CN104596610B - 振动式料位开关及其振动装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种振动式料位开关及其振动装置，该振动装置包括压电组件、拉紧杆、桥接块、压紧件、膜片、振动外管和振动内管。该拉紧杆包括安装体和过渡体，且安装体和过渡体为一体式结构，刚性好，结构坚固，可保证拉紧杆与桥接块的振动传递。压电组件和桥接块套设在安装体上，且桥接块位于过渡体上方，并通过压紧螺栓压紧定位，而且在过渡体上具有通孔，压紧件上部固定在桥接块上，其下部从通孔中穿出，抵紧膜片传递振动。该压紧件通过预紧力压紧膜片，并非焊接在膜片上，这种方式不会引起膜片材料金相组织和结构变化，因此可避免金相组织和结构变化影响振动装置的可靠性，从而避免振动装置的寿命受到影响。

Description

振动式料位开关及其振动装置

技术领域

本申请涉及振动式料位开关，尤其是涉及振动式料位开关中的振动装置。

背景技术

在现代化的工农业生产中，经常要对塑胶颗粒，煤粉，谷物，面粉等颗粒或粉末状的固体的储存量进行控制，往往需要检测出它们的物位准确位置。

振动式料位开关是压电元件与机械共振结构所组成高灵敏度的振动式物位开关。其由控制电路输出电压信号，激励压电元件驱动相匹配的机械元件产生谐振，并传递到检测探头。当被测物料覆盖在振动中的检测探头时，由于物料产生的阻尼作用，使其振动幅度急剧减少，通过检测接收器，将这种机械振动变化的信息转换为电信号，并传递给控制电路，实现对物料位置的测量和控制。

这一类振动式料位开关多适用于控制和检测料仓或容器中的固体颗粒或粉末状物料，特别适用于易形成挂料、夹料的物质以及流动性较差的物质。

现有的一种振动式料位开关中采用双管振动结构，在压电陶瓷片的激励下振动，并经一夹紧螺栓传递给膜片，膜片将振动传递到振动外管，在谐振条件下，振动外管和振动内管发生共振；当振动外管受到物料的阻尼时负载变大，与振动内管无法产生谐振，振动停止，压电组件检测到该变化，转换为控制电路输出，作为物料有无的检测。

但这种现有技术中存在以下两个缺陷：

1、现有双管振动结构中夹紧螺栓是焊接在膜片上的，这种方式要求垂直安装焊接，其加工难度高，工艺复杂，而且容易出现没有焊透的情况，会影响振动特性，从而影响振动装置的可靠性和寿命。

2、由于焊接会引起膜片材料的金相组织和结构变化，该金相组织和结构变化会导致材料的机械性能的变化，从而导致振动特性的改变，振动特性的改变会影响振动装置的可靠性，最终导致振动装置的寿命受到影响。

发明内容

本申请提供一种振动式料位开关及其振动装置。

本申请所提供的振动式料位开关的振动装置，包括：

压电组件，用于产生和检测振动；

拉紧杆，所述拉紧杆包括杆状的安装体和径向尺寸大于安装体的过渡体，所述安装体位于过渡体上方，两者为一体式结构，所述压电组件固定套设在所述拉紧杆的安装体上，所述过渡体具有上下贯通的通孔；

桥接块，所述桥接块具有连接孔，所述桥接块通过连接孔套设在安装体上，且位于压电组件的下方，所述桥接块位于过渡体上方，并通过压紧螺栓压紧定位；

膜片，所述膜片位于过渡体的下方，且固定套设在过渡体上；

压紧件，所述压紧件设置在所述通孔内，且所述压紧件与通孔的孔壁具有间隙，所述压紧件的上部与桥接块固定，所述压紧件的下部伸出通孔抵紧膜片；

振动外管，所述振动外管与膜片固定联接；

以及振动内管，所述振动内管与过渡体固定联接，所述振动外管套在振动内管外，且振动外管与振动内管之间具有间隙。

在其他实施例中，还可以对所述振动装置做出进一步地改进，改进之处在于，所述过渡体和桥接块中至少其一设有凸起，所述过渡体和桥接块中至少其一对应凸起设有凹槽，所述凸起和凹槽配合起到加强定位的作用。

基于以上凸起与凹槽的设置，在其他实施例中，优选地一种方式是，可以选择将所述凸起设置为V字形凸起，所述凹槽设置为V字形凹槽，所述V字形凸起的角度大于V字形凹槽的角度。

所述压紧件的上部需要与桥接块固定联接，在其他实施例中，一种优选的方式是，所述压紧件中部具有一圈凸台，所述压紧件位于凸台之上的部分为上部，位于凸台之下的部分为下部，所述上部与桥接块螺接固定，所述过渡体上的通孔为阶梯孔，所述压紧件的中部与下部伸入阶梯孔内，并与阶梯孔的孔壁形成间隙。压紧件与阶梯孔形成间隙，可使得压电组件产生的振动能够经过压紧件尽量无损失地传递到膜片上，避免摩擦所引起的振动损失，使振动可以更好地传递。

作为所述振动装置的进一步改进，所述安装体上与桥接块对应的部分径向尺寸小于桥接块上连接孔的孔径。这种改进使得拉紧杆可以无接触地穿过桥接块，压电组件产生的振动可以无摩擦的进行传递，从而使得检测更加可靠。

当然，为了加强拉紧杆的强度，作为所述振动装置的进一步改进，可以使所述安装体上与桥接块配合的部分比安装体与压电组件配合的部分更粗。因此整个振动装置的强度得到提升，振动装置更加坚固可靠，同时使得压电组件与膜片之间得到更好的刚性耦合，更利于振动的传递。

作为所述振动装置的进一步改进，所述压电组件包括驱动压电陶瓷、检测压电陶瓷、压紧环和支撑环，所述支撑环套在安装体上并抵住桥接块，所述驱动压电陶瓷和检测压电陶瓷位于支撑环的上方，所述压紧环从驱动压电陶瓷和检测压电陶瓷上方套设在安装体上，所述安装体上部设置预紧螺母将压紧环压紧固定，从而实现将压电组件固定套设在所述拉紧杆的安装体上。

作为所述振动装置的进一步改进，还包括压电绝缘套，所述压电绝缘套套设在压电组件外。

所述桥接块与过渡体压紧定位，作为所述振动装置的进一步改进，优选地可使所述过渡体面向桥接块的一侧具有一圈凸台，所述桥接块的连接孔面向凸台的一侧为阶梯孔，所述凸台伸入阶梯孔内，所述桥接块与过渡体在上下方向上隔开形成间隙。这种结构中过渡体与桥接块无直接接触，能够进一步地避免摩擦所引起的振动损失，使振动可以更好地传递。

本申请所提供的振动式料位开关，包括控制电路，还包括如上述任一实施例所述的振动装置，所述控制电路与振动装置中的压电组件连接。

本申请的有益效果是：

本申请所提供的振动式料位开关，其包括控制电路和振动装置，该振动装置包括压电组件、拉紧杆、桥接块、压紧件、膜片、振动外管和振动内管。该拉紧杆包括安装体和过渡体，且安装体和过渡体为一体式结构，压电组件和桥接块套设在安装体上，桥接块与过渡体通过压紧螺栓压紧定位，而且在过渡体上具有一个上下贯通的通孔，压紧件上部固定在桥接块上，其下部从通孔中穿出，抵紧膜片传递振动。在这种结构中，拉紧杆上的安装体和过渡体为一体式结构，因此刚性好，结构坚固，使振动可以更好地传递。压电组件与膜片之间可实现充分的刚性耦合，进而可以保证料位检测的可靠性，而且压紧件通过预紧力压紧膜片，并非焊接在膜片上，这种方式不会引起膜片材料金相组织和结构变化，因此可避免由于金相组织和结构变化导致材料的机械性能的变化，进而避免导致振动特性的改变。实际上这种振动特性的改变会影响振动装置的可靠性，会导致振动装置的寿命受到影响，本装置可避免引起振动特性的改变，保证了振动装置的可靠性，进一步延长振动装置的寿命。

附图说明

图1为本申请振动式料位开关一种实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例的剖视图；

图3为图2所示剖视图中局部放大图；

图4为图2所示实施例中拉紧杆的结构示意图；

图5为图2所示实施例中桥接块的结构示意图。

附图中出现的标记注释如下：

10：压电组件；

11：检测压电陶瓷；12：驱动压电陶瓷；13：压紧环；14：支撑环；

20：拉紧杆；

21：安装体；211：安装体与压电组件配合的部分；212：安装体与桥接块配合的部分；22：过渡体；221：通孔；222：V字形凹槽；223：螺纹孔；224：过渡体凸台；

30：桥接块；

31：连接孔；32：配合孔；33：螺纹孔；34：V字形凸起；

40：压紧件；

41：压紧件上部；42：压紧件中部；43：压紧件下部；

50：膜片；

60：振动外管；

70：振动内管：

80：质量块；

90：支座垫片；

100：预紧螺母；

110：压电绝缘套；

120：压紧螺栓。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式由于对本领域技术人员来说属于常规技术手段，因此没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的特征、实施或特点还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。

实施例：

本实施例提供一种振动式料位开关。

该振动式料位开关包括控制电路和振动装置。

该控制电路采用现有的控制电路，这一项技术已经十分成熟，因此本申请附图中未示出，同时也未进行详细解释。

请继续参考图1和2，振动装置包括压电组件10、拉紧杆20、桥接块30、压紧件40、膜片50、振动外管60和振动内管70。

请参考图2-4，该拉紧杆20包括杆状的安装体21和径向尺寸大于安装体21的过渡体22。该过渡体22可以是一个类似于圆盘状的结构，该安装体21位于过渡体22上方，两者为一体式结构，这样可以使得拉紧杆20的刚性好，结构坚固，使振动可以更好地传递，从而使得压电组件10与膜片50之间可实现充分的刚性耦合，进而可以保证料位检测的可靠性。

压电组件10用于产生和检测振动，其可以包括检测压电陶瓷11和驱动压电陶瓷12，该检测压电陶瓷11可以只有一片，驱动压电陶瓷12可以有六片。

该压电组件10固定套设在拉紧杆20的安装体21上。该压电组件10的固定方式灵活多变，本实施例仅给出一种示例固定方式(显然，压电组件10的固定方式并不限于本实施例所给出的示例固定方式这一种)。

具体地，请参考图3，该示例结构如下：

检测压电陶瓷11和驱动压电陶瓷12套设在安装体21上，其中检测压电陶瓷11在上，驱动压电陶瓷12在下。压电组件10还包括压紧环13和支撑环14，支撑环14套设在安装体21上。请参考图3、5，该桥接块30具有连接孔31，该桥接块30通过连接孔31套在安装体21上。支撑环14抵住桥接块30的连接孔31的位置，检测压电陶瓷11和驱动压电陶瓷12位于支撑环14的上方，在检测压电陶瓷11的上方设置一压紧环13将检测压电陶瓷11压紧，而安装体21的上方具有外螺纹，同时设置一预紧螺母100与安装体21的外螺纹螺接，由此通过预紧螺母100向压电组件10施加预紧力，将压紧环13固定，从而压紧压电组件。这种方式预紧螺母100对压紧组件10的预紧力是可调的。当然，也可以选择增加支座垫片90，从而可以更好地固定压电组件。

实际上，现有双管振动结构中是通过两个螺栓来调节压电陶瓷的预紧力，该两个螺栓调节预紧力的方式会出现平衡性问题，会导致压电陶瓷没有处于正常膨胀和收缩状态，也即压电效应和逆压电效应受到影响，从而会影响压电陶瓷的可靠性，进而影响压电陶瓷的寿命，最终将影响振动装置的可靠性和寿命。

本实施例中采用预紧螺母100进行调节，这种调节方式则可避免现有技术用两个螺栓调节预紧力而引起的上述平衡性问题。

桥接块30与过渡体22通过压紧螺栓120压紧定位，请参考图2、3、4、5，过渡体22上设置有螺纹孔223，而桥接块30也设置一上下贯通的配合孔32，将一压紧螺栓120穿过配合孔32，并与过渡体22的螺纹孔223螺接锁紧，该压紧螺栓120的头部径向直径大于配合孔32的内径，因此卡在桥接块30的上面，将桥接块30相对于过渡体22压紧。

请继续参考图3、4、5，压紧件40的上部与桥接块30的固定方式采用螺接。具体地，压紧件40分为上部41、中部42和下部43。该中部42具有一圈凸台，而压紧件40位于凸台之上的部分为上部41，位于凸台之下的部分为下部43，该上部41与桥接块30螺接固定。该过渡体22上的通孔221为阶梯孔形状，该压紧件40的中部42与下部43伸入阶梯孔内，下部43则从阶梯孔内伸出，抵住膜片50。

为了使得压电组件10产生的振动能够尽量无损失地传递到膜片50上，因此可使压紧件40以无摩擦且最好无接触地方式设置于阶梯孔内，压紧件40的尺寸小于阶梯孔(即通孔221)的直径，即压紧件40与阶梯孔的孔壁具有间隙，这个间隙可保证压紧件40与阶梯孔的孔壁无接触，避免摩擦引起的振动损失，使振动可以更好地传递。

请参考图3、4、5，过渡体22面向桥接块30的一侧具有一圈凸台224，桥接块30的连接孔31面向凸台224的一侧为阶梯孔形状，该凸台224伸入阶梯孔内，且与阶梯孔的孔壁之间具有间隙。同时过渡体22与桥接块30在上下方向上也隔开形成间隙。这种间隙可使过渡体22与桥接块30无直接接触，从而避免摩擦所引起的振动损失。

请继续参考图3、4、5，该过渡体22还具有上下贯通的通孔221，压紧件40的上部41与桥接块30固定，压紧件40的下部43伸出通孔221，用于抵紧膜片50。

请参考图2，该振动外管60套在振动内管70外，振动外管60与振动内管70之间同轴间隔一定距离形成间隙。其中，振动内管70与拉紧杆20的下部固定联接，例如可以是焊接固定。该膜片50套设在过渡体22上，且与过渡体22固定。振动外管60与膜片50固定联接，例如也可以是焊接固定。该振动内管70具有一内腔，内腔具有内螺纹，内腔中有一可通过螺纹旋动而移动的质量块80。

由于膜片50是整个振动装置中关键的能弯曲构件，我们不希望膜片50变硬，而希望它的抗弯强度比其他构件更低。如果通过焊接将压紧件40与膜片50连接，焊接将引起膜片50材料的金相组织和结构变化，金相组织和结构变化会导致材料的机械性能的变化，从而导致振动特性的改变，振动特性的改变会影响振动装置的可靠性，最终会导致振动装置的寿命受到影响。

因此，本实施例利用从通孔221伸出的压紧件40的下部43压紧膜片50，通过压电组件10的逆压电效应发生收缩膨胀产生振动，并利用拉紧杆20和桥接块30的传递作用，使压紧件40与膜片50抵接，从而实现振动的传递。这种结构完全可避免由于焊接所引起的膜片50金相组织和结构变化，进而避免膜片50金相组织和结构变化所引起的上述问题。

进一步地，请参考图3、5，可以使安装体21上与桥接块30对应的部分212径向尺寸小于桥接块30上连接孔31的孔径，即当拉紧杆20穿过连接孔31时，可以做到拉紧杆20无接触穿过桥接块30，使压电组件10产生的振动可以尽量以无摩擦的方式进行传递，尽可能的减少因摩擦引起的振动能量损失，从而进一步地使得检测更加可靠，提高检测的精准性。

进一步地，请继续参考图3，可以使安装体21上与桥接块30配合的部分212比安装体21与压电组件10配合的部分211更粗，使整个振动装置的强度得到提升，振动装置更加坚固可靠，同时使得压电组件10与膜片50之间得到更好的刚性耦合，更利于振动的传递。

进一步地，为了使过渡体22和桥接块30之间具有更好地定位效果，过渡体22和桥接块30中至少其一设有凸起，过渡体22和桥接块30中至少其一对应凸起设有凹槽，该凸起和凹槽配合起到定位的作用。换句话说，即该凸起既可以设置在过渡体22上，也可以设置在桥接块30上。同样地，该凹槽既可以设置在过渡体22上，也可以设置在桥接块30上。或者过渡体22和桥接块30上也可以均同时设置有凸起和凹槽，桥接块30上的凸起与过渡体22上的凹槽配合，而桥接块30上的凹槽与过渡体22上的凸起配合。

请参考图4和5，本实施例所给出的示例结构是凸起设置于桥接块30上，而过渡体22上设置凹槽。

请继续参考图4和5，作为本实施例给出的一种示例结构，该凸起为V字形凸起34，该凹槽为V字形凹槽222，且V字形凸起34的角度大于V字形凹槽222的角度。

这里所说的V字形是指外轮廓大致呈字母V形状，而这里所说的角度是指V字形两条边相交形成的夹角的角度。

当然，在其他实施例中，凸起和凹槽的角度还可选择其他的形状，并不限于本实施例所示的V字形。

除了凸起与凹槽这种配合方式外，在其他实施例中，过渡体22与桥接块30之间也可通过设置细小的钢球来实现定位。

进一步地，请参考图2、3，振动装置还可包括压电绝缘套110，该压电绝缘套110套设在压电组件10外。

本实施例中，驱动压电陶瓷12通过逆压电效应发生收缩膨胀产生振动，振动通过拉紧杆20、桥接块30和压紧件40传递到膜片50和振动外管60上，从而使得振动外管60起振；振动外管60的振动导致振动内管70产生共鸣振动，并在当双管自由振动频率一致时，产生共振，此时振动幅度达到最大。相应地，当振动外管60受到物料的阻尼时负载变大，与振动内管70无法产生谐振，振动停止，双管的振动又通过膜片50、拉紧杆20、桥接块30和压紧件40传递到检测压电陶瓷11，使检测压电陶瓷11产生检测信号，并将检测信号输出给控制电路进行处理。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种振动式料位开关的振动装置,其特征在于，包括：

压电组件，用于产生和检测振动；

拉紧杆，所述拉紧杆包括杆状的安装体和径向尺寸大于安装体的过渡体，所述安装体位于过渡体上方，两者为一体式结构，所述压电组件固定套设在所述拉紧杆的安装体上，所述过渡体具有上下贯通的通孔；

桥接块，所述桥接块具有连接孔，所述桥接块通过连接孔套设在安装体上，且位于压电组件的下方，所述桥接块位于过渡体上方，并通过压紧螺栓压紧定位；

膜片，所述膜片位于过渡体的下方，且固定套设在过渡体上；

压紧件，所述压紧件设置在所述通孔内，且所述压紧件与通孔的孔壁具有间隙，所述压紧件的上部与桥接块固定，所述压紧件的下部伸出通孔抵紧膜片；

振动外管，所述振动外管与膜片固定联接；

以及振动内管，所述振动内管与过渡体固定联接，所述振动外管套在振动内管外，且振动外管与振动内管之间具有间隙。

2.如权利要求1所述的振动装置，其特征在于，所述过渡体和桥接块中至少其一设有凸起，所述过渡体和桥接块中至少其一对应凸起设有凹槽，所述凸起和凹槽配合进行定位。

3.如权利要求2所述的振动装置，其特征在于，所述凸起为V字形凸起，所述凹槽为V字形凹槽，所述V字形凸起的角度大于V字形凹槽的角度。

4.如权利要求1所述的振动装置，其特征在于，所述压紧件中部具有一圈凸台，所述压紧件位于凸台之上的部分为上部，位于凸台之下的部分为下部，所述上部与桥接块螺接固定，所述过渡体上的通孔为阶梯孔，所述压紧件的中部与下部伸入阶梯孔内，并与阶梯孔的孔壁形成间隙。

5.如权利要求1所述的振动装置，其特征在于，所述安装体上与桥接块对应的部分径向尺寸小于桥接块上连接孔的孔径。

6.如权利要求1所述的振动装置，其特征在于，所述安装体上与桥接块配合的部分比安装体与压电组件配合的部分更粗。

7.如权利要求1所述的振动装置，其特征在于，所述压电组件包括驱动压电陶瓷、检测压电陶瓷、压紧环和支撑环，所述支撑环套在安装体上并抵住桥接块，所述驱动压电陶瓷和检测压电陶瓷位于支撑环的上方，所述压紧环从驱动压电陶瓷和检测压电陶瓷上方套设在安装体上，所述安装体上部设置预紧螺母将压电组件压紧固定。

8.如权利要求1所述的振动装置，其特征在于，还包括压电绝缘套，所述压电绝缘套套设在压电组件外。

9.如权利要求1所述的振动装置，其特征在于，所述过渡体面向桥接块的一侧具有一圈凸台，所述桥接块的连接孔面向凸台的一侧为阶梯孔，所述凸台伸入阶梯孔内，所述桥接块与过渡体在上下方向上隔开形成间隙。

10.一种振动式料位开关，包括控制电路，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一项所述的振动装置，所述控制电路与振动装置中的压电组件连接。