HU214532B

HU214532B - Mechanical device for detecting level of a liquid and bulk solid matter

Info

Publication number: HU214532B
Application number: HU9503350A
Authority: HU
Inventors: Elek Károly Dr.; Attila Bors; Tamás Szőllős
Original assignee: Nivelco Ipari Elektronika Rt.
Priority date: 1995-11-23
Filing date: 1995-11-23
Publication date: 1998-03-30
Also published as: HU9503350D0; HUT75790A

Abstract

A találmány tárgya egy rezgő rendszer, amely egy membránból (1), egyvagy több, a rezgést gerjesztő és érzékelő mérőátalakítóból, valamintegy vagy több, célszerűen két rezgő rúd ól (3) áll. A mérőátalakítókpiezőkerámia lapkákkal vannak megvalósítva, amelyek a membránra (1)fel vannak ragasztva. A membrán (1) célszerűen egy fazék alakú ház (5)fenéklapja és a fazék alakú ház (5) falán, annak a membránhőz (1)közeleső részén vékőnyítás (6) van. ŕSUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a vibrating system comprising a membrane (1), one or more of the vibration and sensing transducers, and one or more, preferably two, oscillating rods (3). The metering transducer is made of ceramic ceramic inserts which are glued to the membrane (1). The diaphragm (1) is preferably provided on the wall of the bottom of the pot-shaped housing (5) and on the wall of the pot-shaped housing (5) at its proximal portion of the diaphragm heat (1) (6). ŕ

Description

A találmány tárgya egy membránt, piezokerámia lapkát és rezgő rudat tartalmazó berendezés, amely rezgő rendszert képez és folyadék, valamint ömlesztett szilárd anyag szintjének érzékelésére szolgál.The present invention relates to a device comprising a membrane, a piezoceramic tile and a vibrating rod, which forms a vibrating system and is intended to detect the level of liquid and bulk solids.

A berendezés felhasználásával kialakított műszerben, hasonlóan más mechanikus rezgő rendszert szintérzékelőként alkalmazó műszerekhez, egy villamos jellel gerjesztett elektromechanikus mérőátalakító állandósult rezgésben tart egy membránból és rezgő rudakból álló mechanikus rezgő rendszert. A rezgési állapotot elektromechanikus mérőátalakító érzékeli. Amint a tartályban, silóban a töltő közeg eléri a kívánt magasságban felszerelt rezgő rudat, csillapítja a rezgő rendszer rezgését. Ezt a csillapítást, esetleg az ezzel együtt fellépő rezgési frekvenciaelhangolódást áramkörök érzékelik, amelyek jelző, beavatkozó eszközöket működtetnek.In an instrument constructed using the apparatus, like other instruments employing a mechanical vibration system as a level sensor, an electromechanical measuring transducer excited by an electrical signal maintains a mechanical vibration system consisting of a diaphragm and a vibrating rod. The vibration state is detected by an electromechanical transducer. As soon as the filling medium reaches the vibration bar mounted at the desired height in the tank or silo, it dampens the vibration of the vibration system. This attenuation, or possibly the associated vibration frequency tuning, is detected by circuits that operate signaling, actuating means.

A hasonló műszerekkel nemcsak tartályokban, silókban érzékelhető a töltő közeg szintje, hanem a halomban tárolt ömlesztett szilárd anyag mennyisége vagy pl. egy garatban az anyag nemkívánatos felhalmozódása is érzékelhető.With similar instruments, not only can tanks and silos detect the level of filling medium, but also the amount of bulk solids stored in the pile or, e.g. undesirable accumulation of material in the pharynx may also be detected.

Az ismert hasonló berendezések egyik csoportjára egy cső alakú rezgő rúd jellemző, ez körülvesz egy második, hengeres rezgő rudat. Ennél a koaxiális elrendezésnél a két rúd ellentétes rezgéseket végez, amelyet egy elektromechanikus átalakító gerjeszt és egy második átalakító érzékel. Ezek az átalakítók piezokerámia korongok, amelyek a rezgő rudakat egymáshoz rögzítő keresztirányú, membránként kiképzett gyűrű alakú elemen vannak rögzítve. A membrán belső pereme a külső, cső alakú rezgő rúdhoz van rögzítve, a belső rezgő rúd a membrán külső részéhez van közvetve, más szerkezeti elemek közbeiktatásával rögzítve (1. ábra). Ilyen megoldás ismerhető meg a WO 83/01307 sz. leírásból.One class of known devices is characterized by a tubular vibrating bar which surrounds a second cylindrical vibrating bar. In this coaxial arrangement, the two bars perform opposite oscillations, which are excited by an electromechanical transducer and sensed by a second transducer. These transducers are piezoceramic discs mounted on a transverse membrane-shaped transverse member that secures the vibrating rods to each other. The inner rim of the diaphragm is secured to the outer tubular vibrating rod, the inner vibrating rod is secured directly to the outer portion of the diaphragm by interposing other structural members (Fig. 1). Such a solution is known from WO 83/01307. description.

A hasonló berendezések másik csoportjánál két, egymással párhuzamos rezgő rúd a végével van egy membránra mereven felfogva. Ez a membrán kör alakú és a pereménél van rugalmasan rögzítve. A rezgő rudak rezgés közben egymás felé - egymástól ellentétes irányban hajlanak meg, hasonlóan a közismert hangvilla rezgéséhez. A rezgő rúdon lapát alakú kiképzés van úgy, hogy a rezgő rúdaknak a rezgés irányára merőleges mérete nagyobb legyen, mint a rezgés irányába eső mérete. Itt is megtalálható legalább egy, a rezgést meghajtó és legalább egy, a rezgést érzékelő elektromechanikus átalakító, ezek általában piezoelektromos kerámia tárcsák. A piezokerámia tárcsáknak a membránra való felfogására számos megoldás született. Ezek különféle híd jellegű szerkezeteket, szorító kengyeleket tartalmaznak a kerámia tárcsáknak a membránhoz való szorítására. Ezek a szerkezetek adott esetben egy fazék alakú házban vannak elhelyezve, ahol a fazék fenéklapja egy peremén rugalmasan befogott membránként működik. A membrán rugalmas rögzítése ebben az esetben úgy van megoldva, hogy egyrészt a membrán vékonyabb, mint a fazék fala, másrészt a fazék falán, a membránhoz közel egy körbefútó vékonyítás van. A fazék belsejében vannak az elektromechanikus átalakítók (2. ábra). Ilyen megoldás ismerhető meg az US 3,625,058 lajstromszámú szabadalom leírásából.In another group of similar devices, two parallel oscillating rods are rigidly fixed to a membrane at their ends. This membrane is circular and is elastically fixed at its rim. The vibrating rods bend toward each other in opposite directions, similar to the vibration of a commonly known tuning fork. The oscillating rod has a blade-shaped configuration such that the size of the oscillating rods perpendicular to the oscillation direction is greater than its size in the direction of the oscillation. Here, too, there is at least one vibration drive and at least one vibration sensing electromechanical transducer, generally piezoelectric ceramic discs. There have been many solutions for attaching piezoceramic discs to the membrane. These contain various bridge-like structures, clamps for clamping the ceramic discs to the membrane. These structures are optionally housed in a pot-shaped housing where the bottom of the pot acts as a resiliently clamped membrane on one edge. In this case, the flexible fixing of the membrane is solved by making the membrane thinner than the pot wall on the one hand and a circumferential thinning on the pot wall close to the membrane on the other. Inside the pot are the electromechanical transducers (Figure 2). Such a solution is known from U.S. Patent No. 3,625,058.

Ezeknek az ismert korábbi, két párhuzamos rezgő rudat alkalmazó megoldásoknak jellegzetességük, hogy az elektromechanikus átalakítók piezokerámia elemek, amelyek laposak, azaz lapkák és az egyszerűbb gyárthatóság - szerelhetőség céljából kör keresztmetszetüek, azaz tárcsák. Az idézett szabadalom szerinti megoldásnál több ilyen gerjesztő és érzékelő tárcsa van egy közös kötegbe, oszlopba összefogva. A gerjesztő tárcsák vastagság irányú méretváltozása hajlítgatja a membránt. Az érzékelő tárcsák vastagság irányú méretének megváltozása által keltett feszültséget érzékelik a csatlakozó elektronikus áramkörök.These prior art solutions employing two parallel oscillating rods are characterized in that the electromechanical transducers are piezo-ceramic elements which are flat, i.e. inserts, and circular cross-sections, i.e. discs, for ease of assembly. In the cited patent, several such excitation and sensing discs are grouped together in a single stack, column. The thickness change of the excitation discs bends the membrane. The voltage generated by the change in the thickness of the sensor discs is detected by the connected electronic circuits.

A korábbi, két rezgő rudas megoldások arra irányultak, hogy a gyakorlatban könnyen létrehozható amplitúdójú, néhányszor tíz voltos gerjesztő feszültségnél minél nagyobb amplitúdóval rezegjen a rezgő rúd. Ha a rezgő rudak nagy amplitúdóval rezegnek, a nagy amplitúdójú rezgésnek már kismértékű csillapítása is könnyebben érzékelhető, így a rendszer érzékenysége növelhető. Mégis, a piezokerámia tárcsa vastagság irányú méretváltozását kihasználó, sokféle formában elterjedt megoldásoknál a rezgő rúd rezgésének amplitúdóját nem találtuk elegendő nagynak ahhoz, hogy a mérendő közeg kismértékű csillapító hatása is már jól érzékelhető rezgésváltozást okozzon.Previously, two oscillating rods have been designed to vibrate the oscillating rod with as much amplitude as possible in practice to an amplitude of a few times ten volts with an easily generated amplitude. If the oscillating rods vibrate with a high amplitude, even a slight attenuation of the high amplitude vibration can be detected, thus increasing the sensitivity of the system. However, in a wide variety of solutions utilizing piezoceramic disk thickness variation, the vibration amplitude of the vibrating rod has not been found to be large enough to cause a slight perceptible vibration change in the medium to be measured.

Találmányunk célja a párhuzamos rezgő rudakat alkalmazó, hangvillaszerü, tehát nem koaxiális rezgő rendszereknél a rezgési amplitúdók és ezáltal az érzékenység megnövelése, azonos gerjesztő feszültség mellett.The object of the present invention is to increase the vibration amplitudes and thus the sensitivity of the tuning forks, i.e. non-coaxial vibrating systems using parallel oscillating rods, at the same excitation voltage.

Találmányunk alapgondolatánál olyan párhuzamos rezgő rudakat alkalmazó rezgő rendszerből indultunk ki, ahol a rezgő rudak egy peremével rugalmasan rögzített membránra vannak mereven felfogva, a rezgést a membránhoz csatlakoztatott egy vagy több piezokerámia lapka geijeszti és érzékeli.The basic idea of the present invention is based on a vibration system using parallel vibrating rods, in which the vibrating rods are rigidly fixed to a membrane resiliently fixed with one or more piezoceramic inserts attached to the membrane.

Találmányunk alapgondolata az a felismerés, hogy nagyobb membrán alakváltozást kapunk, ha a piezokerámia lapkát teljes homlokfelületével felragasztjuk a membránra. így a rezgő rudak, amelyek egyik végükkel a membránra vannak felfogva, a másik végüket tekintve nagyobb amplitúdóval rezegnek. Ez a megoldás, bár azzal a hátránnyal jár, hogy egyes esetekben meg kell oldani a homloklapra felvitt fegyverzet szigetelt kivezetését, továbbá a ragasztásnak a szóbajöhető 100-200 °Cos tartományban is tartósnak kell maradnia, mégis előnyös.The basic idea of the present invention is to realize that a larger membrane deformation is obtained when the piezoceramic tile is glued to the membrane with its entire face. Thus, the vibrating rods, which at one end are attached to the membrane and at the other end vibrate with greater amplitude. This solution, although having the disadvantage that in some cases it is necessary to resolve the insulated terminal on the face plate and the adhesive must remain durable in the range of 100-200 ° Cos, is nevertheless advantageous.

A találmány tehát egy olyan szintérzékelő céljára szolgáló rezgő rudas rezgő rendszer, amely egy membránból, egy vagy több, a rezgést geijesztő és érzékelő mérőátalakítóból és egy vagy több rezgő rúdból áll. A membrán a pereménél rugalmasan van befogva. A mérőátalakítók piezokerámia lapkákkal vannak megvalósítva. A rezgő rudak a membrán egyik oldalára vannak rögzítve vagy a membrán anyagával közös munkadarabként vannak kialakítva. A megoldásra jellemző, hogy a piezokerámia lapkák a membránra fel vannak ragasztva, adott esetben szigetelő lapka közbeiktatásával.The invention thus provides a vibrating rod vibration system for a level sensor comprising a membrane, one or more measuring transducers for amplifying and sensing vibration, and one or more vibrating rods. The membrane is resiliently clamped at its rim. The measuring transducers are implemented with piezoceramic inserts. The vibrating rods are fixed to one side of the membrane or formed as a workpiece in common with the membrane material. The solution is characterized in that the piezoceramic inserts are glued to the membrane, optionally with an insulating insert.

A membrán a találmány szempontjából egy sík vagy közel sík lap, amely rugalmas anyagból készül, a rezgő rudakat hordozza és a mérőátalakítók hajlító hatásánakFor purposes of the present invention, the diaphragm is a flat or near-flat plate made of a resilient material, carrying vibrating rods and bending action of the transducers.

HU 214 532 Β van kitéve. A találmányi gondolat megvalósítása szempontjából közömbös, hogy a membrán milyen alakú (kör, ellipszis, téglalap stb.), lehet a membrán egy nagyobb síklap része is vagy önálló síklap, a szélein esetleg merevítő bordákkal vagy például felhaj lítással. Az, hogy a membrán a pereménél rugalmasan van befogva, egyrészt úgy valósítható meg, hogy egy vékonyítás veszi körül a membránt vagy a lemeznek a membránként működő részét. Ez a vékonyítás körülhatárolja a membránt. Ez a körülhatárolás nem szükségszerűen teljes, azaz a vékonyítás nem szükségszerűen önmagába záródó vonal mentén fut körbe. Másrészt a membrán rugalmas befogása úgy is megvalósítható, hogy a membrán vékonyabb, mint a pereméhez csatlakozó felerősítő lemez vagy más alkatrész.HU 214 532 Β is exposed. Whatever the shape of the membrane (circle, ellipse, rectangle, etc.), it may be irrelevant for the purposes of the present invention, it may also be part of a larger plane of the membrane or a separate plane with possibly stiffening ribs or bends. The elastic clamping of the membrane at its periphery may be achieved by thinning around the membrane or the portion of the plate which acts as the membrane. This thinning defines the membrane. This delimitation is not necessarily complete, that is, the thinning does not necessarily follow a self-enclosing line. On the other hand, the flexible clamping of the membrane can also be achieved by making the membrane thinner than the mounting plate or other component attached to its rim.

A találmánynak egy technológiailag célszerű kiviteli alakjánál a membrán önmagában ismert módon egy fazék alakú ház fenéklapja, ahol a fazék falán, annak belső oldalán a membránt képező fenéklaphoz közel vékonyítás van egy körbefutó horonyként kiképezve.In a technologically advantageous embodiment of the invention, the membrane is known per se as the bottom plate of a pot-shaped housing, wherein the pot wall, on its inner side, is thinned to form a circumferential groove close to the bottom plate forming the membrane.

Egy másik kiviteli alaknál a membrán egy nagyobb síklap része, a körbezáródó vékonyítás határolja körül a membránt.In another embodiment, the membrane is surrounded by a portion of a larger planar sheet that is enclosed by a thinning.

A találmányi gondolat megvalósítása szempontjából közömbös, hogy két, három, vagy több rezgő rudat alkalmazunk, ezek között a két rezgő rudas kiviteli alakot tekintjük célszerűnek. Egyetlen rezgő rúddal is készíthető hasonló célra szolgáló rezgő rendszer, az ilyen elrendezéseknél azonban felismerhető egy második rezgő rúdként működő ellensúly. A rezgő rudak lapát alakú kiképzésével, a lapátok formájának kialakításával további kiviteli formák hozhatók létre.It is irrelevant for the purpose of the present invention that two, three or more vibrating rods are used, including two vibrating rod embodiments. A single oscillating rod can be used to make a vibrating system for a similar purpose, but such arrangements may recognize a counterweight acting as a second oscillating rod. Further embodiments can be created by blade-shaped vibrating rods and by blade-shaped shape.

Ugyancsak közömbös a találmányi gondolat megvalósítása szempontjából a piezokerámia lapkák alakja. Ezek, bár célszerűen kör keresztmetszetű korongok, azaz tárcsák, lehetnek ellipszis, téglalap stb. alakúak is. Számos kiviteli alak valósítható meg aszerint, hogy egyegy gerjesztő és érzékelő piezokerámia tárcsát alkalmazunk vagy többet, azokat közösen vagy eltérően, esetleg fázisban egymáshoz képest eltolt jelekkel vezérelve. Egy célszerű kiviteli alaknál egy gerjesztő és egy érzékelő tárcsát alkalmaztunk.The shape of the piezoceramic inserts is also indifferent to the idea of the invention. These, though preferably circular discs, i.e. discs, may be elliptical, rectangular, etc. they are also shaped. Several embodiments may be implemented by using one or more excitation and sensing piezoceramic discs, either jointly or differently, and possibly controlled in phase by offset signals. In a preferred embodiment, an excitation and a sensing disc are used.

Egy további kiviteli alaknál a gerjesztő piezokerámia tárcsa és az érzékelő piezokerámia tárcsa fizikailag egyesítve van, azaz egyetlen korong alakú tárcsának az egyik fele gerjesztőként, a másik fele érzékelőként működik.In another embodiment, the excitation piezoceramic disk and the sensor piezoceramic disk are physically united, i.e., one half of a single disk-shaped disk acts as an exciter and the other half acts as a sensor.

A találmányt az ábrák alapján ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábrán az ismert korábbi, koaxiális elrendezésű rezgő rendszer,The invention will now be described in more detail with reference to the drawings, in which: Figure 1 shows a prior art coaxial vibration system,

2a, 2b ábrán az ismert korábbi két rezgő rudas rezgő rendszer látható, ahol a piezokerámia tárcsák kötegbe vannak összefogva és egy kengyel segítségével vannak a membránnak nekiszorítva,Figures 2a, 2b show the prior art two oscillating rod oscillating systems, wherein the piezoceramic discs are assembled in a bundle and pressed against the membrane by means of a clamp,

3a, 3b ábra a találmány szerinti elrendezés egyik kiviteli alakját mutatja, ahol a membrán egy fazék alakú tartóelem fenéklapjaként van megvalósítva, és vékonyítás van a fazék falán,Figures 3a, 3b show an embodiment of the arrangement according to the invention, wherein the membrane is implemented as a bottom plate of a pot-shaped support member and there is a thinning on the pot wall,

4a, 4b ábra olyan kiviteli alakot mutat, ahol a membrán egy nagyobb lemeznek egy kör alakú része, amely egy körbefutó vékonyítással van a lemez többi részétől elkülönítve,Figures 4a, 4b show an embodiment where the membrane is a circular part of a larger plate which is separated by a circumferential thinning from the rest of the plate,

5a, 5b ábra olyan kiviteli alakot mutat, ahol a piezokerámia tárcsa egy szigetelő tárcsa közbeiktatásával van a membránra ragasztva. E kiviteli alaknál megfigyelhető, hogy a membrán felé eső fegyverzet a korong palástján van felvezetve egy kikötőponthoz,5a, 5b show an embodiment where the piezoceramic disk is glued to the membrane by interposing an insulating disk. In this embodiment, it can be seen that the weapon toward the membrane is guided to a mooring point on the rim of the disk,

6a, 6b ábra azt a kiviteli alakot mutatja be, amelynél a gerjesztő és mérő átalakítóként szolgáló piezokerámia tárcsa egyesítve van.6a, 6b show an embodiment in which the piezoceramic disk serving as the excitation and measuring transducer is combined.

Az 1. ábrán látható koaxiális elrendezésű rezgő rendszertől a találmányunk szerinti megoldás eltér.The present invention differs from the coaxial vibration system shown in Figure 1.

A 2a, 2b ábrán bemutatott ismert korábbi elrendezés tartalmaz három olyan ismert és általánosan használt elemet, amelyet a találmányunk egyik kiviteli alakjánál is alkalmazunk. Ezek egyike az 5 fazék alakú ház egy menetes fejrésszel, amellyel az eszköz egy tartóelembe, pl. egy tartály falába becsavarható. A másik általánosan használt elem a két párhuzamos 3 rezgő rúd, amelyek vége lapát alakú. A harmadik ilyen elem az ábrán nem látható vékonyítás, amely az 5 fazék alakú ház falán, annak tövénél, a belső oldalon alkalmazott félkör keresztmetszetű beszúrás formájában van megvalósítva.The known prior arrangement shown in Figures 2a, 2b comprises three known and commonly used elements which are also used in one embodiment of the present invention. One of these is the pot-shaped housing 5 with a threaded head, whereby the device is inserted into a holding element, e.g. can be screwed into a container wall. Another commonly used element is two parallel oscillating rods 3 with a blade end. The third such element is a thinning not shown in the figure, which is implemented in the form of a semicircular groove on the inner side of the pot-shaped housing wall at its base.

A 3 a, 3b ábra a találmányunk szerinti rezgő rendszer egyik kiviteli alakját, annak jellemző részletét mutatja. Az 1 membrán peremén való rugalmas befogása az 5 fazék alakú ház falán 6 vékonyítás alkalmazásával van megvalósítva, amely félkör keresztmetszetű. Ennek mélysége a megvalósított próbadarabnál 1 mm volt. A 6 vékonyítás lehet más alakú is, és alkalmazható az 5 fazék alakú ház külső oldalán is, bár ez segítené az eszközön a por megtapadását. A 6 vékonyítás nem szükségszerűen körbefutó. Végül lehetne a 6 vékonyítást magán az 1 membránon is alkalmazni, ismét célszerűbben a belső oldalon, a falhoz közel. Ez utóbbi megoldás határesete, hogy az 1 membrán lényegesen vékonyabb, mint az 5 fazék alakú ház fala.Figures 3a, 3b show an exemplary detail of an embodiment of the vibrating system of the present invention. The elastic clamping on the rim of the membrane 1 is effected by a thinning 6 on the wall of the pot-shaped housing 5, which has a semicircular cross-section. The depth of the test piece was 1 mm. The thinning 6 may be of other shapes and may also be applied to the outside of the pot-shaped housing 5, although this would aid in adhering the powder to the device. Thinning 6 is not necessarily circular. Finally, the thinning 6 could also be applied to the membrane 1 itself, again preferably on the inside, near the wall. A limiting feature of the latter solution is that the membrane 1 is considerably thinner than the wall of the pot-shaped housing 5.

A 3a, 3b ábrán látható még a 411 gerjesztő piezokerámia tárcsa, amely a két szemben lévő síklapjára vezetett villamos jellel van gerjesztve, és a 412 érzékelő piezokerámia tárcsa, amelynél hasonlóan a két szemben levő síklapról van a jel elvezetve. A hozzávezetésre és elvezetésre szolgálnak szokásos módon a homlokfelületekre felvitt elektródák, fegyverzetek, amelyek felgőzölögtetett, szitanyomtatással készített vagy felfestett fémezések. A hajlékony hozzávezetések ezekhez a fegyverzetekhez forrasztással, ponthegesztéssel vannak csatlakoztatva. A 411 gerjesztő piezokerámia tárcsa és a 412 érzékelő piezokerámia tárcsa közvetlenül van az 1 membránra felragasztva. Mindkettőnél a rajz szerinti felső homloklapon van a 81 geijesztő elektróda és a 82 érzékelő elektróda, a villamos hozzávezetésekkel. Mindkettőnél az alsó oldalon levő 83 közös elektróda nincs külön kivezetve, a ragasztáson keresztül van vezető kapcsolatban az 1 membránnal és az 5 fazék alakú ház anyagával, amelynek az ábrán nem látható kivezetése a csatlakozó áramkör közös pólusa, más néven fóldpontja.Figures 3a, 3b also show the excitation piezoceramic disk 411 excited by an electrical signal applied to its two opposing planes and the detector piezoceramic disk 412 similarly deriving from the two opposing planes. Electrodes, armor, which are steamed, screen-printed or painted metallic materials, are conventionally used for inlet and outlet. The flexible inlets are connected to these armaments by soldering, spot welding. The excitation piezoceramic disk 411 and the sensor piezoceramic disk 412 are directly glued to the membrane 1. Both have a scattering electrode 81 and a sensing electrode 82 on the upper front face of the drawing, with electrical leads. In both cases, the common electrode 83 on the underside is not separately terminated, it is conductive through the adhesive to the membrane 1 and the material of the pot-shaped housing 5, whose terminal is not shown as the common pole, also known as the pivot point.

HU 214 532 ΒHU 214 532 Β

Az 5 fazék alakú ház az 1 membránnal és a 3 rezgő rudakkal egyetlen öntött acél munkadarab. A két darab 411,412 gerjesztő és érzékelő piezokerámia tárcsa úgy van elhelyezve, hogy az őket összekötő átmérő merőleges a két 3 rezgő rudat összekötő átmérőre.The pot-shaped housing 5 with the diaphragm 1 and the vibrating rods 3 is a single cast steel workpiece. The two excitation and sensing piezoceramic discs 411,412 are arranged such that the diameter connecting them is perpendicular to the diameter connecting the two vibrating bars 3.

A találmány megvalósítása szempontjából az alábbi korlátok között közömbös a piezokerámia lapkák és az 1 membrán alakja. Ezek, bár célszerűen kör alakúak, lehetnek ellipszis, téglalap stb. alakúak is. Az 1 membrán és a piezokerámia lapkák vastagságára aWithin the scope of the present invention, the shape of the piezoceramic inserts and of the membrane 1 are indifferent within the following limits. These, although preferably circular, may be elliptical, rectangular, etc. they are also shaped. The thickness of the membrane 1 and the piezoceramic inserts a

0,l<Vk/Vm<10 ...I./, a hajlítás irányában mért átmérőkre a0, l <Vk / Vm <10 ... I. /, for diameters in the bending direction a

Dk/Dm>0,2 ...II./.Dk / Dm> 0.2 ... II./.

arányok betartása szükséges, aholproportionality is required where

Vk a piezokerámia lapkák vastagsága,Vk is the thickness of the piezoceramic tiles,

Vm az 1 membrán vastagsága,Vm is the thickness of the membrane 1,

Dk a piezokerámia lapkák átmérője a hajlítás irányában, Dm az 1 membrán átmérője a hajlítás irányában.Dk is the diameter of the piezoceramic inserts in the direction of bending, Dm is the diameter of the membrane 1 in the direction of bending.

E megkötések azt célozzák, hogy az 1 membrán és a piezokerámia lapkák jól kövessék egymás alakváltozásait. A próbadarabként megvalósított elrendezésnél a méretek a következők voltak: Vk= 1 mm, Vm= 2 mm, Dk= 10 mm (mindkét tárcsánál), Dm=25 mm.These constraints are intended to ensure that the membrane 1 and the piezoceramic inserts follow the deformation of each other well. The dimensions of the test piece arrangement were: Vk = 1 mm, Vm = 2 mm, Dk = 10 mm (both discs), Dm = 25 mm.

Az itt ismertetett rezgő rendszer úgy működik, hogy a 411 gerjesztő piezokerámia tárcsa a csatlakozó áramkörökből rávezetett váltakozó áramú jel hatására periodikusan ismétlődve meghajlik, ezt az alakváltozást átadja az 1 membránnak, amely szintén periodikusan ismétlődve meghajlik azon átmérője körül, amely merőleges a 3 rezgő rudak tengelyvonalait összekötő síkra. Ennek hatására a 3 rezgő rudak egymástól távolodó-közeledő rezgésbe jönnek. Ezt a rezgési állapotot érzékeli a 412 érzékelő piezokerámia tárcsa és periodikus jelet szolgáltat a hozzá csatlakozó áramköröknek. Ezen jel egyes esetekben vissza van vezetve a gerjesztő áramkörökhöz és a rezgést ez a visszacsatolás tartja fenn, más esetekben nincs ilyen visszacsatolás és a 412 érzékelő piezokerámia tárcsa jelét fogadó áramkörök csupán a rezgési állapot változását, amplitúdó- és/vagy frekvenciaváltozást érzékelnek.The oscillating system described herein operates such that the excitation piezoceramic disk 411 is periodically bent by the AC signal from the coupling circuits, and this deformation is transmitted to the membrane 1, which is also periodically repeated about its diameter perpendicular to the axis 3 of the axis. connecting plane. As a result, the oscillating rods 3 become vibrated closer to one another. This vibration state is detected by the sensor piezoceramic disk 412 and provides a periodic signal to the circuits connected to it. In some cases, this signal is fed back to the excitation circuits and vibration is maintained by this feedback, in other cases, no such feedback and circuits that receive the piezoceramic disc signal of the detector 412 only detect changes in the vibration state, amplitude and / or frequency.

Amint a töltő közeg szintje eléri a rezgő rudakat, fékezve azok rezgését, ezt érzékelik, értékelik és jelzik a csatlakozó áramkörök.As soon as the level of the filling medium reaches the vibrating rods, braking their vibration, this is detected, evaluated and signaled by the connecting circuits.

A 4a, 4b ábrán bemutatott megoldásnál az 1 membrán egy nagyobb lemez alakú alkatrészből (készülékház, tartály fala) van kialakítva, a nem szükségszerűen körbefutó 6 vékonyítással elhatárolva.In the embodiment shown in Figures 4a, 4b, the membrane 1 is formed of a larger plate-shaped component (housing, container wall), bounded by not necessarily circumferential thinning 6.

Az 5 a, 5b ábra egy olyan esetre mutat megoldást, amelynél a piezokerámia lapkák vagy a 41 piezokerámia tárcsák mindkét hozzávezetésének galvanikusan függetlennek kell lennie az 1 membrántól. Ebben az esetben az 1 membrán és a piezokerámia lapka vagy 41 piezokerámia tárcsa között szigetelő lapkát vagy a bemutatott kiviteli alaknál 71 szigetelő tárcsát alkalmazunk. Ezek méretével, anyagával szemben az üzembiztos szigetelésen túl az a követelmény, hogy jól közvetítsék egymás felé az 1 membrán és a piezokerámia lapkák vagy 41 piezokerámia tárcsák alakváltozásait. Megfelelő itt az alumínium-oxid lemez vagy vékony üveglemez. Az 1 membránra szigetelő lapka vagy 71 szigetelő tárcsa közbeiktatásával felragasztott 41 piezokerámia tárcsánál annak membrán felőli 83 közös elektródája egy, a palástra felvitt vezető réteggel át van vezetve az ellentétes homloklapra, és itt van kikötőpont kiképezve a hozzávezetés számára.5a, 5b illustrates a solution where both inlets of the piezoceramic inserts or piezoceramic discs 41 must be galvanically independent of the membrane 1. In this case, an insulating insert is used between the membrane 1 and the piezoceramic insert or piezoceramic disk 41 or, in the embodiment shown, an insulating disk 71. In addition to their size and material, in addition to reliable insulation, there is a requirement to communicate well the deformation of the membrane 1 and the piezoceramic inserts or piezoceramic discs 41. Aluminum sheet or thin glass sheet is suitable here. The piezoceramic disk 41 adhered to the diaphragm 1 by means of an insulating insert or insulating disc 71 has its diaphragm-facing common electrode 83 guided to the opposite end face by a conductive layer applied to the diaper and is provided with an anchorage point therein.

A 6a, 6b ábrán látható egy olyan részletmegoldás, amelynél a 411 gerjesztő piezokerámia tárcsa és a 412 érzékelő piezokerámia tárcsa egyesítve van. Ennek a közös, 413 egyesített geijesztő-érzékelő piezokerámia tárcsának három elektródája van. Egyik homloklapján van egymástól egy átmérő mentén végigfutó szigetelő barázdával egymástól elválasztva a 81 gerjesztő elektróda és a 82 érzékelő elektróda, mindkettő forrpontokkal ellátva hajlékony hozzávezetések számára. A másik homloklapon, amely a felragasztás miatt nem hozzáférhető, van a 83 közös elektróda, amely a 413 egyesített geijesztő-érzékelő piezokerámia tárcsa palástjára felvitt vezetékkel van átvezetve a másik homloklapra, egy itt kiképzett forrponthoz.6a, 6b shows a detail solution in which the excitation piezoceramic disk 411 and the sensor piezoceramic disk 412 are combined. This common 413 united geodetection sensor piezoceramic disk has three electrodes. On one of its faces, the excitation electrode 81 and the sensing electrode 82 are separated from each other by an insulating groove extending along a diameter, both of which are provided with flexible boiling points. The other front panel, which is inaccessible due to the gluing, has a common electrode 83, which is guided through a wire applied to the periphery of the piezoceramic disk 413 to the other front panel, to a boiling point formed there.

A találmány szerinti mechanikai rezgő rendszert megépítettük, és azon kísérleti méréseket végeztünk, amelyek a célkitűzéseinkben foglaltaknak megfelelő eredményeket mutatták.The mechanical vibration system of the present invention was constructed and experimental measurements were performed which showed results consistent with our objectives.

Claims

PATENT CLAIMS

A mechanical vibration system for sensing the level of a liquid and a bulk solid comprising a membrane (1) and one or more vibration excitation and sensing transducers, one or more vibrating rods (3); the diaphragm (1) being resiliently clamped at its rim, the transducers being formed with piezoceramic inserts, the vibrating rods (3) being fixed to one side of the diaphragm (1) or formed as a workpiece, characterized in that the piezoceramic inserts on the diaphragm (1) ) are glued together, optionally with an insulating insert.

Mechanical vibration system according to claim 1, characterized in that the membrane (1) is a bottom plate of a pot-shaped housing (5) having a thinning (6) on its wall, on the inner side thereof, near the membrane (1). designed as a circular groove.

Mechanical vibration system according to claim 1 or 2, characterized in that the number of vibrating rods (3) is two and is formed as a workpiece common to the membrane.

4. Mechanical vibration system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ends of the vibrating rods (3) are blade-shaped.

5. A mechanical vibrating system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the piezoceramic inserts are disc-shaped, i.e., piezoceramic discs (41).

A mechanical vibrating system according to claim 5, characterized in that the number of piezoceramic discs (41) is two, one being the excitation piezoceramic disk (411) and the other is the sensing piezoceramic disk (412), one common electrode (83) another

On their face, an excitation electrode (81) and a sensing electrode (82) are steamed, screen-printed, or painted.

A mechanical vibrating system according to claim 5, characterized in that the piezoceramic discs (41) of the excitation and sensing transducers are combined to form a combined piezo-ceramic discs (413) for the sensing of the sensors, one end having a common electrode (83), the excitation electrode (81) and the sensing electrode (82) being steamed, applied or painted on the other front face, side by side.

8. A mechanical vibration system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the piezoceramic inserts or piezoceramic discs (41) are glued to the membrane (1) by interposing one of the insulating inserts or insulating discs (71).