Электромеханический преобразователь

Номер патента: 4668

Опубликовано: 24.06.2004

Автор: Биргель Дитмар

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Электромеханический преобразователь, содержащий

расположенные столбиком пьезоэлектрические элементы (1, 3, 5, 7, 9, 11),

расположенные между ними контактные электроды (G, S, E), через которые подключаются пьезоэлектрические элементы (1, 3, 5, 7, 9, 11),

причем контактные электроды (G, S, E) представляют собой плоские выводы (33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91) из гибкой печатной платы (13, 13a, 13b, 13c).

2. Электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что

гибкая печатная плата (13a) содержит уступообразно выполненный участок (17),

на каждом уступе (19, 21, 23, 25, 27, 29, 31) предусмотрен плоский вывод (33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49),

уступы (19, 21, 23, 25, 27, 29, 31) имеют высоту, которая равна толщине пьезоэлектрических элементов (1, 3, 5, 7, 9, 11), смежных с соответствующим уступом (19, 21, 23, 25, 27, 29, 31).

3. Электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что

столбик состоит по меньшей мере из двух расположенных друг на друге частичных столбиков и

пьезоэлектрические элементы (1, 3, 5, 7, 9, 11) каждого частичного столбика подключены с помощью выводов (55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69) из печатной платы (13b), расположенных вокруг отнесенной к частичному столбику основной поверхности (71, 73) гибкой печатной платы (13b).

4. Электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что гибкая печатная плата (13c) содержит участок (75), на котором располагаются несколько проводящих полосок друг над другом и каждая проводящая полоска заканчивается расположенным перпендикулярно ей выводом (77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91), причем отдельные выводы (77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91) располагаются параллельно между собой и служат для подключения смежных с ними пьезоэлектрических элементов (1, 3, 5, 7, 9, 11).

5. Электромеханический преобразователь по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что на гибкую печатную плату (13, 13a, 13b, 13c) установлены электронные компоненты, в частности, поверхностно-монтируемые компоненты (49).

6. Способ получения электромеханического преобразователя согласно пп.1-5, отличающийся тем, что

на гибкой печатной плате (13, 13a, 13b, 13c) устанавливают компоненты,

выводы (33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91) располагают параллельно между собой и друг над другом путем деформации гибкой печатной платы (13, 13a, 13b, 13c), причем пьезоэлектрические элементы (1, 3, 5, 7, 9, 11) располагают в виде столбика друг на друге,

столбик спрессовывают.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что компонентами являются пьезоэлектрические элементы (1, 3, 5, 7, 9, 11) и поверхностно-монтируемые компоненты (49), при этом установка компонентов производится автоматически.

8. Устройство для определения и/или контроля заданного уровня заполнения емкости, содержащее

механический колебательный контур, располагаемый на отметке заданного уровня заполнения, и

электромеханический преобразователь (101) согласно пп.1-5, выполненный с возможностью во время работы использоваться для возбуждения колебаний в механическом колебательном контуре, восприятия его зависящих от уровня заполнения в данный момент колебаний и обеспечения доступности для их последующей обработки и/или анализа.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 Изобретение относится к электромеханическому преобразователю с расположенными в виде столбика пьезоэлектрическими элементами, между которыми располагаются контактные электроды, через которые подключены пьезоэлектрические элементы. Такие электромеханические преобразователи находят свое применение, например, в измерительно-регулирующей технике. Так, например, имеется рынок устройств для определения и/или контроля за заданным уровнем заполнения емкости, содержащих расположенный на отметке заданного уровня заполнения механический колебательный контур, колебания которого возбуждаются электромеханическим преобразователем. Пример такого устройства описан в DE-A 41 18 793. Колебания механического колебательного контура воспринимаются и преобразуются в электрические сигналы, которые становятся доступными для последующей обработки и/или анализа. На основе электрических сигналов может быть определена, например, частота и/или амплитуда колебаний. Частота и/или амплитуда сообщает о том, накрыт или не накрыт механический колебательный контур слоем загруженного материала. Такие предельные выключатели индикатора уровня применяются во многих промышленных отраслях, в частности, в химии и пищевой промышленности. Они служат для определения предельного уровня и используются, например,как устройства для предупреждения перезаполнения или холостой работы насоса. Электромеханические преобразователи с расположенными столбиком пьезоэлектрическими элементами обладают тем преимуществом, что несколько пьезоэлектрических элементов могут быть параллельно подключены и расположены в ряд. В результате, достигается очень прочный и мощный преобразователь. В традиционных электромеханических преобразователях пьезоэлектрические элементы собираются в столбики, как правило, вручную,между соответствующими двумя соседними элементами укладываются плоские электроды и закрепляются, например, с помощью клея. Такие электроды содержат выводы из столбика,через которые подключаются пьезоэлектрические элементы. Изготовление такого столбика является очень трудоемким. Оно является, в частности,очень затратоемким при обычно требуемом большом объеме изделий. Задача изобретения состоит в создании такого электромеханического преобразователя,который является простым и дешевым в изготовлении. Поэтому предметом изобретения является электромеханический преобразователь, содержащий в себе: расположенные в виде столбика пьезоэлектрические элементы, 004668 2 расположенные между ними контактные электроды, через которые подключаются пьезоэлектрические элементы, причем контактные электроды представляют собой плоские выводы из гибкой печатной платы. В первом варианте выполнения гибкая печатная плата содержит уступообразный участок,с каждого уступа которого выполнен плоский вывод, уступы имеют высоту, равную толщине смежных с соответствующими уступами пьезоэлектрических элементов. Во втором варианте выполнения столбик состоит по меньшей мере из двух расположенных друг на друге частичных столбиков, пьезоэлектрические элементы каждого частичного столбика подключены выводами из печатной платы, расположенными вокруг отнесенной к частичному столбику основной поверхности гибкой печатной платы. В третьем варианте выполнения гибкая печатная плата содержит участок, на котором располагаются друг на друге несколько проводящих полосок и на котором каждая проводящая полоска заканчивается расположенным перпендикулярно ей выводом, причем отдельные выводы располагаются между собой параллельно и служат для подключения смежных с ними пьезоэлектрических элементов. В одном из приведенных выше вариантов выполнения на гибкой печатной плате расположены электронные компоненты, в частности,поверхностно-монтируемые компоненты. Изобретение касается также способа получения указанного выше электромеханического преобразователя, у которого на гибкой печатной плате устанавливают компоненты, выводы располагают параллельно между собой и друг над другом деформацией гибкой печатной платы, в результате чего пьезоэлектрические элементы оказываются расположенными друг на друге в виде столбика, после чего этот столбик спрессовывают. В варианте осуществления способа компонентами являются пьезоэлектрические элементы и поверхностно-монтируемые компоненты,их установка на плату производится автоматически,Кроме того изобретение касается устройства для определения и/или контроля за заданным уровнем заполнения емкости, содержащего: механический колебательный контур, располагаемый на отметке заданного уровня заполнения и электромеханический преобразователь согласно изобретению,который во время работы используется для возбуждения колебаний в механическом колебательном контуре, восприятия его зависящих от уровня заполнения в данный момент колебаний и обеспечения доступности для их последующей обработки и/или анализа. 3 Преимущество изобретения состоит в том,что выводы являются частью гибкой печатной платы. Т.е. они не представляют собой отдельные, не закрепленные компоненты, требующие дополнительных затрат, а являются специально сформированными участками имеющейся печатной платы. Выводы гибкой печатной платы особенно пригодны для механизированного изготовления. Так, например, на все выводы возможно одновременно наносить механизированным способом клей и затем устанавливать пьезоэлектрические элементы. Во время установки компонентов на гибкую печатную плату одновременно могут монтироваться на ней соответствующие электронные компоненты за одну рабочую операцию. В результате возможно очень быстрое, как бы автоматическое, и очень дешевое изготовление электромагнитных преобразователей согласно изобретению. Изобретение и его дополнительные преимущества подробнее поясняются на фигурах чертежа, на которых изображены три примера осуществления изобретения; одинаковые элементы на фигурах отмечены одинаковыми позициями. При этом изображено на фиг. 1 - электромеханический преобразователь согласно изобретению; фиг. 2 - вид на гибкую печатную плату с уступообразно расположенными выводами; фиг. 3 - вид на гибкую печатную плату с выводами, расположенными кругообразно вокруг основной поверхности; фиг. 4 - вид на гибкую печатную плату с участком, на котором несколько проводящих полосок располагаются друг над другом и на котором каждая проводящая полоска оканчивается расположенным перпендикулярной ей выводом; фиг. 5 - разрез по печатной плате на фиг. 4; фиг. 6 - разрез по устройству для определения и/или контроля заданного уровня заполнения емкости с электромеханическим преобразователем согласно изобретению; фиг. 7 - разрез по устройству на фиг. 6,причем плоскость разреза повернута на 90 по отношению к плоскости разреза на фиг. 6. На фиг. 1 изображен электромеханический преобразователь согласно изобретению. Он содержит расположенные в виде столбика пьезоэлектрические элементы 1, 3, 5, 7, 9, 11. Между пьезоэлектрическими элементами 1, 3, 5, 7, 9 и 11, выше самого верхнего пьезоэлектрического элемента 1 и ниже самого нижнего пьезоэлектрического элемента 11, располагается соответственно контактный электрод S, Е или G. Пьезоэлектрические элементы 1, 3, 5, 7, 9, 11 подключены через контактные электроды S, Е, G к выполненным в гибкой печатной плате 13 проводникам, в приведенном примере осуществления к проводнику LS для передачи сигнала, провод 004668 4 нику LE для приема сигнала и заземляющему проводнику LG. В приведенном примере контактные электроды S подключены к проводникуLS для передачи сигнала, контактные электроды Е - к проводнику LE для приема сигнала и контактные электроды G - к заземляющему проводнику LG. Последовательность расположения пьезоэлектрических элементов и порядок их подключения к проводникам являются произвольными и выбираются в зависимости от последующего назначения преобразователя. Расположение пьезоэлектрических элементов 1, 3, 5, 7, 9 и 11 и их подключение, выбранное в данном примере осуществления, применяются, например, при использовании в упомянутом выше устройстве для определения и/или контроля заданного уровня заполнения. Верхние четыре пьезоэлектрических элемента 1, 3, 5, 7 подключены параллельно и расположены в ряд. Для этого контактный электродG подключен над самым верхним пьезоэлектрическим элементом 1 к заземляющему проводнику LG, контактный электрод S подключен между самым верхним пьезоэлектрическим элементом 1 и смежным с ним пьезоэлектрическим элементом 3 к проводнику LS для передачи сигнала, следующий контактный электрод G подключен между пьезоэлектрическими элементами 3 и 5 к заземляющему проводнику LG, контактный электрод S подключен между пьезоэлектрическими элементами 5 и 7 к проводникуLS для передачи сигнала и контактный элементG подключен под пьезоэлектрическим элементом 7 к заземляющему проводнику LG. Все пьезоэлектрические элементы 1, 3, 5 и 7 содержат полярность, параллельную продольной оси столбика. Однако смежные пьезоэлектрические элементы 1-3, 3-5, 5-7 имеют обратную полярность. На фиг. 1 это отмечено знаками + и -. Переменное напряжение, подаваемое по проводнику LS для передачи сигнала, вызывает синхронные, равнонаправленные поперечные колебания пьезоэлектрических элементов 1, 3, 5,7. Состоящий из пьезоэлектрических элементов 1, 3, 5, 7 частичный столбик служит, например,передатчиком для возбуждения зависящих от переменного напряжения колебаний. Под пьезоэлектрическим элементом 7 располагается прокладка 15 из диалектрика, например керамики. Прокладка 15 обеспечивает электрическое и механическое разобщение верхних пьезоэлектрических элементов 1, 3, 5 и 7 от расположенных под этой прокладкой 15 пьезоэлектрических элементов 9, 11. В изображенном примере осуществления частичный столбик, состоящий из пьезоэлектрических элементов 9, 11, выполнен в виде приемника. Пьезоэлектрические элементы 9, 11 подключены параллельно и расположены в ряд. Для этого контактный электрод G подключен над пьезоэлектрическим элементом 9 и под пьезоэлектрическим элементом 11 к заземляющему 5 проводнику LG. Контактный электрод Е, расположенный между пьезоэлектрическими элементами 9 и 11, подключен к проводнику LE для приема сигнала. Если в механическом колебательном контуре передатчиком возбуждаются колебания, то столбик и колебательный контур совершают колебания, которые передаются через приемник в виде напряжения, поступающего по проводнику LE для приема сигнала и меняющегося в зависимости от результирующих колебаний, для последующей обработки и/или анализа. Гибкие печатные платы продаются, например, ф. "Шллер Электроник" (SchoellerElektronik) под торговой маркой "Polyflex" (Полифлекс). Она состоит, например, из тонкого медного листа, который ф. Schoeller Elektronik обрабатывает в зависимости от требуемой конфигурации проводящих полосок травлением и затем на обе стороны ламинированием наносит толстую покровную полиамидную пленку. Согласно изобретению применяется гибкая печатная плата 13, в которой контактными электродами S, Е, G являются плоские выводы из платы 13. Выводы являются неотъемлемой составной частью гибкой печатной платы 13. Они выполнены, например, из соответственно сформированных сегментов из медного листа без покровной пленки. На фиг. 2 показан вид на первый пример осуществления выполненной согласно изобретению гибкой печатной платы 13 а. Она содержит уступообразный участок 17. В изображенном примере осуществления этот участок содержит семь уступов 19, 21, 23, 25, 27, 31. На каждом из уступов 19, 21, 23, 25, 27, 31 имеется плоский вывод 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45. Уступ 31, завершающий участок 17 по краю, выполнен очень низким. На этом уступе 31, на его верхней стороне, выполнен вывод 45 и дополнительно на нижней стороне - вывод 47. Выводы 33, 35,37, 39, 41, 43, 45, 47 содержат соответственно узкую перемычку и приформованную к ее обращенному от уступа концу электродную поверхность в виде круглого диска. Выводы 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45 имеют высоту, равную толщине пьезоэлектрических элементов 1, 3, 5, 7, 9, 11, смежных с соответствующими выводами 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45. При изготовлении электромеханического преобразователя согласно изобретению на гибкую печатную плату 13 а сначала устанавливают компоненты. Под компонентами в данном случае имеются в виду пьезоэлектрические элементы 1, 3, 5, 7, 9, 11, прокладка 15, а также при необходимости и другие необходимые для печатной платы 13 а электрические компоненты. Предпочтительно, чтобы электрическими компонентами служили схематически показанные на фиг. 2 поверхностно-монтируемые компоненты 49, в результате чего может производиться автоматическая установка компонентов на 6 плату. Поверхностно-монтируемые компоненты 49 располагаются на участке 51, примыкающем к уступообразному участку 17. При монтаже пьезоэлектрических элементов 1, 3, 5, 7, 9, 11 на выводы 33, 35, 37, 39, 41,43, 45, 47 наносится клей, например, проводящий клей или клей для поверхностного монтажа, затем устанавливают пьезоэлектрический элемент 1 на вывод 33, пьезоэлектрический элемент 3 на вывод 35, пьезоэлектрический элемент 5 на вывод 37, пьезоэлектрический элемент 7 на вывод 39, прокладку 15 на вывод 41,пьезоэлектрический элемент 9 на вывод 43 и пьезоэлектрический элемент 11 на вывод 45. После этого деформацией гибкой печатной платы 13 а выводы 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 располагают параллельно друг другу и друг над другом. В показанном на фиг. 2 примере осуществления все выводы 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 устанавливают таким образом, чтобы они располагались перпендикулярно участку 17 печатной платы 13 а, после чего, начиная с стороны наиболее низкого уступа 31, сворачивают участок 17. В результате пьезоэлектрические элементы 1, 3, 5, 7, 9, 11 и прокладка 15 оказываются расположенными друг над другом в виде столбика. Предварительно образованный таким образом столбик затем прессуют для обеспечения надежного электрического соединения между выводами 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 и пьезоэлектрическими элементами 1, 3, 5, 7, 9, 11. В соответствии с изображенным на фиг. 1 электромеханическим преобразователем 13 выводы 33, 37, 41, 43 и 47 образуют контактные электроды G, подключенные к непоказанному на фиг. 2 заземляющему проводнику LG печатной платы 13 а. Выводы 35, 39 образуют контактные электроды S, которые подключаются к непоказанному на фиг. 2 проводнику LS для передачи сигнала, выполненному в печатной плате 13 а. Вывод 45 образует контактный электрод Е, который подключен к непоказанному на фиг. 2 проводнику LE для приема сигнала, выполненному в печатной плате 13 а. Печатная плата 13 а содержит узкий, перпендикулярный к участкам 17 и 51 выступ 52,на конце которого предусмотрен штекер 53. Внутри выступа располагаются все проводники печатной платы 13 а, предназначенные для подключения за пределами печатной платы 13 а. В выбранном примере осуществления к ним относятся проводник LS для передачи сигнала, проводник LE для приема сигнала и заземляющий проводник LG. На фиг. 3 показан вид на другой пример осуществления гибкой печатной платы 13b. Печатная плата 13b отличается от показанной на фиг. 2 печатной платы 13 а только расположением выводов и положением поверхностномонтируемых компонентов 49. В представленном на фиг. 3 примере осуществления предусмотрены выводы 55, 57, 59, 7 61, 63, 65, 67 и 69, которые расположены кругообразно вокруг основной поверхности 71, 73. Также и в этом примере осуществления предусмотрено, чтобы столбик был выполнен аналогично тому, как показано на фиг. 1, и состоял из двух располагающихся друг на друге частичных столбиков. Соответственно с этим выводы 55, 57, 59, 61 располагаются вокруг основной поверхности 71, а выводы 63, 65, 67, 69 располагаются вокруг основной поверхности 73. Пьезоэлектрические элементы 1, 3, 5, 7, 9,11 каждого частичного столбика 1-3-5-7 или 911 подключены с помощью выводов 55, 57, 59,61, 63, 65, 67, 69 из платы 13b, которые расположены вокруг отнесенной к частичному столбику основной поверхности 71, 73 гибкой печатной платы 13b. При монтаже пьезоэлектрических элементов 1, 3, 5, 7, 9, 11 на выводы 55, 57, 59, 61, 65,67, 69 наносят клей, например, проводящий клей или клей для поверхностного монтажа, и устанавливают пьезоэлектрический элемент 1 на вывод 55, пьезоэлектрический элемент 3 на вывод 57, пьезоэлектрический элемент 5 на вывод 59, пьезоэлектрический элемент 7 на вывод 61, прокладку 15 на вывод 63, пьезоэлектрический элемент 9 на вывод 65 и пьезоэлектрический элемент 11 на вывод 67. Затем выводы 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69 деформацией гибкой печатной платы 13b располагают параллельно между собой и друг над другом. В изображенном на фиг. 3 примере осуществления это достигается путем изгибания вывода 69 до тех пор, пока он не будет располагаться параллельно печатной плате 13b. Затем вывод 67 сгибают таким образом, чтобы смонтированный на нем пьезоэлектрический элемент 11 плоско прилегал к выводу 69. Соответствующим образом поступают и со следующими выводами 65, 63, 61, 59, 57, 55. В заключение,расположенный на выводе 65 пьезоэлектрический элемент 9 опирается на обращенную от пьезоэлектрического элемента 1 поверхность вывода 67, расположенная на выводе 63 прокладка 15 - на обращенную от пьезоэлектрического элемента 9 поверхность вывода 65, расположенный на выводе 61 пьезоэлектрический элемент 7 - на обращенную от прокладки 15 поверхность вывода 63, расположенный на выводе 59 пьезоэлектрический элемент 5 - на обращенную от пьезоэлектрического элемента 7 поверхность вывода 61, расположенный на выводе 57 пьезоэлектрический элемент 3 -на обращенную от пьезоэлектрического элемента 5 поверхность вывода 59 и расположенный на выводе 55 пьезоэлектрический элемент 1 - на обращенную от пьезоэлектрического элемента 3 поверхность вывода 57. Также и в этом случае гибкая печатная плата 13b снабжается компонентами, выводы 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 под действием деформации гибкой печатной платы 13b будут распо 004668 8 лагаться параллельно друг другу и друг над другом, в результате чего пьезоэлектрические элементы 1, 3, 5, 7, 9, 11 располагаются друг над другом в виде столбика, после чего столбик спрессовывают. В таком положении основные поверхности 71, 73 снаружи прилегают почти, как касательные поверхности к обоим частичным столбикам. На обеих основных поверхностях 71, 73 установлены поверхностно-смонтированные компоненты 49. Само собой разумеется, что эти или другие электронные компоненты могут устанавливаться и на других участках печатной платы 13b. В соответствии с изображенным на фиг. 1 электромеханическим преобразователем 13 выводы 55, 59, 63, 65, 69 образуют здесь соответственно контактные электроды G, которые подключены к выполненному на печатной плате 13b, на фиг. 3 не показанному заземляющему проводнику LG. Выводы 57, 61 образуют контактные электроды S, подключенные к выполненному на печатной плате 13b, на фиг. 3 не показанному проводнику LS для передачи сигнала. Вывод 67 образует контактный электрод Е, подключенный к выполненному на печатной плате 13b, не показанному на фиг. 3 проводникуLE для приема сигнала. На фиг. 4 и 5 показан еще один пример осуществления гибкой печатной платы 13 с. Ниже подробно будут поясняться только отличия от приведенных выше примеров осуществления. Гибкая печатная плата 13 с содержит участок 75, на котором друг над другом расположены несколько проводящих полосок. Каждая проводящая полоска заканчивается выводом 77,79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, расположенным перпендикулярно проводящей полоске. Отдельные выводы 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91 располагаются параллельно между собой и служат для подключения смежных с ними пьезоэлектрических элементов 1, 3, 5, 7, 9. В процессе изготовления на выводы 77, 79,81, 83, 85, 87, 89, 91 наносится клей и в промежутки между выводами 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89,91 вставляются пьезоэлектрические элементы 1,3, 5, 7, 9, 11 и прокладка 15. При этом пьезоэлектрический элемент 1 вставляется между выводами 77 и 79, пьезоэлектрический элемент 3 - между выводами 79 и 81, пьезоэлектрический элемент 5 - между выводами 81 и 83, пьезоэлектрический элемент 7 - между выводами 83 и 85, прокладка 15 - между выводами 85 и 87,пьезоэлектрический элемент 9 - между выводами 87 и 89 и пьезоэлектрический элемент 11 между выводами 89 и 91. В этом примере осуществления не требуется специальной деформации гибкой печатной платы 13 с, так как выводы 77, 79, 81, 83, 85, 87,89, 91 в основном уже занимают свою окончательную позицию, так как в изображенном варианте они уже установлены, поэтому они рас 9 полагаются перпендикулярно плоскости печатной платы. После установки компонентов на печатной плате и здесь необходимо спрессовать столбик для обеспечения надежного электрического и механического соединений с выводами 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91. Подключение выводов 77, 79, 81, 83, 85,87, 91 к проводнику LS для передачи сигнала,проводнику LE для приема сигнала и заземляющему проводнику LG производится аналогично обоим предыдущим примерам осуществления и повторно здесь не поясняется. Точно так же, как в предыдущих примерах осуществления, гибкая печатная плата 13 с содержит продолговатый выступ 52, на конце которого предусмотрен штекер 53, через который обеспечивается наружный контакт для выполненных в печатной плате 13 с проводящих полосок. Под прямым углом к выступу 52 расположен дополнительный участок 93 печатной платы 13 с, на котором могут устанавливаться электронные компоненты. Ими являются преимущественно, как схематически показано на фиг. 5,поверхностно-монтируемые компоненты 49,которые совместно с пьезоэлектрическими элементами 1, 3, 5, 7, 9, 11 и прокладкой 15 могут устанавливаться автоматически. На фиг. 6 и 7 показаны две повернутые на 90 по отношению друг к другу плоскости разреза по устройству для определения и/или контроля заданного уровня заполнения емкости,содержащему электромеханический преобразователь 101 согласно изобретению. Устройство содержит в основном цилиндрический корпус 95, закрытый на конце мембраной 97 в виде круглого, установленного заподлицо диска. С наружной стороны корпуса 95 к мембране 97 приформованы два направленных внутрь емкости стержневых вибратора 99. Корпус 95, мембрана 97 и стержневые вибраторы 99 входят в состав механического колебательного контура, который приводится в колебания электромеханическим преобразователем 101, расположенным внутри корпуса 95. При этом мембрана 97 совершает изгибные колебания и вызывает колебания стержневых вибраторов 99 в направлении, перпендикулярном их продольной оси. Возможно также применять колебательные контуры, содержащие только один стержневой вибратор или вообще не содержащие стержневые вибраторы. В последнем случае с находящимся в емкости загруженным материалом контактирует, например, только колебательная мембрана. Устройство следует располагать на отметке предписанного уровня заполнения. Для этого на корпусе 95 выполнена наружняя резьба, с помощью которой устройство завинчивают в соответствующее отверстие в емкости. Возможны также и другие виды крепления, например, с помощью фланцев. 10 Согласно изобретению предусмотрен электромеханический преобразователь 101, как он описан выше в показанных на фиг. 1-5 примерах осуществления. Во время работы он служит для придания колебаний механическому колебательному контуру, для приема его колебаний, зависящих на данный момент от уровня заполнения и для обеспечения их доступности для последующей обработки и/или анализа. Преобразователь 101 заключен между первым и вторым, прилегающими к столбику на его концах, торцовыми контактами 103. Торцовые контакты 103 выполняются преимущественно из очень твердого материала, например, из металла. Преобразователь 101 зажат вдоль продольной оси корпуса 95 между завинченным в корпус 95 нажимным винтом 105 и мембраной 97. В результате достигается предварительное напряжение мембраны 97. Передатчик используется во время работы для возбуждения механических колебаний в колебательном контуре. Для этого во время работы на передатчик подается электрический сигнал, которым в передатчике и, следовательно, преобразователе 101 возбуждаются поперечные колебания. Соответственно колебания стержневых вибраторов 99 вызывают изгибные колебания мембраны 97, которые снова вызывают поперечные колебания преобразователя 101. Такие поперечные колебания приводят к изменению снижения напряжения в приемнике. Соответствующий принимаемый сигнал поступает через проводник LE для приема сигнала. Амплитуда таких принимаемых сигналов тем больше, чем значительнее амплитуда механических колебаний механического колебательного контура. Используя это обстоятельство,устройство применяют преимущественно при его резонансной частоте fr. При резонансной частоте fr амплитуда механических колебаний достигает максимума. Для сообщения колебаний механическому колебательному контуру с резонансной частотой fr может применяться, например, замкнутый контур регулирования, которым фазовая разница между передаваемым и принимаемым сигналами задается в виде определенной постоянной величины, например, за счет того, что через фазокомпенсатор и усилитель устанавливается обратная связь между принимаемым и передаваемым сигналами. Такой замкнутый контур регулирования описан, например, в DE-A 44 19617. Образующаяся резонансная частота fr и ее амплитуда зависят от того, закрыт механический колебательный контур слоем загруженного в емкость материала или не закрыт. В соответствии с этим могут использоваться одна или две измеряемых величины для определения и/или контроля за уровнем заполнения. 11 Принимаемый сигнал может подаваться, например, на блок обработки результатов, в котором с помощью платы для измерения частоты определяется его частота и результат подается в компаратор. Последний сравнивает замеренную частоту с записанной в памяти опорной частотой fR. Если замеренная частота меньше опорной FR, то блоком обработки результатов формируется сигнал, указывающий на то, что механический колебательный контур закрыт слоем загруженного материала. В том случае, когда частота имеет значение,которое превышает опорную частоту fR, то блок обработки результатов образует сигнал, указывающий на то, что механический колебательный контур не закрыт слоем загруженного материала. Выходным сигналом является, например,напряжение, которое принимает соответствующее значение, или электрический ток соответствующей величины или на который накладывается ток сигнала в виде импульсов соответствующей частоты или длительности. Пьезоэлектрические элементы 1, 3, 5, 7, 9, 11 расположены во втулке, из которой сбоку выведена гибкая печатная плата 13. Торцевые контакты 103 насажены на концы втулки. В смонтированном состоянии печатная плата обернута вокруг столбика и расположена во вставке 106 внутри корпуса 95. Вставка 106 имеет в основном горшковую форму и содержит днище, в середине которого выполнено сквозное отверстие 107. Форма отверстия 107 выполнена по форме торцевого контакта 103. Мембрана 97 содержит углубление,которое преимущественно соответствует форме первого торцового контакта 103 и в которое заходит своей круглой вершиной торцовый контакт 103 с возможностью поворота. Такая форма опоры обеспечивает то преимущество, что благодаря круглой форме вершины и углубления вращение возможно без значительных потерь на трение и без воздействия скручивающих усилий на столбик, и тем не менее одновременно благодаря большой опорной поверхности вершины в углублении обеспечивается очень хорошая механическая передача усилия от столбика на мембрану 97. Вставка 106 содержит узкий вырез в стенке,выполненный в направлении от мембраны и служащий защитной опорой для направленного в сторону штекера 53 участка 52 гибкой печатной платы 13. Нажимный винт 105 связан со вставкой 106 замком с защелкой. Для этого вставка 106 содержит две выемки, расположенные друг против друга на ее обращенном от мембраны конце, в которые заходят фиксирующие выступы соответствующей формы, расположенные на обращенном к мембране конце нажимного винта 105. Замок с защелкой обеспечивает то преимущество, что вставка 106 и нажимный винт 105 прочно соединяются между собой очень простым способом. Нажимный винт 105 содержит боковую открытую выемку, через которую проходит участок 12 52 гибкой печатной платы 13, связанный со штекером 53. На штекер насажен штекерный соединитель 109, через который производится подключение электромеханического преобразователя. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Электромеханический преобразователь,содержащий расположенные столбиком пьезоэлектрические элементы (1, 3, 5, 7, 9, 11),расположенные между ними контактные электроды (G, S, Е), через которые подключаются пьезоэлектрические элементы (1, 3, 5, 7, 9, 11),причем контактные электроды (G, S, Е) представляют собой плоские выводы (33, 35, 37, 39, 41,43, 45, 47, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 77, 79, 81,83, 85, 87, 89, 91) из гибкой печатной платы (13,13a, 13b, 13 с). 2. Электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что гибкая печатная плата (13 а) содержит уступообразно выполненный участок (17),на каждом уступе (19, 21, 23, 25, 27, 29, 31) предусмотрен плоский вывод (33, 35, 37, 39, 41,43, 45, 47, 49),уступы (19, 21, 23, 25, 27, 29, 31) имеют высоту, которая равна толщине пьезоэлектрических элементов (1, 3, 5, 7, 9, 11), смежных с соответствующим уступом (19, 21, 23, 25, 27, 29, 31). 3. Электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что столбик состоит по меньшей мере из двух расположенных друг на друге частичных столбиков и пьезоэлектрические элементы (1, 3, 5, 7, 9,11) каждого частичного столбика подключены с помощью выводов (55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69) из печатной платы (13b), расположенных вокруг отнесенной к частичному столбику основной поверхности (71, 73) гибкой печатной платы (13b). 4. Электромеханический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что гибкая печатная плата(13 с) содержит участок (75), на котором располагаются несколько проводящих полосок друг над другом и каждая проводящая полоска заканчивается расположенным перпендикулярно ей выводом (77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91), причем отдельные выводы (77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91) располагаются параллельно между собой и служат для подключения смежных с ними пьезоэлектрических элементов (1, 3, 5, 7, 9, 11). 5. Электромеханический преобразователь по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что на гибкую печатную плату (13, 13 а, 13b, 13 с) установлены электронные компоненты, в частности, поверхностно-монтируемые компоненты (49). 6. Способ получения электромеханического преобразователя согласно пп.1-5, отличающийся тем, что на гибкой печатной плате (13, 13 а, 13b, 13 с) устанавливают компоненты,выводы (33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 55, 57,59, 61, 63, 65, 67, 69, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91) располагают параллельно между собой и друг над другом путем деформации гибкой печатной платы(13, 13 а, 13b, 13 с), причем пьезоэлектрические элементы (1, 3, 5, 7, 9, 11) располагают в виде столбика друг на друге,столбик спрессовывают. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что компонентами являются пьезоэлектрические элементы (1, 3, 5, 7, 9, 11) и поверхностномонтируемые компоненты (49), при этом установка компонентов производится автоматически. 14 8. Устройство для определения и/или контроля заданного уровня заполнения емкости, содержащее механический колебательный контур, располагаемый на отметке заданного уровня заполнения, и электромеханический преобразователь (101) согласно пп.1-5, выполненный с возможностью во время работы использоваться для возбуждения колебаний в механическом колебательном контуре, восприятия его зависящих от уровня заполнения в данный момент колебаний и обеспечения доступности для их последующей обработки и/или анализа.

МПК / Метки

МПК: H04R 17/00, B06B 1/06

Метки: преобразователь, электромеханический

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/8-4668-elektromehanicheskijj-preobrazovatel.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Электромеханический преобразователь</a>

Похожие патенты