專利名稱：液體測量壓電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及基于壓電元件的液體測量領域。
本發明尤其應用于機動車輛油箱中油位的測量。
本領域人員知道一些以壓電元件為基礎的測量系統，壓電元件在液體中發射聲波和探測聲波，例如，在靶面反射之后，基于發射和接收的間隔時間測定聲波在液體中的行進高度。
現有測量系統的優點是不要求可動浮子測量裝置中的電氣上或機械上的接觸，浮子測量裝置例如包括安裝在旋轉臂上的浮子。
本發明的目的就是改進現有的壓電測量系統。
根據本發明所提供的下述壓電測量系統達到了這個目的，該系統包括在液體中發射聲波和接收聲波的壓電裝置，在發射和接收之間的間隔時間基礎上測定聲波在液體中的行進距離，其特征在于，它包括源于安裝在油箱中的同一壓電片的兩個不同的有效壓電部分，并能將聲波分別引向參考障礙物和液體表面。
本發明的其它特征、目的和優點在閱讀以下詳細描述并參照非限制性實例給出的附圖時就會體現出來。
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圖1是裝有本發明測量裝置的一個油箱的縱向剖面示意圖，-圖2是本發明的一個壓電元件的平面圖，-圖3、圖4和圖5分別是根據本發明第一實施方案的測量裝置的液體一側平面圖、相對一側的平面圖和橫剖視圖，-圖6、圖7和圖8分別是根據本發明第一變型的壓電測量裝置的液體一側平面圖、相對一側的平面圖和橫剖視圖，-圖9、圖10和圖11分別是根據本發明第二變型的壓電測量裝置的液體一側平面圖、相對一側平面圖和橫剖視圖。
在圖1中可看到液體容器10，例如機動車輛的油箱。圖1所示容器形狀沒有任何限制。容器10可有許多變換形狀。
在圖1上，容器10中所盛液體的總體標號為20，其最高液位為22。
根據本發明，在容器10的底部支座30上安放壓電裝置整體40，它包括源于同一壓電片的兩個不同的有效壓電部分42、44。
源于同一壓電片的兩個不同有效部分42、44的隔離可以采用任何適當的方法來實現，如采用電磨法或者甚至用機械切割來實現。
根據本發明實施方案的另一變型，壓電片在兩有效部分42、44之間是連續的、不間斷的、兩有效部分之間的界限由安放在片上的電極幾何形狀確定。換言之，在液體一側，電極是不連續的，而是由一斷開部分46分開。
如圖2所示，在兩有效部分42、44之間的分離線最好為直線。此外，容器10中最好在其下部有一個能反射聲波的參考障礙物50。更確切地說，參考障礙物的安裝位置要對著壓電元件的第一部分42。因此，兩有效部分42、44將聲波分別引向參考障礙物50和液體的上表面22。
作為一個典型但非限制性的實例，向參考障礙物50方向發射聲波的有效部分42約占據壓電元件40總面積的三分之一，而第二有效部分44約占據該元件總面積的三分之二。
兩有效部分42、44在與支座30相鄰處最好有一公共電極60，而在其相對的另一側，即液體一側有特殊電極62、64。
圓形壓電元件40的直徑一般約為20毫米。
作為非限制性的例子，壓電元件的兩有效部分42、44發射頻率約為2兆赫的方波訊號。
系統的主要工作原理如下。
有效壓電部分42將聲波向參考障礙物50方向發射。該有效部分42要設計成能探測被障礙物50反射回來的聲波。有效壓電部分42與障礙物50之間的距離精確地已知，通過聲波發射和接收之間間隔時間的測量就能夠計算出所用液體20、如一種特定的燃料油的固有的聲波傳送敏捷系數。
由有效壓電部分44發射的第二聲波引向液體表面22。該有效部分44要設計成能探測從液體上表面反射回的聲波。在第一有效部分42所獲得的測量基礎上知道了液體20的敏捷系數，通過第二有效部分44對聲波發射和回波接收之間的間隔時間就能計算出在容器中的液體高度，也就是有效壓電部分44的表面與液體的上面液位22之間的間距。
在本發明范圍內，在容器10中的液位20沒有低于參考障礙物50之前，即在第一部分42得到的測量變成無意義之前，本系統最好還設有第一有效部分42測量所得到的最后敏捷系數的記憶裝置。
此外，在本發明范圍內，壓電裝置42、44最好由電流強度經過校正的電流供電，以便在裝置42、44端子上依賴溫度的電壓測量能夠測定液體20的溫度。這種溫度測量可以應用在某些結構中，以便進行液體高度測量的校正。
根據本發明的另一優點，測量系統至少應有一個考慮容器10的幾何形狀的高度/體積對照表，從而由上述高度測量就可直接得到容器中有用的體積信息。
根據本發明的另一優點，系統還帶有能夠把壓電部分42測量到的液體20的聲波敏捷度與所接受燃料油的相關值范圍進行比較的裝置，以便在探測到往油箱中加的油的性質有一定誤差時，能夠向司機報警。
如上所述的所獲得的液體20的溫度訊息尤其可以用于供應系統的診斷。
本發明尤其具有下述優點。
源于同一壓電片的兩個不同的壓電裝置能夠可靠地鑒別分別屬于這兩個裝置的訊號，消除了全部串音噪聲。此外，本發明的裝置安裝容易，能夠在兩個壓電裝置42、44之間自身配對，導致一個完全獨立的整體且體積縮小。
當然，本發明不限于剛才描述的個別實施方式，根據其原理可推廣到所有變型。
圖3、圖4和圖5上示出按照本發明實施的第一方案，根據此方案，壓電片40是由厚度為1毫米，直徑為20毫米的回轉圓盤制成。
在液體一側，通過噴鍍金屬設置兩個電極62、64。這兩個電極62、64各自由一圓周扇形和連接扇形端點的直線弦限定。作為非限制性實例，電極62、64之間形成的縫隙寬度約1毫米；在圓片表面上，電極62、64的外邊沿處，1毫米寬度的環形邊沿不噴鍍金屬，以便電極保持約18毫米的半徑；其弦處垂直電極高度h約為5毫米。
圓片60的第二表面，即與液體相對的那一面具有單一的公共圓形中心電極60，其半徑與電極62、64的一樣，即在這種情況下為18毫米。
圖6、圖7和圖8示出第一個變型，厚度1毫米、外徑20毫米的壓電片40在其與液體相鄰的一面備有兩個圓形電極62、64，其直徑分別為4.5毫米和11.5毫米。
電極62的中心位于壓電片40中心7.5毫米處。電極64的中心位于壓電片40的中心4毫米處。兩個電極62、64的兩個中心位于圓片40的軸線通過的一公共平面上。電極62、64安裝有全部徑向的突起，用于確保電氣聯接，例如采用焊接聯接。
圓片40的第二面，即與液體相對的面有一單一圓形中心電極60，其直徑約為18毫米，基本與兩個電極62、64外周邊之間的最大距離相符合。
最后，圖9、圖10和圖11示出根據本發明的第二變型方案，厚度約1毫米、直徑約20毫米的壓電片40在與液體相鄰面上有同心回轉電極62、64。因此這兩個電極62、64由一環形分離帶46分開。此外，徑向外部電極64還有一徑向切口，其上有一個與電極62相連的突起，用于確保接觸。
作為非限制例子，中心電極62的直徑約為11.5毫米，環形斷帶46的寬約為1毫米，外部徑向電極64一直延伸到圓片40的周邊上。
圓片40的反面有單一的圓形公共電極60。然而，在圓片40上的中心電極60，按照圖10所示，其特征在于，其外徑小于圖9所示的徑向外部電極64的外徑。這種配置能夠使位于公共電極60與外環電極64之間的壓電材料相對于圓片軸線傾斜地工作，以便使發射/接收瓣相對于液體容器對準中心。
權利要求
1．液體測量壓電系統，尤其是機動車輛油箱的液體測量壓電系統，包括能在液體(20)中發射聲波和探測聲波的壓電裝置(40)，以便在發射和接收之間時間間隔的基礎上測定在液體(20)中的聲波行程，其特征在于，它包括源于安裝在待測容器中的同一壓電片(40)的兩個不同的有效壓電部分(42、44)，并能夠分別將聲波引向參考障礙物(50)方向和待測液體表面(22)。
2．根據權利要求1所述的系統，其特征在于，兩有效部分(42、44)通過電磨分開。
3．根據權利要求1所述的系統，其持征在于，兩有效部分(42、44)用機械切割分開。
4．根據權利要求1所述的系統，其特征在于，壓電片(40)是連續的，兩有效部分(42,44)之間以切口(46)為界，分成兩個電極(62,64)。
5．根據權利要求1到4之一所述的系統，其特征在于，兩有效部分(42,44)分別約占據原壓電片的三分之一和三分之二。
6．根據權利要求1到5之一所述的系統，其特征在于，將兩個有效壓電部分(42,44)分開的切口(46)是直線形。
7．根據權利要求1到6之一所述的系統，其特征在于，壓電元件(40)帶有兩有效部分(42,44)的公共電極(60)和各自的電極(62,64)。
8．根據權利要求1到7之一所述的系統，其特征在于，壓電元件的直徑約為20毫米。
9．根據權利要求1到8之一所述的系統，其特征在于，該系統包括能夠記憶燃料油敏捷系數的裝置，敏捷系數是在相應有效壓電部分(42)向參考障礙物(50)發射聲波和接收該聲波之間的間隔時間的基礎上得到的，以便在液位變得低于參考障礙物(50)之前應用所存儲的敏捷系數。
10．根據權利要求1到9之一所述的系統，其特征在于，系統包括以校正過的電流給壓電元件(40)供電的裝置和測量壓電元件(40)端子電壓的裝置，以便從中扣除液體(20)溫度的影響，從而對受溫度影響的測量進行修正。
11．根據權利要求1到10之一所述的系統，其特征在于，系統包括能夠至少存儲所測液位與液體體積之間的對應表的裝置。
12．根據權利要求1到11之一所述的系統，其特征在于，它包括能夠對所測液體敏捷系數與所允許的敏捷系數范圍進行比較的裝置，液體敏捷系數是在聲波向參考障礙物(50)發射和該參考障礙物(50)反射聲波的探測之間的間隔時間基礎上測量出來的，系統還包括當所測敏捷系數超出所述允許范圍時能進行報警的裝置。
13．根據權利要求1到12之一所述的系統，其特征在于，壓電片(40)與在液體相鄰面上有兩個電極(62,64)，這兩個電極(62,64)由圓弧部分的外周邊和平行直線弦限定，在壓電片與液體相對的一面上有一圓形公共電極。
14．根據權利要求1到12之一所述的系統，其特征在于，壓電片(40)在與液體相鄰面上有兩個相鄰圓形電極(62,64)，在其另一面上有一圓形公共電極(60)。
15．根據權利要求1到12之一所述的系統，其特征在于，壓電片(40)在與液體相鄰面上有兩個同心電極(62,64)，在其另一面上有一圓形公共中央電極(60)。
16．根據權利要求15所述的系統，其特征在于，在壓電片(40)第二面上的公共電極(60)的外徑小于壓電片與液體相鄰面上外電極(64)的外徑。
全文摘要
本發明涉及尤其用于機動車輛油箱的液體測量壓電裝置,它包括能夠在液體(20)中發射聲波和探測聲波的壓電裝置(40),以便在聲波發射和接收之間的間隙時間基礎上測定在液體(20)中的行程。該裝置的特征在于它包括固定在待測容器中同一壓電片(40)的兩個不同有效壓電部分(42,44),這兩個部分分別向參考障礙物(50)方向和待測液體表面(22)發射聲波。
文檔編號G01F23/296GK1228835SQ97197508
公開日1999年9月15日 申請日期1997年7月24日 優先權日1996年7月26日
發明者丹妮斯·丹諾林, 吉爾·欽 申請人:馬沃爾系統公司