专利名称：用于确定和/或监控过程变量的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定和/或监控介质的过程变量的装置。该装 置包括固定在薄膜上的可振荡单元；发送/接收单元，其激励薄膜和 可振荡单元振荡并接收可振荡单元的振荡。发送/接收单元是盘状的压 电元件。该装置还包括控制/分析单元，其基于可振荡单元的振荡监控 和/或确定过程变量。过程变量例如是介质的料位、密度或粘度。
背景技术：
已知具有至少一个振荡元件的装置，即所谓的振动检测器用于检 测或监控容器中填充材料的料位。振荡元件通常是至少一个振荡棒， 其紧固至薄膜。通过电动机械换能器，例如压电元件激励薄膜。由于 薄膜的振荡，紧固至薄膜的振荡元件也振荡。实施为料位测量仪表的振动检测器利用以下效应振荡的频率和 幅度依赖于振荡元件当前的覆盖度，尽管振荡元件可以在空气中自由 地无衰减地振荡，但是一旦填充材料上升至部分或完全覆盖振荡元件， 振荡元件就会发生频率和幅度改变。基于预定的频率改变(通常，频 率被测量)，可以关于达到容器中填充材料的预定料位得到明确的推 论。料位测量仪表基本上用于防止过量填充的保护或者用于防止泵空 转的保护。振荡元件的振荡的衰减也受到填充材料的当前密度的影响。于是， 在恒定的覆盖度下，与填充材料的密度有函数关系，从而振动检测器 最适用于料位和密度确定。在实践中，为了监控和检测容器中的填充 材料的料位或密度，利用至少一个压电元件记录薄膜的振荡并将其转 换为电接收信号。然后，分析电子装置分析电接收信号。在料位确定
的情况中，分析电子装置监控振荡元件的振荡频率和/或振荡幅度，并 且一旦测量值低于或超过预定的参考值就用信号通知状态"传感器被 覆盖"或"传感器未被覆盖"。相应的向操作人员的报告可以是光学 的或声学的。作为替代或者补充，触发切换动作；于是可能打开或关 闭容器上的入口阀或出口阀。DE 100 22 891公开了发送/接收单元的一个特别具有优点的变型， 利用它， 一方面激励振动检测器的薄膜振荡，另一方面记录薄膜的振 荡并将其转换为电信号。在各种情况中都提供两个发送和接收电极， 它们基本上为90。扇形片段并且设置在盘状压电元件的同一侧上。压电 元件自身被均匀极化并具有圆形横截面。提供转换器用于驱动压电元 件。发明内容本发明的目的是以这样的方式改进用于确定和/或监控过程变量 的装置的结构，使得构造和电路花费尽可能小。这个目的通过以下特征实现盘状压电元件具有至少两个片段， 它们被基本彼此反向地极化，并且在盘状压电元件背离薄膜的一侧上， 施加极性相反的至少两个电极。于是压电元件具有两个片段，它们被 彼此反向极化。然而，极化方向应当基本垂直于薄膜。另外，这些片 段与极性不同的电极相连。这样的结果是，向电极施加交流电压导致 在片段中交替地出现压电元件的层厚度縮小和增如。于是片段在电路上串联。这样更大的优点是，压电元件仅仅必须在一侧上被接触；于 是没有电极有必要引至并连接至压电元件的下侧(即，压电元件朝向 薄膜的一侧)。这在装置尺寸非常小从而留给导体布线空间非常小的 时候非常重要。在一个优选实施例中，向盘状压电元件背离薄膜的一侧施加正好 两个极性相反的电极。该实施例在操作和成本上最小化。与此相关联
的是，压电元件仅具有两个片段，它们被基本上彼此相反地极化。具 有优点地，电极恰好位于片段上方并且一次仅与f个片段电导通。在一个实施例中，电极基本上形状相同。这种对称的实施例的优 点是不可能发生错误的接触。另外，以这种方式，每次激励压电元件 的相等大小的区域振荡。在一个实施例中，电极具有半圆形片段。这是对称结构的一种特 殊的实施例，这种结构也可以适用于两个电极的应用。在一个实施例中，这样构造并设置电极，使得一个电极环形围绕 另一个电极。这个实施例也可以应用于多个电极的情况。优选地，一 个电极是圆形的(于是，它是小/内圆半径为零的环形)，其位于压电 元件的中部并由其余的电极环形围绕。在一个实施例中，压电元件在其朝向薄膜的一侧上至少部分提供 了导电涂层。另外，在一个实施例中，朝向薄膜的一侧与地导电连接。 以这种方式，获得了压电元件的片段的串联电连接。依赖于装置的实 施例，朝向薄膜的一侧也可以直接与外壳导电连接。
现在根据附图详细解释本发明，附图中 图l是本发明的装置的示意图； 图2是本发明的装置的截面；和 图3a、 3b和3c是压电元件的顶视图。
具体实施方式
图l显示了本发明的用于确定和/或监控容器中介质的过程变量的 装置的示意图(图l中没有特别显示容器和填充材料)。过程变量可以 是介质的料位、密度或粘度。装置具有基本上圆柱形的外壳。在外壳
的外表面上有用于紧固装置的螺纹。突出进入容器的可振荡单元l固定 至装置1的薄膜5。在所示的情况中，可振荡单元l实施为音叉的形式； 于是音叉包括固定在薄膜5上并突出迸入容器的彼此相距的两个振荡棒。发送/接收单元6引起薄膜5振荡，其中发送单元激励薄膜5以预定的 发射频率振荡，接收单元接收可振荡单元l的回应信号。由于薄膜5的 振荡，可振荡单元l也振荡，其中可振荡单元l接触填充材料并且存在 到填充材料的质量耦合时与可振荡单元l自由振荡并且不接触填充材 料时的振荡频率不同。压电元件的厚度随着在极化方向上施加的电压差而改变。如果施 加交变电压，则厚度振荡如果厚度增加，则压电元件的直径减小；如果反过来，厚度减小，则压电元件的直径相应增加。由于压电元件15的这种振荡特性，电压差影响夹钳在外壳内的薄膜5的挠曲。由于薄 膜5的振荡，设置在薄膜5上的可振荡单元1的振荡棒围绕纵向轴反相振 荡。控制/分析单元10分析电接收信号。图2显示了装置的截面。显示的是具有这里显示的片段18的压电元 件15，其中片段18被彼此反向地极化(参见指示极化方向的箭头)。 在片段上方，在压电元件15背离薄膜的一侧16上是具有不同极性(一 和+ )的电极20。由于片段18的不同极化方向以及电极20的不同符号， 交变电流导致压电元件15的厚度交替改变。压电元件15朝向薄膜的一 侧17可以与外壳并从而与地导电连接，或者当需要流电隔离是可以在 压电元件15和薄膜5之间设置绝缘层。为了接触朝向薄膜5的一侧17, 还可以围绕接触一部分压电元件15，并因而通过这一部分实现接地。图3a至3c显示了压电元件背离薄膜的一侧的两个实施例(图3a和 3c)以及朝向薄膜5的一侧的一个实施例(图3b)-。在每一情况中，压 电元件15自身优选地为圆形。图3a显示了一种变型，其中施加两个电极 20，它们基本上是半圆形的。在电极之间提供绝缘层21，从而电极20 不短路。在图3c中， 一个电极20是圆形的或者这个电极是环厚度等于外 圆半径的环形，并且另一电极为环形。这里，绝缘层21也位于电极之间。图3b显示了朝向薄膜的一侧，其优选地接地，以实现压电元件的 片段的串联连接。在朝向薄膜一侧上，施加导电层25。例如，层25是 金属的。这个朝向薄膜一侧的实施例可以与另一 侧图3a的变型以及图3c 的变型相结合。
权利要求
1.用于确定和/或监控介质的过程变量的装置，包括固定在薄膜(5)上的可振荡单元(1)；发送/接收单元(6)，其激励薄膜(5)和可振荡单元(1)振荡并接收可振荡单元(1)的振荡，其中发送/接收单元(6)是盘状的压电元件(15)；和控制/分析单元(10)，其基于可振荡单元(1)的振荡监控和/或确定过程变量；其特征在于，盘状压电元件(15)具有被基本上彼此反向极化的至少两个片段(18)；并且至少两个极性相反的电极(20)被施加至盘状压电元件(15)背离薄膜(5)的一侧(16)上。
2. 根据权利要求l所述的装置，其中在盘状压电元件(15)背离 薄膜(5)的一侧(16)上施加正好两个极性相反的电极(20)。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其中电极(20)基本上形状相同。
4. 根据权利要求3所述的装置，其中电极(20)具有半圆形片段 的形式。
5. 根据权利要求1或2所述的装置，其中这样构造并设置电极 (20),使得一个电极环形围绕另一个电极。
6. 根据权利要求1或2所述的装置，其中压电元件(15)在其朝向 薄膜(5)的一侧(17)上至少部分具有导电涂层(25)。
7. 根据权利要求l、 2或6所述的装置，其中朝向薄膜(5)的一 侧(17)与地导电连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定和/或监控介质的过程变量的装置。该装置包括固定在薄膜(5)上的可振荡单元(1)；发送/接收单元(6)，其激励薄膜(5)和可振荡单元(1)振荡并接收可振荡单元(1)的振荡。发送/接收单元(6)是盘状的压电元件(15)。该装置还包括控制/分析单元(10)，其基于可振荡单元(1)的振荡监控和/或确定过程变量。根据本发明，盘状压电元件(15)具有基本上彼此反向极化的片段(18)，并且至少两个极性相反的电极(20)被施加至盘状压电元件(15)背离薄膜(5)的一侧(16)上。
文档编号H01L41/00GK101133304SQ200580006509
公开日2008年2月27日 申请日期2005年3月2日 优先权日2004年3月3日
发明者谢尔盖·洛帕京 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司