并且可以从背面旋到第一夹紧部件上。
优选地，按照第二实施例，所述第一夹紧部件作为螺纹具有内螺纹并且第二夹紧部件作为螺纹具有外螺纹。因此，在这个实施例中，第二夹紧部件作为最好扁平的和圆形的物体旋进相应圆柱形构成的夹紧部件内侧里面。这种螺旋连接也能够实现驱动装置相对膜片的特别紧密且方便的夹紧。
优选地，所述第二夹紧部件盖状地构成。盖状结构能够使驱动装置相对膜片密封地夹紧，从而在两个夹紧部件之间的空间里面在其旋紧和必要时密封以后不会从电缆孔进入湿气。
通过一螺旋罩(其作为第二夹紧部件旋到构成第一夹紧部件的螺纹环上面)，使驱动装置的驱动组通过球体或球形支撑部件定心地顶压在膜片上，目前为止是将拉紧螺栓浇铸或焊接在那里的。或者有利地，作为第二夹紧部件，是按照第二实施例的一种旋进的顶压体。唯一的缺陷是比第一实施例的结构高度要高。
优选这种振荡装置，在该振荡装置中，所述第一夹紧部件离开膜片在驱动装置侧旁延伸。在此优选使所述第一夹紧部件圆柱形地构成。尤其圆柱形的第一夹紧部件的这种扩展结构形成了一个向着圆周侧和在膜片方向上包围驱动装置端面壁的空间，它只需在背面通过第二夹紧部件封闭，以防湿气不利地进入驱动装置。
在目前现有的振荡装置中，经由一个定心在膜片且尤其浇铸或焊接在其上的拉紧螺栓来使驱动装置通过一个顶压环顶压到振荡膜片上，与之相比，本优选系统相反地构造。现在，将一个固定安置的螺纹环或者一个与浇铸叉体浇铸或焊接的螺纹环以第一夹紧部件的形式置于松动放置的顶压环的现有直径上。第一夹紧部件在膜片上的连接在第一尝试方案中具有与目前的顶压体相同的直径。这个第一夹紧部件的内部区域有利地同时用作压电式驱动装置的容纳外壳。
优选地，所述驱动装置通过一支撑部件压靠到膜片的中心部段上。使用这种作为驱动装置的组成部分或者附加的部件的支撑部件，能够特别靠近轴线地在驱动装置与膜片之间或者按相反方向在膜片与驱动装置之间的传递振荡。有利地，可以将这种由独立的部件构成的支撑部件也设计为电绝缘的部件，以便能够实现驱动装置与膜片之间的电绝缘，只要期望这种绝缘的话。
尤其优选的是，所述驱动装置通过一个弯曲的、尤其是局部球形的支撑部件压靠到膜片的一个部段上。特别有利的是一个球体或者部分球体作为支撑部件的部段或者作为驱动装置与膜片之间自身的支撑部件，因为这种造型能够实现尽可能小的膜片接触区域并由此实现特别好的振荡传递。在相反的弯曲方向上或者在球形体或椭圆体的情况下，可以选择或者附加地在驱动装置的方向上优化传递点。
所述振荡装置的压力负荷对其本身的机械振幅根本没有影响，这是因为，通过驱动装置的中心顶压点和直接在膜片上的螺旋连接，在驱动装置与膜片之间不允许卸载。
优选地，这种振荡装置具有至少一个与驱动装置相反地固定在膜片上的振荡体。振动体以公知的方式和方法用于加强由膜片传递或者传递到膜片的振荡。
特别优选这样一种实施例，在该实施例中，所述第一夹紧部件在外侧与膜片边缘的间距大于设置在膜片对面一侧上的振荡体与膜片边缘的间距。
由此使叉尖的共同顶压不能够降低机械振幅或者说不使驱动装置卸载。对应部件就是这种情况。叉的相互牵引开也不再这样长时间地处于临界状态，因为通过第一夹紧部件构成的装配环具有一个相对较小的直径，所以不再允许这样大的变形而可能致使驱动装置完全卸载。
优选地，这样的振荡装置具有一个外壳，在外壳上，在端面固定膜片，其中，夹紧部件和驱动装置至少局部地由一个透穿的外壳孔在膜片背面安装。
通过封闭的螺纹环与旋紧的螺旋罩相结合的紧密密封的结构，根本不会有湿气进入到驱动装置里面，而湿气可能有损于这种压电驱动装置。通过将驱动电极的接头孔相应地密封在作为第二夹紧部件的螺旋罩中以及在螺旋罩螺纹中的密封结构，使得驱动装置被紧密地封闭并且对于湿气是不敏感的。通过相应的塑料如PTFE外壳，可以毫无问题地实现结构部件和电极相对于金属振荡叉的绝缘。
由此，能够以最优选的结构设计实现振荡装置与温度、压力和湿气无关的压电式激励，其中，该振荡装置的振荡频率可以通过与介质的接触受到影响。
附图说明
下面借助于附图详细描述实施例。附图中：
图1以剖视图示出充填水平测量装置的优选的压电式激励振荡装置的第一实施例，
图2以剖视图示出充填水平测量装置的优选的压电式激励振荡装置的第二实施例。
具体实施方式
如图1所示，尤其可以作为充填水平或边界状态测量装置使用的振荡装置由许多部件组成。下面仅详细描述那些对于理解优选实施例有意义的部件。相应地，特别是其它部件以及仅仅在优选实施例的组成部分外围所描述的部件，以公知的方式和方法，可以通过功能相同或等效的部件进行替换。
这种振荡装置通常具有一个外壳1，它在其圆周区域具有用于使振荡装置固定在一容器的螺纹孔里面的外壳螺纹2。在外壳1的端面以及在伸进这种容器里面的安装状态，固定一个可激励振荡的膜片3。该膜片3通常通过一个背面的即在外壳1的方向上由凸缘构成的边缘固定在外壳1的端面上，尤其是焊接。在容器的方向上，膜片3带有一振荡体4，该振荡体例如设计为振荡叉。振荡体4通常是永久固定在膜片3上的，特别是焊接在其上。但原则上，振荡体4与膜片3也可以是一体结构。在膜片3的背面，有一外壳孔5穿过外壳1，以便从外面可以将其它部件装在外壳1中并且可以使连接电缆6从驱动装置7向外穿引。在所示实施例中，驱动装置7例如由所谓的单一压电驱动(1-Piezo-Antrieb)组成，但是也可以以其它尤其是公知的方式和方法构成。通常，这种驱动装置7本身由许多单个的部件构成，它们作为由电极和压电式振荡部件组成的驱动组围绕中心轴线X布置。该中心轴线X特别是居中地沿纵向从外向内穿过外壳1和膜片3，其中，振动体4最好以相同的间距围绕中心轴线X设置。
为了能将驱动装置7的振荡传递到膜片3上或者能将振荡从膜片3传递到驱动装置7上(其以常见的方式和方法也暗含地构成一个接收装置)，要使驱动装置7相对膜片3夹紧。通过一个夹紧装置实现驱动装置7相对膜片3的夹紧，该夹紧装置尤其由第一夹紧部件8和第二夹紧部件9构成。
第一夹紧部件8在背面，即伸进外壳孔5里面，固定在膜片3上。尤其可以通过焊接实现该固定。也可以选择一体的膜片3与第一夹紧装置8结构。在此，夹紧装置8是这样构造、确定尺寸和设置的，即，使它与中心轴线X间隔地布置。按照一种特别优选的实施例，夹紧装置8由一个在背面从膜片3突出来或者固定在其上的圆柱形体构成。
在第一夹紧部件8的外圆周上，尤其在其背面的部段中构造有外螺纹10，它能够旋接盖状的具有内螺纹11的第二夹紧部件9。第二夹紧部件9在背面的方向上，即指向外壳1外面的外壳孔5中，具有一个缝隙12，借其可安置用以将第二夹紧部件9旋紧在第一夹紧部件8上的螺丝刀。但也可以采取任意其它形式的结构设计来支持旋紧。为了穿引连接电缆6，该盖状的第二夹紧部件9具有一个或多个电缆孔13。
为了使驱动装置7的背面绝缘，第二夹紧部件9可以由塑料材料构成。但原则上，由导电金属制成的设计方式也是可以的，此时，最好在第二夹紧部件内侧与驱动装置7背面之间安置不导电的材料。
有利地使这种设计实现驱动装置7相对于外部影响的紧密密封，因为，第一夹紧装置8与第二夹紧装置9作为圆柱形或者盖状的物体使驱动装置7密封地包围在其与膜片3之间。最好相应地使电缆孔13在穿过连接电缆6以后相应地通过密封物质密封，从而湿气也不能通过电缆孔13进入驱动装置7的区域中。
为了能够靠近轴线地在驱动装置7与膜片3之间传递振荡，在驱动装置7与膜片3之间设置一个支撑部件14。它例如可以销子形地设置在驱动装置7与膜片3之间。但是特别优选这样的结构设计，其中，支撑部件14或从这个支撑部件在膜片3方向上突出来的部件局部球形或者以其它形状弯曲或球面结构地构成。由此，能够有利地沿着中心轴线X实现驱动装置7与膜片3之间的振荡传递。
按照选择性的设计，也可以从膜片在驱动装置7的方向上，即在相反弯曲的方向上，设置一个这样的支撑部件。作为其它举例的选择，可以在驱动装置7与膜片3之间在中心轴线X区域有利地安装一个球形物体或者椭圆形物体，用以在驱动装置与膜片之间传递振荡。
按照借助于图2所示的实施例，说明另一种作为选择方案的夹紧装置结构设计。通用的其它部件参阅按照图1的实施例结构。
该夹紧装置同样由第一和第二夹紧部件8*，9*组成。但是与第一实施例不同的是，第二实施例的第一夹紧部件8*具有内螺纹10*作为螺纹，而第二夹紧部件9*相应地具有外螺纹11*作为螺纹。因此，如同第一实施例那样，按照第二实施例第一和第二夹紧部件8*，9*也可以相互旋紧，其中，第二夹紧部件9*作为基本上扁平且圆形的部件在背面旋进第一夹紧部件8*的圆柱形体中。
按照其它的未示出的示例性实施形式，也可以实现用于夹紧第一与第二夹紧部件的其它夹紧机构。例如，代替螺纹，可以设置卡锁连接，它在一个夹紧部件上具有一个或多个卡锁齿，而在另一夹紧部件上具有用于容纳卡锁齿的相应的槽。
代替圆柱形体，也可以使第一夹紧部件由两个或多个从膜片伸出来的连接条构成。
第二夹紧部件也不必一定是罐形或者封闭的盖板形式。就此而言，第二夹紧部件例如可以构造有完全或局部的环形圆周和在环形圆周内部的轮辐式支撑。第二夹紧部件也不必一定包围驱动装置的背面。例如也可以是这样一种结构设计，其中，第二夹紧部件反扣住侧面从驱动装置部件突出的凸起。
毫无疑问，该设计并非只是所示的单一压电驱动(1-Piezo-Antrieb)，而是也可以构造为多重压电驱动(Mehrfach-Piezo-Antrieb)，尤其是双重压电驱动(2-Piezo-Antrieb)。

Claims (13)

1.压电式激励的振荡装置，具有：
-一个可激励振荡的膜片(3)，
-一个压电式的用于使膜片(3)置于振荡或者用于接收膜片(3)振荡的驱动装置(7)和
-一个夹紧装置，其中该夹紧装置的第一夹紧部件(8；8*)固定在膜片(3)上或者与膜片(3)一体地构成，并且设置夹紧装置的第二夹紧部件(9；9*)，与第一夹紧部件(8；8*)交替作用地使驱动装置(7)相对于第一夹紧部件(8；8*)相对膜片(3)夹紧，其特征在于，
-所述第一夹紧部件(8；8*)在驱动装置(7)相对膜片(3)夹紧的接触区域中至少局部包围地固定在膜片(3)上，并且
-所述第二夹紧部件(9；9*)设计成至少局部反扣和/或包围驱动装置(7)。
2.如权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，所述第二夹紧部件(9；9*)和第一夹紧部件(8；8*)可通过各自的螺纹相互旋紧。
3.如权利要求2所述的振荡装置，其特征在于，所述第一夹紧部件(8)作为螺纹具有外螺纹(10)，而所述第二夹紧部件(9)作为螺纹具有内螺纹(11)。
4.如权利要求2所述的振荡装置，其特征在于，所述第一夹紧部件(8*)作为螺纹具有内螺纹(10*)，而所述第二夹紧部件(9*)作为螺纹具有外螺纹(11*)。
5.如权利要求3或4所述的振荡装置，其特征在于，所述第二夹紧部件(9；9*)盖状地构成
6.如上述权利要求中任一项所述的振荡装置，其特征在于，所述第一夹紧部件(8；8*)离开膜片在驱动装置(7)侧旁延伸。
7.如权利要求6所述的振荡装置，其特征在于，所述第一夹紧部件(8；8*)圆柱形地构成。
8.如上述权利要求中任一项所述的振荡装置，其特征在于，所述驱动装置(7)通过一支撑部件(14)压靠到膜片(3)的中心部段上。
9.如上述权利要求中任一项所述的振荡装置，其特征在于，所述驱动装置(7)通过一个弯曲的、尤其是局部球形的支撑部件(14)压靠到膜片(3)的一个部段上。
10.如上述权利要求中任一项所述的振荡装置，具有至少一个与驱动装置(7)相反地固定在膜片(3)上的振荡体(4)。
11.如权利要求10所述的振荡装置，其特征在于，所述第一夹紧部件(8；8*)在外侧与膜片(3)边缘的间距大于设置在膜片(3)对面一侧上的振荡体(4)与膜片边缘的间距。
12.如上述权利要求中任一项所述的振荡装置，其作为充填水平测量装置或者边界状态测量装置的部件。
13.如上述权利要求中任一项所述的振荡装置，具有一个外壳(1)，在该外壳上，在端面固定所述膜片(3)，其中，夹紧部件(8，9；8*，9*)和驱动装置(7)至少局部地由一个透穿的外壳孔(5)在膜片(3)背面安装。
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