本发明涉及用于测量装置的具有微波可透玻璃或陶瓷窗口的壳体部件。
背景技术：
测量装置常安装在爆炸危险性环境中或安装到里面带有高压或高温的设备部件，诸如导管或管道。这种测量装置的壳体可配备有玻璃或陶瓷窗口以用于观察目的或作为用于壳体外的光学或微波信号进入环境或设备部件和/或反之亦然的引入件。为了承受来自设备部件内的或由壳体内的爆炸引起的压力，窗口气密地密封到其设置其中的壳体的部件。根据要求，壳体可气密地密封，抗压或防爆。
从US 4,961,628中，已知用于观察气密的且密闭的封闭室的内部的圆盘型窗口组件，所述窗口组件包括由金属制成的外环形式的圆柱形框架以及布置在框架内的透明插件形式的窗口。框架优选由不锈钢制成，且插件由熔接到框架中的玻璃制成，诸如硼硅酸盐玻璃。已经具有比玻璃插件的热膨胀系数更高的热膨胀系数，金属外环将在窗口组件从熔化温度冷却之后对玻璃施加径向压缩力。这创建了径向压缩应力，压缩应力预载荷玻璃窗口并允许其在操作期间承受各种荷载条件的能力，诸如因一侧上的压力或玻璃表面上接收到的温度的突变而产生的弯曲。当所述预压缩应力被来自操作条件的应力完全取消时，玻璃窗口仅破裂。
这种玻璃窗口组件通常安装并密封(例如，通过拧紧或夹紧)到容器壁、导管或壳体以形成完全密封的封闭件。实例是电气应用中使用的防爆封闭件的情况，其中玻璃窗口必须被设计成承受内部爆炸压力。
例如，US 2009/0114012 A1公开了放射性填充液位指示器，其具有带有熔接到框架中的玻璃的防爆壳体和压缩玻璃引入件。框架具有外螺纹以将压缩玻璃引入件拧到壳体。
从US 6,639,745 B1中，已知高压氧舱的观察窗口，其中用于窗口的保持框架通过钎料焊接连接到舱壁。框架具有限定中心观察孔的环形保持部分，窗口紧密配合到所述中心观察孔中。窗口通过O型环免受掉落，这进一步防止气体通过窗口和框架之间的接头行进。框架具有在其外环形连接部分和框架的内环形保持部分的向外区段之间形成的环形空间以用于减少可由钎料焊接的高温引起的外环形连接部分的变形对内保持部分的影响。
DE 19910270 A1公开了待用在雷达液位仪中的窗口组件，其中代替将玻璃或陶瓷熔接到金属框架中，金属护套熔接或烧结到微波可透窗口的边缘。
US 6,359,742 B1公开了适于焊接到管壁的视镜组件。视镜组件包括透明窗口圆盘，熔接到窗口圆盘并封闭窗口圆盘的环形框架，以及凸缘。凸缘比框架薄，且从框架的一个边缘径向延伸以形成与窗口圆盘的表面和框架共同延伸的齐平的表面。凸缘具有环绕框架和窗口圆的环形槽。当凸缘的周界焊接到管壁的开口中时，热膨胀可贯穿组件创建应力。然而，槽将吸收应力而不传送到组件的玻璃观察部分，且因此保护整个单元的完整性。
US 2002/0067229 A1和US 5,770,990每个公开了用于空间分离和外微波导体和内微波导体或雷达液位仪的号角天线之间的微波传输连接的微波窗口组件。外微波导体在盛装介质的容器外，其水平待测量。窗口组件包括微波可透窗口和金属框架，窗口熔接或粘合到所述金属框架中。窗口组件，或更准确地说，其框架直接安装或螺栓固定在微波导体的凸缘之间，或如US 5,770,990所示，在外微波导体和容器壁之间。US 5,770,990还公开了将窗口直接密封或烧结到容器壁中的可能性。为了将微波窗口的阻抗调整为外微波导体或内微波导体的阻抗，由电介质材料制成的锥形匹配元件可设置在微波窗口的两侧上。
US 2002/0053238 Al公开了用于微波水平测量装置的壳体部件，所述微波水平测量装置可通过测量孔安装在测量孔处的容器壁上。壳体部件包括安装凸缘，金属波导护套插入并焊接到所述安装凸缘中。金属护套具有带有中心孔的壁厚减小的平整的中心部分，微波可透玻璃或陶瓷窗口熔接所述中心孔中。窗口形成与护套的中心部分的上表面和下表面共同延伸的齐平的表面。空心波导安装在护套的上侧中。为了微波与号角天线更好地匹配，锥形电介质匹配元件附接到带有保持环的护套的下侧，所述保持环具有外螺纹并拧入护套的内螺纹区段中。
EP 1009650 A1公开了带有中心孔口的人孔盖板，视镜熔接到所述中心孔口中。玻璃周围的板的上侧或下侧上的同心槽防止其上的应力。
US 2744592公开了包括玻璃中心和环绕的金属框架的平整的圆形波导窗口，玻璃熔接到所述金属框架中。金属框架由环形外框部分和内框部分组成。外框部分和内框部分通过厚度减小的区连接，这减少冷却应力从外框部分传输到玻璃中心的可能性。
技术实现要素：
本发明的目的在于在测量装置(尤其是雷达液位仪)的壳体部件中提供玻璃或陶瓷的窗口的连接，该连接抗压且对于温度变化稳定，并准许窗口的两侧上的区域之间气密密封的分离，其中窗口以简单、廉价而安全的方式安装。
根据本发明的一方面且如权利要求1所限定，该目的通过用于测量装置的壳体部件实现，壳体部件具有微波可透的玻璃或陶瓷的窗口，且包括：
由金属制成的单一主体；
单一主体具有带有上端和下端的外圆周侧壁以及位于上端和下端之间的内圆盘型基壁，侧壁和基壁限定两个部分地封闭的区域；
基壁包括被基壁的上表面和下表面上壁厚减小的环形区环绕的平整的圆形中心部分，圆形中心部分在壁厚减小的环绕的环形区上面和下面突出；
中心部分包括玻璃或陶瓷窗口熔接至其中的中心孔，窗口形成与圆形中心部分的上表面和下表面共同延伸的齐平的表面；
两个部分封闭的区域中位于上方的区域容纳第一电介质匹配元件和第一微波引导件；
第一电介质匹配元件具有压靠基壁的圆形中心部分的上表面并径向介入上表面的底部凸缘部分；
第一端面处的第一微波引导件压靠基壁的圆形中心部分外的基壁的上表面并具有用于容纳第一电介质匹配元件的底部凸缘部分且与之匹配的内肩部；
两个部分封闭的区域中位于下方的区域容纳第二电介质匹配元件和第二微波引导件；
第二电介质匹配元件具有压靠基壁的圆形中心部分的下表面并径向介入下表面的底壁凸缘部分；以及
第二端面处的第二微波引导件压靠基壁的圆形中心部分外的基壁的下表面并具有用于容纳第二电介质匹配元件的底部凸缘部分且与之匹配的内肩部。
根据本发明的另一方面且如权利要求6所限定，提供了用于测量装置的壳体部件，壳体部件具有微波可透的玻璃或陶瓷的窗口，且包括：
由金属制成的单一主体；
单一主体具有带有上端和下端的外圆周侧壁以及位于上端和下端之间的内圆盘型基壁，侧壁和基壁限定两个部分地封闭的区域；
基壁包括被基壁的上表面和下表面上壁厚减小的环形区环绕的平整的圆形中心部分，圆形中心部分在壁厚减小的环绕的环形区上面和下面突出；
中心部分包括玻璃或陶瓷的窗口熔接至其中的中心孔；
两个部分地封闭的区域中位于上方的区域容纳具有第一凸缘的第一微波引导件，第一凸缘具有对应于圆形中心部分的外直径的内直径并提供第一端面，第一微波引导件利用第一端面压靠基壁的圆形中心部分外的基壁的上表面；
两个部分地封闭的区域中位于下方的区域容纳具有第二凸缘的第二微波引导件，第二凸缘具有对应于圆形中心部分的外直径的内直径并提供第二端面，第二微波引导件利用第二端面压靠基壁的圆形中心部分外的基壁的下表面。
其余的权利要求阐述了本发明的有利的实施例。
因此，为了简化设计，改善生产物流并减少部件费，玻璃或陶瓷窗口直接熔接到壳体部件的基壁中所提供的孔中。此外，存在一定的防爆要求，其不允许螺纹或夹钳的使用在带有爆炸性环境的不同的发生概率的区域之间创建边界，诸如根据IEC分为1区和2区或根据NEC分为1分区和2分区的区域。在这种情况下，直接熔接到封闭件中的窗口避免了对螺纹和夹钳的需要，并允许该装置在例如1区的区域和2区的区域之间形成边界。当从熔化温度冷却时，基壁的圆形中心部分将施加压缩预载荷到该窗口，从而允许该窗口在操作期间承受各种荷载条件。然而，在玻璃或陶瓷直接熔接到金属壳体部件中的这种情况下，在熔化后组件内产生的内应力更复杂。根据不同材料(玻璃和金属)的热特性且由于当在例如工业环境中使用测量装置时壳体部件的不均匀收缩，可在窗口上创建弯曲应力，弯曲应力减少或甚至消除至窗口的压缩预载荷。根据本发明，基壁的上表面和下表面上壁厚减小的环形区有效地且高效地使壳体部件的这种弯曲荷载与玻璃或陶瓷窗口去耦，以保存窗口的表面上的预压缩应力。
可以裁剪壁厚减小的区的尺寸以最大化为了窗口的给定载荷管理要求的去耦效果并改善设计的稳健性。基壁的圆形中心部分在壁厚减小的环绕的环形区上面和下面有利地突出，这允许圆形中心部分的外直径，其上表面和下表面以及圆形孔的内直径的更简单且更精确地加工。当诸如在雷达液位仪中窗口用于光学或微波信号的引入件时，这尤为重要。微波引导件和电介质匹配元件设置在微波窗口的两侧上以传播诸如雷达天线和雷达电子等所需的点之间的微波。两侧上的微波引导件和匹配元件与微波窗口的精确径向对准对于良好的微波传输是非常关键的。圆形中心部分的外直径和用于窗口的孔的内直径可在相同的设置中且在玻璃熔化之前加工，以实现这些特征之间所需的同心性。这允许微波引导件压配合到圆形中心部分以用于无间隙对准或空间堆叠。电介质匹配元件可通过装配时各自的微波引导件准确定位并保持在适当位置中。在该布置中，匹配元件不仅将微波窗口的阻抗调整为微波引导件的阻抗，而且对窗口的表面施加额外的压缩应力，窗口的表面优选为磨平的以与中心部分的表面齐平。
附图说明
现在将通过实例的方式并参考附图描述本发明，该附图为单一附图，是根据本发明的优选实施例的通过雷达液位仪的壳体部件的纵向截面图。
具体实施方式
壳体部件包括轴对称的一体化单一金属主体20，其具有带有不同的外直径和壁厚的外圆周侧壁21以及内圆盘型基壁22。侧壁21在上端23处提供连接设备以用于焊接或以其他方式固定电子壳体部分(未示出)，且在下端24处提供耦合界面结构以用于连接诸如号角天线(未示出)等天线。
基壁22差不多位于上端23和下端24之间的中间，从而与侧壁21一起限定上方部分封闭的区域25和下方部分封闭的区域26。基壁22包括在壁厚减小的环绕的环形区28上面和下面突出的平整的圆形中心部分27。此外，一对环形槽可凹进环形区28中，在环形区中，这连接到中心部分27。中心部分27包括微波可透的窗口30熔接至其中的中心孔29。金属主体20优选为不锈钢，且窗口30为硼硅酸盐玻璃。圆形中心部分27和玻璃插件30优选为磨平的以创建基本齐平的上表面31和齐平的下表面32。
当从熔化温度冷却时，圆形中心部分27将压缩预载荷施加到窗口30。然而，在作为雷达液位仪的部分的操作期间金属主体20的不均匀收缩或热荷载和机械荷载可以导致在窗口30上创建次级弯曲应力，使得上表面31和下表面32中的一个上的压缩应力减少并变成拉应力，其反过来将导致玻璃破裂。基壁22的壁厚减小的环形区28有利地使壳体部件的这种弯曲荷载与窗口30去耦，从而保存窗口30上的预压缩应力。
壳体部件的上方部分封闭的区域25容纳第一空心微波引导件33，其具有提供第一端面35的第一凸缘34。具有外螺纹37的第一止推套环36拧入部分封闭的区域25的第一内螺纹区段38中。已经设置在第一微波引导件33上，第一止推套环36使带有第一端面35的第一凸缘34压靠基壁22的圆形中心部分27外的基壁22的上表面，圆形中心部分为壁厚减小的环形区28。可替换地，第一微波引导件33可以设置有外螺纹且可以拧入第一内螺纹区段38中。凸缘34的内直径对应于圆形中心部分27的外直径，使得微波引导件33通过压配合被放置在与窗口30准确对准。为了在第一微波引导件33和基壁22之间提供良好的密封，第一密封环39可位于在第一凸缘34的第一端面35中或在基壁22的环形区28的上表面中形成的环形槽中。槽的存在主要是容纳在微波引导件33过盈配合到带有熔化的窗口30的圆形中心部分27的过程期间的膨胀。相比没有这种槽的微波引导件，其将减少到窗口30的应力。
具有提供第二端面42的第二凸缘41的第二空心微波引导件40布置在壳体部件的位于下方的部分封闭的区域26中。具有外螺纹44的第二止推套环43拧入下方部分封闭的区域26的第二内螺纹区段45中。已经设置在第二微波引导件40上，第二止推套环43使带有第二端面42的第二凸缘41压靠基壁22的环形区28的下表面。第二密封环46可位于在第二凸缘41的第二端面42中或在基壁22的环形区28的下表面中形成的环形槽中。这里，同样地，环形槽主要用于容纳在第二微波引导件40过盈配合到带有熔化的窗口30的圆形中心部分27的过程期间的膨胀。
为了将微波可透窗口30的阻抗调整为微波引导件33、40的阻抗，电介质材料的阶梯状或锥形的(例如，锥形的)匹配元件47、48可设置在窗口30的两侧上。匹配元件47、48中的每个具有直径与基壁22的圆形中心部分27的直径基本相同的底壁凸缘部分49、50。第一微波引导件33的第一凸缘34具有用于容纳并匹配第一匹配元件47的底部凸缘部分49且使其压靠窗口30的上表面和圆形中心部分27的第一内肩部51。同样地，第二微波引导件40的第二凸缘41具有用于容纳并匹配第二匹配元件48的底部凸缘部分50且使其压靠窗口30的下表面和圆形中心部分27的第二内肩部52。