CN104081171A - 用于确定和/或监测至少一个过程变量的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定和/或监测容器(12)中介质(11)的至少一个过程变量的设备(1)，包括：放入容器(12)中的可振荡单元(2)；外壳(10)，其中可振荡单元(2)与外壳(10)连接使得可振荡单元(2)在末端闭合外壳(10)，且其中在可振荡单元(2)中存在至少一个中空空间(3)，且中空空间(3)从由外壳(10)形成的内部空间可到达；驱动/接收单元(4)，其用于激励可振荡单元(2)执行机械振荡和用于接收机械振荡并用于将机械振荡转换成电接收信号。本发明的特征在于，驱动/接收单元(4)存在于中空空间(3)中，且中空空间(3)填充有灌注材料，使得驱动/接收单元(4)经由灌注材料连接从而与中空空间(3)的壁力耦合。

Description

用于确定和/或监测至少一个过程变量的设备

技术领域

本发明涉及一种用于确定和/或监测容器中介质的至少一个过程变量的设备，包括放入容器内的可振荡单元；外壳，其中可振荡单元与外壳连接使得可振荡单元在末端闭合外壳，且其中在可振荡单元中存在从外壳形成的内部空间可到达的至少一个中空空间；用于激励可振荡单元执行机械振荡和用于接收机械振荡以及用于将机械振荡转换成电接收信号的驱动/接收单元；以及用于控制振荡激励和用于相对于过程变量评估接收信号的控制/评估单元。例如，过程变量是粉粒货或液体的料位和/或液体或气态介质的密度和/或粘度。

背景技术

具有可激励以执行机械振荡的可振荡单元的电子振动测量装置频繁地用于料位测量，尤其是由于限制料位记录。在液体应用的情形中，可振荡单元通常实施为所谓的振荡叉，其具有固定在膜上并作为叉的齿的两个连杆，而对于粉粒货，振荡叉以及仅具有一个谐振连杆的单一连杆两者被应用。通常，用于振荡激励的是将可振荡单元激励到其谐振频率的压电或磁电驱动器。在振荡叉的情形中，压电驱动器被放置在膜的后侧上。在该情形中，膜是相当薄的，以便在谐振器和驱动器之间发生好的振荡能量传输。通常，例如，膜是1至2mm厚且其直径对应于0.5英寸至1.5英寸。这种膜的强度在高过程压力的情形中是有限的且通常在10MPa以下。

在专利DE 3878473 T3中，描述了驱动技术，其中利用直接地布置在齿中的两个压电元件来驱动振荡叉。作为驱动器应用的元件和作为接收元件应用的压电元件分别安装在齿中的中空空间的壁上。这样，压电驱动器传送的力不会经由膜传输，而是相反直接地施加在齿的根部区域。在该情形中，膜在传感器的振荡***中起较少作用且可以像期望一样的厚度。这明显地有助于提高传感器在压力下的强度。然而，在这种情形中，压电驱动器和接收元件的应用相对难以执行，因为压电元件必须附着到壁且准确地定位。压电元件的准确定位起重要作用，因为压电驱动器必须在齿和膜之间的过渡区域中产生弯曲变形。另外，这种驱动器仅在金属振荡叉的情形中是有效的。

发明内容

本发明的目的是提供一种上述类型的设备，其驱动器具有与可振荡单元的材料无关的高效率。

该目的通过包括以下的特征来实现，包括，驱动/接收单元存在于中空空间中，且中空空间填充有灌注材料，使得驱动/接收单元经由灌注材料连接从而与中空空间的壁力耦合(force coupling)。灌注材料尤其是硬灌注材料，使得利用驱动/接收单元和可振荡单元之间的非常好的力耦合实现了力互锁连接。

在第一实施例中，驱动/接收单元包括压电双晶片的形式的至少一个压电单元。压电单元与可振荡单元的力互锁耦合经由灌注材料产生，至少一个中空空间填充有灌注材料。

实施例提供了，压电单元包括第一片形压电元件和第二片形压电元件，该第一片形压电元件和第二片形压电元件被连接成经由各自的面相互力耦合以形成接触表面，且第一片形压电元件和第二片形压电元件在垂直于接触表面的方向上被极化，其中至少压电元件的背离接触表面的各自的面设置有电极，用于供应激励信号和用于引取(tapping)接收信号。两个压电元件之间的连接优选地借助于粘合剂或焊料产生，使得两个压电元件经由导电中间层相互连接。在变化形式中，压电元件在相反方向上被极化且导电中间层与地势连接。在对两个电极施加交流电压形式的激励信号的情形中，两个压电元件执行膨胀和收缩形式的相反相的周期变形。在同样导致相反相的周期变形的另一变化形式中，中间层实施为第三电极且三个电极被施加激励信号使得两个向外设置的电极位于相同的电势且第三电极具有相反电势。在压电单元的两种变化形式的情形中都出现弯曲力。

在可替代的实施例中，驱动/接收单元包括具有压电元件和无源元件的至少一个压电单元，其中压电元件与激励信号是可接触的，且其中压电元件与无源元件机械地连接使得给压电元件供应激励信号导致压电单元的弯曲变形。在该情形中，无源元件由非压电材料组成，例如，陶瓷或金属，且用于将给压电元件供应激励信号引起的机械应力转换成弯曲变形。这种压电单元也以压电单晶片的名称下是已知的。在第一变化形式中，压电元件在两个相反设置的面上设置有电极且压电元件被均匀地极化。相反设置的面，优选地与无源元件接触的面，优选地位于控制/评估单元的地电势。在第二变化形式中，提供了相反极化的两个区域且有效电极放置在同一面上或中，而相反设置的面具有共享电极。优选地，共享电极位于与无源元件接触的那个面上。共享电极优选地形成浮动接地，即，与控制/评估单元的接地绝缘的接地。

在实施例中，至少可振荡单元由合成材料组成，例如塑料，或合成材料和玻璃纤维、玻璃珠、碳纤维和/或陶瓷粉末的复合材料。这种复合材料也被称为填充合成材料且是用于由于其坚固性、稳定性和高机械性能而尤其适合作为本发明的设备的材料。在尤其是价钱优惠的变化形式中，设备的外壳也由合成材料组成。

在另一实施例中，至少可振荡单元由金属或金属合金、陶瓷、玻璃或陶瓷和玻璃或陶瓷和金属的复合材料组成。

在实施例中，至少对于可振荡单元由导电材料组成的情形，电绝缘材料的至少一个覆盖层或涂层被施加到驱动/接收单元上。在压电单元的情形中，至少电极用例如玻璃或陶瓷的片体覆盖，或者用优选地为玻璃或陶瓷的涂层涂覆。可替代地，压电单元还可以被灌注在绝缘材料中。例如，该材料是环氧树脂和刚玉粉末或玻璃珠的混合物。该材料也可用作中空空间的灌注材料。

本发明的实施例提供了，填充中空空间所用的灌注材料的刚度基本上对应于可振荡单元的材料的刚度。这样，从嵌入在灌注材料中的驱动/接收单元至机械地可振荡单元的最佳力传递发生。在可振荡单元由合成材料形成的情形中，灌注材料相应地被选择使得其刚度对应于组成可振荡单元的合成材料的刚度。例如，这是对于粘合剂的情形。

在实施例中，填充中空空间所用的灌注材料和/或涂覆驱动/接收单元所用的材料基本上由环氧树脂组成，由环氧树脂和刚玉粉末、环氧树脂和陶瓷粉末、环氧树脂和砂组成或者由环氧树脂和玻璃珠或玻璃纤维组成。适合于灌注材料的尤其是30-60体积百分比环氧树脂和70-30体积百分比刚玉粉末或玻璃珠的复合材料。

在设备的实施例中，可振荡单元包括第一连杆或桨形元件和第二连杆或桨形元件，该第一连杆或桨形元件和第二连杆或桨形元件经由基座相互连接。为容纳驱动/接收单元，在第一元件靠近基座的根部区域设置第一中空空间且在第二元件靠近基座的根部区域设置第二中空空间。连杆形或桨形元件形成振荡叉的形式的可振荡单元的齿。在振荡叉的情形中，驱动/接收单元包括至少两个驱动单元，优选为压电单元，其中，在两个连杆形或桨形元件(对应地，叉齿)中的每一个中，在每一种情形中，驱动单元可引入以激励相应的齿执行机械振荡。

与作为振荡叉的实施例相关联的有利实施例，至少两个压电单元被应用在板上，尤其是应用在电路板上，且该板实施且压电单元布置在板上使得压电单元可引入到中空空间中。板是柔性电路板。然而，该板也可以是刚性电路板、塑料板、膜或片材。

在实施例中，控制/评估单元给驱动/接收单元供应激励信号使得连杆形或桨形元件执行在相反方向上的弯曲振荡。换句话说，两个连杆形或桨形元件执行基本模式的振荡。

在设备的实施例的形式中，可振荡单元实施为连杆形中空体，其中内置体在中空体的壁上形成在中空体的内部中，且驱动/接收单元被放置在内置体中设置的中空空间中。在最简单的情形中，驱动/接收单元在该情形中仅由压电双晶片或压电单晶片形式的一个压电单元组成。

在实施例中，内置体是连杆形的，且具有驱动/接收单元的中空空间布置成使得内置体和中空体执行在相反方向上的弯曲振荡。

组装优选地发生使得振荡叉的中空空间(相应地，单个连杆的中空空间)填充有灌注材料且驱动/接收单元引入到仍是液体的灌注材料内。然后，灌注材料固化且驱动/接收单元变得粘在中空空间中。不存在驱动/接收单元麻烦的直接施加，尤其是到中空空间(相应地中空空间)壁的粘附。本发明的实施例(相应地驱动/接收单元的布置)尤其适合于具有由合成材料制成的可振荡单元的测量装置。

附图说明

现在基于附图更详细地解释本发明，在每一种情形中，附图中的图以示意图如下示出：

图1是容器中的料位测量装置；

图2是具有中空空间的振荡叉的形式的可振荡单元；

图3是具有集成的驱动/接收单元的电子模块；

图4a是压电双晶片形式的压电单元；

图4b是用于图3的模块的压电单元的实施例；

图4c是压电双晶片的形式的压电单元的变化形式；

图4d是具有无源元件的压电单元；

图4e是具有无源元件的压电单元的变化形式；

图4f是用于引入到图2的振荡叉内的两个压电单元，具有电接触的表现；

图5a是具有中空空间的单个连杆的形式的可振荡单元的第一实施例；

图5b是具有中空空间的单个连杆的形式的可振荡单元的第二实施例。

具体实施方式

图1示出了填充有介质11的容器12，其受限料位被监测。具有可振荡单元2的测量装置1安装在对应于待监测的限位的容器12的壁的高度处。可振荡单元2具有两个连杆形元件21、22，特别是对于在液体或固体、粉末状媒介中的应用，该两个连杆形元件21、22也可以是桨形的。两个连杆形元件21、22伸入到容器12内，而外壳10保持在容器12的外侧。例如，在外壳10中布置的是用于控制和/或评估测量的电子部件。可振荡单元2执行具有谐振频率的机械振荡，其中两个连杆形元件21、22分别朝向彼此和远离彼此执行弯曲振荡。周围介质的变化可从振荡频率的变化检测，其中可振荡单元2正振荡，且从而达到待监测的限位。

除确定或监测介质11的料位之外，此外，借助于测量装置1，基于可振荡单元2的振荡，液体的密度或粘度是可确定的，相应地，这些过程变量的界限值是可监测的。

在现有技术中，振荡激励通常经由压电换能器单元来实现，该压电换能器单元布置在膜后侧，其背向介质11，且连杆形元件21、22形成在膜的另一侧上。换能器单元可实施使得单个压电元件或作为双晶片元件实施的压电元件既用作发送器也用作接收器，或者换能器单元包括分别为发送器和接收器的多个压电元件。

根据本发明，驱动/接收单元没有布置在膜上，而是相反布置在连杆形元件21、22中的袋状中空空间中。该构造在图2中示出。在图4a-4e中呈现了驱动/接收单元4的各种实施例。

图2示出了具有第一连杆形元件21和第二连杆形元件22的可振荡单元2的示意图，第一连杆形元件21和第二连杆形元件22形成在圆形基座23上。在该情形中，连杆形元件21和连杆形元件22仅示意性示出。优选地，连杆形元件21和连杆形元件22具有匹配测量装置应用领域的形状，例如从用于液体或气体的现有技术已知的桨形状。

基座23优选地实施为不是如膜那么薄，而是相对较厚。例如，在1.5英寸直径的情形中，基座23的厚度达到约3-10mm。在可替代的实施例中，基座23是薄的，而邻接基座23的外壳然而至少在基座23附近的区域中填充有固体合成材料。两个中空空间31、32位于基座23以及连杆形元件21和连杆形元件22中。第一中空空间31延伸到第一连杆形元件21的根部区域内，且第二中空空间32相应地延伸到第二连杆形元件22的根部区域内。除两个中空空间31、32之外，连杆形元件21、22是实心的。两个中空空间31、32从基座23可到达，使得第一压电单元41可被引入第一中空空间31内且第二压电单元42可引入第二中空空间32内。两个中空空间31、32的尺寸制定成使得压电单元41、42至少部分地布置在连杆形元件21、22和部分地在基座23。然而，压电单元41、42也可以完全地布置在连杆形元件21、22中。

两个压电单元41、42形成振荡叉的驱动/接收单元4且在每一种情形中都用于激励以及也用于接收两个连杆形元件21、22的机械振荡。压电单元41、42的两个平坦面实施为电极，其中的每一个经由各自的连接线是可接触的，压电单元41、42可以经由连接线而被供应激励信号且可从其引取(tap)接收信号。

压电单元41、42与合适的灌注材料一起被引入其相应的中空空间31、32。灌注材料用于粘接压电单元41、42且用于将压电单元41、42的弯曲变形传输到连杆形元件21、22，使得连杆形元件21、22执行弯曲振荡。压电单元41、42在中空空间31、32中的准确位置对于振荡激励并不重要；压电单元41、42可以平行朝向于或者甚至最大倾斜于中空空间31、32的侧壁。因为压电单元41、42不需要准确地定位且另外不需要固定到中空空间31、32的壁，因此组装特别简单。

压电单元41、42的安装是可防错的，即可防安装缺陷。一方面，第一压电单元41与第二压电单元42相同，使得两个压电单元41、42可互换地布置在第一中空空间31或第二中空空间32中。另一方面，压电单元41、42的对称实施例是可能的，使得在引入中空空间31、32内时旋转180°不起作用。在图4a中举例给出了对称实施例。

例如，灌注材料(压电单元41、42借助于灌注材料灌注在中空空间31、32中)是粘合剂。灌注材料选择成使得从压电单元41、42发出的机械应力有效地传输到连杆形元件21、22。为此，灌注材料的刚度应大约对应于可振荡单元2的材料的刚度。在一个实施例中，可振荡单元2由合成材料组成，尤其是由硬合成材料组成。复合材料尤其适合于作为可振荡单元2的材料，例如，填充的或增强的合成材料，其利用玻璃纤维、玻璃珠、陶瓷粉末或碳纤维增强。合成材料或复合材料的可振荡单元2是特别简单的且作为注射模制部件是可成本有效地制造的。材料(其刚度大约对应于合成材料的刚度且因此在设备或至少可振荡单元2的塑料实施例的情形中适合作为填料)是环氧树脂，尤其是具有超过100℃的玻璃转化温度的环氧树脂。

在另一实施例中，可振荡单元2是陶瓷部件，其例如借助于CIM技术是可制造的，其中CIM代表陶瓷注射模制。例如，合适的陶瓷包括氧化铝、皂石、氧化锆、瓷料和碳化硅。再次，在其它实施例中，可振荡单元2由玻璃(例如，硼硅酸盐玻璃或石英玻璃)组成、由玻璃陶瓷组成或由陶瓷和玻璃颗粒的复合材料或者陶瓷和金属颗粒的复合材料组成。

然而，所图示的驱动器还可应用于通常的金属可振荡单元2的情形。在该情形中，压电单元41、42设置有绝缘材料，以防止与中空空间31、32的导电壁发生短路。在金属可振荡单元2的情形中，灌注材料优选地是固化粘合剂，其包含例如用于增强的刚玉、碳化硅或金属颗粒形式的添加剂。而且，有利的是，在中空空间31、32的壁和压电单元41、42之间设置了小的间隔。

在通过借助于灌注材料固定的连杆形元件21、22中的中空空间31、32内引入两个压电单元41、42形式的驱动/接收单元4导致了非常稳定的测量装置。在高压加载的情形中的稳定性对于比金属明显更有弹性的合成材料的振荡叉是尤其重要的。压力加载可不仅导致合成材料的破裂，而且也由于在合成材料中的弹性和塑性变形，敏感压电陶瓷部件可能断裂。如果诸如通常对于金属振荡叉的情形，压电驱动/接收单元4布置在作为膜实施的基座上，则膜将实施为是相对较厚的。然而，在固定到膜的压电驱动器的情形中，这将导致明显的效率损失，其可达到这样的尺寸，使得传感器变得不可用。图2中图示出的构造确保有效驱动器，与可振荡单元2的材料无关。

图3示出电子模块，其进一步简化了具有叉形式的可振荡单元2的图2测量装置1的组装。电子部件布置在电路板6的中心部分。例如，电子部件用于产生激励信号和/或用于相对于测量变量评估接收到的信号。优选地，电子部件还包括逻辑单元，例如微控制器形式的逻辑单元。根据测量装置1的电子单元的实施例，可在电路板6上布置电子单元的某些部件或甚至测量装置1的整个电子单元。在电路板6的两个端部区域中布置了图4a的相应的压电单元41、42。压电单元41、42经由电路板6上的导电迹线与电子部件连接。在可替代的实施例中，压电单元41、42应用在片材或塑料板上，而不是电路板6。电路板6的优点是压电单元41、42的每一个电极是尤其简单地直接地可接触的，如借助可应用在电路板6的金属区域上的导电粘合剂。

电路板6的端部区域是成角度的，或者能够相对于中心部分弯曲，使得带有压电单元41、42的两个端部区域可引入到连杆形元件21、22中的两个中空空间31、32内，而中心段保留在中空空间31、32的外侧。由于位于中空空间31、32的灌注材料，电路板6的两个端部区域变得粘在中空空间31、32中。电路板6柔性地或刚性地实施。压电单元41、42在电路板6中的集成用于形成电子模块使得能够快速且安全地***可振荡单元2。

图4a至4e示出压电单元41的实施例的不同形式。振荡叉形式的可振荡单元2的驱动/接收单元4包括至少两个这样的压电单元41、42，其被分别引入到连杆形元件21、22的中空空间31、32内。相比之下，单个连杆的驱动/接收单元4优选地仅包括一个这样的压电单元41。

图4a示出了穿过作为压电双晶片实施的压电单元41的横截面。压电单元41实质上由第一压电元件43和第二压电元件44组成，其中的每一个片形状且被均匀地极化。第一压电元件43的面与第二压电元件44的面连接，例如，借助于粘合剂或坚固地用于力耦接的焊料。然而，在这种情形中，作为接触表面出现的电极没有供应电势。

压电元件43、44的背离彼此的暴露面分别用电极45、46涂覆，对应地，电极45、46被应用到这些面上。电极45、46例如借助于结构粘合剂、扩散焊或在压电陶瓷电极(所谓的共烧电极)中的电极实施方式而是可制造的。

两个压电元件43、44以彼此相对的方式布置，使得它们的极化方向是相反的。极化方向在图中用箭头表示。第一电极45和第二电极46分别与用于与控制/评估单元连接的连接线是可接触的，该控制/评估单元控制给电极45、46的电激励信号的供应和从压电单元41接收的电信号的接收并关于过程变量评估电激励信号和电接收信号。

交流电压被施加到第一电极45和第二电极46。使用了两个压电元件43、44的串联电路。由于压电元件43、44的相反的极化方向，在这种情形中，第一压电元件43在第二压电元件44膨胀时收缩，且反之亦然。总之，压电单元41执行交替的弯曲变形。第一压电元件43和第二压电元件44之间的力互锁连接是重要的，以便借助于连接的压电元件43、44，产生压电单元41的最高可能的弯曲变形。

根据图4a实施的压电单元41的优点是，由于在第一电极45的位置和第二电极46的位置处压电元件43、44的相同极化，在每一种情形中，甚至在高温跃升的情形中，所谓的热震的情形中，没有出现热电电压。因此，具有这种压电单元41、42中的一个或多个的形式的驱动/接收单元4的测量装置是特别安全的且适合于在防爆区域中使用。

图4b示出了图4a的变化形式，其中两个压电元件43、44同样在相反方向极化。然而，两个压电元件43、44没有直接地附着到彼此，而是相反地，至少基本上一致地，薄板6固定到相反设置的面。例如，板6是片材或电路板。在优选实施例中，一个电路板是在压电元件43、44的区域中没有绝缘材料的板，使得压电元件43、44的面向板6的且设有电极(例如，导电涂层的形式)的两个面经由电路板6的暴露金属层位于彼此导电接触且具有相同的电势。在图4b中示出的实施例尤其是适合于图3的模块。在电路板6的两个端部区域中，则存在分别布置成使得电路板6位于其之间的两个压电元件43、44。而且，在该实施例的情形中，在两个电极45、46之间没有出现热电电压。

图4c示出了其中两个压电元件43、44的极化方向相同的实施例。两个压电元件43、44的接触表面由第三电极47形成，例如，第三电极47以金属涂层的形式存在。尽管两个外电极45、46在激励信号的供应期间位于相同的电势下，但是位于中间的第三电极47处于相反电势或地电势。利用这种类型的电压供应，在压电单元41中出现了与图4a的实施例中相同的机械应力，使得压电单元41经历相同的弯曲变形。然而，偏转大于在图4a中的偏转，这是因为由于两个压电元件43、44的有效并联连接而不是串联连接，完全的激励电压穿过第一压电元件43和第二压电元件44。因此，图4c的驱动器的效率尤其高。另外，该实施例也被保护免于热电现象。

图4d示出了具有仅一个均匀地极化的压电元件43的压电单元41的变化形式。为了将随着激励信号的供应而产生的机械应力(相应地，弯曲力)转化成弯曲变形，例如，通过粘合剂或焊料来安装压电元件43，其中一个面抵靠无源元件48。无源元件48被认为是无源的，因为其不具有压电性能且也没有被供应电压。无源元件48的尺寸优选地至少足够大以致压电元件43的形成接触表面的面与无源元件48完全接触。而且，无源元件48的材料被选择成使得其弹性模量类似于与其实体接触的压电元件43的压电材料。例如，无源元件48是金属盘，例如，比如，钢、铝、钛、青铜、黄铜或铜，或者陶瓷，比如，氧化铝、瓷料或皂石。压电元件43的暴露面和接触表面设置有用于形成电极45、46的金属涂层。电极45、46与激励信号是可接触的。

图4e示出了具有非压电无源元件48的另一变化形式。压电元件43被应用在片形无源元件48上，其具有相反极化的两个区域。极化方向延伸垂直于压电元件43和无源元件48之间的接触表面。压电元件43的暴露面上的两个区域分别设置有电极45、46，激励信号可以施加到电极45、46。压电元件43和无源元件48之间的接触表面实施为无效电极，即，不从驱动/接收单元接收电势的电极。

图4a-4e中图示出的压电单元41可应用在具有由任何材料制成的可振荡单元2的测量装置1中。在金属可振荡单元2的情形中，中空空间3、31的壁是导电的。为了防止壁和压电单元41之间的电接触，压电单元41可以绝缘的实施例形式制造和组装。例如，提供了涂层形式的绝缘材料，其至少应用在两个电极45、46上。例如，涂层是陶瓷或玻璃。在实施例中，整个压电单元41用绝缘层包封。例如，这种涂层可通过将压电单元41灌注在绝缘材料中而制造。可替代地，电极45、46用相应的绝缘体片覆盖。为此，尤其是玻璃和陶瓷片是合适的。同样，适合作为压电单元41的绝缘材料的是填充有刚玉颗粒或玻璃珠的粘合剂。有利的组成包括30-60体积百分比环氧树脂和70-40体积百分比刚玉粉末或玻璃珠。

图4a和4b中图示出的压电元件41是能够防错的。由混合连接线引起的有缺陷的接触和在中空空间3、31中的有缺陷的安装位置是不可能的。这对于制造本发明的测量装置是非常有利的。在所有图示实施例的情形中制造的另外优点是，压电单元41不需要定向在准确位置且固定到可振荡单元2的另一部件。代替地，压电单元41可以被简单地灌注(相应地附着)在中空空间3、31中。压电单元41可以被预制造和配备有连接线，使得仅完成的部件需要被组装。这节省时间和精力。

图4f示出了在交流电压影响下图4a的两个压电单元41、42。压电单元41、42的布置对应于在图2的可振荡单元2的组装状态，即，第一压电单元41设置在第一中空空间31中，且第二压电单元42设置在第二中空空间32中。

两个压电单元41、42的相互面向的电极45与相同的电势-E连接。两个外电极46与相同的电势+E连接。可替代地，外电极46或内电极45可连接到地且各自的其它电极与电势+/-E连接。第一压电单元41和第二压电单元42通过图示的电压供应而向内弯曲，使得两个压电单元41、42的最小分离位于其中间点之间。在相反供应的情形中，在该情形中，内部相互面向的电极45与正电势连接且两个外电极46与负电势连接，两个压电单元41、42相应地在其他方向弯曲。

如果压电单元41、42放置在连杆形元件21、22的根部区域中的中空空间31、32中且被供应交流电压，则可振荡单元2被激励以执行基本模式的振荡。换句话说，连杆形元件21、22在相反方向执行振荡。

驱动/接收单元4的该布置和实施例的很大优点是对不对称模式的振荡(这可在使用中由于不期望的振动引起)不敏感。这些不能通过压电单元21、22检测到，即，在轴向方向上连杆形元件21、22的偏转，即，平行于垂直于振荡方向的偏转，以及在振荡方向上的非对称的偏转，没有在压电单元41、42的压电元件43、44中产生电压信号。因此，测量装置1是极其安全的，不受到不期望的振动。这也同样适用于根据其他图示实施例的两个压电单元41、42的应用。

图5a和5b示出了具有连杆形式的可振荡单元2的测量装置的两个不同实施例的横截面。这种测量装置(也称为单个连杆装置)通常用于散货的料位测量且通过申请人以Soliphant商标生产和销售。例如，WO 2004/094964 A1描述了有利地实施的单个连杆。

可振荡单元2包括管状中空体7和连杆形内置体71。然而，内置体71也可以形成为与实心连杆的形状不同的另一形状。中空体7的端部与过程连接件72连接，而其它端部面向过程。中空体7和内置体71在相反方向上振荡。内置体71和中空体7被制定尺寸并相互匹配使得对于由振荡引起的每一个力，对应的反作用力起作用，使得基本上没有力作用于夹紧，从而振荡***是去耦的(decoupled)。

在图5a中图示的实施例的形式中，内置体71在中空体7的面向过程的端部区域中与中空体7连接。优选地，中空体7的面向过程的端部区域用盖子密封，内置体71固定在盖子上，例如，借助于螺纹连接。用于激励可振荡单元2弯曲振荡和用于接收可振荡单元2的机械振荡的驱动/接收单元4放置在中空空间3内，中空空间3位于内置体71中。中空空间3布置在固定区域附近，在此处，内置体71固定到中空体7。例如，中空空间3实施为狭槽且仅略微大于位于其中的驱动/接收单元4。当可振荡单元2由金属组成时尤其是这种情形。用于接触驱动/接收单元4的电线可穿过中空体7和过程连接件72引导到电子单元(未示出)，电子单元优选地布置在外壳(同样未示出)中。外壳可在背离过程的一侧固定到过程连接件72。

图5b示出了单个连杆的实施例的可替代形式，其中连杆形内置体71和管状中空体7在中空体7的背离过程的端部区域中相互连接。在该情形中，内置体71固定到膜，该膜保持在过程连接件72。中空体7同样与过程连接件72牢固地连接，例如，经由焊接或螺纹连接。中空空间3(驱动/接收单元4位于其中)位于内置体71中和膜附近。

在两种实施例中，驱动/接收单元4优选地是压电双晶片，即，压电单元41(诸如关于图4a或图4c示出和描述的)，或者压电单晶片(诸如关于图4d或4e示出和描述的)。对于内置体71是金属的情形，驱动/接收单元4优选地完全地涂覆或至少在电极的区域中用绝缘材料涂覆。在中空空间3中提供的用于粘上驱动/接收单元4和用于制造与中空空间3的壁的力互锁、力耦合联接的灌注材料优选地是硬粘合剂。此处参考相对于可振荡单元2的材料和灌注材料在图2的描述中的段落。此处关于振荡叉做出的陈述类似地也适用于单个连杆。

参考符号列表

1   测量装置

10  外壳

11  介质

12  容器

2   可振荡单元

21  第一连杆形元件

22  第二连杆形元件

23  基座

3   中空空间

31  第一中空空间

32  第二中空空间

4   驱动/接收单元

41  第一压电单元

42  第二压电单元

43  第一压电元件

44  第二压电元件

45  第一电极

46  第二电极

47  第三电极

48  无源元件

5   控制/评估单元

6   电路板

7   中空体

71  内置体

72  过程连接件

Claims (14)

1.一种用于确定和/或监测容器(12)中介质(11)的至少一个过程变量的设备(1)，包括：

可振荡单元(2)，放入所述容器(12)；外壳(10)，其中所述可振荡单元(2)与所述外壳(10)连接使得所述可振荡单元(2)在末端闭合所述外壳(10)，且其中在所述可振荡单元(2)中存在至少一个中空空间(3)，所述中空空间(3)从所述外壳(10)形成的内部空间可到达；驱动/接收单元(4)，用于激励所述可振荡单元(2)以执行机械振荡，并且用于接收所述机械振荡以及用于把机械振荡转换成电接收信号；以及控制/评估单元(5)，其用于控制振荡激励和用于相对于所述过程变量来评估所述接收信号，

所述设备的特征在于，

所述驱动/接收单元(4)存在于所述中空空间(3)中，并且所述中空空间(3)填充有灌注材料，使得经由所述灌注材料连接所述驱动/接收单元(4)，从而所述驱动/接收单元(4)与所述中空空间(3)的壁力耦合。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述驱动/接收单元(4)包括压电双晶片形式的至少一个压电单元(41、42)。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述压电单元(41、42)包括第一片形压电元件(43)和第二片形压电元件(44)，所述第一片形压电元件(43)和第二片形压电元件(44)被连接成经由各自的面相互力耦合以形成接触表面，并且所述第一片形压电元件(43)和第二片形压电元件(44)在垂直于所述接触表面的方向上被极化，其中至少所述压电元件(43、44)的背离所述接触表面的各自的面设置有电极(45、46)，用于供应激励信号和用于引取接收信号。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述驱动/接收单元(4)包括具有压电元件(43)和无源元件(48)的至少一个压电单元，其中所述压电元件(43)与激励信号是可接触的，且其中所述压电元件(43)与所述无源元件(48)机械连接，从而，给所述压电元件(43)供应激励信号导致所述压电单元的弯曲变形。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，至少所述可振荡单元(2)由合成材料组成，或由合成材料和玻璃纤维、玻璃珠、碳纤维和/或陶瓷粉末的复合材料组成。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其特征在于，至少所述可振荡单元(2)由金属或金属合金、陶瓷、玻璃或陶瓷和玻璃或陶瓷和金属的复合材料组成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，至少对于所述可振荡单元(2)由导电材料组成的情形，电绝缘材料的至少一个覆盖层或涂层被施加到所述驱动/接收单元(4)上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，填充所述中空空间(3)所用的所述灌注材料的刚度基本上对应于所述可振荡单元(2)的材料的刚度。

9.根据权利要求7和8中至少一项所述的设备，其特征在于，填充所述中空空间(3)所用的所述灌注材料和/或涂覆所述驱动/接收单元(4)所用的材料基本上由环氧树脂组成，或者由环氧树脂和刚玉粉末、陶瓷粉末或砂组成，或者由环氧树脂和玻璃珠或玻璃纤维组成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述可振荡单元(2)包括第一连杆或桨形元件(21)和第二连杆或桨形元件(22)，所述第一连杆或桨形元件(21)和第二连杆或桨形元件(22)经由基座(23)相互连接，并且，为了容纳所述驱动/接收单元(4)，在所述第一元件(21)靠近所述基座的根部区域设置第一中空空间(31)，且在所述第二元件(22)靠近所述基座的根部区域设置第二中空空间(32)。

11.根据权利要求2和10或4和10所述的设备，其特征在于，至少两个压电单元(41、42)被应用在板(6)上，尤其是应用在电路板上，且所述板(6)被实施且所述压电单元(41、42)布置在所述板(6)上以使得所述压电单元(41、42)可放入所述中空空间(31、32)中。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述控制/评估单元给所述驱动/接收单元(4)供应激励信号，使得所述连杆形元件或桨形元件执行相反方向上的弯曲振荡。

13.根据权利要求1-9中任一项所述的设备，其特征在于，所述可振荡单元(2)实施为连杆形中空体(7)，其中内置体(71)在所述中空体(7)的壁上形成在所述中空体(7)的内部，且所述驱动/接收单元(4)存在于所述内置体(71)中设置的中空空间(3)中。

14.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述内置体(71)是连杆形的，且具有所述驱动/接收单元(4)的所述中空空间(3)布置成使得所述内置体(71)和所述中空体(7)执行相反方向上的弯曲振荡。