專利名稱：在高溫下具有安全切斷的填料位測量裝置的制作方法
在高溫下具有安全切斷的填料位測量裝置 本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1的前序部分所述特征的振動極限開關(guān)裝置，以及具有權(quán)利要求9的前序部分所述特征的操作振動極 限裝置開關(guān)的方法。通常，用于監(jiān)測容器內(nèi)介質(zhì)的填料位的振動極限開關(guān)裝置包括一 個用于產(chǎn)生機械振蕩的振蕩結(jié)構(gòu)。所述振蕩結(jié)構(gòu)與一個振蕩裝置相耦 合，其中所述振蕩裝置被設(shè)計為基于電激勵信號產(chǎn)生一個要傳遞到所 迷振蕩結(jié)構(gòu)上的機械振蕩。優(yōu)選的是，該所述振蕩裝置同時被設(shè)計為 將一個由振蕩結(jié)構(gòu)所傳遞的機械振蕩轉(zhuǎn)換成一個電接收信號。所述激勵信號由一個控制裝置生成，其中所述控制裝置最好用于處理所述接 收信號。振動極限開關(guān)通常由一個這種振蕩裝置形式的壓電發(fā)送/接收單 元和一個與之相連的振蕩結(jié)構(gòu)形式的機械構(gòu)造構(gòu)成。發(fā)送單元的電驅(qū)動能量被轉(zhuǎn)換成機械的振動能量，由此所驅(qū)動的振蕩構(gòu)造開始以其諧 振頻率振蕩。以相反的方式，電接收信號到達由振蕩裝置所構(gòu)成的接 收單元。這個接收信號的頻率和振幅與振動音叉被覆蓋的狀態(tài)有關(guān)， 從而得到容器的填料位，并可以隨后對其進行分析。本發(fā)明的任務(wù)在于，建議了一種填料位測量裝置、尤其是振動極 限開關(guān)裝置，以及一種用于操作這種可安全工作的裝置的方法。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1所述特征的裝置和具有權(quán)利要求9 所述特征的方法來解決。具有優(yōu)點的實施例是從屬權(quán)利要求的主題。據(jù)此，優(yōu)選的是一種振動極限開關(guān)裝置，其具有用于產(chǎn)生電激勵 信號和/或用于處理電接收信號的控制裝置，用于基于所述激勵信號產(chǎn)、尤其是壓電振蕩裝置，以及振蕩結(jié)構(gòu)，其中提供了用于確定所述振蕩裝 置的溫度和/或所述振蕩裝置周圍的溫度的溫度確定裝置，并且其中所 述控制裝置被實現(xiàn)為當達到門限溫度時或者與溫度相關(guān)地產(chǎn)生開關(guān) 信號和/或告警信號。所述控制裝置最好具有用于輸出開關(guān)信號的輸出端，所述開關(guān)信 號用于控制連接在其上的設(shè)備、尤其是填充或排空設(shè)備，和/或用于在 特別限定的狀態(tài)下對所述振動極限開關(guān)裝置和/或與之相連的設(shè)備進 行設(shè)置。所述控制裝置最好還具有用于輸出告警信號的輸出端，所述 告警信號用于用信號來告知臨界工作狀態(tài)。最好還具有存儲裝置，用來存儲至少一個事先所確定的溫度，該 溫度用于分析振動極限開關(guān)裝置或者其上級設(shè)備的故障狀態(tài)。所述溫度確定裝置最好具有帶有均衡導(dǎo)線的熱元件，用于產(chǎn)生溫 差電壓。優(yōu)選的是，兩個具有彼此不同的熱電系數(shù)的熱電極彼此相鄰 設(shè)置(尤其是設(shè)置在所述振蕩裝置的陶瓷部分和壓電元件之間)。尤其是控制裝置形式的溫度分析裝置通過絕緣的均衡導(dǎo)線與具 有彼此不同的熱電系數(shù)的熱電極相連，所述均衡導(dǎo)線的各個導(dǎo)線的熱 電系數(shù)與連接在其上的熱電極相一致，或者具有所限定的關(guān)系。優(yōu)選的是，所述溫度確定裝置的至少一個熱電極與用于連接所述 振蕩裝置的一個壓電元件的連接電極相同地構(gòu)造和連接。特別地，優(yōu)選的還有一種用于操作振動極限開關(guān)裝置的方法，其 中產(chǎn)生激勵信號并將其施加到振蕩裝置上，其中所述振蕩裝置產(chǎn)生機 械振蕩，其中確定所述振蕩裝置的溫度和/或所述振蕩裝置周圍的溫度 和/或生成與特定溫度或門限溫度相關(guān)的開關(guān)信號和/或告警信號。最好是在達到門限溫度時生成所述開關(guān)信號，以便在所限定的狀 態(tài)下對另外的設(shè)備進行設(shè)置，從而填充或排空所監(jiān)測的容器。尤其是 在達到門限溫度時生成所述告警信號，從而用信號來告知臨界工作狀 態(tài)。最好在存儲裝置中存儲至少一個事先確定的溫度，用于在后面的 時刻對故障狀態(tài)進行分析。由所述溫度也可以確定所監(jiān)測的容器中的填料的溫度值。在這樣的裝置以及在這樣的方法中，所述門限溫度被設(shè)置在所采 用的壓電材料的居里溫度以下，使得所述振蕩裝置可以無干擾地由所述門限溫度優(yōu)選地在居里溫度以下低于10%，尤其是低于5%,特別 是低于2%。這樣能夠可靠地使用由至少一個壓電元件所構(gòu)成的振蕩 裝置。當超出居里溫度時，將發(fā)生去極化，其結(jié)果是發(fā)送和接收單元 在如此建立的工作過程中將喪失其壓電特性。取決于如此構(gòu)造的傳感 器的機械和電氣實現(xiàn)方式，例如當容器變干或者容器溢出時，這可能 會導(dǎo)致很危險的錯誤發(fā)生。通過提供溫度確定裝置，可以通過引入相應(yīng)的措施避免超出位于 居里溫度之下的臨界門限溫度，或者可以激活一種機制，該機制例如 允許使整個設(shè)備停止或者允許啟動或禁用這類設(shè)備中的特定裝置。優(yōu) 選的是，在達到居里溫度時或者最好是在達到居里溫度之前就足以使 如此構(gòu)造的極限填料位指示器的輸出進入到所限定的安全位置，從而 可以在必要時及時地釆取應(yīng)對措施。借助最好是控制指針 (Schleppzeiger )將最大的工作溫度存儲在諸如EEPROM的存儲裝 置中，這樣可以在振動極限開關(guān)裝置發(fā)生故障之后、或者在制造商或 運營商發(fā)生其他干擾之后，界定這種振動極限開關(guān)裝置的可能的故障 原因。優(yōu)選的是，在壓電發(fā)送/接收單元附近設(shè)置所述溫度確定裝置的 溫度傳感器。如果特定的溫度被傳送到所述控制裝置或者經(jīng)由控制裝 置傳送到一個調(diào)度臺，則所述控制裝置或調(diào)度臺及運營商可以在驅(qū)動 裝置和填料之間的溫度下降很小的情況下附帶地利用以下可能性即 可以得出關(guān)于所監(jiān)測的容器中的填料介質(zhì)的溫度的結(jié)論。具有優(yōu)點的是，通過所建議的裝置和方法提供了一種成本低廉且 節(jié)省占地的傳感器單元，利用這種傳感器單元可以監(jiān)測用于形成振蕩 裝置的壓電驅(qū)動裝置的溫度。為了保護這種振蕩裝置的壓電元件或其他類似的元件，最好借助 一個熱電阻鏈進行溫度測量，所述熱電阻鏈直接位于溫度敏感元件的 前面。測量溫度的一種可能是采用金屬溫度傳感器，已知的金屬溫度傳感器如Ptl00或Pt1000，它們通過溫度改變其電阻。這類傳感器在驅(qū)動裝置外殼中需要占據(jù)相當大的位置。此外，提 出一種最佳的放置方案并不簡單，因為使熱傳導(dǎo)適當?shù)貍鬟f到振蕩裝 置的振蕩結(jié)構(gòu)的膜片上或者傳遞到與之相連的金屬元件上不能再確 保借助例如壓料盤和壓電塊之間的陶瓷盤所實現(xiàn)的電位隔離。但是， 這類溫度確定裝置的溫度傳感器應(yīng)當盡可能地在可能的熱源方向上 位于熱源和壓電元件之間。因此，設(shè)置有具有彼此不同的熱電系數(shù)的 電極的構(gòu)造是特別優(yōu)選的。下面借助附圖更詳細地闡述本發(fā)明的實施例。如圖所示

圖1示出了根據(jù)第一種實施方式的振動極限開關(guān)裝置的振蕩系 統(tǒng)和電子器件的示意性側(cè)視圖，圖2示出了根據(jù)第二種實施方式的構(gòu)造， 圖3示出了根據(jù)第三種實施方式的構(gòu)造。除了圖中所示的實施方式之外，也可以采用其各個方面的特別組 合，以及具有數(shù)目更多或更少的這類元件的其它實施方式。 一個重要 的基本思想在于，在溫度敏感的元件的范圍內(nèi)進行溫度測量，并利用 如此所確定的溫度來影響振動極限開關(guān)的操作，或者進而影響所監(jiān)測 的其它設(shè)備的操作。在對不同實施方式所進行的說明中，分別用相同 的附圖標記來表示相同或同類的元件或信號，其中在描述第二和第三 種實施方式時，為了簡明起見，參照了其它各實施方式的相應(yīng)描述。圖1示出了振蕩系統(tǒng)1和電子器件2的細部。使用了一個常見的 振蕩音叉作為機械振蕩結(jié)構(gòu)3。這個振蕩音叉至少部分地伸入到一個 容器中，在所述容器中裝有要監(jiān)測其填料位的填料介質(zhì)。在所述振蕩 結(jié)構(gòu)的與要監(jiān)測的填料介質(zhì)相對的一側(cè)上設(shè)置了 一系列元件，這些元件在所示實施方式中僅僅示例性地用彼此層疊并通過螺紋桿4和螺母 5相對于振蕩結(jié)構(gòu)固定的元件來表示。但原則上也可以采用用來形成 與振蕩音叉相連的振蕩驅(qū)動裝置的其它已知結(jié)構(gòu)和方法。在示例性示出的結(jié)構(gòu)中，在形成振蕩結(jié)構(gòu)3的振蕩音叉上方設(shè)置 了下部壓料盤6、陶資元件7、第一熱電極8、第二熱電極9、壓電元 件10、第一連接電極ll、第二壓電元件12、第二連接電極13、另一 個陶資元件14和上部壓料盤15,它們通過螺母5相對于振蕩音叉被 固定。電子器件2除了其它常見的元件外還特別地包括發(fā)送/接收單元 16和用作溫度確定裝置17的處理器的ADW輸入端(ADW:模/數(shù)轉(zhuǎn) 換器)。這些元件和其它元件(例如存儲裝置18 )是集成為一體或作 為上級設(shè)備的控制裝置19的組成部件。這樣，控制裝置19可以由彼 此互連的各個元件構(gòu)成，或者在特定情況下可以由單獨集成的元件構(gòu) 成。通過控制裝置19的發(fā)送/接收單元16生成一個激勵信號5，這個 激勵信號被施加到第一連接電極ll。第二連接電極13接地m,其中 的地m作為電路的地點與發(fā)送/接收單元16或其它常見的地連接端相 連。溫度確定裝置17通過第一根導(dǎo)線與第一熱電極8相連，并通過 該導(dǎo)線接收溫差電壓t。此外，溫度確定裝置17通過一根接地線21 與地m相連，其中所述接地線21連接到第二熱電極9。如圖所示， 有利的是，可以使用與發(fā)送/接收單元16共用的地m。但原則上也可 以提供用于發(fā)送/接收信號s、 e的本身的導(dǎo)線20和用于驅(qū)動單元的本 身的接地線21，并且可以提供由用于溫度確定裝置17的本身的接地 線21和本身的溫差電壓導(dǎo)線22所組成的本身的導(dǎo)線對。所示的接地 線21和溫差電壓導(dǎo)線22構(gòu)成了熱均衡導(dǎo)線。在這種配置中，直接設(shè)置或裝入到第一陶瓷元件7和第一壓電元 件10之間的第一熱電極8和第二熱電極9構(gòu)成了具有不同熱電系數(shù) 的電極對。從而出現(xiàn)了電位隔離，并且確定了通過容器外面的振蕩結(jié) 構(gòu)3所作用在壓電元件10、 12前面的容器溫度T0，作為作用在壓電 元件IO、 12上的溫度T。為了確定該區(qū)域內(nèi)的絕對溫度T,在具有熱電阻的所示結(jié)構(gòu)中，需要測量在導(dǎo)線末端出現(xiàn)的均衡點溫度。這個溫度在電子器件2中例如由位于處理器內(nèi)的溫度傳感器或溫度確定裝置 17來測量，并作為絕對溫度T通過控制裝置19輸出或應(yīng)用。這個絕 對溫度T例如可以借助相應(yīng)的適當軟件由第一和第二熱電極8、 9的 溫差電壓計算出來。根據(jù)一種特別優(yōu)選的實施方式，使用接地線21和溫差電壓導(dǎo)線 22形式的絕緣輸出導(dǎo)線，其熱電系數(shù)應(yīng)當盡可能精確地與連接到其上 的熱電極8、 9的熱電系數(shù)相一致。作為示例，可能的熱電偶例如由 NiCr+ZNi-或1\10+/01]\"形成。優(yōu)選的是，為了使電子器件2和均衡 測量點相適配，在銅導(dǎo)線上的均衡導(dǎo)線的過渡區(qū)域之間不存在溫度下 降，因為否則的話將產(chǎn)生進一步的溫差電壓，它將使測量結(jié)果出錯并 需要相應(yīng)地計算出來。但優(yōu)選的是，也可以用相應(yīng)的布線來補償直接 位于熱電偶和銅導(dǎo)線之間的過渡點處的溫差電壓t或測量過渡點處的 溫度，并可以對處理器所獲取的測量結(jié)果用軟件進行補償。如果可以省略電位隔離的必要性，還存在以下可能，即省去所述 熱電極中的一個熱電極，采用這種結(jié)構(gòu)中的一個膜片來代替，作為第 二熱電極。為了進一步節(jié)省成本，所述的兩個熱電極也可以通過一個任意的 金屬電極來代替。為此，如圖2所示，熱導(dǎo)線直接與一個這樣的電極 相連。由于這種金屬連接與空氣相比具有高得多的熱傳導(dǎo)能力，同樣 可以得到溫差電壓，其包含了關(guān)于直接位于壓電元件前面的溫度的信 息。圖1不同的是，圖2相應(yīng)地沒有示出第一和笫二熱電極，而是僅 僅示出了一個位于第一陶瓷元件7和第一壓電元件10之間的第一熱 電極8,以及一個相應(yīng)地最好直接與熱電極8相鄰的連接點23，這個 連接點將接地線21和溫差電壓導(dǎo)線22彼此相連。另一種概括方案及 更為緊湊的結(jié)構(gòu)在圖3中示出，其中根據(jù)特別簡單的替代原則，測量 位于借助粘接工藝和/或焊接工藝所設(shè)置的壓電驅(qū)動裝置前面的溫度 T。其中，在設(shè)置在振蕩結(jié)構(gòu)3上的陶瓷部分7的上方，熱電極8、壓電元件10和連接電極13彼此直接通過粘接和/或焊接方式設(shè)置，其 中像在其它附圖中所示那樣，各個元件相互間隔開表示，以便能夠更 清楚地繪制。最好在熱電極8附近也構(gòu)造一個連接點23，其中這個連 接點23同樣將接地線21和溫差電壓導(dǎo)線連接起來。連接電極13也 通過連接導(dǎo)線20連接，以傳輸發(fā)送信號s和接收信號e。所有這三種實施方式表示出了一個示例性繪出的存儲裝置18， 在這個存儲裝置中在必要時除了工作參數(shù)外還可以存儲由所述配置 所確定的溫度。這可以在干擾狀況下隨后讀取如此確定的溫度，從而 可以確定干擾是由于溫度過高而引起的還是可能由于其它原因引起 的。優(yōu)選的是，對控制裝置19進行設(shè)置以根據(jù)需要輸出不同類型的 信號。優(yōu)選的是，可以通過一個相應(yīng)的端子輸出特定的溫度T。優(yōu)選 的是，也可以通過其它端子輸出開關(guān)信號sw和/或告警信號w。借助 于開關(guān)信號例如可以啟動或禁用泵或其它設(shè)備，從而避免由這樣構(gòu)造 的振動極限開關(guān)裝置所監(jiān)測的容器出現(xiàn)空載或溢出。有利的是，控制 裝置19出于監(jiān)測目的還考慮到門限溫度T*，在壓電元件8、 9的區(qū) 域內(nèi)不應(yīng)當或者不允許超過這個門限溫度，以確保無錯誤地工作。尤 其是在達到這個門限溫度1*時輸出相應(yīng)的開關(guān)信號sw和告警信號門限溫度(T*)最好根據(jù)所使用的壓電元件10、 12來確定，從 而考慮到壓電元件的臨界工作溫度確保無干擾地工作。對居里溫度的考量對于由壓電元件或具有類似物理特性的類似元件構(gòu)成的振蕩裝 置來說有著很重要的意義。
權(quán)利要求
1.一種填料位測量裝置，具有-用于產(chǎn)生電激勵信號(s)和/或用于處理電接收信號(e)的控制裝置(19，16)，-用于基于所述激勵信號(s)產(chǎn)生機械振蕩和/或用于把機械振蕩轉(zhuǎn)換成所述接收信號(e)的振蕩裝置(10，12)、尤其是壓電振蕩裝置，以及其特征在于，還具有-用于確定所述振蕩裝置(10，12)的溫度(T)和/或所述振蕩裝置(10，12)周圍的溫度(T)的溫度確定裝置(19，17)，其中所述控制裝置(19)被實現(xiàn)為當達到門限溫度時或者與溫度(T)相關(guān)地產(chǎn)生開關(guān)信號(sw)和/或告警信號(w)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述控制裝置(19)具有 用于輸出開關(guān)信號(sw)的輸出端，所述開關(guān)信號用于控制連接在其 上的設(shè)備、尤其是填充或排空設(shè)備，和/或用于在特別限定的狀態(tài)下對 振動極限開關(guān)裝置和/或與之相連的設(shè)備進行設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所迷控制裝置(19) 具有用于輸出告警信號(w)的輸出端，所述告警信號用于用信號來 告知臨界工作狀態(tài)。
4. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的裝置，其具有存儲裝置(18)，所 述存儲裝置用于存儲至少一個事先所確定的溫度(T)，該溫度用于分析振動極限開關(guān)裝置或者其上級設(shè)備的故障狀態(tài)。
5. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述溫度確定裝置U7) 具有帶有均衡導(dǎo)線(8， 9， 21， 22)的熱元件，用于產(chǎn)生溫差電壓。
6. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的裝置，其中兩個具有彼此不同的熱 電系數(shù)的熱電極(8， 9)彼此相鄰設(shè)置，尤其是設(shè)置在所述振蕩裝置 的陶瓷部分(7)和壓電元件(10)之間。
7. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的裝置，其中溫度分析裝置、尤其是控制裝置(19)通過絕緣的均衡導(dǎo)線(21， 22)與具有彼此不同的熱 電系數(shù)的熱電極(8， 9)相連，所述均衡導(dǎo)線的各個導(dǎo)線的熱電系數(shù) 與連接在其上的熱電極(8， 9)相一致，或者具有所限定的關(guān)系。
8. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述溫度確定裝置的至 少一個熱電極與用于連接所述振蕩裝置的一個壓電元件(10)的連接 電極相同地構(gòu)造和連接。
9. 一種用于操作振動極限開關(guān)的方法，其中 -產(chǎn)生激勵信號(s)并將其施加到振蕩裝置(10， 12)上，其中所述振蕩裝置產(chǎn)生機械振蕩，并且所述機械振蕩通過振蕩結(jié)構(gòu)(3) 來提供，其特征在于，-確定所述振蕩裝置(10, 12)的溫度(T)和/或所述振蕩裝置 (10， 12)周圍的溫度(T)，并且-生成與特定溫度(T)或門限溫度(T*)相關(guān)的開關(guān)信號(sw) 和/或告警信號(w)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在達到門限溫度(T*) 時生成所述開關(guān)信號(sw)，以便在所限定的狀態(tài)下對另外的設(shè)備進 行設(shè)置，從而填充或排空所監(jiān)測的容器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的方法，其中在達到門限溫度 (T*)時生成所述告警信號(w)，從而用信號來告知臨界工作狀態(tài)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項所述的方法，其中在存儲 裝置(18)中存儲至少一個事先確定的溫度(T)，用于在后面的時 刻對故障狀態(tài)進行分析。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項所述的方法，其中由所述 溫度(T)確定所監(jiān)測的容器中的填料的溫度值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的裝置或者根據(jù)權(quán)利要 求9至13中任一項所述的方法，其中所述門限溫度(T*)被設(shè)置在 居里溫度以下，使得所述振蕩裝置可以無干擾地由所述激勵信號(s) 生成機械振蕩信號和/或由機械振蕩信號生成接收信號(e)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的裝置或者根據(jù)權(quán)利要 求9至13中任一項所述的方法，其中所述門限溫度(T*)在居里溫 度以下低于10%，尤其是低于5%,特別是低于2%。
16. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的裝置或方法，其中所述 振蕩裝置(10， 12)由至少一個壓電元件所構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種振蕩極限開關(guān)裝置，其具有用于產(chǎn)生電激勵信號(s)和/或用于處理電接收信號(e)的控制裝置(19，16)，用于基于所述激勵信號產(chǎn)生機械振蕩和/或用于把機械振蕩轉(zhuǎn)換成所述接收信號的壓電振蕩裝置(10，12)，以及用于把由所述振蕩裝置所產(chǎn)生的機械振蕩發(fā)射到振蕩結(jié)構(gòu)周圍的振蕩結(jié)構(gòu)(3)，其中設(shè)置有用于確定振蕩裝置(10，12)的溫度(T)和/或該振蕩裝置周圍的溫度的溫度確定裝置(19，17)，并且其中所述控制裝置(19)被實現(xiàn)為當達到門限溫度時或者與溫度(T)相關(guān)地產(chǎn)生開關(guān)信號(sw)和/或告警信號(w)。此外，優(yōu)選地還涉及一種用于操作振動極限開關(guān)的相應(yīng)設(shè)計的方法。
文檔編號G01F23/296GK101331388SQ200680047619
公開日2008年12月24日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者A·弗里克, S·韋爾勒 申請人:Vega格里沙貝兩合公司