CN114739481A - 一种振动液位开关传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种振动液位开关传感器，涉及液位开关技术领域，包括带底圆筒状外壳、压电单元、匹配层和粘接层；压电单元和匹配层自上而下依次设置在带底圆筒状外壳内；压电单元和匹配层之间通过粘接层粘接；匹配层和带底圆筒状外壳的内底面之间通过粘接层粘接；匹配层用于使带底圆筒状外壳和压电单元绝缘；带底圆筒状外壳的底面的中心厚度小于边缘厚度；带底圆筒状外壳的外底面处设置有振荡叉体；压电单元用于驱动振荡叉体振动，并接收振荡叉体在不同介质中振动后的信号；振荡叉体为中间厚两端薄的长条状金属。本发明调节带底圆筒状外壳的底面的厚度提高振动液位开关传感器的稳定性，具有结构简单、制作成本低的优点。

Description

一种振动液位开关传感器

技术领域

本发明涉及液位开关技术领域，特别是涉及一种振动液位开关传感器。

背景技术

振动液位开关传感器的工作原理是通过传感器在空气和各种测试介质中频率的变化，判断是否有液进而通过开关指令启动或停止，以防止溢出或干运行。其中，工作频率作为关键参数，在长期运行或一定温度范围内的可靠稳定在振动液位开关传感器运行中起着至关重要的作用。

现有技术中，压电驱动装置优先采用压接方式，即通过拉紧螺栓将多层结构的压电发射单元和接收单元压紧在隔膜上，这种结构，虽然不会受到采用粘接方式而产生的粘接层的影响，但也存在明显的缺点：1)需要多层压电发射单元和接收单元实现，所需的零部件个数很多，在实际应用中一个零部件失效，传感器的频率和幅值变化异常，就会导致整个产品失效；2)受压接结构的影响，压电驱动装置的固定结构会占用较多的空间，振荡叉体体积很大，使得开关产品的安装空间受限，而且振动频率低，在空气和介质中频率变化差小，容易误报警；3)制造工艺复杂，制作成本高。

作为另一种实现方式，振动式液位开关包括压电发射单元和接收单元、隔膜和与隔膜结合的振荡叉体，其中压电发射单元和接收单元直接或利用粘接工艺与隔膜粘接一起，使得振荡叉体振动。这种粘接层一般都采用有机环氧树脂，而且结构上，隔膜具有连续而均匀的厚度，隔膜和粘接层之间是相对的水平表面，导致粘接层在整个面积范围内具有不变的厚度。在长期振动或受到温度的影响，这样的设计存在的缺点：1)受到温度影响，隔膜连续均匀的厚度，会在压电单元的周边产生剪切应力，产生细小裂纹导致失效，进而使得产品频率和幅值突然失效，异常报警；2)使用环氧树脂胶，存在老化、玻璃化转变温度低、刚性不足、或刚性过大、高温下硬度降低的问题，在粘接层中都容易产生细小裂缝，一旦超过100度状态就由玻璃态转为高弹态，会吸收传递的振动能，对振荡式液位开关的频率和幅值产生不可逆的影响；3)结构上，粘接层厚度均匀，因热应力引起剪切力，内部产生裂纹，从而对振荡式液位开关的频率和幅值造成影响，不能正常工作。

现有技术中改进以上问题的方式有两种，第一，在压电驱动装置中，各个压电单元先采用表面预金属化处理，然后通过扩散焊焊接方式固定在一起。这样虽然不受有机粘接层老化以及温度的影响，但是该方法对彼此粘接的压电单元的表面处理有非常高的质量要求，另外此工艺严格要求扩散焊焊接的温度不能超过压电单元的居里温度，否则压电单元会因为温度过高而导致退极化，无压电性能。所以这对压电单元的温度性能要求特别高，选择压电单元的制作材料、工艺会复杂很多，成本也会很高。另外，扩散焊接的制造过程很复杂，成本也很高。第二，在压电驱动装置中采用单一粒径大小的纳米银烧结技术，实现各个单元之间的连接。该技术虽然可以实现低温烧结，在低至280℃实现烧结固化，实现连接。但是由于纳米银在制造过程中，其不是100％的纯纳米银，里面填充有约10％的有机物，在烧结中，由于有机物的挥发，导致粘接层中会留下很多相互联通的微观气孔，这些存在的气孔，会对压电单元振动能量的传递产生影响，进而其工作频率可靠性差，容易误报警，尤其在一定的温度范围内。

综上，现有振动式液位传感器制造过程和工艺复杂，制作成本高，在一定宽温范围内频率和幅值受温度影响变化大，重复性差，可靠性低。

发明内容

本发明的目的是提供一种振动液位开关传感器，通过设置带底圆筒状外壳的底面厚度提高振动液位开关传感器的稳定性，具有结构简单、制作成本低的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种振动液位开关传感器，包括：

带底圆筒状外壳、压电单元、匹配层和粘接层；

所述压电单元和所述匹配层自上而下依次设置在带底圆筒状外壳内；

所述压电单元和所述匹配层之间通过粘接层粘接；

所述匹配层和所述带底圆筒状外壳的内底面之间通过粘接层粘接；所述匹配层用于使带底圆筒状外壳和压电单元绝缘；所述带底圆筒状外壳的底面的中心厚度小于边缘厚度；

所述带底圆筒状外壳的外底面处设置有振荡叉体；所述压电单元用于驱动所述振荡叉体振动，并接收所述振荡叉体在不同介质中振动后的信号；所述振荡叉体为中间厚两端薄的长条状金属。

可选的，所述带底圆筒状外壳为阶梯带底圆筒状结构；所述带底圆筒状外壳的上部内径大于所述带底圆筒状外壳的底部内径；

所述压电单元和所述匹配层均为圆饼状结构；

所述压电单元的直径小于所述匹配层的直径；

所述匹配层的直径小于所述带底圆筒状外壳的底部内径。

可选的，所述振动液位开关传感器还包括：

围挡结构、转接板和多个支柱；

所述围挡结构为阶梯圆筒状结构；所述围挡结构外径大于阶梯带底圆筒状外壳的底部内径；所述围挡结构外径小于阶梯带底圆筒状外壳的上部内径；所述围挡结构设置于所述带底圆筒状外壳内的阶梯处；所述围挡结构的上部内径大于所述围挡结构的底部内径；

所述转接板的直径大于所述围挡结构的底部内径；所述转接板的直径小于所述围挡结构的上部内径；所述转接板设置于所述围挡结构内的阶梯处；所述转接板与所述压电单元通过转接线连接；所述转接板用于转接所述压电单元接收到的信号；

多个所述支柱间隔设置于围挡结构的下底面；多个所述支柱的下底面与所述匹配层接触。

可选的，所述匹配层为氧化铝陶瓷；

所述匹配层的厚度为0.4mm-0.6mm。

可选的，所述带底圆筒状外壳底面的中部厚度为1.6mm到1.8mm；

所述带底圆筒状外壳底面的边缘厚度为2mm。

可选的，所述带底圆筒状外壳的内底面上设置有多个环形槽；

所述环形槽用于增强匹配层和所述带底圆筒状外壳的内底面之间的粘接强度。

可选的，所述压电单元包括：

压电发射部和压电接收部；

所述压电接收部为圆形；所述压电发射部为圆环状；所述压电发射部和所述压电接收部同心设置；

所述压电发射部和所述压电接收部共用一个负极。

可选的，所述压电单元包括：

压电接收部和两个压电发射部；

所述压电接收部为圆形；所述压电发射部为半圆环状；两个压电发射部包围所述压电接收部设置；所述压电发射部和所述压电接收部通过间隔槽隔开；所述压电发射部和所述压电接收部共用一个负极。

可选的，所述压电单元包括：

压电发射部、压电接收部和共用负极；

所述压电发射部、共用负极和所述压电发射部间隔设置。

可选的，所述粘接层为掺杂有纳米氧化铝粉末的双组分有机环氧树脂；所述粘接层的边缘厚度大于述粘接层的中间厚度。

可选的，所述粘接层为银锡烧结材料；所述银锡烧结材料是将膏状纳米银和膏状纳米锡材料混合后涂覆到涂有纳米铜的钢网上烧结而成的。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的一种振动液位开关传感器，包括：带底圆筒状外壳、压电单元、匹配层和粘接层；压电单元和匹配层自上而下依次设置在带底圆筒状外壳内；压电单元和匹配层之间通过粘接层粘接；匹配层和带底圆筒状外壳的内底面之间通过粘接层粘接；匹配层用于使带底圆筒状外壳和压电单元绝缘；带底圆筒状外壳的底面的中心厚度小于边缘厚度；带底圆筒状外壳的外底面处设置有振荡叉体；压电单元用于驱动振荡叉体振动，并接收振荡叉体在不同介质中振动后的信号；振荡叉体为中间厚两端薄的长条状金属。通过设置带底圆筒状外壳底面的厚度提高振动液位开关传感器的稳定性，制作过程简单、成本低，在受到温度影响时，工作频率变化稳定，多次高低温后，室温下工作频率稳定可恢复。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一振动液位开关传感器结构示意图；

图2为本发明实施例一振动液位开关传感器结构细节图；

图3为本发明实施例一压电单元结构示意图；

图4为本发明实施例二压电单元结构示意图；

图5为本发明实施例三压电单元结构示意图；

图6为本发明实施例一结构厚度示意图；

图7为本发明实施例四纳米级银烧结后的微观结构示意图；

图8为本发明实施例一振动液位开关传感器三维轴切图；

附图说明：1振荡叉体；2刚性膜片；3锥形结构；4阶梯孔；5环形围挡结构；6公共环形套；7引线；8转接板；9支柱；10压电单元；11匹配层；12环形槽；13粘接层；14压电发射部；15间隔槽；16压电接收部；17共用负极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种振动液位开关传感器，通过设置带底圆筒状外壳的底面厚度提高振动液位开关传感器的稳定性，具有结构简单、制作成本低的优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-2和图8所示，本实施例提供了一种振动液位开关传感器，包括：

带底圆筒状外壳(包括振荡叉体1、刚性膜片2、阶梯孔4)、压电单元10和匹配层11；

压电单元和匹配层自上而下依次设置在带底圆筒状外壳内；

压电单元和匹配层之间通过粘接层粘接；

匹配层和带底圆筒状外壳的内底面之间通过粘接层粘接；匹配层用于使带底圆筒状外壳和压电单元绝缘；带底圆筒状外壳的底面的中心厚度小于边缘厚度；

带底圆筒状外壳的外底面处设置有振荡叉体；压电单元用于驱动振荡叉体振动，并接收振荡叉体在不同介质中振动后的信号；振荡叉体为中间厚两端薄的长条状金属。

其中，带底圆筒状外壳为阶梯带底圆筒状结构；带底圆筒状外壳的上部内径大于带底圆筒状外壳的底部内径；

压电单元和匹配层均为圆饼状结构；

压电单元的直径小于匹配层的直径；

匹配层的直径小于带底圆筒状外壳的底部内径。

此外，振动液位开关传感器还包括：

围挡结构(包括环形围挡结构5和公共环形套6)、转接板8和多个支柱9；

围挡结构为阶梯圆筒状结构；围挡结构外径大于阶梯带底圆筒状外壳的底部内径；围挡结构外径小于阶梯带底圆筒状外壳的上部内径；围挡结构设置于带底圆筒状外壳内的阶梯处；围挡结构的上部内径大于围挡结构的底部内径；

转接板的直径大于围挡结构的底部内径；转接板的直径小于围挡结构的上部内径；转接板设置于围挡结构内的阶梯处；转接板与压电单元通过转接线连接；转接板用于转接压电单元接收到的信号。

多个支柱间隔设置于围挡结构的下底面；多个支柱的下底面与匹配层接触。

具体的，匹配层为氧化铝陶瓷；

匹配层的厚度为0.4mm-0.6mm。

带底圆筒状外壳底面的中部厚度为1.6mm到1.8mm；

带底圆筒状外壳底面的边缘厚度为2mm。

优选地，

带底圆筒状外壳的内底面上设置有多个环形槽；

环形槽用于增强匹配层和带底圆筒状外壳的内底面之间的粘接强度。

优选地，压电单元包括：

压电发射部和压电接收部；

压电接收部为圆形；压电发射部为圆环状；压电发射部和压电接收部同心设置；

压电发射部和压电接收部共用一个负极。

具体的，粘接层为掺杂有纳米氧化铝粉末的双组分有机环氧树脂；粘接层的边缘厚度大于述粘接层的中间厚度。

本发明的目的是优选采用制作过程简单、成本低的方式，制作宽温范围内正常工作的振动液位开关传感器，尤其在受到温度影响时，工作频率变化稳定，多次高低温后，室温下工作频率可恢复。本发明的振动液位开关传感器包括压电单元(包括压电发射部和压电接收部)10、与压电单元和金属结构(刚性膜片)配合的匹配层11、保证限位同心的环形围挡结构5、可发生机械变形的刚性膜片2、以及与膜片相连接的振荡叉体结构1，压电发射部14、压电接收部16和匹配层11通过一定的操作连接至刚性膜片2，为保证压电单元10与刚性振动膜片2同心、定位，以及压电驱动部分焊接外引线7的可靠性，在上端设置环形围挡结构5，如图2。该环形围挡结构5上端设置公共环形套卡在振荡叉体1上端侧壁的阶梯孔4上，下端设置有多个支柱压紧在匹配层11的周边外缘上。

振动液位开关传感器中元件(包括匹配层11、刚性膜片2)之间的振动耦合同步，即使受到温度影响或冷热冲击后，其冷热膨胀匹配也是最佳状态，此外，长期运行下，存在于压电单元10和匹配层11、匹配层11和刚性膜片2之间的粘接层13在受到宽温范围内温度变化时内部不会产生细小裂纹，影响振动开关的工作频率下降或异常、制作工艺简单，从总体上能够使得振动传感器的工作频率稳定可靠，不受温度变化以及冷热冲击影响。

本发明为了以最少的元件数量实现振动传感器的性能，优先选用一个压电单元，同时实现压电发射和压电接收的作用。单个压电单元受到交变电激励的作用，产生沿径向方向连续的伸展和收缩的振动工作模式，带动刚性膜片2、振荡叉体1同时向内或同时向外的振动。振荡叉体1产生振动后，压电单元10的压电接收部16会将接收到的振动能量转换为电信号输出。为进一步在同一个压电单元10上同时实现压电发射部和压电接收部的作用，本发明专利中，通过设计压电单元的外形为圆饼状，一个侧面共用负极，另一侧面同时设计压电发射单元和压电接收单元的方式实现。尤其同一侧面的压电发射部14和压电接收部16通过间隔槽隔开，两个单元之间无电容的耦合作用产生，各自独立。设计的这种压电单元10形式多样，不限于固定的一种压电单元10的结构形式。如图3，压电单元10的一侧为共用负极17，另一侧同时有压电发射部和压电接收部，两部分之间通过环形的间隔槽15隔开。具体为压电发射部14以圆环形式分布在压电单元10的周围，压电接收部16以圆形结构分布在压电单元10上圆环的中央位置，共用负极17通过翻边的形式与压电接收部16和压电发射部14在同一侧，在电驱动下，作用在环形部分的正极、负极上，环形部分的压电发射部14同时向外拉伸、收缩状态的变化，驱动振荡叉体1的左右振动。

进一步的，本发明专利中，刚性膜片2的材质优选为优质的316L不锈钢，其在压电单元压电发射部14的激励下，产生沿径向方向的伸缩振动，其厚度的设计显得尤为重要。通过ANSYS软件仿真其有效振动频率和能量的传递、材料弹性模量的确定，以及凭借丰富的超声波经验，其厚度一般设置在2mm范围内，因为刚性膜片2的厚度过厚，振动能量会有很大损失，刚性膜片2过薄，会导致整个振动传感器的一阶振动的工作模式不稳定，容易产生二阶以上复杂的、扭曲的振动，不利于整个振动传感器的可靠稳定。如图6，刚性膜片2(即带底圆筒状外壳的底面)的厚度从中间区域向边缘区域增加，保证刚性膜片2的粘接面是平整的，其振荡叉体1一侧属于从中间区域向四周增厚的结构，即刚性膜片2中间区域的厚度为d0，四周的厚度为d1，设计d0＜d1。见图5所示。这样设计刚性膜片2，主要是因为振荡叉体1受到振动后，由于粘接层13中间受到外缘的限制，其热膨胀力较小，而粘接层13外缘处于自由状态，其热膨胀力相比粘接层13中间大，从而会受到尤其是在彼此相邻层的边缘区域，会导致很高的剪切力和裂纹的产生。因此，在刚性膜片2结构上做出改进，使该区域的粘接层13能较好的承受所产生的剪切力，从而能达到降低产生裂纹的目的，使压电单元的振动尽可能无损的传到刚性膜片2上。

为进一步提高振动液位开关传感器在一定宽温范围内工作频率的可靠稳定，对压电单元10的粘接方式进行优化。在采用利用粘接层粘接时，为提高粘接强度，优先对刚性膜片2进行脱脂、除锈等处理，然后在刚性膜片2的表面上，通过化学腐蚀处理，特别的是磷化处理工艺，辅助机械处理方式，特别机械处理方式使得刚性膜片2表面有环形槽12设计，来增加刚性膜片2表面粗糙度，从而增加粘接层13的粘接强度。而且环形槽12的作用除了增强粘接强度外，还可以在刚性膜片和匹配层11之间产生细小间隙，起到毛细作用力，更利于粘接剂的有效填充。这种环形槽12的结构采用激光打标机实现：调整激光打标机的功率(35W到45W)在刚性膜片2上刻蚀深0.05mm的环形槽12，环形槽见图2所示。

本发明在粘接剂选择上，优先采用双组份有机环氧树脂基体，尽管在固化中，单组分室温固化的有机树脂产生的应力小，但是存在的问题也很明显：塑性大，刚性相对较低，硬度也不高，耐温低，所以优先采用双组份加热固化的有机环氧树脂。

粘接剂优选采用双组份有机树脂。为确保在高温下，振动液位开关传感器工作频率可靠，粘接剂的玻璃化转变温度至少在140℃到150℃范围中。此外，在固化过程中辅助采用温度加热的方式，加热温度原则上不超过压电单元10的居里温度，这样不会造成压电单元10的退极化，同时为避免有机环氧树脂在加热固化过程中，产生烧结内应力，根据温度固化曲线(温度固化曲线是通过查阅减少固化过程中的应力资料、试验验证、以及丰富的经验得到的)控制温度并在压电单元10上施加一定的预紧力。采用的温度烧结曲线为常温→80℃，恒温1h→100℃，恒温2h→120℃，恒温3h→150℃，恒温1h；预紧力的大小为0.5～1MPa。

为进一步优化粘接层，在上面的有机环氧树脂基体上，采用掺杂有纳米氧化铝粉末(选800nm以下粒径)混合成均匀的复合环氧树脂。具体实现过程：首先对纳米级氧化铝粉末进行预处理，主要作用在于防止纳米氧化铝粉末的团聚。取占氧化铝粉末重量的0.5％～1％的硅烷偶联剂，用氧化铝粉末2～5倍的醇水溶液(水：醇＝1:9)对其进行稀释，再加入纳米氧化铝粉末，充分搅拌均匀，用超声波振荡30min，并且升至100℃，保温2h到3h干燥。将纳米氧化铝粉末预处理后，在有机环氧树脂基体上掺杂的5％～8％的纳米级氧化铝粉末，通过机械搅拌，辅助离心机甩动，沿着一个方向充分搅拌，使得纳米级氧化铝粉末与树脂充分混合后，并在高倍显微镜下(至少放大至10倍)观察，其中不能有纳米氧化铝粉末的团聚物出现。这样的复合环氧树脂，充分利用纳米级氧化铝粉末，因其粒径很小，表面积很大，表面层内原子所占比例很大，通过充分搅拌，与有机环氧树脂的聚合物充分的吸收、键合，增强了氧化铝粒子与有机树脂基体的界面结合，使氧化铝的刚性、尺寸稳定性更有利于与有机环氧树脂的韧性复合在，对有机树脂产生增韧和增强的效应，同时改善180℃高温下复合树脂的剪切强度，使得粘接层13中的裂纹消失，大大提高振动液位开关传感器的可靠稳定工作性能，能够保证振动传感器在宽温范围内可靠稳定工作，而且不会受到宽温范围内极限高低温冷热冲击的影响。同时纳米颗粒作为填充物，在两个粘接面中间起到调整粘接层13厚度的定位作用。

进一步，复合材料的有机环氧树脂优先采用丝网印刷的方式涂覆在被粘接的压电单元10和匹配层11的粘接面上，两个粘接面均涂覆复合有机环氧树脂。通过丝网的网格密度的大小，控制涂覆厚度，使得涂覆厚度控制在30μm以内，涂覆后，通过专用工装压紧在一起。通过工装保证被(压电单元10和匹配层11)被粘接件的同心，施加预紧力后，涂覆的有机环氧树脂会溢出到侧壁，保证溢出有机环氧树脂胶沿着压电单元10和匹配层11的外缘形成环形的锥形结构3，如图2所示。

工装采用非均匀加载压力的方法，具体为利用球形头的杆件，使加载压力在粘接层13表面产生一个具有圆形的中心强、边缘弱的非均匀压力场，这样会使多余的有机环氧树脂粘接剂从压电单元10或匹配层11的边缘挤出，形成锥形结构3。

锥形结构3可降低粘接层13内部产生细小裂纹。这是因为形成的粘接层13中间区域受到外边缘的限制，其热膨胀变化相应外边缘部分小，而且粘接层13的外边缘部分处于自由状态，会产生很高的剪切力和裂纹，因此通过在外边缘设置溢出胶层的锥形结构3，增加该区域的厚度，使得外缘部分能较好的承受所产生的剪切力。

本发明中，为使得匹配层11保证同心的粘接固定在刚性膜片2上，同时为保证从压电单元10焊接引线7的可靠性连接，采用环形围挡结构5实现。环形围挡结构5的外侧壁保证与刚性膜片2上端内侧壁曲率的曲率。其上端设置有公共环形套6，内部嵌入转接板8，设置有焊点，可以将底部压电单元的焊接引线7，通过焊接在其上的焊点，实现二次转接，增加焊接引线7的可靠性。公共环形套6的下端设置有开口的、间隔一定距离的自由状态的支柱9，其支柱从公共环形套6的一侧延伸，位于每个支柱9的自由端处的是固定压紧部分，其固定压紧部分借助于刚性膜片2上部阶梯孔4固定在匹配层11的外缘周围。环形围挡结构5上的支柱9的个数设置不限，一般认为偶数个数是优选的，以确保压紧结构上的平衡加载。本发明中设置12个支柱9。

匹配层11保证了压电单元10、刚性膜片2和振荡叉体1之间的电气绝缘。为进一步优化振动液位开关传感器的可靠性，匹配层11优选一种高纯度的氧化铝陶瓷，纯度高达99.9％，其纯度越高，其他组分例如氧化硅、氧化钛等含量就越小，这样致密性越高，刚性越好，越有利于振动能量的传递。而且其线性热膨胀系数介于(6.8～8)/K×10^-6之间，在压电单元((3.2～4)/K×10^-6)和金属材料((14～16)/K×10^-6)之间，对不同材料的热膨胀系数起到阶梯过渡的作用，使得振动能量在不同材料中有效传递。另匹配层11厚度的设计，匹配层过厚影响压电片上振动能量的传递，匹配层过薄在实际使用或温度影响下，受到热应力和剪切力的作用，匹配层11容易产生裂纹或破碎，从而影响振动开关设备的性能。通过压电单元10的材料属性、膨胀/收缩热性、振动能量的传递特性、刚性膜片结构的配置和厚度，以及该设备期望的使用温度范围，确定匹配层厚度一般设置在0.4mm～0.6mm范围内。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，压电单元包括：

压电接收部和两个压电发射部；

压电接收部为圆形；压电发射部为半圆环状；两个压电发射部包围压电接收部设置；压电发射部和压电接收部通过间隔槽隔开；压电发射部和压电接收部共用一个负极。如图4，将压电发射部14通过间隔槽15，分成两部分，其受到电驱动后，振动的工作模式同实施例一的压电单元10的一致；

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于，压电单元包括：

压电发射部、压电接收部和共用负极；

压电发射部、共用负极和压电发射部间隔设置。如图5，压电单元10的一侧为共用负极17，另一侧将圆形结构划分为3部分，其中中间的部分通过翻边的形式，为共用负极17，两侧分别为压电发射部14和压电接收部16，中间用间隔槽15隔开，这种压电单元10，在电驱动下，作用在压电发射部14的正极和共用负极17上，使得这部分压电陶瓷单元连续伸展、收缩的变化，带动其中一个振荡叉体1振动，进而另一个振荡叉体1也被已经起振的振荡叉体1带动，实现振荡叉体1的左右振动。

实施例四

本实施例与实施例一的不同之处在于，粘接层为银锡烧结材料；银锡烧结材料是将膏状纳米银和膏状纳米锡材料混合后涂覆到涂有纳米铜的钢网上烧结而成的。

采用复合结构/材料的纳米级的金属烧结方法实现。本发明中优先采用复合粒径的纳米银/锡烧结方法。具体实现过程：采用粒径从50nm到10μm大小不同的混合均匀的纳米银烧结材料，这种材料外观为半流动性的膏状物，用多种粒径复合的纳米银颗粒，可以在结构上建立更为致密的结构，这是因为小粒径的可以通过物理吸附或物理键合的方式围绕在大粒径的颗粒周围。同时纳米银烧结材料中掺杂纳米锡颗粒，粒径在100nm到200nm范围之间，可以进一步降低纳米银膏的烧结温度，从280℃可以大幅下降至235℃，这样可以更好的实现压电单元10的粘接，不会导致压电单元10压电性能的下降。

膏状纳米银/锡材料，可通过模版印刷、涂覆器、钢网或丝网印刷等方式涂覆在被粘接的压电单元10和匹配层11上。在丝网或钢网上刷涂一层纳米铜，再将纳米银/锡膏状物刷涂在压电单元10和匹配层11的粘接面上。因为纳米银/锡膏烧结后，由于有机物的挥发，会产生很多细小的孔隙，改进优化后，纳米铜形成的网格状结构作为排出气体的通道，减少细小孔隙的产生。

由于低烧结温度，在压电单元10、匹配层11和刚性膜片2的各层之间产生的应力很小。在使用具有纳米级银的烧结膏的情况下，通过工装方式施加一定的烧结压力，能够显著降低烧结处理所需的装置成本，使得该粘接技术更容易应用，更容易推广，烧结后的微观结构见图7所示。

本发明的振动液位开关传感器相比现在复杂的压接的实现方式，不仅实现结构上简单，而且能够在明显不同的工作温度中(-40℃到180℃)长期可靠运行，同时显示出可接受的运行性能，性能不会受到不利的影响。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种振动液位开关传感器，其特征在于，所述振动液位开关传感器包括：

带底圆筒状外壳、压电单元、匹配层和粘接层；

所述压电单元和所述匹配层自上而下依次设置在带底圆筒状外壳内；

所述压电单元和所述匹配层之间通过粘接层粘接；

所述匹配层和所述带底圆筒状外壳的内底面之间通过粘接层粘接；所述匹配层用于使带底圆筒状外壳和压电单元绝缘；所述带底圆筒状外壳的底面的中心厚度小于边缘厚度；

所述带底圆筒状外壳的外底面处设置有振荡叉体；所述压电单元用于驱动所述振荡叉体振动，并接收所述振荡叉体在不同介质中振动后的信号；所述振荡叉体为中间厚两端薄的长条状金属。

2.根据权利要求1所述的振动液位开关传感器，其特征在于，

所述带底圆筒状外壳为阶梯带底圆筒状结构；所述带底圆筒状外壳的上部内径大于所述带底圆筒状外壳的底部内径；

所述压电单元和所述匹配层均为圆饼状结构；

所述压电单元的直径小于所述匹配层的直径；

所述匹配层的直径小于所述带底圆筒状外壳的底部内径。

3.根据权利要求2所述的振动液位开关传感器，其特征在于，所述振动液位开关传感器还包括：

围挡结构、转接板和多个支柱；

所述围挡结构为阶梯圆筒状结构；所述围挡结构外径大于阶梯带底圆筒状外壳的底部内径；所述围挡结构外径小于阶梯带底圆筒状外壳的上部内径；所述围挡结构设置于所述带底圆筒状外壳内的阶梯处；所述围挡结构的上部内径大于所述围挡结构的底部内径；

所述转接板的直径大于所述围挡结构的底部内径；所述转接板的直径小于所述围挡结构的上部内径；所述转接板设置于所述围挡结构内的阶梯处；所述转接板与所述压电单元通过转接线连接；所述转接板用于转接所述压电单元接收到的信号；

多个所述支柱间隔设置于围挡结构的下底面；多个所述支柱的下底面与所述匹配层接触。

4.根据权利要求1所述的振动液位开关传感器，其特征在于，

所述匹配层为氧化铝陶瓷；

所述匹配层的厚度为0.4mm-0.6mm；

所述带底圆筒状外壳底面的中部厚度为1.6mm到1.8mm；

所述带底圆筒状外壳底面的边缘厚度为2mm。

5.根据权利要求1所述的振动液位开关传感器，其特征在于，

所述带底圆筒状外壳的内底面上设置有多个环形槽；

所述环形槽用于增强匹配层和所述带底圆筒状外壳的内底面之间的粘接强度。

6.根据权利要求2所述的振动液位开关传感器，其特征在于，所述压电单元包括：

压电发射部和压电接收部；

所述压电接收部为圆形；所述压电发射部为圆环状；所述压电发射部和所述压电接收部同心设置；

所述压电发射部和所述压电接收部共用一个负极。

7.根据权利要求2所述的振动液位开关传感器，其特征在于，所述压电单元包括：

压电接收部和两个压电发射部；

所述压电接收部为圆形；所述压电发射部为半圆环状；两个压电发射部包围所述压电接收部设置；所述压电发射部和所述压电接收部通过间隔槽隔开；所述压电发射部和所述压电接收部共用一个负极。

8.根据权利要求2所述的振动液位开关传感器，其特征在于，所述压电单元包括：

压电发射部、压电接收部和共用负极；

所述压电发射部、共用负极和所述压电发射部间隔设置。

9.根据权利要求1所述的振动液位开关传感器，其特征在于，所述粘接层为掺杂有纳米氧化铝粉末的双组分有机环氧树脂；所述粘接层的边缘厚度大于述粘接层的中间厚度。

10.根据权利要求1所述的振动液位开关传感器，其特征在于，所述粘接层为银锡烧结材料；所述银锡烧结材料是将膏状纳米银和膏状纳米锡材料混合后涂覆到涂有纳米铜的钢网上烧结而成的。

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