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傳統振棒料位開關的結構缺陷及其改進
2018-01-08
振棒料位開關是壓電元件與機械共振結構所組成的高靈敏度的振動式物位開關。其由控制電路輸出電壓信號，激勵壓電元件驅動相匹配的機械元件產生諧振，并傳遞到檢測探頭。當被測物料覆蓋在振動中的檢測探頭時，由于物料產生的阻尼作用，使其振動幅度急劇減少，通過檢測接收器，將這種機械振動變化的信息轉換為電信號，并傳遞給控制電路，實現對物料位置的測量和控制。這一類振棒料位開關多適用于控制和檢測料倉或容器中的固體顆粒或粉末狀物料，特別適用于易形成掛料、夾料的物質以及流動性較差的物質。
現有的一種振動式料位開關中采用雙管振動結構（如圖2），在壓電陶瓷片的激勵下振動，并經一拉緊桿傳遞給膜片，膜片將振動傳遞到振動外管，在諧振條件下，振動外管和振動內管發生共振；當振動外管受到物料的阻尼時負載變大，與振動內管無法產生諧振，振動停止，壓電組件檢測到該變化，轉換為控制電路輸出，作為物料有無的檢測。但遺憾的是，這種現有技術中存在以下缺陷：
現有雙管振動結構中，驅動壓電陶瓷通過逆壓電效應發生收縮膨脹產生振動，振動通過拉緊、橋接塊和壓緊件傳遞到膜片和振動外管上，從而使得振動外管起振，振動外管的振動導致振動內管產生共鳴振動，并在當雙管自由振動頻率一致時，雙管產生共振。當振動通過拉緊桿進行傳遞時，由于拉緊桿與壓電組件之間沒有間隙或間隙很小，容易導致振動摩擦，振動摩擦將導致振動能量的損失，振動能量的損失又會使得振動變得微弱或無法振動，進而影響到振動特性，從而影響振動裝置的可靠性和使用的壽命。
深圳計為自動化技術有限公司研發工程師在多次試驗的基礎上，對現有的雙管振棒料位開關的結構做出了改進（如圖3），該振動結構包括壓電組件、下橋接塊、過渡體、膜片、壓緊件和定位機構等。該壓電組件抵接在下橋接塊上，將其產生的振動傳遞到下橋接塊。過渡體與壓電組件以及過渡體與下橋接塊之間均具有間隙，并通過一支撐體對下橋接塊進行支撐和定位。膜片固定套設在過渡體上，壓緊件的一端與下橋接塊固定，另一端抵緊膜片，將下橋接塊的振動傳遞至膜片。定位機構抵接壓電組件的上端，通過抵接將壓電組件壓緊在下橋接塊上。過渡體與壓電組件、下橋接塊和壓緊件之間均存在間隙，因此不會對壓電組件產生的振動及振動的傳遞產生影響，從而保證振棒料位開關的可靠性和使用壽命。
實踐證明，該改進不僅能有效避免振動能量的損失，而且結構更加簡單合理。計為自動化現已成功為該設計申請了發明專利。
圖1 計為振棒料位開關
一、傳統振棒料位開關的結構缺陷現有的一種振動式料位開關中采用雙管振動結構（如圖2），在壓電陶瓷片的激勵下振動，并經一拉緊桿傳遞給膜片，膜片將振動傳遞到振動外管，在諧振條件下，振動外管和振動內管發生共振；當振動外管受到物料的阻尼時負載變大，與振動內管無法產生諧振，振動停止，壓電組件檢測到該變化，轉換為控制電路輸出，作為物料有無的檢測。但遺憾的是，這種現有技術中存在以下缺陷：
現有雙管振動結構中，驅動壓電陶瓷通過逆壓電效應發生收縮膨脹產生振動，振動通過拉緊、橋接塊和壓緊件傳遞到膜片和振動外管上，從而使得振動外管起振，振動外管的振動導致振動內管產生共鳴振動，并在當雙管自由振動頻率一致時，雙管產生共振。當振動通過拉緊桿進行傳遞時，由于拉緊桿與壓電組件之間沒有間隙或間隙很小，容易導致振動摩擦，振動摩擦將導致振動能量的損失，振動能量的損失又會使得振動變得微弱或無法振動，進而影響到振動特性，從而影響振動裝置的可靠性和使用的壽命。
圖2
圖3
二、計為振棒料位開關的結構改進深圳計為自動化技術有限公司研發工程師在多次試驗的基礎上，對現有的雙管振棒料位開關的結構做出了改進（如圖3），該振動結構包括壓電組件、下橋接塊、過渡體、膜片、壓緊件和定位機構等。該壓電組件抵接在下橋接塊上，將其產生的振動傳遞到下橋接塊。過渡體與壓電組件以及過渡體與下橋接塊之間均具有間隙，并通過一支撐體對下橋接塊進行支撐和定位。膜片固定套設在過渡體上，壓緊件的一端與下橋接塊固定，另一端抵緊膜片，將下橋接塊的振動傳遞至膜片。定位機構抵接壓電組件的上端，通過抵接將壓電組件壓緊在下橋接塊上。過渡體與壓電組件、下橋接塊和壓緊件之間均存在間隙，因此不會對壓電組件產生的振動及振動的傳遞產生影響，從而保證振棒料位開關的可靠性和使用壽命。
實踐證明，該改進不僅能有效避免振動能量的損失，而且結構更加簡單合理。計為自動化現已成功為該設計申請了發明專利。
（深圳計為自動化技術有限公司研發中心2018年1月8日發布）
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