CN102575956A - 料位测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种料位测量装置(1)，其包括：膜(2)，所述膜(2)以如下的方式放置在管状壳体(3)的两个端部区域中的一个上，即所述膜(2)在所述端部区域密封壳体(3)；可振荡单元(14)，所述可振荡单元(14)放置在膜(2)背向壳体(3)的一侧；驱动器/接收器单元(4)，所述驱动器/接收器单元(4)由堆叠布置的多个压电元件(5)构成，其中所述驱动器/接收器单元(4)以如下的方式经由压力螺钉单元(6)放置在壳体(3)中，即所述驱动器/接收器单元(4)在壳体(3)的纵向轴线(7)的方向上在膜(2)和压力螺钉单元(6)之间振荡，从而经由膜(2)激励可振荡单元(14)进行振荡；控制/评估单元，所述控制/评估单元评估可振荡单元(14)振荡的振幅、频率和/或相位；和温度传感器(8)，所述温度传感器(8)用于确定介质的温度。本发明包括：温度传感器(8)整合到料位测量装置(1)元件(12，9，6)中，所述元件(12，9，6)经由膜(2)或壳体(3)与介质热接触，其中所述元件(12，6，9)被选择为使可振荡单元(14)不被温度传感器(8)削弱地振荡。

Description

料位测量装置
技术领域
本发明涉及一种料位测量装置，该料位测量装置包括：膜，该膜以如下方式放置在管状壳体的两个端部区域中的一个上，即其在所述端部区域密封壳体；可振荡单元，该可振荡单元放置在膜背向壳体的一侧；驱动器/接收器单元，该驱动器/接收器单元由多个堆叠布置的压电元件构成，其中驱动器/接收器单元经由压力螺钉以如下的方式放置在壳体中，即其在壳体的纵向轴线方向上在膜和压力螺钉之间振荡，由此其经由膜激励可振荡单元以执行振荡；控制/评估单元，该控制/评估单元评估可振荡单元的振荡的振幅、频率和/或相位；和温度传感器，该温度传感器用于确定介质的温度。可振荡单元例如是振荡叉。
背景技术
已知电子振动测量装置用于确定预定料位的达到或用于监测容器中的液体或粒状材料的最小或最大料位等用途。为了确定是否已到达某个限制料位，电子振动测量装置被放置在容器中的对应高度处。
电子振动测量装置通常具有两个杆，这两个杆被布置成类似叉的叉尖并且经由驱动单元的膜激励成在共振频率下反相振荡。在这种情况下，驱动经由压电元件提供。如果振荡系统由被测介质覆盖，则振荡会衰减，其中在粒状材料的情况中，基本上评估振幅变化；并且在液体的情况中，基本上评估频率变化。这样的电子振动测量装置可以在Liquiphant(用于液体)和Soliphant(用于粒状材料)的商标下从受让人得到。Liquiphant测量装置的构造例如在EP 1261437 B1中有所描述。
也可以用这样的电子振动测量装置确定被测介质的密度。液体的密度越高，共振频率越小。然而，共振频率具有温度依赖性，这使得为了精确确定密度，还必须确定介质的温度。此外，已经知道各种类型的应用，在这些应用的情况中，除了料位之外，还必须确定工艺温度。
这些年来，已经可以例如通过经由单独的工艺连接件从外部，即在料位以外，将附加的温度传感器或密度测量装置引入到容器内来进行温度测量。对于温度补偿的密度测量，温度传感器与密度测量装置一起连接到评估计算机。使用两个单独的测量装置的缺点是，除了增加成本之外，每个附加的工艺连接件还带来在工艺的密封和卫生方面的额外风险。
由于机械原因，将温度传感器直接安装在膜上或振荡叉上是不可能的，因为这样会在其功能能力方面对振荡系统产生不良影响。由于压电驱动器/接收器单元的安装的类型，将温度传感器整合到料位测量装置的壳体内是困难的。这是使用施加压力的螺钉单元从壳体背向可振荡单元的一侧来进行的。如果温度传感器固定在壳体壁上，则意味着对螺钉单元的螺纹连接的阻碍。
从DE 102006007199 A1已知一种振动限制开关装置，在该装置的情况中，在例如可振荡单元和发送/接收单元之间的区域中放置有温度确定单元。该专利未示出发送/接收单元和可振荡单元之间的耦合如何跨过温度传感器进行，因此人们想知道向可振荡单元的机械振荡传输如何在不削弱的情况下进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子振动料位测量装置，利用该装置可另外确定被测介质的温度，而不使振荡系统变差。
该目的通过包括将温度传感器整合到料位测量装置元件中的特征实现，该元件经由膜或壳体与介质热接触，其中该元件被选择为使可振荡单元不被温度传感器削弱地振荡。
由于温度传感器被整合到料位测量装置的已有元件中，其不是完全补充的部件。因此，带有温度传感器的料位测量装置的构造仅在以下特征方面不同于不带温度传感器的料位测量装置的构造：某个元件被带有温度传感器的相似元件替代，并且存在用于电接触温度传感器的附加的连接线。这有利于制造并提供了另外的优点，即在料位测量装置中不需要额外的地方来用于温度传感器。其中整合了温度传感器的元件优选地位于驱动器/接收器单元附近，其中所述附近包括处于可振荡单元和压力螺钉单元之间的测量装置的区域。在这种情况下，压力螺钉单元包括在所述附近内。原则上，其温度调节至介质温度的任何现有的料位测量装置元件都适于容纳温度传感器。在确定介质温度的过程中，可以将介质温度和温度传感器位置处的温度之间的微小偏差考虑进去，如果已知偏差的话。通过用与该偏差相对应的公式校正被测温度值，消除了存在的温差，从而可在期望精度的限制范围内确定介质的温度。
本发明的解决方案的第一实施例包括：将驱动器/接收器单元的压电元件经由螺栓彼此连接；螺栓具有接触件，该接触件具有用于传输振荡的与膜的接触表面；在驱动器/接收器单元和与膜的接触表面之间的区域中，螺栓设置有横向于纵向轴线延伸的孔；并且温度传感器安装在孔中。
将温度传感器整合到螺栓内是尤其有利的，因为其与被测介质直接接触，从而将在温度传感器位置处的温度迅速调节至被测介质的温度。
在本发明的进一步发展中，孔位于驱动器/接收器单元和与膜的接触表面之间的螺栓的卡圈状元件中，并且横向地垂直于纵向轴线。
在替代实施例中，孔在螺栓中位于驱动器/接收器单元和膜之间的杆形元件中或杆形元件和卡圈状元件中，并且在纵向轴线方向上延伸。
该实施例的优点是，用于接触温度传感器的线可延伸穿过杆形元件并穿过邻近压力螺钉单元中的杆形元件的孔到电子器件单元所处的壳体侧。这样，不必注意关于压电元件的线的绝缘。
在本发明的附加实施例中，螺栓包含金属或陶瓷。优选地，金属为不锈钢。
在本发明的料位测量装置的进一步发展中，温度传感器烧结在螺栓中。
在本发明的进一步发展中，在驱动器/接收器单元和膜之间的区域中设置有陶瓷元件和接触件，该接触件具有用于将振荡传输到膜的与膜的接触表面，并且温度传感器安装在陶瓷元件中。
在该实施例中，不存在延伸穿过驱动器/接收器单元的压电元件的螺栓。例如，通过彼此粘合堆叠的压电元件或将它们布置在壳或骨架中的特征来确保堆叠压电元件的完整性。另外，压力螺钉单元沿纵向轴线在压电元件上提供了力，从而将它们作为堆叠保持在一起。
代替在由环形压电元件形成的驱动器/接收器单元的情况中螺栓的卡圈状元件，在没有螺栓的垫圈形压电元件的情况中，提供了陶瓷元件用于在压电元件和膜或接触件之间的电绝缘。陶瓷元件优选地具有与螺栓的卡圈状元件相同的形状。
在本发明的解决方案的进一步发展中，温度传感器烧结到陶瓷元件内。
有利的实施例提供了：陶瓷元件由半导体材料制成；陶瓷元件设置在面向膜的表面上以及面向第一压电元件的表面上，且具有金属涂层；并且带涂层的陶瓷元件形成温度传感器。
本发明的另一个进一步发展包括：驱动器/接收器单元的压电元件具有连接线；温度传感器同样具有连接线；压力螺钉单元具有腔体；并且压力螺钉单元中的腔体用于容纳压电元件的连接线和温度传感器的连接线。
例如，连接线被实施为在柔性电路板上的导电迹线，并且经由焊料片与压电元件以及温度传感器连接。为了容纳在电子器件所处的压力螺钉单元的另一端的线，在压力螺钉单元中设置有腔体，此时实施为布线导体的连接线穿过该腔体。
在附加的有利实施例中，温度传感器安装在压力螺钉单元中。该实施例提供了料位测量装置包含驱动器/接收器单元的区域保持不变的优点。如果温度传感器例如从容纳电子器件的壳体侧安装在压力螺钉单元内，则只需要压力螺钉单元中的孔，以便插入温度传感器。不需要用于连接线的贯穿件。由于壳体优选地由金属制成，并且壳体在具有可振荡单元的一侧上与其温度待确定的介质接触，所以经由壳体产生介质和温度传感器之间的热接触。
本发明的料位测量装置的进一步发展提供：料位测量装置是用于通过安装在膜上的振荡叉确定介质的预定料位和密度的测量装置。
附图说明
现在将基于附图更详细地说明本发明，附图如下示出：
图1示出现有技术的料位测量装置；
图2a示出驱动器/接收器单元的第一实施例和温度传感器的第一布置的详细视图；
图2b示出驱动器/接收器单元的第一实施例和温度传感器的第二布置的详细视图；
图3a示出驱动器/接收器单元的第二实施例和温度传感器的第三布置的详细视图；
图3b示出驱动器/接收器单元的第二实施例和温度传感器的特定实施例的详细视图；
图4示出温度传感器的替代布置的详细视图。
具体实施方式
图1示出穿过现有技术电子振动料位测量装置1的截面；因此，在料位测量装置1上没有温度传感器。将基于附图说明现有技术的电子振动料位测量装置1的构造。
壳体3包括壳体插件(insert)30，壳体插件30安装在管状壳体3的两个端部区域中的一个中。这样的端部区域由膜2密封，在膜2上面固定有在本示例中实施为振荡叉14的可振荡单元。位于壳体插件30中的是驱动器/接收器单元4，该单元在实施例的本示例中被实施为堆叠驱动器，该堆叠驱动器由彼此粘合且以堆叠布置的压电元件5构成。
驱动器/接收器单元4以如下方式夹在压力螺钉单元6和膜2之间，即压力螺钉单元6在膜2中引起预应力，并且膜2被驱动器/接收器单元4激励以在壳体3的纵向轴线7的方向上振荡，该振荡被传输至振荡叉14。在压力螺钉单元6和驱动器/接收器单元4之间布置有用于传递压力的基座60。
驱动器/接收器单元4经由接触件10a与膜2连接。接触件10a由例如陶瓷的绝缘材料制成，并且优选地具有半球状形状，以使得与膜2的接触表面10b足够大，以便使膜不受损坏的方式将驱动器/接收器单元4的振荡传递至膜2。
由可振荡单元14激励的振荡被驱动器/接收器单元4接收并转发至控制/评估单元(未示出)，该控制/评估单元位于例如壳体3相对膜2的端部区域上的壳体头部中。控制/评估单元在频率、振幅和/或相位方面评估振荡，并从这些方面探知被测介质的预定料位或密度的达到。
图2a和2b公开了对于本发明的料位测量装置1的实施例的第一种选择，其具有环形压电元件5和温度传感器8。
在这种情况下，驱动器/接收器单元4由多个堆叠在螺栓9上的环形压电元件5构成，螺栓9的端部形成基座60，基座60将压力螺钉单元6的压力传输至驱动器/接收器单元4。压力螺钉单元6密封壳体插件30，在壳体插件30中安装驱动器/接收器单元4并将螺栓9螺纹连接到其中。
螺栓9由适于振荡传输的金属或陶瓷构成。除了用于将压电元件5以它们的安装状态保持在一起的杆形元件91之外，螺栓9包括卡圈状元件90和接触件10a。优选地，杆形元件91、卡圈状元件90和接触件10a被浇铸为一件。在替代实施例中，形成螺栓9的元件单独地制造并随后连接。如果螺栓9由陶瓷制成，则其例如使用CIM(陶瓷注模)技术制成。如果螺栓9为金属螺栓，则其被陶瓷套管包围，以免压电元件5短路。优选地形成半球状的接触件10a用来将驱动器/接收器单元4的振荡传输至膜2。接触件10a的圆形和经由压力螺钉单元6在膜2中形成的预应力环境确保膜2和接触件10a之间始终接触，以便在任何时候都安全地进行从驱动器/接收器单元4向膜2的振荡传输。
图2a示出温度传感器8横向引入螺栓9。卡圈状元件90形成压电元件5的堆叠的支承表面。在螺栓9的卡圈状元件90中有横向孔11，在横向孔11中布置温度传感器8。如果螺栓9由金属制成，则温度传感器8安装在例如陶瓷壳体中用于电绝缘。在一个优选的实施例中，温度传感器8烧结在孔11中，即，孔11由陶瓷塞密封，该陶瓷塞在安装到螺栓9中之后经受烧结工艺。
压电元件5具有连接线13a，用于它们的电压供应。连接线13a穿过压力螺钉单元6中的腔体从压电元件5到控制/评估单元。温度传感器8优选地为金属电阻传感器，其基本上由施加到基底上的曲流(meander)形金属层形成。金属层的电阻是依赖于温度的。优选地，这里涉及铂曲流件。温度传感器8同样具有连接线13b。连接线以与压电元件5的连接线13a的情况中相同的方式穿过压力螺钉单元6。这或者是通过压电元件5的连接线13a也穿过的同一腔体来进行的，或者在压力螺钉单元6中设置用于温度传感器8的连接线13b的单独的腔体。
图2b示出温度传感器8在螺栓9中的布置的实施例的第二示例。在这种情况下，孔不在螺栓9的卡圈状元件90中横向地延伸。替代地，杆形元件91设置有沿其纵向轴线居中地延伸且延续到卡圈状元件90内的孔。以这样的方式，插入孔中的温度传感器8与接触件10a直接接触，从而确保向可振荡单元14的最佳热传递。在该实施例的情况中的优点是，温度传感器8的连接线13b可与压电元件5的连接线13a隔离地穿过压力螺钉单元6中的孔，该孔与螺栓9中的孔连通。
相比没有温度传感器8的组装，具有温度传感器8的电子振动料位测量装置1的组装只需要将不带温度传感器的螺栓9更换成带有整合的温度传感器8的螺栓9并且修改压力螺钉单元6的腔体。
将温度传感器8引入螺栓9提供了这样的优点，即，温度传感器8被整合到现有部件中，并且因此除了温度传感器8之外，不需要附加的部件。这一方面节约了成本，另一方面不需要用于组装部件的附加步骤或不同于常规制造步骤的步骤。
图3a和3b示出电子振动料位测量装置1的第二实施例，其带有实施为有螺栓的堆叠驱动器的驱动器/接收器单元4和温度传感器8。虽然图2中所述压电元件5堆叠在螺栓9上，但在实施例的这些示例中，驱动器/接收器单元4的压电元件5例如通过粘合键或壳或骨架保持在一起。在料位测量装置1的组装完成之后，压力螺钉单元6确保部件保持在一起。
驱动器/接收器单元4的安装经由壳体插件30进行，壳体插件30安装在由膜2密封的管状壳体3的端部区域中。在杯形壳体插件30的底部有金属接触件10a，其用于将驱动器/接收器单元的振荡传输至膜2。例如，接触件10a螺纹连接到底部。在接触件10a和压电元件5之间有用于电绝缘的陶瓷元件12，陶瓷元件12与接触件10a和最下面的压电元件5粘合。
压力螺钉单元6经由基座60在驱动器/接收器单元4上施加压力，并且由此用预应力确保膜2在壳体3中的固定安装位置。另外，压力螺钉单元6在其相对于壳体3的开口侧密封壳体插件30。
在图3a所示实施例的示例中，温度传感器8整合到陶瓷元件12内，其中温度传感器8优选地安装在横向孔中。例如，温度传感器8烧结在陶瓷元件12中，即，孔被陶瓷塞密封，该陶瓷塞在安装到陶瓷元件12上之后经受烧结工艺。在替代实施例中，温度传感器8的整合在陶瓷元件12的制造中以施加例如铂的中间层的方式进行。陶瓷元件12仅通过接触件10a与膜2隔离。由于接触件为金属接触件10a，确保了陶瓷元件12与介质经由膜2的热耦合。
陶瓷元件12是带有粘合堆叠驱动器的电子振动料位测量装置1的成熟的部件，从而以节省空间的方式将温度传感器8整合到现有部件中。由于在其中整合温度传感器8的陶瓷元件已经电绝缘，所以温度传感器8不需要壳体。
在图3b所示替代实施例中，温度传感器8由陶瓷元件12本身形成，其中，半导体材料被置于陶瓷材料中，并且在面向膜2的侧表面上以及面向驱动器/接收器单元的压电元件5的侧表面上，陶瓷元件12涂覆有金属。代替连接线13b，一种选择是金属层设置有焊料片，经由焊料片将金属层与电路板上的导电迹线连接，其中导电迹线同样设置在用于压电元件5的电路板上。
图4示出温度传感器8的布置的另一个示例，这是既与例如不带螺栓9的粘合的堆叠驱动器连接、又与堆叠在螺栓9上的环形压电元件5连接的选择。在这种情况下，温度传感器8被整合到压力螺钉单元6内。与待确定其温度的介质的热接触经由金属壳体3产生，使得虽然相比实施例的其它示例到介质的距离更大，但温度传感器8相对精确地确定介质的温度。相对精确表示，在这种情况下，介质的实际温度与介质的被测温度之间的偏差在通常的规范内。
附图标记列表
1     料位测量装置
2     膜
3     壳体
4     驱动器/接收器单元
5     压电元件
6     压力螺钉单元
7     纵向轴线
8     温度传感器
9     螺栓
10a   接触件
10b   接触表面
11    孔
12    陶瓷元件
13a   压电元件的连接线
13b   温度传感器的连接线
14    可振荡单元/振荡叉
30    壳体插件
60    基座
90    卡圈状元件
91    杆形元件

Claims (12)

1.一种用于确定容器或管道中的介质的料位的料位测量装置(1)，包括：膜(2)，所述膜(2)以如下的方式放置在管状壳体(3)的两个端部区域中的一个上，即所述膜(2)在所述端部区域密封所述壳体(3)；可振荡单元(14)，所述可振荡单元(14)放置在所述膜(2)背向所述壳体(3)的一侧；驱动器/接收器单元(4)，所述驱动器/接收器单元(4)由堆叠布置的多个压电元件(5)构成，其中所述驱动器/接收器单元(4)以如下的方式经由压力螺钉单元(6)放置在所述壳体(3)中，即所述驱动器/接收器单元(4)在所述壳体(3)的纵向轴线(7)的方向上在所述膜(2)和所述压力螺钉单元(6)之间振荡，从而经由所述膜(2)激励所述可振荡单元(14)进行振荡；控制/评估单元，所述控制/评估单元评估所述可振荡单元(14)振荡的振幅、频率和/或相位；和温度传感器(8)，所述温度传感器(8)用于确定所述介质的温度；
其特征在于
所述温度传感器(8)整合到料位测量装置(1)元件(12，9，6)中，所述元件(12，9，6)经由所述膜(2)或所述壳体(3)与所述介质热接触，其中所述元件(12，6，9)被选择为使所述可振荡单元(14)不被所述温度传感器(8)削弱地振荡。
2.根据权利要求1所述的料位测量装置，
其特征在于，
所述驱动器/接收器单元(4)的所述压电元件(5)经由螺栓(9)彼此连接，所述螺栓(9)具有接触件(10a)，所述接触件(10a)具有用于传输所述振荡的与所述膜(2)的接触表面(10b)，所述螺栓(9)设置有孔(11)，并且所述温度传感器(8)安装在所述孔(11)中。
3.根据权利要求2所述的料位测量装置，
其特征在于，
所述螺栓(9)中的所述孔位于所述驱动器/接收器单元(4)和与所述膜(2)的所述接触表面(10b)之间的卡圈状元件(90)中，并且横向地垂直于所述纵向轴线(7)。
4.根据权利要求2所述的料位测量装置，
其特征在于，
所述螺栓(9)中的所述孔位于所述驱动器/接收器单元(4)和所述膜(2)之间的杆形元件(91)中或在所述杆形元件(91)和所述卡圈状元件(90)中，并且在所述纵向轴线(7)的方向上延伸。
5.根据权利要求2、3或4所述的料位测量装置，
其特征在于，所述螺栓(9)由金属或陶瓷制成。
6.根据权利要求2至5中的至少一项所述的料位测量装置，
其特征在于，
所述温度传感器(8)烧结在所述螺栓(9)中。
7.根据权利要求1所述的料位测量装置，
其特征在于，
在所述驱动器/接收器单元(4)和所述膜(2)之间的区域中设置有陶瓷元件(12)和接触件(10a)，所述接触件(10a)具有用于将所述振荡传输到所述膜(2)的与所述膜(2)的接触表面(10b)，并且所述温度传感器(8)安装在所述陶瓷元件(12)中。
8.根据权利要求7所述的料位测量装置，
其特征在于，
所述温度传感器(8)烧结在所述陶瓷元件(12)中。
9.根据权利要求7所述的料位测量装置，
其特征在于，
所述陶瓷元件(12)由半导体材料制成，所述陶瓷元件(12)在面向所述膜(2)的表面上以及面向第一压电元件的表面上设置有金属涂层，并且所述带涂层的陶瓷元件(12)形成所述温度传感器(8)。
10.根据前述权利要求中的至少一个所述的料位测量装置，
其特征在于，
所述驱动器/接收器单元(4)的所述压电元件(5)具有连接线(13a)，
所述温度传感器(8)同样具有连接线(13b)，
所述压力螺钉单元(6)具有腔体，并且所述压力螺钉单元(6)中的所述腔体用于容纳所述压电元件(5)的所述连接线(13a)和所述温度传感器(8)的所述连接线(13b)。
11.根据权利要求1所述的料位测量装置，
其特征在于，
所述温度传感器(8)安装在所述压力螺钉单元(6)中。
12.根据前述权利要求中的至少一项所述的料位测量装置，
其特征在于，
所述料位测量装置(1)是用于确定介质的预定料位和密度的测量装置，并且具有安装在所述膜(2)上的振荡叉(14)。
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