DE102005053331A1 - Tank level or fluid density measurement unit for process control has mechanical oscillator with driver receiver exciting two disc shaped paddles on column mount - Google Patents

Abstract

A tank level or fluid density measurement unit for process control has a mechanical oscillator (1) with drive/receiver unit (2) exciting and receiving longitudinal and transverse vibrations and two disc shaped paddles (7) fixed to the sides (5.1) of a column shaped drive holder (5).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit, welche zumindest teilweise und/oder zeitweise mit dem Medium in Kontakt kommt, mit mindestens einer Antriebs-/Empfangseinheit, welche die mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt, und welche die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit empfängt. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität eines Mediums in einem Behälter. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit oder um ein Schüttgut.The The invention relates to a device for determination and / or monitoring at least one process variable of a Medium, with at least one mechanically oscillatable unit, which at least partially and / or temporarily in contact with the medium comes, with at least one drive / receiving unit, which the mechanically oscillatable Unit stimulates mechanical vibrations, and which the mechanical Vibrations of the mechanically oscillatable unit receives. at the process variable is For example, it is the level, the density or viscosity a medium in a container. The medium is, for example, a liquid or a bulk material.

Zur Bestimmung oder Überwachung beispielsweise des Füllstandes eines Medium in einem Behälter sind im Stand der Technik Messgeräte bekannt, bei welchen eine mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Bei der mechanisch schwingfähigen Einheit handelt es sich beispielsweise um eine sog. Schwinggabel oder um einen sog. Einstab. Es sind aber auch Membranschwinger bekannt, bei welchen eine Membran zu Schwingungen angeregt wird. Die Schwingungen werden wieder empfangen und ausgewertet. Dabei sind die Größen der Schwingungen, wie Amplitude, Frequenz und auch die Phase relativ zum Anregesignal davon abhängig, ob die schwingfähige Einheit in Kontakt mit dem Medium ist oder welche Dichte das Medium hat. So ist beispielsweise die Amplitude geringer, wenn die schwingfähige Einheit vom Medium bedeckt ist, als in dem Fall, dass sie frei schwingt. Ähnliches gilt für die Frequenz und die Phase. Somit dienen solche Messgeräte oft als Schalter, welche das Erreichen oder Unterschreiten eines Füllstands anzeigen. Nimmt beispielsweise die Frequenz ab, so bedeutet dies, dass ein Füllstand, der durch die Ausgestaltung des Messgerätes und dessen Anbringung im Behälter bedingt ist, vom Medium erreicht worden ist.to Determination or monitoring for example, the level a medium in a container In the prior art measuring devices are known in which a mechanically oscillatable unit is excited to mechanical vibrations. In the mechanically oscillatable unit acts it is for example a so-called tuning fork or a so-called. Single rod. But there are also known membrane vibrators, in which a Membrane is excited to vibrate. The vibrations will be back received and evaluated. Where the magnitudes of the vibrations, such as amplitude, Frequency and also the phase relative to the excitation signal depends on whether the oscillatory ones Unit is in contact with the medium or what density the medium Has. For example, the amplitude is lower when the oscillatory unit is covered by the medium, as in the case that it vibrates freely. something similar applies to the frequency and the phase. Thus, such gauges often serve as switches, which indicate the reaching or falling below a level. Take, for example the frequency decreases, this means that a level caused by the design of the measuring device and its mounting in the container conditionally, has been achieved by the medium.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Messgerät mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße, wie beispielsweise des Füllstands, der Dichte oder der Viskosität eines Medium in einem Behälter anzugeben.The The object of the invention is a measuring device with a mechanically oscillatable unit for determination or monitoring a process variable, like for example, the level, the Density or viscosity a medium in a container specify.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass die mechanisch schwingfähige Einheit einen säulenförmig ausgestalteten Antriebshalter und mindestens zwei scheibenförmig ausgestaltete Paddel aufweist, und dass die Paddel an der Seitenfläche des Antriebshalters befestigt und mechanisch mit dem Antriebshalter gekoppelt sind. Die erfindungsgemäße schwingfähige Einheit sieht somit dergestalt aus, dass sie aus einem säulenförmigen Antriebshalter und mindestens zwei an dessen Seitenfläche befestigten Paddeln besteht. Der Antriebshalter kann dabei eine runde, glatte, eckige oder beliebig ausgestaltete Seitenfläche aufweisen. Durch das Säulenförmige soll ausgedrückt werden, dass der Antriebshalter eine gewisse Höhe aufweist, und dass er sich insbesondere von einer bekannten Membran, wie sie bei den Schwinggabeln bekannt und wesentlich ist, unterscheidet. Sind bei einer Schwinggabel als mechanisch schwingfähiger Einheit die beiden Gabelzinken üblicherweise auf der Membran befestigt und werden sie über diese zu Schwingungen angeregt, bzw. werden über diese ihre Schwingungen empfangen, so befinden sich in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die beiden Paddel an der Seite des Antriebshalters. Zwei Paddel sind insbesondere erforderlich, damit beide im Wesentlichen gegenphasig zueinander schwingen können und somit verhindern, dass Schwingungsenergie nach außen bzw. insbesondere auf den Behälter übertragen wird. Das Messgerät wird vorzugsweise derartig an dem Behälter, in welchem sich das zu messende Medium befindet, angeordnet, dass sich die mechanisch schwingfähige Einheit innerhalb des Behälters befindet und dort in Kontakt mit dem Medium kommen kann.The Invention solves the task in that the mechanically oscillatable unit a columnar designed Has drive holder and at least two disk-shaped paddles, and that the paddles on the side surface the drive holder attached and mechanically with the drive holder are coupled. The oscillatory unit according to the invention thus looks like this from that they consist of a columnar drive holder and there are at least two paddles attached to its side surface. The drive holder can be a round, smooth, square or arbitrary designed side surface exhibit. By the columnar should expressed be that the drive holder has a certain height, and that he himself in particular of a known membrane, as in the vibrating forks known and essential, differs. Are with a tuning fork as mechanically oscillating Unit the two forks usually attached to the membrane and they are excited about this to vibrate, or be over these receive their vibrations, so are in the embodiment of the invention the two paddles on the side of the drive holder. Two paddles are particularly required so that both are essentially out of phase can swing to each other and thus prevent vibration energy to the outside or in particular transferred to the container becomes. The meter will preferably such on the container, in which the medium to be measured, arranged that the mechanically oscillatable Unit within the container located there and can come in contact with the medium.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Antriebshalter eine Längsachse (L) und eine Querschnittsfläche (Q) aufweist, und dass der Antriebshalter mechanische Schwingungen entlang der Längsachse (L) und/oder mechanische Schwingungen innerhalb der Querschnittsfläche (Q) ausführt. Der Antriebshalter führt somit entweder axiale Schwingungen entlang seiner Längsachse oder radiale Schwingungen in einer Querschnittsfläche aus. Weitere Möglichkeiten sind Torsions- oder Biegeschwingungen.A Embodiment provides that the drive holder has a longitudinal axis (L) and a cross-sectional area (Q), and that the drive holder mechanical vibrations along the longitudinal axis (L) and / or mechanical vibrations within the cross-sectional area (Q) performs. Of the Drive holder leads thus either axial vibrations along its longitudinal axis or radial vibrations in a cross-sectional area. Further options are torsional or bending vibrations.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Antriebs-/Empfangseinheit derartig ausgestaltet und relativ zu dem Antriebshalter angeordnet ist, dass die Antriebs-/Empfangseinheit im Wesentlichen Schwingungen entlang der Längsachse (L) des Antriebshalters ausführt. Als Antriebs-/Empfangseinheit wird sehr oft ein piezoelektrisches Element verwendet. Wird an ein solches Element eine elektrische Wechselspannung angelegt, so führen die meisten Piezos eine Oszillation ihrer Dicke aus, d.h. die Dicke wird alternierend größer und kleiner. Umgekehrt kann ein solches Element aus einer Schwingung, die auf ihre Dicke/Höhe wirkt, ein elektrisches Signal erzeugen. In dieser Ausgestaltung werden just solche piezoelektrischen Elemente verwendet, die eine Höhenoszillation ausführen, und die derartig angeordnet sind, dass diese Oszillationen längs der Längsachse des Antriebshalters stattfinden.An embodiment includes that the drive / receiving unit is configured and arranged relative to the drive holder, that the drive / receiving unit substantially oscillations along the longitudinal axis (L) of the drive holder executes. As a drive / receiving unit, a piezoelectric element is very often used. If an electrical alternating voltage is applied to such an element, then most of the piezos perform an oscillation of their thickness, ie the thickness becomes alternately larger and smaller. Conversely, such an element can produce an electrical signal from an oscillation acting on its thickness / height. In this embodiment, just such piezoelectric elements are used, which perform a Höhenoszillation, and which are arranged such that these oscillations along the longitudinal axis of the Drive holder take place.

Die folgenden Ausgestaltungen beziehen sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf einen sog. Tellerschwinger.The The following embodiments relate in particular, but not exclusively on a so-called plate vibrator.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens ein Paddel derartig an dem Antriebshalter befestigt ist, dass die Paddelebene des Paddels im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (L) des Antriebshalters orientiert ist. In dieser Ausgestaltung befindet sich die Paddelebene mindestens eines Paddels senkrecht zur Längsachse des Antriebshalters. In einer Ausgestaltung sind beide Paddel derartig befestigt, dass beide Paddelebenen im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse orientiert sind. Dies für den Zweck, dass sich ein mechanisch geschlossenes System ergibt, dass also die beiden Paddel im Wesentlichen gegenphasig zueinander schwingen.A Embodiment provides that at least one paddle so on attached to the drive holder is that the paddle plane of the paddle substantially perpendicular to the longitudinal axis (L) of the drive holder is oriented. In this embodiment the paddle plane of at least one paddle is vertical to the longitudinal axis the drive holder. In one embodiment, both paddles are so attached that both paddle planes substantially perpendicular to longitudinal axis are oriented. This for the purpose that results in a mechanically closed system, that is the two paddles essentially oscillate in phase opposition to each other.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens ein Paddel derartig an dem Antriebshalter befestigt ist, dass die Längsachse (L) des Antriebshalters im Wesentlichen durch die Mitte der Paddelebene des Paddels hindurchgeht, oder dass mindestens ein Paddel derartig an dem Antriebshalter befestigt ist, dass die Paddelebene des Paddels exzentrisch in Bezug auf die Längsachse (L) des Antriebshalters angeordnet ist. In einer weiteren Ausgestaltung sind beide Paddel in der einen oder der anderen Variante an dem Antriebshalter befestigt. Die Paddel oder Teller sind dabei im Wesentlichen parallel bzw. spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet.A Embodiment includes that at least one paddle so on attached to the drive holder is that the longitudinal axis (L) of the drive holder in Passes essentially through the middle of the paddle plane of the paddle, or at least one paddle so attached to the drive holder is that the paddle plane of the paddle is eccentric with respect to the longitudinal axis (L) of the drive holder is arranged. In a further embodiment Both paddles are in one or the other variant on the Drive holder attached. The paddles or plates are essentially arranged parallel or mirror symmetry to each other.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Antriebs-/Empfangseinheit mindestens zwei Teilschwingeinheiten aufweist, dass die zwei Teilschwingeinheiten längs der Längsachse (L) des Antriebshalters auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, dass die zwei Teilschwingeinheiten im Wesentlichen längs der Längsachse (L) des Antriebshalters schwingen, und dass die zwei Teilschwingeinheiten derartig ausgestaltet sind, dass ihre Schwingungen im Wesentlichen gegenphasig zueinander sind. Diese Ausgestaltung löst die Aufgabe, die beiden Paddel zu gegenphasigen Schwingungen anzuregen. Dafür sind zwei Teilschwingeinheiten vorgesehen, wobei jede Teilschwingeinheit sich quasi auf ein Paddel bezieht. Werden die Teilschwingeinheiten zu gegenphasigen Schwingungen angeregt und ist die mechanische Kopplung mit den Paddel auch entsprechend ausgeführt, so führen die Paddel entsprechend ihren Teilschwingeinheiten auch gegenphasige Schwingungen durch. Dabei schwingt der Antriebshalter selbst im Wesentlichen bzw. mit seiner Hauptkomponente entlang seiner Längsachse L.A Embodiment provides that the drive / receiving unit at least two partial oscillating units, that the two partial oscillating units along the longitudinal axis (L) of the drive holder are arranged at different heights that the two Partial oscillating units substantially along the longitudinal axis (L) of the drive holder swing, and that the two partial oscillating units designed in this way are that their vibrations are essentially out of phase with each other are. This embodiment triggers the task of stimulating the two paddles to antiphase vibrations. There are two Partial oscillating units provided, each Teilschwingeinheit itself almost refers to a paddle. Are the partial vibration units to stimulated against antiphase oscillations and is the mechanical coupling With the paddles also executed accordingly, the paddles lead accordingly their partial oscillations also antiphase oscillations. In this case, the drive holder itself oscillates substantially or with its main component along its longitudinal axis L.

Die folgenden Ausgestaltungen beziehen sich auf eine Vorrichtung, welche sich auch als Fahnen- oder Flügelschwinger bezeichnen lässt. Die Ausgestaltungen lassen sich dabei jedoch ggf. auch mit den obigen Ausgestaltungen kombinieren.The The following embodiments relate to a device which also as a flag or wing swing indicates. However, the embodiments can be possibly also with the above Combine configurations.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens ein Paddel derartig an dem Antriebshalter befestigt ist, dass die Paddelebene des Paddels im Wesentlichen parallel zu der Ebene orientiert ist, in welcher die Längsachse (L) des Antriebshalters liegt. In der obigen Ausgestaltung waren die Paddel senkrecht zur Längsachse ausgerichtet. In dieser Ausgestaltung liegen sie in parallelen Ebenen zueinander. In beiden Varianten – senkrecht oder parallel – wird jeweils eine Ausrichtung in einer Orientierung beschrieben. Dies dient dem Zweck, dass dafür im Wesentlichen auch nur eine Art von Schwingungserzeugung realisiert werden muss. Bei einer beliebigen Orientierung von Antriebshalter und Paddel zueinander müsste auch die Schwingungserzeugung in mehreren Richtungen funktionieren. In dieser Ausgestaltung nun hängen die Paddel quasi wie Fahnen an der Seite des Antriebshalters.A Embodiment includes that at least one paddle so on attached to the drive holder is that the paddle plane of the paddle is oriented substantially parallel to the plane in which the longitudinal axis (L) of the drive holder is located. In the above embodiment were the paddles perpendicular to the longitudinal axis aligned. In this embodiment, they lie in parallel planes to each other. In both variants - vertical or parallel - is respectively an orientation in an orientation described. This serves the Purpose for that essentially realized only one type of vibration generation must become. With any orientation of drive holder and paddle to each other Also, the vibration generation in several directions work. Hang in this embodiment now the paddles almost like flags on the side of the drive holder.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zwei Paddel derartig an dem Antriebshalter befestigt sind, dass sich die zwei Paddel im Wesentlichen auf gleicher Höhe längs der Längsachse (L) des Antriebshalters befinden, oder dass die zwei Paddel derartig an dem Antriebshalter befestigt sind, dass sich die zwei Paddel im Wesentlichen auf unterschiedlichen Höhen längs der Längsachse (L) des Antriebshalters befinden. Für ein mechanisch geschlossenes System sind die beiden Paddel vorzugsweise spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Je nach der Energieübertragung können sich die Paddel jedoch auf unterschiedlicher oder auf gleicher Höhe befinden.A Embodiment provides that the two paddles so on the drive holder are attached, that the two paddles are essentially the same Height along the longitudinal axis (L) of the drive holder, or that the two paddles are so attached to the drive holder are that the two paddles located substantially at different heights along the longitudinal axis (L) of the drive holder. For a mechanically closed system, the two paddles are preferably arranged mirror-symmetrically to each other. Depending on the energy transfer can However, the paddles are at different or the same height.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Antriebs-/Empfangseinheit derartig ausgestaltet und mit dem Antriebshalter verbunden ist, dass eine Schwingung der Antriebs-/Empfangseinheit längs der Längsachse (L) des Antriebshalters zu einer radialen Schwingung der Paddel um die Längsachse (L) des Antriebshalters führt. In dieser Ausgestaltung wird beschrieben, wie die Paddel mit einem möglichst einfachen Konzept zu radialen Schwingungen angeregt werden. Dazu wird eine oben beschriebene Antriebs-/Empfangseinheit, bei welcher es sich beispielsweise um ein piezoelektrisches Element handelt, zu Schwingungen längst seiner Dicke bzw. längs der Längsachse des Antriebshalters angeregt. Aus diesen Schwingungen werden dann radiale Schwingungen des Antriebshalters. Da die Paddel an dem Antriebshalter befestigt sind, werden deren Verbindungsbereiche durch die radialen Schwingungen ebenfalls bewegt und mitgenommen, wodurch auch die Paddel unter Ausnutzung der Massenträgheit zu Schwingungen angeregt werden.A Embodiment includes that the drive / receiving unit such configured and connected to the drive holder is that a Oscillation of the drive / receiving unit along the longitudinal axis (L) of the drive holder to a radial oscillation of the paddle about the longitudinal axis (L) of the drive holder leads. In this embodiment, it is described how the paddles with a preferably simple concept to be excited to radial vibrations. To is a drive / receiving unit described above, in which it is for example, is a piezoelectric element, to vibrations a long time ago its thickness or along the longitudinal axis the drive holder excited. These vibrations then become radial vibrations of the drive holder. Because the paddles on the drive holder are fastened, the connecting areas are through the radial Vibrations also moved and taken, which also causes the Paddle excited by use of inertia to vibrate become.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Antriebs-/Empfangseinheit unter Vorspannung gegenüber einem Endbereich des Antriebshalters derartig befestigt ist, dass eine Streckung des Antriebshalters längs seiner Längsachse (L) gegeben ist. In dieser Ausgestaltung wird genauer beschrieben, wie die radialen Schwingungen des Antriebshalters erzeugt werden. Dies geschieht dadurch, dass die Antriebs-/Empfangseinheit durch seine Schwingungen eine Verkürzung bzw. Verlängerung der Länge des Antriebshalters erzeugt. Dies bringt es jedoch mit sich, dass der Antriebshalter dadurch breiter bzw. schmäler wird, d.h. die Dicke ändert sich in radialer Richtung und somit führt der Antriebshalter auch radiale Schwingungen aus.An embodiment provides that the An drive / receiving unit is biased relative to an end portion of the drive holder such that an extension of the drive holder along its longitudinal axis (L) is given. In this embodiment is described in more detail how the radial vibrations of the drive holder are generated. This happens because the drive / receiving unit produces a shortening or lengthening of the length of the drive holder due to its vibrations. However, this entails that the drive holder thereby becomes wider or narrower, ie the thickness changes in the radial direction and thus the drive holder also performs radial oscillations.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:

1: eine dreidimensionale angeschnittene Darstellung einer schwingfähigen Einheit in einer ersten Variante, 1 FIG. 3: a three-dimensional sectional view of an oscillatable unit in a first variant, FIG.

2 und 3: eine schematische Darstellung der anregbaren Moden der schwingfähigen Einheit der 1, 2 and 3 FIG. 2 is a schematic representation of the excitable modes of the oscillatory unit of FIG 1 .

4: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der ersten Variante der schwingfähigen Einheit, 4 : a schematic representation of a further embodiment possibility of the first variant of the oscillatable unit,

5: eine dreidimensionale Darstellung einer schwingfähigen Einheit in einer zweiten Variante, 5 : A three-dimensional representation of a vibratable unit in a second variant,

6: ein Detailschnitt durch den Antriebshalter einer schwingfähigen Einheit in 5, 6 : A detail section through the drive holder of a swinging unit in 5 .

7: eine schematische Darstellung der auftretenden Effekte bei einer Schwingung des Antriebshalters in 6, 7 : a schematic representation of the effects occurring at a vibration of the drive holder in 6 .

8: eine schematische Darstellung der Schwingungen der Paddel bei einer mechanischen Schwingung der schwingfähigen Einheit in 5, 8th : a schematic representation of the oscillations of the paddles in a mechanical vibration of the oscillatory unit in 5 .

9: eine zweite Ausgestaltung der mechanisch schwingfähigen Einheit in der zweiten Variante wie in 5, und 9 a second embodiment of the mechanically oscillatable unit in the second variant as in 5 , and

10a und 10b: zwei Draufsichten auf zwei unterschiedliche Ausgestaltungen der schwingfähigen Einheit der zweiten Variante. 10a and 10b Two top views of two different embodiments of the oscillatory unit of the second variant.

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Messgerät mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit 1 einer ersten Variante dargestellt. Die mechanisch schwingfähige Einheit 1 ist achsensymmetrisch an der Stirnseite eines Einspannstücks 10 befestigt, und lässt sich über dieses beispielsweise an der Wand eines Behälters, in welchem sich das zu messende bzw. zu überwachende Medium befindet, befestigen. Dabei befindet sich die mechanisch schwingfähige Einheit 1 zumindest teilweise in dem – hier nicht gezeigten – Behälter und kommt dadurch zumindest zeitweise bzw. zumindest teilweise in Kontakt mit dem – hier ebenfalls nicht gezeigten – Medium. Die mechanisch schwingfähige Einheit 1 besteht aus einem Antriebshalter 5, an dessen Seitenfläche 5.1 zwei Paddel oder Scheiben 7 parallel zueinander angebracht sind. Diese beiden Paddel 7 sind hier tellerförmig ausgestaltet. Eine solche mechanisch schwingfähige Einheit 1 lässt sich somit als Tellerschwinger bezeichnen. Die Paddel 7 sind derartig an der Seitenfläche 5.1 befestigt, dass die Paddelebenen senkrecht zur Längsachse L des Antriebshalters 5 orientiert sind. Der Antriebshalter 5 und die Paddel/Scheiben 7 sind mit dem Einschraubstück 10 konzentrisch verbunden. Die Paddeldicke beträgt in diesem Beispiel 0,2 mm und der Durchmesser maximal 29 mm. Zur Frequenzabstimmung sind am Rand der Teller 7 Ringmassen als Gewichtseinheiten 8 angebracht. Diese Gewichtseinheiten 8 dienen ausschließlich der Frequenzabstimmung der mechanisch schwingfähigen Einheit 1. Die beiden Paddel 7 können im Wesentlichen parallel oder gegenphasig zueinander schwingen. Letztere Schwingungsmode ist für messtechnische Zwecke am sinnvollsten. Bei dieser Mode ist der Schwinger 1 energetisch abgeglichen, während mit der ersten Parallelmode Energie über das Einschraubstück 10 aufgrund der direkten Kopplung zur Behälterwand abfließt. Beide Moden liegen frequenzmäßig nahe beieinander. Messtechnisch ist es jedoch von Bedeutung, dass die gleichphasige Mode im Spektrum nicht zu sehen ist. Dies ist eine Frage der Konzipierung des Antriebsystems. Die Einheiten für die Erzeugung und die Detektion der mechanischen Schwingungen werden in der vorliegenden Anmeldung zu einer Antriebs-/Empfangseinheit zusammengefasst. Dabei kann es sich um zwei getrennte Einheiten, aber auch um eine Einheit, welche beide Aufgaben erfüllt, handeln. Im folgenden wird primär die Erzeugung der Schwingungen, d.h. die Antriebsfunktion anhand von piezoelektrischen Elementen beschrieben. Die Detektion der Schwingungen kann ebenfalls über diese Einheiten oder auch über eine andere Empfangseinheit erfolgen.In the 1 is an inventive measuring device with a mechanically oscillatable unit 1 a first variant shown. The mechanically oscillatable unit 1 is axisymmetric on the face of a chuck 10 attached, and can be about this, for example, on the wall of a container in which the medium to be measured or to be monitored, fasten. This is the mechanically oscillatable unit 1 at least partially in the - not shown here - container and thus comes at least temporarily or at least partially in contact with the - also not shown here - medium. The mechanically oscillatable unit 1 consists of a drive holder 5 , on the side surface 5.1 two paddles or slices 7 are mounted parallel to each other. These two paddles 7 are here dish-shaped. Such a mechanically oscillatable unit 1 can thus be described as a plate vibrator. The paddles 7 are so on the side surface 5.1 attached, that the paddle planes perpendicular to the longitudinal axis L of the drive holder 5 are oriented. The drive holder 5 and the paddles / discs 7 are with the screw 10 concentrically connected. The paddle thickness in this example is 0.2 mm and the maximum diameter is 29 mm. For frequency tuning are on the edge of the plate 7 Ring masses as weight units 8th appropriate. These weight units 8th are used exclusively for frequency tuning of the mechanically oscillatable unit 1 , The two paddles 7 can oscillate essentially parallel or in opposite phase to each other. The latter mode of vibration is most useful for metrological purposes. In this fashion is the vibrator 1 energetically balanced, while with the first parallel mode energy via the screw 10 due to the direct coupling to the container wall flows. Both modes are frequency close to each other. However, it is important from a metrological point of view that the in-phase mode can not be seen in the spectrum. This is a matter of designing the drive system. The units for the generation and the detection of the mechanical vibrations are combined in the present application to a drive / receiving unit. These can be two separate units, but also one unit that fulfills both tasks. In the following, the generation of the oscillations, ie the drive function based on piezoelectric elements, will be described primarily. The detection of the vibrations can also be done via these units or via another receiving unit.

In den 2 und 3 sind zwei unterschiedliche Ausgestaltungen der Antriebs-/Empfangseinheit 2 dargestellt, welche jeweils unterschiedliche Schwingungsmoden erzeugen. Im Innenraum des Antriebshalters 5, welche hier als Röhrchens ausgestaltet ist, ist ein piezoelektrischer Antrieb als Beispiel für eine Antriebs-/Empfangseinheit 2 untergebracht. Diese Antriebs- /Empfangseinheit 2 in der 2 besteht aus einer oder mehreren Piezo- und Isolationsscheiben sowie einem Bolzen, der an seinem unteren Ende in den Antriebshalter 5 eingeschraubt ist. Bei der Ausführung des Antriebs in 2 wird der gesamte Stapel durch den Bolzen an die versteifte Stirnseite 5.2 des Antriebshalters 5 angedrückt, so dass der Antriebshalter 5 sich über die gesamte Länge gleichmäßig dehnt. Die Kraft F wirkt in der 2 nach oben und nimmt dabei die beiden Paddel 7 entsprechend mit (dargestellt durch die gestrichelten Linien). Wie zu sehen, führen somit also die beiden Paddel 7 eine gleichphasige Schwingungen aus, indem sie sich stets in die gleiche Richtung bewegen. Die gezeigte mechanisch schwingfähige Einheit 1 arbeitet mit einem Piezostapel 2, der mit der Röhre des Antriebshalters 5 über den Bolzen elastisch verbunden ist. Eine mechanische Vorspannung sorgt für eine elastische Dehnung der gesamten Röhre des Antriebshalters 5 in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Längsachse L. Bei Anlegen einer Wechselspannung wird die gesamte Röhre 5 zu jedem Zeitpunkt in die gleiche Richtung bewegt. Dadurch erfahren die mit der Röhre 5 verbundenen Scheiben 7 Anregungskräfte, die gleichsinnig gerichtet sind. Die Paddel 7 bewegen sich somit parallel zueinander. Ein Antrieb dieser Art ist somit keine günstige Alternative, um ein solches Schwingungssystem praktisch zu betreiben. Wie bereits erwähnt, liegen die ersten beiden Moden aufgrund der Steifigkeits- und Massenverhältnisse der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 bzw. der Paddel 7 dicht beieinander. Da die Parallelmode für messtechnische Belange störend ist, muss der Antrieb durch die Antriebs-/Empfangseinheit 2 so gestaltet sein, dass die erste Mode im Wesentlichen nicht angeregt wird. Dies wird in der Weise erreicht, indem in dem Antriebshalter 5 zwei unabhängig voneinander arbeitende Teilschwingeinheiten 3 oder Teilantriebe eingebaut sind, und indem die einzelnen Piezoelemente 3 mit unterschiedlich hohen Spannungen sowie gegenphasig betrieben werden. Dies ist in der 3 dargestellt. Jeweils auf der Höhe eines Paddels 7 ist hier eine Teilschwingeinheit 3 bzw. ein Teilantrieb angebracht. Beide Antriebe 3 sind gleich aufgebaut, werden allerdings mit unterschiedlichen Spannungen versorgt, um beide Scheiben 7 mit einer gegenphasigen Schwingung zu betreiben. Um das Prinzip zu verdeutlichen, ist in der 3 der Deformationszustand des Röhrchens 5 während der Erregung der Piezoelemente 3 stark vergrößert dargestellt. Beide Piezoelemente 3 sind mit einer statischen Vorspannung beaufschlagt und axial in gleicher Richtung – hier in Richtung der Längsachse des Antriebshalters 5 – polarisiert. Die Vorspannung wird von der Rohrwand des Antriebshalters 5 in Form von elastischer Dehnung aufgenommen. Beim Anlegen einer elektrischen Wechselspannung wird das untere Piezoelement während der ersten Halbwelle gedehnt. Diese Dehnung wird von der Rohrwand im Bereich des Teilantriebs 3 aufgenommen. Das gesamte Rohr 5 führt eine nach oben gerichtete Verschiebung durch. Der Fixierpunkt der unteren wie auch der oberen Scheibe 7 wird somit axial nach oben, d.h. in Richtung des Prozesses bewegt. Aufgrund der Massenträgheit wird somit die untere wie auch die obere Scheibe 7 nach unten gebeult. Damit die obere Scheibe 7 ihre Bewegung umkehrt, wird der obere Antrieb 3 gegenphasig gegenüber dem unteren Antrieb 3 betrieben. Für das obere Piezoelement, das die gleiche statische Vorspannung besitzt wie das untere, ist die erste Halbwelle negativ, was bedeutet, dass der elastische Wandbereich an dieser Stelle eine Bewegung nach unten durchführt. Um die Bewegung an der Stelle der oberen Scheibe 7 gegenüber der gesamten Bewegung des Antriebshalters 5 umzukehren, muss die obere Spannungsamplitude größer sein als die untere. Über die Spannungsamplitude der beiden Antriebe 3 lässt sich somit die Bewegungsrichtung der Paddel/Scheiben 7 steuern. Ändert man nun die anliegenden Spannungen an den beiden Piezoelementen 3 in der Weise, dass das untere Element mit –12 Volt (Bewegung nach unten) und das obere Element mit +30 Volt (Bewegung nach oben) betrieben wird, lässt sich die gleichphasige Mode vollständig unterdrücken. Die Vorzeichen der anzulegenden Spannung richtet sich natürlich auch nach der Polarisationsrichtung der Teilschwingeinheiten bzw. der Teilantriebe 3.In the 2 and 3 are two different configurations of the drive / receiving unit 2 shown, which each generate different vibration modes. In the interior of the drive holder 5 , which is designed here as a tube, is a piezoelectric drive as an example of a drive / receiving unit 2 accommodated. This drive / receiver unit 2 in the 2 consists of one or more piezo and insulating discs and a bolt, which at its lower end in the drive holder 5 is screwed. In the execution of the drive in 2 The entire stack is through the bolt to the stiffened end face 5.2 the drive holder 5 pressed down so that the drive holder 5 extends evenly over the entire length. The force F acts in the 2 up and takes the two paddles 7 corresponding to (shown by the dashed lines). As you can see, the two paddles are leading 7 an in-phase vibration, always moving in the same direction. The shown mechanically oscillatable unit 1 works with a piezo stack 2 connected to the tube of the drive holder 5 is elastically connected via the bolt. A mechanical bias provides elastic stretching of the entire tube of the drive holder 5 in the axial direction, ie in the direction of the longitudinal axis L. When applying an AC voltage, the entire tube 5 moving in the same direction at all times. As a result, learn with the tube 5 connected discs 7 Stimulating forces that are directed in the same direction. The paddles 7 thus move parallel to each other. A drive of this kind is thus not a cheap alternative to operate such a vibration system practically. As already mentioned, the first two modes are due to the rigidity and mass ratios of the mechanically oscillatable unit 1 or the paddle 7 close together. Since the parallel mode is troublesome for metrological concerns, the drive must be driven by the drive / receiver unit 2 be designed so that the first mode is essentially not excited. This is achieved in such a way by in the drive holder 5 two independent partial vibration units 3 or partial drives are installed, and by the individual piezo elements 3 be operated with different voltages and in opposite phase. This is in the 3 shown. Each at the height of a paddle 7 Here is a partial swing unit 3 or a partial drive attached. Both drives 3 are built the same, but are supplied with different voltages to both discs 7 to operate with an antiphase oscillation. To clarify the principle is in the 3 the deformation state of the tube 5 during the excitement of the piezo elements 3 shown greatly enlarged. Both piezo elements 3 are subjected to a static bias and axially in the same direction - here in the direction of the longitudinal axis of the drive holder 5 - polarized. The bias is from the tube wall of the drive holder 5 taken in the form of elastic strain. When applying an electrical AC voltage, the lower piezo element is stretched during the first half-wave. This stretching is done by the pipe wall in the area of the partial drive 3 added. The entire tube 5 performs an upward shift. The fixation point of the lower as well as the upper disc 7 is thus moved axially upwards, ie in the direction of the process. Due to the inertia thus the lower and the upper disc 7 dented down. So that the upper disc 7 their movement reverses becomes the upper drive 3 out of phase with the lower drive 3 operated. For the upper piezo element, which has the same static bias as the lower one, the first half wave is negative, which means that the elastic wall portion at this point makes a downward movement. To the movement in the place of the upper disc 7 towards the entire movement of the drive holder 5 To reverse, the upper voltage amplitude must be greater than the lower one. About the voltage amplitude of the two drives 3 Thus, the direction of movement of the paddle / discs can be 7 Taxes. If you now change the applied voltages at the two piezo elements 3 by operating the lower element at -12 volts (down movement) and the upper element at +30 volts (upwards movement), the in-phase mode can be completely suppressed. Of course, the sign of the voltage to be applied also depends on the direction of polarization of the partial oscillating units or of the partial drives 3 ,

Die 4 zeigt eine mechanisch schwingfähige Einheit 1, bei welcher der Antriebshalter 5 exzentrisch zu den Mitten der Paddel 7 angeordnet ist. In den vorhergehenden Figuren 1 bis 3 war eine konzentrische Anordnung gegeben, d.h. die Längsachse L des Antriebshalters 5 ging bei den 1 bis 3 jeweils durch die Paddelmitte. Die Empfindlichkeit des Schwingers in den obigen Figuren 1 bis 3 ist beschränkt durch die Gewichtseinheiten 8, welcher der Frequenzanpassung dienen. Der Grund ist darin zu sehen, dass die Scheiben 7 eine zu hohe Steifigkeit besitzen. Um diese zu reduzieren, muss die Steifigkeit reduziert werden. Dies ist möglich, indem wie in der 4 gezeigt, der Antriebshalter 5 oder Scheibenhalter exzentrisch auf dem Einschraubstück 10 befestigt und die Paddel/Scheiben 7 mit dem Innendurchmesser des Einschraubgewindes exzentrisch daran befestigt werden. Dies erhöht die Empfindlichkeit deutlich und führt umgekehrt auch dazu, dass eine Belastung der Paddel 7 mit einer größeren Ansatzmenge erfolgen darf, ohne dass die Messeigenschaften darunter merklich leiden. Eine ansatzoptimierte mechanisch schwingfähige Einheit 1 besitzt ein Minimum an mit Ansatz benetzbarer Oberfläche. Dies lässt sich dadurch erreichen, indem die äußeren Ränder der Paddel 7 abgeschnitten werden, indem also eine Abkehr von der Kreisfläche stattfindet. Dies ist an den Paddeln 7 der 4 gezeigt. Die Reduktion der wirksamen Paddelfläche hat dabei nur eine geringe Reduktion der Empfindlichkeit zur Folge.The 4 shows a mechanically oscillatable unit 1 in which the drive holder 5 eccentric to the centers of the paddles 7 is arranged. In the previous figures 1 to 3 was given a concentric arrangement, ie the longitudinal axis L of the drive holder 5 went to the 1 to 3 in each case through the center of the paddle. The sensitivity of the vibrator in the above figures 1 to 3 is limited by the weight units 8th , which serve the frequency adjustment. The reason is that the discs 7 have too high rigidity. To reduce this, the stiffness must be reduced. This is possible by, as in the 4 shown, the drive holder 5 or disc holder eccentric on the screw 10 attached and the paddles / discs 7 be eccentrically attached to the inner diameter of the screw thread. This significantly increases the sensitivity and conversely also causes a load on the paddles 7 may take place with a larger batch amount, without the measurement properties suffer appreciably. An approach-optimized mechanically oscillatable unit 1 has a minimum of wettable surface with approach. This can be achieved by placing the outer edges of the paddles 7 be cut off, so taking place a departure from the circular area. This is at the paddles 7 of the 4 shown. The reduction of the effective paddle surface has only a small reduction in sensitivity result.

In der 5 sind die beiden Paddel 7 an der Seitenfläche 5.1 des Antriebshalters 5 derartig angebracht, dass die Paddelebenen der beiden Paddel 7 oder zumindest die Ebene des jeweiligen Verbindungsbereichs zwischen Paddel 7 und Antriebshalter 5 parallel zu der Ebene orientiert sind, in welcher sich die Längsachse L des Antriebshalters 5 befindet. Die Paddel 7 selbst sind wieder spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Der Antriebshalter 5 ist mit dem Einspannstück 10 verbunden. Die relativ große Stirnfläche des Einspannstücks 10 ist hier so gewählt, damit die mechanisch schwingfähige Einheit 1 durch eine Bohrung in einer Wand eines hier nicht gezeigten Behälters passt und damit das Einspannstück 10 diese Öffnung wieder verschließt. Die exzentrische Anordnung des Antriebshalters 5 auf dem Einschraubstück 10 eröffnet weitere Möglichkeiten, andere Bauformen zu finden, die hohe Empfindlichkeit aufweisen. Die beiden Paddel 7, welche sich auch als Flügel oder Fahnen bezeichnen lassen, werden über einen im Antriebshalter 5 untergebrachten axial arbeitenden Schwingungsantrieb 2 in Biegeschwingungen versetzt. Die gleichphasige Schwingungsmode der beiden Paddel 7 wird über den Antrieb 2 nicht angeregt und ist somit vollständig ausgeblendet. Die Flügel 7 sind leicht nach außen geneigt, so dass ein Einklemmen von Feststoffpartikel in der Flüssigkeit nicht möglich ist.In the 5 are the two paddles 7 on the side surface 5.1 the drive holder 5 mounted so that the paddle planes of the two paddles 7 or at least the plane of the respective connection area between paddles 7 and drive holder 5 are oriented parallel to the plane in which the longitudinal axis L of the drive holder 5 located. The paddles 7 themselves are again mirror-symmetrical to each other. The drive holder 5 is with the clamping piece 10 connected. The relatively large end face of the clamping piece 10 is chosen here so that the mechanically oscillatable unit 1 fits through a hole in a wall of a container not shown here and thus the clamping piece 10 closes this opening again. The eccentric arrangement of the drive holder 5 on the screw-in piece 10 opens up further possibilities to find other designs that have high sensitivity. The two paddles 7 , which can also be referred to as wings or flags, are about one in the drive holder 5 accommodated axially operating vibration drive 2 offset in bending vibrations. The in-phase vibration mode of the two paddles 7 is about the drive 2 not stimulated and is thus completely hidden. The wings 7 are slightly inclined outwards, so that clamping of solid particles in the liquid is not possible.

Das Prinzip des Schwingungsantriebs über die Sende-/Empfangseinheit 2 ist in den Abbildungen 6 bis 8 dargestellt. In der 6 ist der Piezostapel 2 vollständig im Innern des Antriebshalters 5 untergebracht. Für die Erzeugung der Schwingungen lassen sich beispielsweise Piezoringe verwenden, welche wie hier dargestellt auch eine leichte Unterbringung der elektrischen Verbindungen erlauben. Über einen am unteren Ende des Antriebshalters 5 eingebauten Einschraubbolzen wird das Piezoelement 2 mit Isolationsscheiben und Koppelelementen gegen die geschlossene Stirnseite 5.2 des röhrenförmigen Antriebshalters 5 gedrückt. Der Antriebshalter 5 wird dadurch vorgespannt und erfährt entsprechend eine Dehnung. Aufgrund dieser Dehnung wird die Rohrwand geringfügig in radialer Richtung nach innen verschoben wie dies in 7 dargestellt ist. Nach erfolgter Vorspannung werden die Piezoelemente der Antriebs-/Empfangseinheit 2 mit einer Wechselspannung versorgt und führen eine positive und negative Dehnung durch. Entsprechend wird die Wandfläche radial hin- und herbewegt. Da die Fahnen/Paddel 7 mit der Rohrwand in fester Verbindung stehen, werden sie zwangsweise mitbewegt (siehe 8). Da die einander gegenüberliegenden Befestigungsstellen der Paddel 7 an der Seitenfläche 5.1 des Antriebshalters 5 nur gegenphasig bewegt werden können, werden auch die Paddel 7 im Fall der Resonanz nur eine gegenphasige Schwingung ausführen. Dies ist in der 8 gezeigt, in welcher die gestrichelten Linien die Bewegung der Paddel 7 verdeutlichen. Die gleichphasige Mode wird somit nicht angeregt. Die absolute radiale Verschiebung der entsprechenden Wandbereiche des Antriebshalters 5, an denen die Paddel 7 befestigt sind, liegt in der Größenordnung von Mikrometern (7). Dies genügt, um sie in der Resonanz zu halten und bei Änderung entsprechend nachzuregeln. Eine Erhöhung der Messempfindlichkeit lässt sich dadurch erzielen, dass die Paddel am Ende eine größere Breite aufweisen (vgl. 5).The principle of vibration drive via the transmitting / receiving unit 2 is in the pictures 6 to 8th shown. In the 6 is the piezostack 2 completely inside the drive holder 5 accommodated. Piezo rings can be used, for example, for generating the vibrations, which, as shown here, also permit easy accommodation of the electrical connections. About one at the bottom of the drive holder 5 Built-in screw is the piezoelectric element 2 with insulating discs and coupling elements against the closed end face 5.2 of the tubular drive holder 5 pressed. The drive holder 5 is thereby biased and undergoes a corresponding strain. Due to this stretching, the tube wall is slightly displaced inward in the radial direction as in 7 is shown. After the bias voltage, the piezo elements of the drive / receiving unit 2 supplied with an AC voltage and perform a positive and negative strain. Accordingly, the wall surface is moved radially back and forth. Because the flags / paddles 7 they are forcibly moved with the pipe wall (see 8th ). Since the opposite attachment points of the paddle 7 on the side surface 5.1 the drive holder 5 can only be moved in phase, are also the paddles 7 in the case of resonance only perform an antiphase oscillation. This is in the 8th shown in which the dashed lines the movement of the paddles 7 clarify. The in-phase mode is thus not excited. The absolute radial displacement of the corresponding wall portions of the drive holder 5 on which the paddles 7 attached are on the order of microns ( 7 ). This is enough to keep them in resonance and to adjust them accordingly. An increase in the measuring sensitivity can be achieved in that the paddles have a greater width at the end (see. 5 ).

In der 9 ist eine zweite Ausgestaltung der zweiten Variante der schwingungsfähigen Einheit 1 dargestellt. Die beiden Paddel 7 sind gegeneinander in axialer Richtung versetzt angeordnet. Die versetzte Lage ist dann sinnvoll, wenn durch das Medium eine hohe Ansatzbildung zu erwarten ist. Eine Brückenbildung zwischen den beiden Paddeln 7 ist somit durch deren Anordnung nicht möglich. Allerdings ist zu beachten, dass durch die notwendige Verlängerung des Halters 5 die Frequenz der Biegemode herabgesetzt wird. Ein Problem des axialen Versatzes kann darin bestehen, dass das gesamte System nicht vollständig entkoppelt ist. Dies lässt sich dadurch beheben, indem das untere Paddel – d.h. das Paddel in Richtung des Einspannstücks 10 bzw. in Richtung der Wand des Behälters – gegenüber dem oberen Paddel – also dem Paddel in Richtung des Mediums bzw. des Prozesses – mit einem größeren Massenträgheitsmoment ausgelegt wird. Die Steifigkeit muss gleichzeitig erhöht werden, um die Schwingfrequenz wieder mit dem oberen Paddel abzustimmen.In the 9 is a second embodiment of the second variant of the oscillatory unit 1 shown. The two paddles 7 are offset from each other in the axial direction. The staggered position is useful if the medium is expected to form a high buildup. A bridging between the two paddles 7 is thus not possible by their arrangement. However, it should be noted that due to the necessary extension of the holder 5 the frequency of the bending mode is reduced. One problem with axial misalignment may be that the entire system is not completely decoupled. This can be remedied by the lower paddle - ie the paddle in the direction of the clamping piece 10 or in the direction of the wall of the container - with respect to the upper paddle - so the paddle in the direction of the medium or the process - is designed with a larger moment of inertia. The stiffness must be increased at the same time to tune the oscillation frequency again with the upper paddle.

Wünschenswert ist in der Messtechnik, dass mit einem Sensor mehrere physikalische Größen erfasst werden können. Z.B. sind neben dem Erkennen des Füllstandgrenzstands noch zusätzliche Messgrößen wie Druck, Viskosität, Dichte und die Temperatur von Interesse. Weiterhin sind eigensichere Systeme von Interesse, also Systeme, die sich während der Messphase selbst überwachen und überprüfen, ob die volle Funktionalität des Sensors noch gegeben ist. Bei dem zuvor beschriebenen Schwinger ist das Einschraubstück 10 nur ein Verbindungselement zwischen dem Tank/Behälter der Prozess-Anlage und dem Messgerät, ohne dass besondere Anforderungen an dieses Bauelement gestellt werden. Dies beispielsweise im Gegensatz zum Einschraubstück einer Schwinggabel, bei welcher das Einspannstück die schwingungsübertragende Membran und somit sehr wichtig für das Funktionieren des Sensors ist. Wie in den obigen Abbildungen zu erkennen, steht durch die exzentrische Befestigung des Paddelhalters 5 auf dem Einschraubstück 10 noch viel Platz für konstruktive Möglichkeiten zur Verfügung. Dieser Platz lässt sich problemlos für andere Messprinzipien nützen, ohne dass das eigentliche Schwingungssystem für die Grenzstanderfassung beeinflusst wird. So lässt sich dort beispielsweise ein Drucksensor unterbringen. Alternativ kann anstelle der Unterbringung eines vollständigen Drucksensors, welcher über das Einspannstück 10 in Kontakt mit dem Druck steht, auch die Stirnseite des Einspannstücks 10 als Vorlagenmembrane mit zusätzlichem Membranbett eines Drucksensors ausgestattet werden. In diesem Fall ist das Einschraubstück als „Membranbett" vorsehen. Für die Messung der dynamischen Viskosität des Mediums muss eine kontinuierliche Aufrechterhaltung der mechanischen Schwingungen während der gesamten Messphase sichergestellt sein. Wird das Schwingungssystem durch die Viskosität des Mediums zu stark gedämpft, so dass die Schwingung zusammenbricht, ist keine Messung mehr möglich. Für die Bestimmung der Viskosität wird in der Praxis unter anderem die Änderung der Güte oder der Steigungswinkel an der Resonanzstelle der Phasenkurve des Schwingers verwendet. Diese Verfahren sind bekannt. Mit zunehmender Viskosität nimmt die Güte ab bzw. die Steigung der Phasenkurve in der Resonanz zu. Im dämpfungslosen Zustand besitzt die Phase in der Resonanz 180°. Bei geringer Dämpfung ist die Phase in der Resonanz 90° und ist mit zunehmender Dämpfung, d.h. mit zunehmender Viskosität kleiner als 90°. Eine weitere bekannte Möglichkeit, die Viskosität zu bestimmen, ist über den Gütefaktor möglich. Dieser Faktor berechnet sich aus der Differenz zweier Frequenzpunkte der Übertragungscharakteristik eines in der Viskosität befindlichen Schwingers und der Resonanzfrequenz im Medium. Die Frequenzmessung erfolgt typischerweise am 3 db-Punkt der Kurve, den man aus der Maximalamplitude festlegt. Je größer die Frequenzdifferenz ist, desto kleiner wird der Gütefaktor, desto größer ist die Dämpfung. Weiterhin lässt sich auch ein Temperatursensor in den Antriebshalter 5 oder in das Einspannstück 10 einbauen.It is desirable in metrology that multiple physical quantities can be detected with one sensor. For example, in addition to detecting the level limit, additional parameters such as pressure, viscosity, density and the temperature of interest. Furthermore, intrinsically safe systems are of interest, ie systems that monitor themselves during the measurement phase and check whether the full functionality of the sensor still exists. In the oscillator described above is the Einschraubstück 10 Only one connecting element between the tank / container of the process plant and the meter, without any special requirements are placed on this device. This, for example, in contrast to the screw-in piece of a tuning fork, in which the clamping piece is the vibration-transmitting membrane and thus very important for the functioning of the sensor. As can be seen in the illustrations above, the eccentric attachment of the paddle holder is a sign of the past 5 on the screw-in piece 10 still plenty of space for constructive options available. This space can easily be used for other measuring principles without affecting the actual vibration system for level detection. For example, a pressure sensor can be accommodated there. Alternatively, instead of accommodating a complete pressure sensor, which via the chuck 10 is in contact with the pressure, also the front side of the clamping piece 10 be equipped as a master membrane with additional membrane bed of a pressure sensor. In this case, the screw-in piece must be designed as a "membrane bed." For the measurement of the dynamic viscosity of the medium, a continuous maintenance of the mechanical vibrations must be ensured throughout the measuring phase Measurement of the viscosity is used in practice, among other things, to change the quality or the pitch angles at the resonance point of the phase curve of the vibrator These methods are well-known In the non-attenuated state, the phase has a resonance of 180 °, with low attenuation, the phase of resonance is 90 °, and with increasing attenuation, ie, with increasing viscosity, less than 90 ° to determine the viscosity is possible via the quality factor. This factor is calculated from the difference between two frequency points of the transmission characteristic of a transducer located in the viscosity and the resonance frequency in the medium. The frequency measurement is typically at the 3 db point of the curve, which is determined from the maximum amplitude. The larger the frequency difference, the smaller the figure of merit, the greater the attenuation. Furthermore, a temperature sensor can be in the drive holder 5 or in the clamping piece 10 Install.

Der Art der Befestigung der Paddel 7 an der Seitenfläche 5.1 des Antriebshalters 5 widmen sich die beiden Abbildungen 10a) und 10b). In der 10a) sind die beiden Paddel 7 jeweils an einem Distanzstück 10 befestigt, wobei die beiden Distanzstücke 10 sich quasi zu einem Querbalken ergänzen. Diese Distanzstücke selbst wiederum sind an dem Antriebshalter 5 fixiert. Die Distanzstücke 10 tragen insbesondere dazu bei, dass der räumliche Abstand zwischen den beiden Paddeln 7 und damit der Raum, innerhalb dessen sich Medium verklemmen kann, deutlich vergrößert wird. Weiterhin lässt sich so ggf. eine größere und stabilere Kontaktfläche zwischen Paddel 7 und Antriebshalter 5 erzeugen. In der 10b) sind die beiden Paddel 7 einstückig ausgebildet. Das sich ergebende halbovale Gesamtpaddelelement ist quasi um den Antriebshalter 5 gebogen und ist an seinem Scheitelpunkt mit dem Antriebshalter 5 verbunden.The way of attaching the paddles 7 on the side surface 5.1 the drive holder 5 Dedicate the two pictures 10a) and 10b) , In the 10a) are the two paddles 7 each on a spacer 10 attached, with the two spacers 10 to complement each other to a crossbar. These spacers themselves in turn are on the drive holder 5 fixed. The spacers 10 contribute in particular to the spatial distance between the two paddles 7 and thus the space within which medium can jam, is significantly increased. Furthermore, if necessary, a larger and more stable contact area between paddles can be achieved 7 and drive holder 5 produce. In the 10b) are the two paddles 7 integrally formed. The resulting semi-oval Gesamtpaddelelement is virtually the drive holder 5 bent and is at its apex with the drive holder 5 connected.

11

Mechanisch schwingfähige EinheitMechanically vibratory unit

22

Antriebs-/EmpfangseinheitDriver / receiver unit

33

TeilschwingeinheitPart vibrating unit

55

Antriebshalterdrive holder

5.15.1

Seitenflächeside surface

5.25.2

Endbereichend

77

Paddelpaddle

88th

Gewichtseinheitweight unit

99

Einspannstückshim

1010

Distanzstückspacer

LL

Längsachselongitudinal axis

QQ

QuerschnittsflächeCross sectional area

Claims (10)

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit (1), welche zumindest teilweise und/oder zeitweise mit dem Medium in Kontakt kommt, mit mindestens einer Antriebs-/Empfangseinheit (2), welche die mechanisch schwingfähige Einheit (1) zu mechanischen Schwingungen anregt, und welche die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch schwingfähige Einheit (1) einen säulenförmig ausgestalteten Antriebshalter (5) und mindestens zwei scheibenförmig ausgestaltete Paddel (7) aufweist, und dass die Paddel (7) an der Seitenfläche (5.1) des Antriebshalters (5) befestigt und mechanisch mit dem Antriebshalter (5) gekoppelt sind.Device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium, with at least one mechanically oscillatable unit ( 1 ), which at least partially and / or temporarily comes into contact with the medium, with at least one drive / receiving unit ( 2 ), which the mechanically oscillatable unit ( 1 ) excites to mechanical vibrations, and which the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 1 ), characterized in that the mechanically oscillatable unit ( 1 ) a column-shaped drive holder ( 5 ) and at least two disk-shaped paddles ( 7 ), and that the paddles ( 7 ) on the side surface ( 5.1 ) of the drive holder ( 5 ) and mechanically with the drive holder ( 5 ) are coupled. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebshalter (5) eine Längsachse (L) und eine Querschnittsfläche (Q) aufweist, und dass der Antriebshalter (5) mechanische Schwingungen entlang der Längsachse (L) und/oder mechanische Schwingungen innerhalb der Querschnittsfläche (Q) ausführt.Device according to claim 1, characterized in that the drive holder ( 5 ) has a longitudinal axis (L) and a cross-sectional area (Q), and that the drive holder ( 5 ) performs mechanical vibrations along the longitudinal axis (L) and / or mechanical vibrations within the cross-sectional area (Q). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs-/Empfangseinheit (2) derartig ausgestaltet und relativ zu dem Antriebshalter (5) angeordnet ist, dass die Antriebs-/Empfangseinheit (2) im Wesentlichen Schwingungen entlang der Längsachse (L) des Antriebshalters (5) ausführt.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the drive / receiving unit ( 2 ) and configured relative to the drive holder ( 5 ) is arranged that the drive / receiving unit ( 2 ) substantially oscillations along the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Paddel (7) derartig an dem Antriebshalter (5) befestigt ist, dass die Paddelebene des Paddels (7) im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (L) des Antriebshalters (5) orientiert ist.Device according to claim 1, characterized in that at least one paddle ( 7 ) in such a way on the drive holder ( 5 ) is attached, that the paddle plane of the paddle ( 7 ) substantially right to the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ) is oriented. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Paddel (7) derartig an dem Antriebshalter (5) befestigt ist, dass die Längsachse (L) des Antriebshalters (5) im Wesentlichen durch die Mitte der Paddelebene des Paddels (7) hindurchgeht, oder dass mindestens ein Paddel (7) derartig an dem Antriebshalter (5) befestigt ist, dass die Paddelebene des Paddels (7) exzentrisch in Bezug auf die Längsachse (L) des Antriebshalters (5) angeordnet ist.Device according to claim 4, characterized in that at least one paddle ( 7 ) in such a way on the drive holder ( 5 ) is attached, that the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ) substantially through the middle of the paddle plane of the paddle ( 7 ) or at least one paddle ( 7 ) in such a way on the drive holder ( 5 ) is attached, that the paddle plane of the paddle ( 7 ) eccentric with respect to the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs-/Empfangseinheit (2) mindestens zwei Teilschwingeinheiten (3) aufweist, dass die zwei Teilschwingeinheiten (3) längs der Längsachse (L) des Antriebshalters (5) auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, dass die zwei Teilschwingeinheiten (3) im Wesentlichen längs der Längsachse (L) des Antriebshalters (5) schwingen, und dass die zwei Teilschwingeinheiten (3) derartig ausgestaltet sind, dass ihre Schwingungen im Wesentlichen gegenphasig zueinander sind.Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the drive / receiving unit ( 2 ) at least two partial oscillations ( 3 ), that the two partial oscillating units ( 3 ) along the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ) are arranged at different heights that the two partial oscillating units ( 3 ) substantially along the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ) and that the two partial oscillating units ( 3 ) are designed such that their vibrations are substantially out of phase with each other. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Paddel (7) derartig an dem Antriebshalter (5) befestigt ist, dass die Paddelebene des Paddels (7) im Wesentlichen parallel zu der Ebene orientiert ist, in welcher die Längsachse (L) des Antriebshalters (5) liegt.Device according to claim 1, characterized in that at least one paddle ( 7 ) in such a way on the drive holder ( 5 ) is attached, that the paddle plane of the paddle ( 7 ) is oriented substantially parallel to the plane in which the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ) lies. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Paddel (7) derartig an dem Antriebshalter (5) befestigt sind, dass sich die zwei Paddel (7) im Wesentlichen auf gleicher Höhe längs der Längsachse (L) des Antriebshalters (5) befinden, oder dass die zwei Paddel (7) derartig an dem Antriebshalter (5) befestigt sind, dass sich die zwei Paddel (7) im Wesentlichen auf unterschiedlichen Höhen längs der Längsachse (L) des Antriebshalters (5) befinden.Device according to claim 7, characterized in that the two paddles ( 7 ) in such a way on the drive holder ( 5 ), that the two paddles ( 7 ) substantially at the same height along the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ) or that the two paddles ( 7 ) in such a way on the drive holder ( 5 ), that the two paddles ( 7 ) substantially at different heights along the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ) are located. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs-/Empfangseinheit (2) derartig ausgestaltet und mit dem Antriebshalter (5) verbunden ist, dass eine Schwingung der Antriebs-/Empfangseinheit (2) längs der Längsachse (L) des Antriebshalters (5) zu einer radialen Schwingung der Paddel (6) um die Längsachse (L) des Antriebshalters (5) führt.Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the drive / receiving unit ( 2 ) designed in such a way and with the drive holder ( 5 ), that a vibration of the drive / receiving unit ( 2 ) along the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ) to a radial oscillation of the paddles ( 6 ) about the longitudinal axis (L) of the drive holder ( 5 ) leads. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs-/Empfangseinheit (2) unter Vorspannung gegenüber einem Endbereich (5.2) des Antriebshalters (5) derartig befestigt ist, dass eine Streckung des Antriebshalters (5) längs seiner Längsachse (L) gegeben ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that the drive / receiving unit ( 2 ) biased towards an end region ( 5.2 ) of the drive holder ( 5 ) is fastened such that an extension of the drive holder ( 5 ) is given along its longitudinal axis (L).