一种适用于高温高压、易燃易爆环境的振动式料位开关的制作方法

本发明属于料位开关领域，具体涉及一种适用于高温高压、易燃易爆环境的振动式料位开关。

背景技术：

在工业生产、制造过程中，经常需要对煤粉、面粉、谷物、塑料颗粒、洗涤剂等固体颗粒或液体的位置进行监测，以控制工业生产过程。

振动式料位开关特别适合用于监测和控制料仓或容器中的固体或液体位置。一般工作原理如下：对压电陶瓷施加周期性的电压信号，通过逆压电效应，使压电陶瓷产生振动，并驱动振动杆产生谐振；同时，通过压电效应，监测谐振的幅值或频率；当有物料覆盖振动杆时，破坏谐振，压电陶瓷输出电压或频率改变，从而实现物料位置的监测。

振动式料位计由于其振动杆与过程连接也会产生共振，从而带来能量损失，而且外部振动也会传递给振动杆，影响工作。通常做法是，在振动杆和过程连接之间增加一段非金属隔振段。如此，又会带来新的问题：

料位计不能采取一体化结构设计，不能实现可靠密封，不能在高温高压环境使用。

不能实现隔爆设计，不能在高粉尘易燃易爆等环境使用。

降低了料位计的强度，不能实现高强度设计，在高强度、强冲击环境不适用，降低了料位计的可靠性。

驱动电压很高，功耗较大，不适合在易燃易爆环境使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，设计一种可用于高温高压、易燃易爆等环境，高强度、耐冲击、低功耗一体化振动式料位计。该料位计可适用于固体颗粒和液体等各种简单和复杂工况，以满足过程控制和测量的要求。

本发明的技术方案如下：一种适用于高温高压、易燃易爆环境的振动式料位开关，包括：振动头、振动杆、引线电极、压电陶瓷、压线铜片、压紧铜柱、电极引线、安装基座、振动杆铜套、支撑铜柱、转接电路板、压紧螺钉；

压紧铜柱下端面为与压电陶瓷等大的光滑平面；压紧铜柱下端内部带有内螺纹，与振动头后端面的螺杆配合，将压电陶瓷紧固在压紧铜柱和振动头之间，实现紧密配合；引线电极位于压电陶瓷中间；

振动杆为圆柱形中空直杆，一端连接在振动头上，一端与振动杆铜套连接；振动杆和振动头前端共同构成了料位计对外敏感部件；安装基座焊接在振动杆上；压线铜片紧贴在振动杆内径上；同时，其向内压制一个凹槽，电极引线从凹槽和振动杆内壁中穿过；

引线电路板通过支撑铜柱和压紧螺钉固定在安装基座上；

压电陶瓷为圆形薄片，中间开口。

压紧铜柱、振动头、压电陶瓷、引线电极共同构成压电换能器，给压电陶瓷施加周期性的激励信号，压电陶瓷振动，带动整个换能器起振；然后振动依次传递给外部振动杆和振动杆铜套，形成共振，最终达到稳定振动；

压电换能器、振动杆、振动杆铜套共同构成了整套振动系统；正常工作时，产生共振并稳定振动；有物料覆盖振动杆时，阻尼增大，破坏共振，压电陶瓷输出减小，从而完成检测。

所述压紧铜柱其上端面为一字开槽螺钉形式。

所述引线电极为圆形铜片，中间开口，其边缘处有供焊接引线用的过孔和焊盘。

所述振动杆为圆柱形中空直杆，一端焊接在振动头上，一端与振动杆铜套过盈配合连接。

压线铜片为开口圆柱形，外径大于振动杆内径。

所述压线铜片向内压制一个直径1mm的凹槽。

所述引线电路板上焊接有断线监测电阻，并安装温度传感器。

压紧铜柱材料为黄铜。

振动头材质为316l。

本发明的显著效果在于：通过采用本发明设计的基于振动原理的料位开关，解决了振动杆和安装基座共振的问题，实现了一体化隔爆设计，耐冲击，高可靠；可以实现高温高压、易燃易爆等恶劣工况的固体颗粒和液体料位监测，同时，也适用于普通环境。极大地提高了传感器的可靠性和适用性。

附图说明

图1所述适用于高温高压、易燃易爆环境的振动式料位开关为称重传感器示意图；

图2为本发明所述基于力矩平衡原理的质量测量装置示意图；

图中：1.振动头；2.振动杆；3.引线电极；4.压电陶瓷；5.压线铜片；6.压紧铜柱；7.电极引线；8.安装基座；9.振动杆铜套；10.支撑铜柱；11.引线电路板；12.压紧螺钉

具体实施方式

一种适用于高温高压、易燃易爆环境的振动式料位开关，包括：振动头1、振动杆2、引线电极3、压电陶瓷4、压线铜片5、压紧铜柱6、电极引线7、安装基座8、振动杆铜套9、支撑铜柱10、转接电路板11、压紧螺钉12；

压紧铜柱6材料为黄铜，其上端面为一字开槽螺钉形式，以方便使用螺丝刀紧固；其下端面为与压电陶瓷4等大的光滑平面；压紧铜柱6下端内部带有内螺纹，与振动头1后端面的螺杆配合，将压电陶瓷4紧固在压紧铜柱6和振动头1之间，实现紧密配合；引线电极3为圆形铜片，中间开口，其位于压电陶瓷4中间，作为压电陶瓷4的一个激励电极。其边缘处有供焊接引线用的过孔和焊盘。另一电极由金属传感器本身充当。

振动杆2为圆柱形中空直杆，一端焊接在振动头1上，一端与振动杆铜套9过盈配合连接。振动杆2和振动头1前端共同构成了料位计对外敏感部件。安装基座8焊接在振动杆2上；压线铜片5为开口圆柱形，外径略大于振动杆2内径，使其紧贴在振动杆2内径上。同时，其向内压制一个直径1mm的的凹槽，电极引线7从凹槽和振动杆2内壁中穿过，避免缠绕到压电换能器引起断线或破坏振动。

引线电路板11通过支撑铜柱10和压紧螺钉12固定在安装基座8上，实现引线转接功能。同时，在其上焊接有断线监测电阻。此外，也可根据需要安装温度传感器，实现温度监测功能。

振动头1材质为316l，前端为光滑弧面，减少物料粘接。后端缩径以节约能量，便于起振。

压电陶瓷4为圆形薄片，中间开口。压电陶瓷4同时充当驱动元件和检测元件,减少压电陶瓷数量。通过逆压电效应，驱动振动组件形成共振；通过压电效应，将振动转化为电信号输出，实现振动监控。

压紧铜柱6、振动头1、压电陶瓷4、引线电极3共同构成压电换能器，给压电陶瓷4施加周期性的激励信号，由于逆压电效应，压电陶瓷4振动，带动整个换能器起振。然后振动依次传递给外部振动杆2和振动杆铜套9，形成共振，最终达到稳定振动。

压电换能器、振动杆2、振动杆铜套9共同构成了整套振动系统。正常工作时，产生共振并稳定振动；有物料覆盖振动杆时，阻尼增大，破坏共振，压电陶瓷输出减小，从而完成检测。而由于安装基座8焊接在振动杆2上，从而使得安装基座8并不跟随系统振动，解决了共振的问题，从而去掉了非金属隔振段，实现了一体化高强度隔爆设计。

变送单元为压电陶瓷4提供周期性激励信号。同时，将压电陶瓷4输出的电信号转变为标准信号输出。变送单元实现模块化设计，可快速更换。

料位计工作过程为：通过变送单元给压电陶瓷4施加周期性的激励信号，压电陶瓷4带动压电换能器起振；振动传递给振动杆2和振动杆铜套9，整个系统实现共振，产生稳定振动。压电陶瓷4通过压电效应监测振动，输出稳定的电压幅值。当外部物料覆盖振动头1和振动杆2时，破坏共振，振幅减小，输出电压减小，变送单元检测此变化并转换成标准信号输出，从而完成料位的实时监控。当外部物料消除时，共振恢复。