专利名称：液体测量压电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于压电元件的液体测量领域。
本发明尤其应用于机动车辆油箱中油位的测量。
本领域人员知道一些以压电元件为基础的测量系统，压电元件在液体中发射声波和探测声波，例如，在靶面反射之后，基于发射和接收的间隔时间测定声波在液体中的行进高度。
现有测量系统的优点是不要求可动浮子测量装置中的电气上或机械上的接触，浮子测量装置例如包括安装在旋转臂上的浮子。
本发明的目的就是改进现有的压电测量系统。
根据本发明所提供的下述压电测量系统达到了这个目的，该系统包括在液体中发射声波和接收声波的压电装置，在发射和接收之间的间隔时间基础上测定声波在液体中的行进距离，其特征在于，它包括源于安装在油箱中的同一压电片的两个不同的有效压电部分，并能将声波分别引向参考障碍物和液体表面。
本发明的其它特征、目的和优点在阅读以下详细描述并参照非限制性实例给出的附图时就会体现出来。
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图1是装有本发明测量装置的一个油箱的纵向剖面示意图，-图2是本发明的一个压电元件的平面图，-图3、图4和图5分别是根据本发明第一实施方案的测量装置的液体一侧平面图、相对一侧的平面图和横剖视图，-图6、图7和图8分别是根据本发明第一变型的压电测量装置的液体一侧平面图、相对一侧的平面图和横剖视图，-图9、图10和图11分别是根据本发明第二变型的压电测量装置的液体一侧平面图、相对一侧平面图和横剖视图。
在图1中可看到液体容器10，例如机动车辆的油箱。图1所示容器形状没有任何限制。容器10可有许多变换形状。
在图1上，容器10中所盛液体的总体标号为20，其最高液位为22。
根据本发明，在容器10的底部支座30上安放压电装置整体40，它包括源于同一压电片的两个不同的有效压电部分42、44。
源于同一压电片的两个不同有效部分42、44的隔离可以采用任何适当的方法来实现，如采用电磨法或者甚至用机械切割来实现。
根据本发明实施方案的另一变型，压电片在两有效部分42、44之间是连续的、不间断的、两有效部分之间的界限由安放在片上的电极几何形状确定。换言之，在液体一侧，电极是不连续的，而是由一断开部分46分开。
如图2所示，在两有效部分42、44之间的分离线最好为直线。此外，容器10中最好在其下部有一个能反射声波的参考障碍物50。更确切地说，参考障碍物的安装位置要对着压电元件的第一部分42。因此，两有效部分42、44将声波分别引向参考障碍物50和液体的上表面22。
作为一个典型但非限制性的实例，向参考障碍物50方向发射声波的有效部分42约占据压电元件40总面积的三分之一，而第二有效部分44约占据该元件总面积的三分之二。
两有效部分42、44在与支座30相邻处最好有一公共电极60，而在其相对的另一侧，即液体一侧有特殊电极62、64。
圆形压电元件40的直径一般约为20毫米。
作为非限制性的例子，压电元件的两有效部分42、44发射频率约为2兆赫的方波讯号。
系统的主要工作原理如下。
有效压电部分42将声波向参考障碍物50方向发射。该有效部分42要设计成能探测被障碍物50反射回来的声波。有效压电部分42与障碍物50之间的距离精确地已知，通过声波发射和接收之间间隔时间的测量就能够计算出所用液体20、如一种特定的燃料油的固有的声波传送敏捷系数。
由有效压电部分44发射的第二声波引向液体表面22。该有效部分44要设计成能探测从液体上表面反射回的声波。在第一有效部分42所获得的测量基础上知道了液体20的敏捷系数，通过第二有效部分44对声波发射和回波接收之间的间隔时间就能计算出在容器中的液体高度，也就是有效压电部分44的表面与液体的上面液位22之间的间距。
在本发明范围内，在容器10中的液位20没有低于参考障碍物50之前，即在第一部分42得到的测量变成无意义之前，本系统最好还设有第一有效部分42测量所得到的最后敏捷系数的记忆装置。
此外，在本发明范围内，压电装置42、44最好由电流强度经过校正的电流供电，以便在装置42、44端子上依赖温度的电压测量能够测定液体20的温度。这种温度测量可以应用在某些结构中，以便进行液体高度测量的校正。
根据本发明的另一优点，测量系统至少应有一个考虑容器10的几何形状的高度/体积对照表，从而由上述高度测量就可直接得到容器中有用的体积信息。
根据本发明的另一优点，系统还带有能够把压电部分42测量到的液体20的声波敏捷度与所接受燃料油的相关值范围进行比较的装置，以便在探测到往油箱中加的油的性质有一定误差时，能够向司机报警。
如上所述的所获得的液体20的温度讯息尤其可以用于供应系统的诊断。
本发明尤其具有下述优点。
源于同一压电片的两个不同的压电装置能够可靠地鉴别分别属于这两个装置的讯号，消除了全部串音噪声。此外，本发明的装置安装容易，能够在两个压电装置42、44之间自身配对，导致一个完全独立的整体且体积缩小。
当然，本发明不限于刚才描述的个别实施方式，根据其原理可推广到所有变型。
图3、图4和图5上示出按照本发明实施的第一方案，根据此方案，压电片40是由厚度为1毫米，直径为20毫米的回转圆盘制成。
在液体一侧，通过喷镀金属设置两个电极62、64。这两个电极62、64各自由一圆周扇形和连接扇形端点的直线弦限定。作为非限制性实例，电极62、64之间形成的缝隙宽度约1毫米；在圆片表面上，电极62、64的外边沿处，1毫米宽度的环形边沿不喷镀金属，以便电极保持约18毫米的半径；其弦处垂直电极高度h约为5毫米。
圆片60的第二表面，即与液体相对的那一面具有单一的公共圆形中心电极60，其半径与电极62、64的一样，即在这种情况下为18毫米。
图6、图7和图8示出第一个变型，厚度1毫米、外径20毫米的压电片40在其与液体相邻的一面备有两个圆形电极62、64，其直径分别为4.5毫米和11.5毫米。
电极62的中心位于压电片40中心7.5毫米处。电极64的中心位于压电片40的中心4毫米处。两个电极62、64的两个中心位于圆片40的轴线通过的一公共平面上。电极62、64安装有全部径向的突起，用于确保电气联接，例如采用焊接联接。
圆片40的第二面，即与液体相对的面有一单一圆形中心电极60，其直径约为18毫米，基本与两个电极62、64外周边之间的最大距离相符合。
最后，图9、图10和图11示出根据本发明的第二变型方案，厚度约1毫米、直径约20毫米的压电片40在与液体相邻面上有同心回转电极62、64。因此这两个电极62、64由一环形分离带46分开。此外，径向外部电极64还有一径向切口，其上有一个与电极62相连的突起，用于确保接触。
作为非限制例子，中心电极62的直径约为11.5毫米，环形断带46的宽约为1毫米，外部径向电极64一直延伸到圆片40的周边上。
圆片40的反面有单一的圆形公共电极60。然而，在圆片40上的中心电极60，按照图10所示，其特征在于，其外径小于图9所示的径向外部电极64的外径。这种配置能够使位于公共电极60与外环电极64之间的压电材料相对于圆片轴线倾斜地工作，以便使发射/接收瓣相对于液体容器对准中心。
权利要求
1．液体测量压电系统，尤其是机动车辆油箱的液体测量压电系统，包括能在液体(20)中发射声波和探测声波的压电装置(40)，以便在发射和接收之间时间间隔的基础上测定在液体(20)中的声波行程，其特征在于，它包括源于安装在待测容器中的同一压电片(40)的两个不同的有效压电部分(42、44)，并能够分别将声波引向参考障碍物(50)方向和待测液体表面(22)。
2．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，两有效部分(42、44)通过电磨分开。
3．根据权利要求1所述的系统，其持征在于，两有效部分(42、44)用机械切割分开。
4．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，压电片(40)是连续的，两有效部分(42,44)之间以切口(46)为界，分成两个电极(62,64)。
5．根据权利要求1到4之一所述的系统，其特征在于，两有效部分(42,44)分别约占据原压电片的三分之一和三分之二。
6．根据权利要求1到5之一所述的系统，其特征在于，将两个有效压电部分(42,44)分开的切口(46)是直线形。
7．根据权利要求1到6之一所述的系统，其特征在于，压电元件(40)带有两有效部分(42,44)的公共电极(60)和各自的电极(62,64)。
8．根据权利要求1到7之一所述的系统，其特征在于，压电元件的直径约为20毫米。
9．根据权利要求1到8之一所述的系统，其特征在于，该系统包括能够记忆燃料油敏捷系数的装置，敏捷系数是在相应有效压电部分(42)向参考障碍物(50)发射声波和接收该声波之间的间隔时间的基础上得到的，以便在液位变得低于参考障碍物(50)之前应用所存储的敏捷系数。
10．根据权利要求1到9之一所述的系统，其特征在于，系统包括以校正过的电流给压电元件(40)供电的装置和测量压电元件(40)端子电压的装置，以便从中扣除液体(20)温度的影响，从而对受温度影响的测量进行修正。
11．根据权利要求1到10之一所述的系统，其特征在于，系统包括能够至少存储所测液位与液体体积之间的对应表的装置。
12．根据权利要求1到11之一所述的系统，其特征在于，它包括能够对所测液体敏捷系数与所允许的敏捷系数范围进行比较的装置，液体敏捷系数是在声波向参考障碍物(50)发射和该参考障碍物(50)反射声波的探测之间的间隔时间基础上测量出来的，系统还包括当所测敏捷系数超出所述允许范围时能进行报警的装置。
13．根据权利要求1到12之一所述的系统，其特征在于，压电片(40)与在液体相邻面上有两个电极(62,64)，这两个电极(62,64)由圆弧部分的外周边和平行直线弦限定，在压电片与液体相对的一面上有一圆形公共电极。
14．根据权利要求1到12之一所述的系统，其特征在于，压电片(40)在与液体相邻面上有两个相邻圆形电极(62,64)，在其另一面上有一圆形公共电极(60)。
15．根据权利要求1到12之一所述的系统，其特征在于，压电片(40)在与液体相邻面上有两个同心电极(62,64)，在其另一面上有一圆形公共中央电极(60)。
16．根据权利要求15所述的系统，其特征在于，在压电片(40)第二面上的公共电极(60)的外径小于压电片与液体相邻面上外电极(64)的外径。
全文摘要
本发明涉及尤其用于机动车辆油箱的液体测量压电装置,它包括能够在液体(20)中发射声波和探测声波的压电装置(40),以便在声波发射和接收之间的间隙时间基础上测定在液体(20)中的行程。该装置的特征在于它包括固定在待测容器中同一压电片(40)的两个不同有效压电部分(42,44),这两个部分分别向参考障碍物(50)方向和待测液体表面(22)发射声波。
文档编号G01F23/296GK1228835SQ97197508
公开日1999年9月15日 申请日期1997年7月24日 优先权日1996年7月26日
发明者丹妮斯·丹诺林, 吉尔·钦 申请人:马沃尔系统公司