包括音叉机械谐振器的、感测流体特性的流体传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于感测待感测流体的多种特性的流体传感器，包括音叉机械谐振器(3)。所述音叉机械谐振器(3)包括基部(11)和从所述基部(11)突出的至少一个齿(15A，15B)，所述基部(11)和所述至少一个齿(15A，15B)由压电材料形成，并且所述至少一个齿包括配置为暴露于流体的至少两个电极(17A

【技术实现步骤摘要】
包括音叉机械谐振器的、感测流体特性的流体传感器


[0001]本专利技术涉及一种用于感测流体特性的流体传感器，包括音叉机械谐振器。

技术介绍

[0002]流体传感器在本领域中是已知的，并在工业机械或运输车辆中得到应用，如建筑设备、农用车辆、液压系统、风车或压缩机。它们用于监控一个或多个流体参数，如用于确定流体质量的粘度、密度、介电常数或电导率。流体可以是油，如非导电油，例如发动机油、变速器油和车轴油、齿轮油、动力转向油、液压流体等。每种应用都涉及特定的条件，如温度范围、粘度条件和机械要求。
[0003]从US 2006 218996 A1中已知这种流体传感器，其包括具有石英音叉和齿上的电极的谐振器。
[0004]这种谐振器在施加电压时变形，并在机械应力的作用下相互电极化。在施加电压时，两个齿振荡并产生指示流体传感器浸入其中的流体的物理化学和电特性的响应。
[0005]然而，需要进一步改进现有技术中已知的流体传感器，以提高它们的寿命和可靠性，特别是在扩展的温度范围和/或恶劣的环境中。

技术实现思路

[0006]本专利技术的这个目的是通过根据权利要求1的用于感测待测流体的多种特性的流体传感器来实现的。流体传感器包括音叉机械谐振器。音叉机械谐振器包括基部和至少一个齿，该至少一个齿沿着该至少一个齿的纵向方向从基部突出。基部和至少一个齿由压电材料形成。该至少一个齿包括配置为暴露于流体的至少两个电极。根据本专利技术，压电材料包括钽酸锂。
[0007]与其他压电材料相比，钽酸锂提供的机械性能使得音叉机械谐振器以及流体传感器更加稳固。因此，可以提供更可靠的流体传感器。此外，钽酸锂具有化学稳定性的优点，因此可以延长传感器的寿命。
[0008]根据各种有利的实施例，可以进一步改进流体传感器。在从属权利要求中公开了实施方式。
[0009]根据一个实施例，音叉机械谐振器可以包括沿着两个齿的纵向方向从基部突出的两个齿。
[0010]根据一个实施例，电极可以设置在齿的表面上或上方，或者至少部分嵌入齿中。
[0011]这种电极布置允许在压电材料外部产生更大的电场。因此，在测量流体特性时，可以减少压电材料对流体参数测量的影响。此外，这种布置允许确定流体的电阻率。
[0012]根据一个实施例，至少一个电极可以设置在钽酸锂的表面上，该表面在绕X轴的旋转Y切割上具有110到140度之间的晶体切割角。
[0013]使用这个表面取向范围，流体传感器的响应对温度不太敏感。因此，它允许在扩展的温度范围内使用流体传感器。
[0014]根据一个实施例，每个齿可以具有基本上矩形的横截面，并且包括四个电极，其中每个电极设置在每个齿的不同面上或上方。
[0015]这种电极布置可以提高装置的灵敏度。
[0016]根据一个实施例，每个电极可以进一步设置在音叉机械谐振器的基部上或上方。
[0017]这种电极布置也允许提高装置的灵敏度。实际上，与电极仅设置在齿上或上方的情况相比，这种电极具有相同的齿激励。
[0018]根据一个实施例，每个电极可以具有基本上长圆形，特别是矩形的形状，并且设置在齿表面上或上方的电极的一部分沿着齿的纵向方向的长度可以在3mm和10mm之间。
[0019]电极可以仅设置在齿上或上方。在变型中，电极也可以设置在齿上或上方，并且至少部分地设置在基部上或上方。在这两种情况下，根据本专利技术，设置在齿上或上方的电极部分的长度在3至10mm之间。
[0020]音叉机械谐振器的电极的大尺寸，以及因此其上或上方设置有电极的齿的大长度，即使在高粘度条件下，即在50cP和高达20.000cP之间，也允许检测谐振信号，因为每个电极的长度足够大，从而可以避免取回阻尼信号。齿的长度确实大到足以抵消由高粘度流体(如油)引起的剪切力。由于电极足够大，齿受到压电效应的激发。
[0021]根据一个实施例，每个齿沿着横向于齿从基部纵向延伸方向的方向的宽度可以在0.5mm和2mm之间。
[0022]与现有技术中的谐振器相比，齿的扩大宽度使得齿更能抵抗机械应力。因此，提高了流体传感器的鲁棒性，这增加了其寿命和可靠性。
[0023]即使在高粘度条件下，它也有助于改进共振信号的检测，因为每个齿的宽度足够大以避免取回阻尼信号，抵消粘性流体的高剪切力。
[0024]根据一个实施例，音叉机械谐振器从基部到每个齿的自由端的长度可以在6mm和30mm之间，特别是在10mm和13mm之间。
[0025]因此，与现有技术相比，获得了总体上更长的音叉机械谐振器，这使得即使在高粘度条件下，谐振信号的检测也更可读，因为谐振器的长度足够大，以避免必须取回阻尼信号，从而抵消粘性流体的高剪切力。
[0026]附图被结合到说明书中并构成说明书的一部分以说明本专利技术的几个实施例。这些附图与描述一起用于解释本专利技术的原理。这些附图仅仅是为了说明如何进行和使用本专利技术的优选的和替代性的示例，而不能将本专利技术理解为仅限于所示出和描述的实施例。此外，实施例的几个方面可以单独地或以不同的组合形成根据本专利技术的解决方案。因此，下面描述的实施例可以被单独考虑或以其任意组合考虑。
附图说明
[0027]从附图中所示的本专利技术的各种实施例的以下更具体的描述中，其他特征和优点将变得显而易见，其中相似的参考标号指代相同的元件，并且其中：
[0028]图1a示出了根据本专利技术第一实施例的包括音叉机械谐振器的流体传感器的示意性透视图。
[0029]图1b示出了根据本专利技术第二实施例的包括音叉机械谐振器的流体传感器的示意性透视图。
[0030]图2示出了根据切割平面C的图1a中所示的流体传感器的横截面图。
[0031]图3示出了根据本专利技术第三实施例的流体传感器的横截面图。
[0032]图4示出了根据本专利技术第四实施例的流体传感器的横截面图。
[0033]图5示出了表示钽酸锂和铌酸锂的弹性柔量/压电效应与温度的函数关系的图，在相对于X轴的旋转Y切割上，钽酸锂的晶体切割角在110和140度之间。
[0034]图6表示对于标准音叉型装置和根据本专利技术的流体传感器，在50cP和2.000cP之间的粘度范围内阻抗与频率的函数关系。
具体实施方式
[0035]现在将参照附图描述本专利技术。在附图中示意性地描绘了各种结构、系统和设备，仅仅是为了解释的目的，以免用本领域技术人员公知的细节模糊本公开。然而，包括附图是为了描述和解释本公开的说明性示例。本文使用的单词和短语应当被理解和解释为具有与相关领域技术人员对这些单词和短语的理解相一致的含义。术语或短语的特殊定义，即不同于本领域技术人员所理解的普通或习惯含义的定义，并不意味着该术语或短语在本文中的一致使用。
[0036]图1a示出了根据本专利技术第一实施例的包括音叉机械谐振器3的流体传感器1。
[0037]流体传感器1可以安装到图1a中未示出的支架上，以便根据已知的组装方法保持在流体中。在使用中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于感测待感测流体的多种特性的流体传感器，包括音叉机械谐振器(3)，所述音叉机械谐振器(3)包括：基部(11)和至少一个齿，至少一个齿从所述基部(11)沿至少一个齿的纵向方向突出，所述基部(11)和所述至少一个齿由压电材料形成，并且所述至少一个齿包括配置为暴露于流体的至少两个电极(17A
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B；19A
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B；170A
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B；190A
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B)，其特征在于，所述压电材料包括钽酸锂。2.根据权利要求1所述的流体传感器，其中，所述音叉机械谐振器(3)包括两个齿(15A，15B)，该两个齿沿着两个齿的纵向方向从基部(11)突出。3.根据权利要求1或2所述的流体传感器，其中，所述电极(17A
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B；19A
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B；170A
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B；190A
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B)设置在所述齿(15A，15B)的表面(21A，21B)上或上方，或者至少部分地嵌入所述齿(15A，15B)中。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的流体传感器，其中，所述电极(17A
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B；19A
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B；170A
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B；190A
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B)中的至少一个设置在钽酸锂的表面(21A，21B)上，所述表面在绕X轴的旋转Y切割上具有110到140度之间的晶体切割角。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的流体传感器，其中，每个齿(15A，15B)具有大致矩形横截面，并且包括四个电极(17A
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【专利技术属性】
技术研发人员：F盖拉德，A锡尔文，V杜塞尔，
申请(专利权)人：梅斯法国公司，
类型：发明
国别省市：