CN104142167A - 振动限位开关 - Google Patents

Abstract

一种振动限位开关(10)，其具有能被设置为振动的膜(1)以及用于将所述膜(1)设置为振动和/或检测所述膜(1)的振动的驱动单元(100)，其中所述驱动单元(100)包括至少一个电磁驱动器(30)和一个压电驱动器(20)。

Description

振动限位开关

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序的一种振动限位开关以及根据权利要求15所述的一种用于操作这种振动限位开关的方法。

背景技术

现有技术中已知的各种振动限位开关包括能被设置为振动的膜以及通过所使用的压电元件或电磁驱动器将该膜设置为振动和/或对膜的该振动进行检测的驱动器。这种振动限位开关特别用于检测容器中用于流体或潜在的流体介质，特别是液体或散装货物填充水平和/或限度。根据容器中的填充水平，振动限位开关与介质相接触或不相接触，从而通过与该介质的接触而影响膜和/或设置在该膜上的振动元件的振动频率。

现有技术中已知的振动限位开关被认为是不利的，这是因为其根据所使用的驱动器，特别是就热和机械条件而言表现出有限的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在很宽的应用范围中使用的振动限位开关。

具有权利要求1的特征的一种振动限位开关中实现了该目的。权利要求15中公开了一种用于操作这种振动限位开关的有利的方法。

根据本发明的振动限位开关显示有能被设置为振动的膜以及通过包括至少一个电磁驱动器和一个压电驱动器的驱动器单元将该膜设置为振动和/或对膜的振动进行检测的驱动器单元。

通过在共同的驱动单元中结合电磁驱动器和压电驱动器，在这里形成一种振动限位开关，其可在很宽的温度和压力范围中使用。

由于压电驱动器在驱动器和能被设置为振动的膜之间显示出了很好的耦合性的事实，该驱动器非常适于高粘性介质，然而，由于产生的振幅低，其很大程度上依赖于施加在膜上和/或设置在膜处的振动元件上的压力，这可能会导致驱动器的故障，例如，在用作驱动器的压电堆叠的松弛过程中或例如被施加在压电堆叠上的预应力发生热变化时。此外，压电驱动器很大程度上依赖于温度，这是因为压电效应在较高的温度下会大大降低。

另一方面，感应驱动器显示出驱动器至膜的低耦合性，因此它们不适于粘性介质。由于感应驱动器允许产生较高的振幅，因此，从外部作用的压力对这种驱动器的影响会大大小于对压电驱动器的影响；特别地，由于不需要针对驱动器的机械性预应力，因此也可在较高的压力下使用这种驱动器。

可通过电磁驱动器和压电驱动器的巧妙组合而将上述两个驱动器变体的积极特性彼此相连，从而，特别地，在某些应用情况下，驱动器的缺点可相互补偿，且通过这种方式，可提供一种普遍适用的振动限位开关。

特别地，当在压力下显示有提高的流动性的触变介质场中进行测量时，例如，在要测量的介质显示出高粘性的常压的范围中，压电驱动器可用于测量限度，而感应驱动器将不会在这种情况下发挥作用。在要测量的介质显示出降低的粘性的升高的压力或工艺压力下，则可使用适用于升高压力的感应驱动器，而压电驱动器则由于有效的压力和用作驱动器的压电堆的松弛而不再工作。

在测量粘性在热影响下发生变化的介质时，也会发生类似的情况。例如，对于在室温显示出高粘性的介质而言，可在这种情况下使用压电驱动器，而感应驱动器则由于在驱动器和膜之间具有弱耦合性而不适合这种情况。在介质显示出较低粘性的升高的温度下，压电驱动器则不再是最适合的，然而，由于要测量的介质的粘性降低，因此在这里可使用感应驱动器。

在振动限位开关的特别有利的实施方式中，在膜上设有振动单元，例如，其可被具体化为振动叉。当提供这种振动单元时，膜的振动则能被更好地转移至周围介质，从而也可在这里更好地检测该振动的任何阻尼。

在优选实施方式中，设置电磁驱动器和压电驱动器以使电磁驱动器和/或压电驱动器能被选择地用于将膜设置为振动。

以这种方式实现了可使用电磁驱动器或压电驱动器或可选地使用两种驱动器将膜设置为振动。在这里，可针对当前给出的工艺参数选择最佳驱动器和/或驱动器的最佳组合。

当电磁驱动器和压电驱动器是连续地机械切换时，则产生了特别紧凑的设计。

特别有益于地将压电驱动器设置在膜和电磁驱动器之间。这样，就可尽可能直接和即刻地将压电驱动器耦合至振动限位开关的膜上。

当预应力的压电堆叠被用作压电驱动器且用于使用电磁驱动器时，将张紧螺栓设置于膜上则是有利的。另一方面，可使用这种张紧螺栓以对用作驱动器的压电元件相对膜施加应力，且另一方面，其可用于经张紧螺栓将电磁驱动器的振动耦合至膜。在这里，特别优选的是，电磁驱动器位于张紧螺栓的后部上面且优选以固定的方式，例如旋紧或焊接至其上。

当把电磁驱动器旋紧至张紧螺栓以使其对压电驱动器相对于该膜施加应力时，可实现特别有利的机械设计。这样，则可免除原本需要的张紧装置，例如用于压电驱动器的张紧螺钉。

例如，也可使用电磁驱动器以调整压电驱动器的预应力至给定的工艺参数。为这个目的，能以静态或动态的方式产生在压电驱动器上的力。

可替代地，压电驱动器可能并不被具体化为预应力堆叠，但是被具体化为贴附至膜的压电元件。

此外，可将张紧螺栓至少部分地具体化和设置为电磁驱动器的线圈的芯。这样，通过将张紧螺栓用作线圈的芯，可实现在该张紧螺栓上直接传输在电磁驱动器中产生的振动。

为此目的，优选地，将张紧螺栓连接和固定至电磁驱动器的线圈容纳器或磁铁容纳器，其中，优选地，线圈或磁铁容纳器被具体化为用于压电驱动器的张紧螺钉。

为此，在这里，压电驱动器可被优选地具体化为多个以堆叠方式设置的表现为环形的压电元件，其设置适于增加产生的振幅。

可替代地，压电驱动器可表现为环形的压电元件，其被贴附至膜上，从而无需对压电驱动器施加预张紧。

根据本发明的一种用于操作上述振动限位开关的方法示出了下列步骤：

-将膜设置为振动

-检测产生的振动，可选择性地使用用于将膜设置为振动和/或检测所产生的振动的电磁驱动器和/或压电驱动器进行所述检测。

通过有选择地使用电磁驱动器或压电驱动器，能够增加振动限位开关应用的热和机械范围。

优选地，根据处理介质的粘性和/或温度选择要使用的驱动器，优选为在低温和/或低压条件下选择压电驱动器以及在高压和/或高温条件下选择感应驱动器。在该方法的一个优选实施方式中，一个驱动器用于将膜设置为振动，且另一个驱动器用于检测所产生的振动。这样，则能产生驱动器的冗余。

附图简述

下面，将基于示例性实施方式方式并参照附图阐释本发明。其示出：

图1为示出根据本发明的振动限位开关的第一个示例性实施方式的原理的图；以及

图2为根据本发明的振动限位开关的第二个示例性实施方式。

具体实施方式

图1为根据本应用的振动限位开关10的第一个示例性实施方式的示意图。

振动限位开关10显示有外壳15，其基本上表现为管状。驱动单元100被支撑在外壳15中，其在本示例性实施方式中是从前面形成的，即面对设置在膜1上的压电驱动器20和设置在后部的电磁驱动器30。膜1被设置在外壳15的前面，其可通过驱动器20和30被设置为振动，其带有被具体化为振动叉的振动单元11。在外壳内，张紧螺栓3被设置在膜1上，其被连接至驱动器20和30，从而其可将膜1设置为振动。为此，张紧螺栓3沿外壳15的纵轴线方向在中心延伸。

如图1所示，压电驱动器20在第一个示例性实施方式中被具体化为多个压电元件2b的堆叠，其经设于压电堆叠和膜1之间的压力环21而被有效地连接至膜1。压电元件2b表现为环形，并堆叠成在进行合适的激发后它们可在张紧螺栓3的纵向上进行伸展和/或收缩。经搁置在张紧螺栓3上的夹紧螺母4在后部朝膜1的方向对该压电元件2b堆叠施加预应力。

在本示例性实施方式中，夹紧螺母4被具体化为电磁驱动器30的磁铁容纳器，其中容纳并固定有永磁体5。通过将磁铁容纳器4与张紧螺栓3进行螺钉连接，在电磁驱动器30和膜1之间额外产生了有效连接。电磁驱动器30还显示有表现为与磁铁容纳器相应的线圈容纳器8，其被固定设置在外壳15的后部。在这一侧上，线圈7的芯被支撑在线圈容纳器8中，其从后部的中心向永磁体5方向延伸，且在另一侧上，线圈6被支撑，其包围线圈7的芯和永磁体5。线圈7的芯和永磁体5被具体化和设置成在线圈内这些组件之间形成空气间隙，其中的磁场为活动的且被线圈6所感应。在磁铁容纳器4以及表现为与其相应的线圈容纳器8之间形成另一空气间隙，从而使在线圈6中感应的磁场全部作用在磁铁容纳器4上，从而产生施加在张紧螺栓3上的力。

总的来说，电磁驱动器30也可以相反朝向位于外壳15中。在这种情况下，将线圈容纳器8连接至张紧螺栓3且将磁铁容纳器4设置和固定在外壳15中。

图2示出振动限位开关10的另一个示例性实施方式。

与图1所示的振动限位开关10不同的是，在本示例性实施方式中，压电驱动器20具有单个环状的经调整陶瓷2a贴附至膜1上的压电元件2b。在本示例性实施方式中，调整陶瓷2a用于传递压电元件2b的振动以及用于调整膜1和压电元件2b的热伸长系数。如已参照图1所述的，电磁驱动器30设置于外壳15中的后部并经磁铁容纳器4被耦合至张紧螺栓3，从而将线圈6中感应磁场所产生的振动传递至膜1。

由于使用两个根据不同原理操作的驱动器20和30的驱动单元100的设计，上述振动限位开关10可在各种操作和环境条件下使用。

在这里，例如，可选地，可仅使用驱动器20和30之一用于将膜1设置为振动并用于检测该膜1所产生的振动。在这里，基于现有的工艺参数，如处理压力、处理温度和/或要测量的处理介质的粘性，并考虑所使用的驱动器20和30的具体特性选择要使用的驱动器20和30可能是有利的。

在这里，优选地，压电驱动器20可在常压以及低于约120-150℃的温度下用于具有高粘性的介质。优选地，对于具有较低粘性的介质，在高压以及高于约120-150℃的温度下则使用电磁驱动器30。

本文给出了使用混合驱动器的振动限位开关10的一个可能场景，例如，当监测重油的限度时，其必须被加热至温度60℃，从而允许对其进行泵送，以及被加热至高于150℃以供燃烧。因此，可通过压电驱动器20驱动振动限位开关10的操作以用于高达约120-150℃温度的粘性重油。可经压电驱动器20检测膜1所产生的振动。此外，通过压电驱动器20和膜1的良好机械耦合，即使在高粘性介质中也能感应出膜1的足够强的振动，从而允许检测其限度。只要超过了用于使用压电驱动器20的温度限度，压电元件2b中的压电效应则会降低，从而无法使膜1产生足够的振动。由于重油显示出随温度的升高具有相应较低的粘性的事实，现在可使用电磁驱动器30以将膜1设置为振动并检测其所产生的振动，这是因为在这种情况下，电磁驱动器30至膜1的较弱的机械耦合足以使膜1产生足够大的振动。

本文给出了根据本发明的振动限位开关10的另一个示例性应用以用于检测触变介质的限度，其在加压情况下示出升高的流动性，即较低的粘性。

优选地，在这些介质示出增加的粘性的常压下，使用压电驱动器20以激发膜1以及振动叉11的振动。在这里，通过压电驱动器20和膜1之间的强机械耦合，可产生足够强的振动。随着处理压力的增加，这可能导致在根据图1的振动限位开关10中压电堆叠的松弛，这会使压电驱动器20的功能下降，从而优选地，使用电磁驱动器30以产生和检测振动。基于示例性应用中触变介质在升高的压力下具有较低的粘性，因此电磁驱动器30则也适于使膜1产生足够大的振动以检测限度。

在这里，可特别基于另外确定的工艺参数，如处理温度、要测量的处理介质的粘性和处理压力选择用于产生振动的驱动器。

附图标记说明

1  膜

3  张紧螺栓

4  磁铁容纳器/夹紧螺母

5  永磁体

6  线圈

7  线圈的芯

8  线圈容纳器

10 振动限位开关

11 振动单元/振动叉

15 外壳

20 压电驱动器

21 压力环

30 电磁驱动器

100 驱动单元

2a 调整陶瓷

2b 压电元件

Claims (17)

1.一种振动限位开关(10)，其具有：能被设置为振动的膜(1)以及用于将所述膜(1)设置为振动和/或检测所述膜(1)的振动的驱动单元(100)，其特征在于，所述驱动单元(100)包括至少一个电磁驱动器(30)和压电驱动器(20)。

2.根据权利要求1所述的振动限位开关(10)，其特征在于，在所述膜(1)上设有振动单元(11)。

3.根据权利要求1或2所述的振动限位开关(10)，其特征在于，设置所述电磁驱动器(30)和所述压电驱动器(20)，使得可选择地使用所述电磁驱动器(30)和/或所述压电驱动器(20)将所述膜(1)设置为振动。

4.根据前述权利要求之一所述的振动限位开关(10)，其特征在于，所述电磁驱动器(30)和所述压电驱动器(20)是连续地机械切换的。

5.根据前述权利要求之一所述的振动限位开关(10)，其特征在于，所述压电驱动器(20)设置在所述膜(1)和所述电磁驱动器(30)之间。

6.根据权利要求5所述的振动限位开关(10)，其特征在于，在所述膜(1)上设有张紧螺栓(3)。

7.根据权利要求6所述的振动限位开关(10)，其特征在于，所述电磁驱动器(30)作用于所述张紧螺栓(3)的后部。

8.根据权利要求7所述的振动限位开关(10)，其特征在于，所述电磁驱动器(30)被固定连接至所述张紧螺栓(3)，优选为旋紧至所述张紧螺栓(3)。

9.根据权利要求8所述的振动限位开关(10)，其特征在于，所述电磁驱动器(30)旋紧至所述张紧螺栓(3)以使所述膜(1)紧靠所述压电驱动器(20)。

10.根据权利要求6-9之一所述的振动限位开关(10)，其特征在于，所述张紧螺栓(3)被至少部分地具体化和设置为所述电磁驱动器(30)的线圈的芯。

11.根据权利要求6-10之一所述的振动限位开关(10)，其特征在于，所述张紧螺栓(3)被固定连接至所述电磁驱动器(30)的线圈容纳器(8)或磁铁容纳器(4)。

12.根据权利要求11所述的振动限位开关(10)，其特征在于，所述线圈或磁铁容纳器(8)被具体化为张紧螺钉。

13.根据前述权利要求之一所述的振动限位开关(10)，其特征在于，所述压电驱动器(20)包括多个以堆叠方式设置的表现为环形的压电元件(2b)。

14.根据权利要求1至8之一所述的振动限位开关(10)，其特征在于，所述压电驱动器(20)包括环形压电元件(2b)，其被直接贴附至所述膜上或有调整陶瓷(2a)置于其间。

15.一种用于操作根据前述权利要求之一的振动限位开关(10)的方法，包括下列步骤：

-将所述膜(1)设置为振动，

-选择性地使用用于将所述膜(1)设置为振动和/或检测所产生的振动的电磁驱动器(30)和/或压电驱动器(20)检测所产生的振动。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，根据工艺介质的粘性和/或温度选择要使用的所述驱动器(100)。

17.根据权利要求15或16之一所述的方法，其特征在于，一个驱动器(100)用于将所述膜(1)设置为振动，而另一个驱动器(100)则用于检测所产生的振动。