DE102016122410B4 - Vibration sensor and method of operation and installation - Google Patents

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Abstract

Vibrationssensor (1) mit einer über einen Antrieb zu einer Schwingung anregbaren Membran (3,15,25,125,225,325, 425) und einem an der Membran (3,15,25,125,225,325,425) angeordneten mechanischen Schwinger (4,17,27a,27b,27c, 127,227,327,427), wobei der mechanische Schwinger (4,17, 27a,27b,27c,127,227,327,427) mindestens ein Eintauchelement (18a,18b,18c,28a,28b,28c,128,228,328,428) und mindestens einen Schwingerfuß (16,26a,26b,26c,126,226,326, 426) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Eintauchelement (18a,18b,18c,28a,28b,28c, 128,228,328,428) des mechanischen Schwingers (4,17,27a,27b,27c,127,227,327,427) separat von der Membran (3, 15, 25, 125, 225, 325, 425) auswechselbar ist.A vibration sensor (1) comprising a membrane (3, 15, 25, 125, 225, 225, 255, 425) which can be excited by a drive and a mechanical oscillator (4, 17, 27a, 27b, 27c, 127, 227, 327, 427) arranged on the membrane (3, 15, 25, 125, 225, 255, 255) ), wherein the mechanical oscillator (4, 17, 27a, 27b, 27c, 127, 227, 327, 427) has at least one immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128, 228, 328, 428) and at least one oscillator base (16, 26a, 26b, 26c, 126,226,326, 426), characterized in that at least the immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128,228,328,428) of the mechanical vibrator (4,17,27a, 27b, 27c, 127,227,327,427) separately from the membrane (3 , 15, 25, 125, 225, 325, 425) is interchangeable.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vibrationssensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und Verfahren zum Betrieb und zur Installation eines solchen Sensors.The present invention relates to a vibration sensor according to the preamble of patent claim 1 and to methods of operating and installing such a sensor.

Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der WO 2004/ 034003 A1 , sind Vibrationssensoren, die beispielsweise als Vibrationsgrenzstandschalter verwendet werden, bekannt. Dabei weist der Vibrationssensor eine über einen Antrieb zu einer Schwingung anregbare Membran auf, mittels der ein an der Membran angeordneter mechanischer Schwinger, der ein Eintauchelement zur Wechselwirkung mit einem Medium oder Füllgut aufweist, zu einer Schwingung anregbar ist. Abhängig von einem Bedeckungsstand des mechanischen Schwingers bzw. von dessen Eintauchelement mit einem Füllgut sowie abhängig von der Viskosität und der Dichte dieses Füllgutes schwingt dieser mit einer charakteristischen Frequenz, die von dem Vibrationssensor detektiert werden und in ein Messsignal umgewandelt werden kann.From the prior art, for example from the WO 2004/034003 A1 , Vibration sensors, which are used for example as a vibration limit switch, known. In this case, the vibration sensor has a stimulable via a drive to a vibration membrane by means of which a diaphragm arranged on the mechanical oscillator, which has an immersion element for interacting with a medium or medium, to a vibration can be excited. Depending on a covering level of the mechanical oscillator or of its immersion element with a filling material and depending on the viscosity and the density of this filling material this oscillates with a characteristic frequency which can be detected by the vibration sensor and converted into a measuring signal.

Die mechanischen Schwinger solcher Vibrationssensoren werden beispielsweise durch Metallspritzguß, Guß, Vakuumguß oder pulvermetallurgische Verfahren (MIM) und/oder unter Verwendung spanabhebender Bearbeitungstechniken, z.B. durch Drehen und/oder Fräsen, hergestellt. Dementsprechend sind die so hergestellten mechanischen Schwinger gemäß dem Stand der Technik mit der Membran einstückig ausgeführt und weisen eine massive, in sich einstückig zusammenhängende, üblicherweise vollständig ausgefüllte Form im Bereich des mechanischen Schwingers auf. The mechanical oscillators of such vibration sensors are, for example, by metal injection molding, casting, vacuum casting or powder metallurgical processes (MIM) and / or using machining techniques, e.g. by turning and / or milling. Accordingly, the mechanical vibrators thus produced according to the prior art with the membrane are made in one piece and have a massive, in one piece coherent, usually completely filled shape in the field of mechanical oscillator.

Abhängig von der Masse und Formgebung des mechanischen Schwingers und insbesondere von dessen Eintauchabschnitt weist dieser ein charakteristisches Schwingungsverhalten in Luft sowie in entsprechenden Messmedien hinsichtlich Frequenz und/oder mechanischer Amplitude sowie hinsichtlich eines Abklingverhaltens nach einer Anregung auf. In der Regel wird zur Ermittlung des Messsignals eine Frequenzänderung zwischen der Schwingungsfrequenz in der Luft, der sogenannten Luftfrequenz, und der Schwingungsfrequenz eingetaucht im Messmedium, der sogenannten Mediumsfrequenz, ermittelt.Depending on the mass and shape of the mechanical oscillator and in particular of its immersion section, this has a characteristic vibration behavior in air and in corresponding measurement media in terms of frequency and / or mechanical amplitude and with respect to a decay behavior after an excitation. As a rule, a frequency change between the oscillation frequency in the air, the so-called air frequency, and the oscillation frequency immersed in the measurement medium, the so-called medium frequency, is determined to determine the measurement signal.

Als weiterer Stand der Technik werden die DE 36 23 741 A1 , die DE 100 54 207 A1 , die DE 10 2013 114 045 A1 , die DE 10 2014 101 372 A1 , die DE 20 2013 103 798 U1 , die GB 1 233 881 A1 und die US 2016/0177707 A1 genannt. Insbesondere betrifft die DE 36 23 741 A1 einen vibronischen Sensor mit auswechselbarer Baugruppe, bestehend unter anderem aus Membran und mechanischem Schwinger mit Eintauchelement, wobei diese Baugruppe auswechselbar ist.As a further prior art, the DE 36 23 741 A1 , the DE 100 54 207 A1 , the DE 10 2013 114 045 A1 , the DE 10 2014 101 372 A1 , the DE 20 2013 103 798 U1 , the GB 1 233 881 A1 and the US 2016/0177707 A1 called. In particular, the DE 36 23 741 A1 a vibronic sensor with interchangeable assembly, consisting inter alia of membrane and mechanical oscillator with immersion element, this assembly is interchangeable.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vibrationssensoren wird es als nachteilig empfunden, dass eine Anpassung des Vibrationssensors und insbesondere von dessen mechanischem Schwinger an variable Bedingungen während des Betriebs des Vibrationssensors im Nachhinein nicht mehr möglich ist. Wird also beispielsweise der Vibrationssensor zur Überwachung eines Grenzstands eines Mediums in einem Tank an diesem Tank angeordnet und das Medium, das in dem Tank gelagert wird, ändert sich, kann eine Anpassung an diese Änderung bislang nur durch Auswechslung des kompletten Vibrationssensors gegen einen anderen Vibrationssensor mit anderen Eigenschaften erfolgen.In the known from the prior art vibration sensors, it is considered disadvantageous that an adjustment of the vibration sensor and in particular of its mechanical oscillator to variable conditions during operation of the vibration sensor in retrospect is no longer possible. So if, for example, the vibration sensor for monitoring a level of a medium in a tank on this tank arranged and the medium that is stored in the tank changes, an adaptation to this change so far only by replacing the entire vibration sensor with another vibration sensor other properties take place.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Vibrationssensor bereitzustellen, der im Nachhinein an variable Bedingungen für den Betrieb des Vibrationssensors anpassbar ist und Verfahren für den Betrieb und die Installation eines solchen Vibrationssensors anzugeben.The object of the invention is therefore to provide a vibration sensor which is subsequently adaptable to variable conditions for the operation of the vibration sensor and to provide methods for the operation and installation of such a vibration sensor.

Diese Aufgabe wird durch einen Vibrationssensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zum Betrieb oder zur Verwendung eines Vibrationssensors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, ein Verfahren zur Installation eines Vibrationssensors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und ein Vibrationssensor-Set mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by a vibration sensor having the features of claim 1, a method of operating or using a vibration sensor having the features of claim 9, a method of installing a vibration sensor having the features of claim 12 and a vibration sensor set having the features of Patent claim 13 solved. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Vibrationssensor weist eine über einen Antrieb zu einer Schwingung anregbare Membran und einen an der Membran angeordneten mechanischen Schwinger auf, wobei der mechanische Schwinger mindestens ein Eintauchelement, das insbesondere bei entsprechend hohem Füllstand in das Medium, dessen Füllstand überwacht werden soll, eintaucht und mindestens einen Schwingerfuß, der insbesondere eine mechanische Verbindung zwischen Eintauchelement und Membran herstellt, hat.The vibration sensor according to the invention has a membrane excitable via a drive to a vibration and arranged on the membrane mechanical oscillator, wherein the mechanical oscillator immersed at least one immersion element, in particular at a correspondingly high level in the medium whose level is to be monitored, and at least a Schwingerfuß, which in particular produces a mechanical connection between the immersion element and membrane, has.

Bei bekannten, als Gabel ausgebildeten mechanischen Schwingern werden z.B. die Eintauchelemente durch die Zinken gebildet, während der Schwingerfuß durch den die Zinken miteinander verbindenden Bereich, der sich bis zur Membran hin erstreckt, gebildet wird. Die Eintauchelemente können beispielsweise die Form von Zinken haben oder als Paddel ausgebildet sein.In known forked mechanical vibrators, e.g. the immersion elements formed by the tines, while the Schwingerfuß by the tines interconnecting area, which extends to the membrane, is formed. The immersion elements may for example have the shape of prongs or be formed as a paddle.

Erfindungswesentlich ist, dass zumindest das Eintauchelement des mechanischen Schwingers separat von der Membran auswechselbar ist, so dass auch wenn ein Vibrationssensor bereits installiert ist, z.B. an einem Tank oder Behälter, im Nachhinein das Eintauchelement durch Auswechseln an eine Veränderung der Bedingungen angepasst werden kann.It is essential to the invention that at least the immersion element of the mechanical oscillator is exchangeable separately from the membrane, so that even if a vibration sensor is already installed, eg on a tank or container, in retrospect the immersion element can be adapted by changing to a change in conditions.

Durch auswechselbare Eintauchelemente kann z.B. das Korrosionsverhalten mit dem zu detektierenden Medium optimiert werden in dem für die Eintauchelemente ein beständigeres Material verwendet wird oder man verwendet ein weniger beständiges Material um Korrosion zu überwachen indem das Eintauchelement sich mechanisch abträgt und das Gerät in Störung geht bevor die Membran durch die Korrosion undicht wird.By interchangeable immersion elements, e.g. the corrosion behavior with the medium to be detected can be optimized by using a more resistant material for the immersion elements or by using a less resistant material to monitor corrosion by the mechanical immersion of the immersion element and the device interfering before the membrane becomes leaky due to corrosion ,

Über eine angepasste Geometrie des Eintauchelements kann das Verhalten hinsichtlich Anhaftungen explizit dem zu messenden Medium angepasst werden indem ein besser zu bearbeitendes Material für das Eintauchelement verwendet wird, die Membran jedoch aus einem für die dauernde Schwingbelastung besser geeigneten Material gefertigt wird.By means of an adapted geometry of the immersion element, the behavior with regard to adhesions can be explicitly adapted to the medium to be measured by using a material which is easier to process for the immersion element, but the membrane is manufactured from a material which is more suitable for the permanent vibration load.

Oder es kann über die Oberfläche des Eintauchelements das Verhalten des Schwingelements bei extremen Dichten des Messmediums optimiert werden. Dies stellt sich als Vorteil heraus, wenn es darum geht, geringe Dichten mit geringer Viskosität zu messen. Füllgüter mit diesen Eigenschaften, sind kritisch zu messen, da durch diese Eigenschaften geringe Veränderungen in Frequenz und Amplitude sich ergeben (bei Bedeckung).Or it can be optimized over the surface of the immersion element, the behavior of the vibrating element at extreme densities of the medium to be measured. This proves to be an advantage when it comes to measuring low densities with low viscosity. Products with these properties must be critically measured, as these properties result in small changes in frequency and amplitude (when covered).

Auch Frequenz, Amplitude, Empfindlichkeit usw. kann über die Anpassung der wechselbaren Zinken / Gabeln / Schwinger an das Messmedium angepasst werden. Dies sind alles Möglichkeiten die der aktuelle Stand der Technik nicht zulässt, da dort die Geometrie des Schwingelementes immer fix ist oder ein Wechsel der Geometrie immer einen Wechsel des gesamten Geräts nach sich zieht.Frequency, amplitude, sensitivity, etc. can also be adapted to the medium to be measured by adapting the exchangeable tines / forks / oscillators. These are all possibilities that the current state of the art does not allow, because there the geometry of the vibrating element is always fixed or a change of geometry always entails a change of the entire device.

Eine nicht beanspruchte Möglichkeit, eine solche Auswechselbarkeit des Eintauchelements zu bewirken, besteht darin dass das Eintauchelement des mechanischen Schwingers als Baugruppe gemeinsam mit Membran und Antrieb auswechselbar ist. Dies ist beispielsweise möglich, wenn diese Baugruppe über eine Schraubverbindung mit bedarfsgerechter Abdichtung mit dem restlichen Vibrationssensor, insbesondere dessen Gehäuse, verbunden ist.An unclaimed possibility to effect such exchangeability of the immersion element, is that the immersion element of the mechanical vibrator as an assembly is interchangeable with membrane and drive. This is possible, for example, if this module is connected via a screw connection with appropriate sealing with the rest of the vibration sensor, in particular its housing.

Eine zweite, erfindungsgemäße Möglichkeit, eine solche Auswechselbarkeit des Eintauchelements zu bewirken ist gegeben, wenn das Eintauchelement vom Schwingerfuß lösbar ist.A second possibility according to the invention for effecting such interchangeability of the immersion element is provided when the immersion element can be detached from the oscillator base.

Eine dazu alternative erfindungsgemäße Möglichkeit besteht darin, dass der Schwingerfuß von der Membran lösbar ist, was dann mit sich bringen kann, dass der gesamte mechanische Schwinger ausgewechselt werden kann.An alternative possibility according to the invention is that the oscillator base is detachable from the membrane, which can then entail that the entire mechanical oscillator can be replaced.

Solche lösbaren Verbindungen können insbesondere beispielsweise durch Schrauben, Klemmen oder Stecken hergestellt werden, also als Schraub-, Klemm- oder Steckverbindung ausgeführt sein.Such releasable connections can be made in particular, for example by screwing, clamping or plugging, so be designed as a screw, clamp or plug connection.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die lösbare Verbindung gesichert ist. Dies kann insbesondere mit einem Kleber, der mit einem geeigneten Lösungsmittel wieder lösbar ist oder durch eine entlötbare Lötstelle erreicht werden. Auch mittels Schweißverfahren kann eine Sicherung erreicht werden, wenn die nachträgliche Lösbarkeit gegeben ist. Dies ist bei Anwendung hochlokaler Schweißverfahren, bei deren Durchführung eine gute Tiefenkontrolle erreichbar ist, insbesondere durch Laserschweißen, besonders bevorzugt an einzelnen Sicherungspunkten, realisierbar.It is particularly preferred if the detachable connection is secured. This can be achieved, in particular, with an adhesive which can be redissolved with a suitable solvent or by a desolderable solder joint. Even by welding a fuse can be achieved if the subsequent solubility is given. This is when using hochlokaler welding process, in their implementation a good depth control can be achieved, in particular by laser welding, particularly preferably at individual securing points, realized.

Alternativ oder zusätzlich kommen auch mechanische Sicherungen, wie z.B. Kontermuttern, Verstiftungen oder Gewindestifte in Betracht.Alternatively or additionally, mechanical fuses, such as e.g. Locknuts, pegs or threaded pins into consideration.

Bevorzugt ist, wenn die Dichte des Materials, aus dem die Membran gefertigt ist, verschieden von der Dichte des Materials, aus dem das Eintauchelement gefertigt ist, und insbesondere, wenn das Eintauchelement aus einem Material mit geringerer Dichte gefertigt ist als die Membran, weil dies der Empfindlichkeit besonders zuträglich ist.It is preferred if the density of the material of which the membrane is made differs from the density of the material of which the immersion element is made, and in particular if the immersion element is made of a material of lesser density than the membrane, because the sensitivity is particularly beneficial.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Korrosionsbeständigkeit des Materials, aus dem die Membran gefertigt ist, ungleich der Korrosionsbeständigkeit des Materials, aus dem das Eintauchelement gefertigt ist, ist. Dies kann je nach Bedarf auf unterschiedliche Weise genutzt werden: In Fällen, in denen überwacht wird, dass ein maximaler Füllstand nicht überschritten wird, ist das Eintauchelement stärker der Korrosion ausgesetzt und weist bevorzugt eine höhere Korrosionsbeständigkeit als die Membran auf. Umgekehrt kann es in Fällen, in denen auch die Membran dem Risiko der Korrosion ausgesetzt ist, sinnvoll sein, durch eine schnellere Abtragung des Eintauchelements, die durch seine geringere Korrosionsbeständigkeit sichergestellt werden kann, sicherzustellen, dass das Gerät in Störung geht, ehe die Membran zerstört wird und damit in der Anlage unsichere Zustände auftreten können, weil bspw. Prozessmedium austreten kann.In another preferred embodiment of the invention, it is provided that the corrosion resistance of the material from which the membrane is made, unlike the corrosion resistance of the material from which the immersion element is made, is. This can be used in different ways as needed: in cases where it is monitored that a maximum level is not exceeded, the immersion element is more exposed to corrosion and preferably has a higher corrosion resistance than the membrane. Conversely, in cases where the membrane is also exposed to the risk of corrosion, it may be useful to ensure that the device is disturbed before the membrane is destroyed by a faster removal of the immersion element, which can be ensured by its lower corrosion resistance and thus unsafe conditions can occur in the system because, for example, process medium can escape.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Vibrationssensors ermöglicht auch, dass zumindest ein Eintauchelement aus Kunststoff gefertigt ist, was durch seine besonders geringe Masse eine hohe Frequenzverschiebung zwischen bedecktem und unbedecktem Eintauchelement erzielbar werden lässt, aber bislang wegen der unter vielen Bedingungen nur geringen Beständigkeit von Kunststoff im Langzeiteinsatz nicht realisiert werden konnte.The inventive design of the vibration sensor also allows at least one immersion element is made of plastic, which is high due to its very low mass Frequency shift between covered and uncovered immersion element can be achieved, but so far could not be realized because of the under many conditions only low resistance of plastic in long-term use.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb beziehungsweise zur Verwendung eines solchen Vibrationssensors unterscheidet sich von den bisher üblichen Verfahren dadurch, dass das Verfahren den Schritt des Auswechselns mindestens eines Eintauchelements des Schwingungselements aufweist, insbesondere während die Membran nicht gewechselt wird.The method according to the invention for operating or using such a vibration sensor differs from the previously customary methods in that the method has the step of exchanging at least one immersion element of the vibration element, in particular while the membrane is not being changed.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn nach einem solchen Auswechselprozess der Vibrationssensor neu kalibriert wird, um die durch die Auswechslung des Eintauchelements erzielten Verbesserungen des Ansprech- und Messverhaltens des Vibrationssensors bestmöglich ausnutzen zu können.It is particularly preferred in this case if, after such a replacement process, the vibration sensor is recalibrated in order to make the best possible use of the improvements in the response and measurement behavior of the vibration sensor achieved by the replacement of the immersion element.

Die Auswechselbarkeit bzw. Auswechslung des Eintauchelements ermöglicht insbesondere eine Anpassung des an einem Behälter installierten Vibrationssensors an korrosive Eigenschaften des zu überwachenden Mediums, an Haftungseigenschaften des zu überwachenden Mediums, an Umgebungsbedingungen des zu überwachenden Mediums, an die Dichte des zu überwachenden Mediums, an die Viskosität des zu überwachenden Mediums oder an die benötigte Messgenauigkeit, indem hinsichtlich Material und Materialeigenschaften, Oberfläche, Masse und/oder Zinkengeometrie an die jeweilige Aufgabe optimal angepasste Eintauchelemente oder Schwingungselemente mit solchen Eintauchelementen installiert werden.The interchangeability or replacement of the immersion element makes it possible, in particular, to adapt the vibration sensor installed on a container to corrosive properties of the medium to be monitored, to adhesion properties of the medium to be monitored, to environmental conditions of the medium to be monitored, to the density of the medium to be monitored, to the viscosity of the medium to be monitored or to the required accuracy of measurement, by installing with respect to material and material properties, surface, mass and / or tine geometry to the respective task optimally adapted immersion or vibration elements with such immersion elements.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Installation eines erfindungsgemäßen Vibrationssensors an einem Behälter zeichnet sich dadurch aus, dass dem zunächst der Vibrationssensor ohne Eintauchelement an dem Behälter montiert wird und danach die Eintauchelemente von der Innenseite des Tanks her montiert werden. Dadurch können Eintauchelemente, insbesondere Paddel, mit einer wesentlich größeren Wirkfläche angebracht werden, wodurch sich größere Frequenzverschiebungen erzielen lassen.The inventive method for installing a vibration sensor according to the invention on a container is characterized in that the first vibration sensor is mounted without immersion on the container and then the immersion elements are mounted from the inside of the tank forth. As a result, immersion elements, in particular paddles, can be attached with a significantly larger effective area, which allows greater frequency shifts to be achieved.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert. Es zeigen:

  • 1: einen Vibrationssensor,
  • 2a: eine erste Baugruppe für einen erfindungsgemäßen Vibrationssensor, die eine Membran mit zwei daran angeordneten mechanischen Schwingern aufweist;
  • 2b: eine Explosionsdarstellung der Baugruppe der 2a;
  • 2c: eine erste Variante von Eintauchelementen, mit denen die Baugruppe der 2a angepasst werden kann;
  • 2d: eine zweite Variante von Eintauchelementen, mit denen die Baugruppe der 2a angepasst werden kann;
  • 3a: eine zweite Baugruppe für einen erfindungsgemäßen Vibrationssensor, die eine Membran mit zwei daran angeordneten mechanischen Schwingern aufweist;
  • 3b: eine Explosionsdarstellung der Baugruppe der 3a;
  • 3c: eine erste Variante von Eintauchelementen, mit denen die Baugruppe der 3a angepasst werden kann;
  • 3d: eine zweite Variante von Eintauchelementen, mit denen die Baugruppe der 3a angepasst werden kann;
  • 4a: eine Explosionsdarstellung einer ersten Realisierungsmöglichkeit für eine lösbare Verbindung zwischen Schwingerfuß und Membran;
  • 4b: eine Explosionsdarstellung einer zweiten Realisierungsmöglichkeit für eine lösbare Verbindung zwischen Schwingerfuß und Membran;
  • 4c: eine Explosionsdarstellung einer dritten Realisierungsmöglichkeit für eine lösbare Verbindung zwischen Schwingerfuß und Membran; und
  • 4d: eine Explosionsdarstellung einer vierten Realisierungsmöglichkeit für eine lösbare Verbindung zwischen Schwingerfuß und Membran.
The present invention will be explained in more detail below with reference to figures showing exemplary embodiments. Show it:
  • 1 a vibration sensor,
  • 2a a first assembly for a vibration sensor according to the invention comprising a membrane with two mechanical oscillators arranged thereon;
  • 2 B : an exploded view of the assembly of 2a ;
  • 2c : a first variant of immersion elements with which the assembly of 2a can be adjusted;
  • 2d : a second variant of immersion elements with which the assembly of 2a can be adjusted;
  • 3a a second assembly for a vibration sensor according to the invention comprising a membrane with two mechanical oscillators arranged thereon;
  • 3b : an exploded view of the assembly of 3a ;
  • 3c : a first variant of immersion elements with which the assembly of 3a can be adjusted;
  • 3d : a second variant of immersion elements with which the assembly of 3a can be adjusted;
  • 4a : an exploded view of a first implementation possibility for a detachable connection between the oscillator base and membrane;
  • 4b : an exploded view of a second implementation possibility for a detachable connection between the oscillator base and membrane;
  • 4c : an exploded view of a third implementation possibility for a detachable connection between the oscillator base and membrane; and
  • 4d : An exploded view of a fourth implementation possibility for a detachable connection between the oscillator base and membrane.

1 zeigt eine Gesamtansicht eines Vibrationssensors 1. Der Vibrationssensor 1 weist ein im Wesentlichen becherförmiges Einbaugehäuse 2 auf, wobei der Boden des Bechers durch eine Membran 3 mit zwei daran angeordneten mechanischen Schwingern 4 gebildet wird. Als Antrieb zur Schwingungserzeugung kann insbesondere ein an der den Schwingern 4 gegenüberliegenden Seite der Membran 3 im Inneren des Einbaugehäuses 2 und daher in 1 nicht sichtbarer Zugbolzen dienen, um den herum Piezolemente angeordnet sind, die zur Schwingungserregung mit elektrischen Signalen, die von einer Steuereinrichtung bereitgestellt werden können, angesteuert werden. Umgekehrt können Vibrationen von Schwingern und Membran durch die Piezoelemente in elektrische Signale verwandelt werden, die von einer Auswerteeinrichtung analysiert werden können. Membran 3 und die daran angeordneten mechanischen Schwinger 4 bilden eine Baugruppe. Zwei Varianten einer solchen Baugruppe werden nachfolgend anhand der 2a bis 2d bzw. 3a bis 3d detailliert beschrieben. 1 shows an overall view of a vibration sensor 1 , The vibration sensor 1 has a substantially cup-shaped installation housing 2 on, with the bottom of the cup through a membrane 3 with two mechanical oscillators arranged on it 4 is formed. As drive for the vibration generation can in particular a on the the vibrators 4 opposite side of the membrane 3 inside the installation housing 2 and therefore in 1 serve invisible Zugbolzen around which piezo elements are arranged, which are driven for vibration excitation with electrical signals that can be provided by a control device. Conversely, vibrations of oscillators and membrane can be transformed by the piezo elements into electrical signals that can be analyzed by an evaluation. membrane 3 and the mechanical oscillators arranged thereon 4 form an assembly. Two variants of such an assembly will be described below on the basis of 2a to 2d respectively. 3a to 3d described in detail.

2a zeigt eine erste Baugruppe 10 für einen Vibrationssensor, die eine Membran 15 mit zwei daran angeordneten mechanischen Schwingern 17 aufweist. Die mechanischen Schwinger 17 weisen ihrerseits jeweils ein Eintauchelement 18a, das als Paddel ausgeführt ist, und einen Schwingerfuß 16 auf. Wie man besonders gut in der Explosionsdarstellung gemäß 2b erkennt, ist in diesem Ausführungsbeispiel der Schwingerfuß 16 jeweils einstückig und unlösbar (d.h. ohne Zerstörung nicht lösbar) mit der Membran 15 verbunden, während das Eintauchelement 18a jeweils auswechselbar und somit bei Bedarf auch dann noch, wenn der Vibrationssensor schon installiert ist, z.B. gegen die hinsichtlich ihrer geometrischen Form anders ausgestalteten, in den 2c bzw. 2d dargestellten Eintauchelemente 18b oder 18c austauschbar. Dabei kann insbesondere

  • • durch den Übergang zu Eintauchelementen mit einer größeren Interaktionsfläche die Empfindlichkeit gesteigert werden,
  • • durch den Übergang zu abgeschrägten Eintauchelementen insbesondere bei hochviskosen Medien das Abtropfverhalten optimiert werden, und
  • • durch Verwendung kürzerer, aber breiterer Eintauchelemente bei Wahrung der Empfindlichkeit die Eintauchtiefe und somit die Beeinflussung von Prozessen reduziert werden.
2a shows a first assembly 10 for a vibration sensor, which is a membrane 15 with two mechanical oscillators arranged on it 17 having. The mechanical oscillator 17 each have their own immersion element 18a , which is designed as a paddle, and a Schwingerfuß 16 on. How to be particularly good in the exploded view according to 2 B detects, in this embodiment, the Schwingerfuß 16 each in one piece and insoluble (ie not insoluble without destruction) with the membrane 15 connected while the immersion element 18a each interchangeable and thus if necessary even if the vibration sensor is already installed, for example, against the differently designed in terms of their geometric shape in the 2c respectively. 2d shown immersion elements 18b or 18c interchangeable. It can in particular
  • • the sensitivity is increased by the transition to immersion elements with a larger interaction surface,
  • • the drip behavior can be optimized by the transition to beveled immersion elements, especially in the case of highly viscous media, and
  • • By using shorter but wider immersion elements, the depth of immersion and thus the influence of processes can be reduced while preserving the sensitivity.

3a zeigt eine zweite Baugruppe 20 für einen Vibrationssensor, die eine Membran 25 mit zwei daran angeordneten mechanischen Schwingern 27a aufweist. Die mechanischen Schwinger 27a weisen ihrerseits jeweils ein Eintauchelement 28a, das als Paddel ausgeführt ist, und einen Schwingerfuß 26a auf. Wie man besonders gut in der Explosionsdarstellung gemäß 3b erkennt, sind in diesem Ausführungsbeispiel mit der Membran 25 verbundene Buchsen 29 einer Steckverbindung vorgesehen, in die der Schwingerfuß 26a jeweils über einen Steckverbinderabschnitt 30a einsetzbar ist. 3a shows a second assembly 20 for a vibration sensor, which is a membrane 25 with two mechanical oscillators arranged on it 27a having. The mechanical oscillator 27a each have their own immersion element 28a , which is designed as a paddle, and a Schwingerfuß 26a on. How to be particularly good in the exploded view according to 3b recognize are in this embodiment with the membrane 25 connected sockets 29 a connector provided in the Schwingerfuß 26a each via a connector section 30a can be used.

Damit ist hier das Eintauchelement 28a jeweils gemeinsam mit dem Schwingerfuß 26a und dem daran angeordneten Steckverbinderabschnitt 30a, also der gesamte mechanische Schwinger 27a, auswechselbar und somit bei Bedarf auch dann noch, wenn der Vibrationssensor schon installiert ist, z.B. gegen die hinsichtlich ihrer geometrischen Form anders ausgestalteten, in den 3c bzw. 3d dargestellten mechanischen Schwinger 27b mit Eintauchelement 28b, Schwingerfuß 26b und Steckverbinderabschnitt 30b bzw. den mechanischen Schwinger 27c mit Eintauchelement 28c, Schwingerfuß 26c und Steckverbinderabschnitt 30c austauschbar.So here is the immersion element 28a each together with the Schwingerfuß 26a and the connector portion disposed thereon 30a So the whole mechanical oscillator 27a , interchangeable and thus if necessary even if the vibration sensor is already installed, for example against the differently designed in terms of their geometric shape, in the 3c respectively. 3d illustrated mechanical oscillator 27b with immersion element 28b , Schwingerfoot 26b and connector section 30b or the mechanical oscillator 27c with immersion element 28c , Schwingerfoot 26c and connector section 30c interchangeable.

Eine Auswahl von Möglichkeiten zur Herstellung einer zuverlässigen und trotz der Vibrationen, denen die Verbindung bestimmungsgemäß im Betrieb ausgesetzt ist, zuverlässigen Verbindung zwischen der jeweiligen Membran 125,225,325,425 mit Buchse 129,229,329,429 einerseits und dem Verbinderabschhnitt 130,230,330,430 des mechanischen Schwingers 127,227,327,427 mit Eintauchelement 128,228,328,428 und Schwingerfuß 126,226, 326,426 andererseits zeigen die 4a bis d.A selection of ways to produce a reliable and despite the vibrations that the connection is intended to operate, reliable connection between the respective membrane 125,225,325,425 with bushing 129,229,329,429 on the one hand and the Verbinderabschhnitt 130,230,330,430 of the mechanical vibrator 127,227,327,427 with immersion 128,228,328,428 and Schwingerfuß 126,226, 326,426 on the other show the 4a to d.

In der in 4a dargestellten Variante weist die Buchse 129 ein nicht dargestelltes Innengewinde und der Verbinderabschnitt 130 ein dazu passendes Außengewinde auf. Die dadurch gebildete Schraubverbindung wird mit einer Kontermutter 131 gesichert.In the in 4a variant shown has the socket 129 an unillustrated internal thread and the connector portion 130 a matching external thread on. The screw connection formed by this is with a lock nut 131 secured.

Bei der in 4b dargestellten Variante weist die Buchse 229 eine L-förmige Ausnehmung 232 auf, in die ein am Verbinderabschnitt 230 vorgesehener Zapfen 231 -gegebenenfalls gegen die Vorspannung eines Federelements- eingeführt und durch Verdrehen gesichert wird, so dass eine Art Bajonettverschluss gebildet wird.At the in 4b variant shown has the socket 229 an L-shaped recess 232 on, in the one at the connector section 230 provided pin 231 If necessary, introduced against the bias of a spring element and secured by twisting, so that a kind of bayonet closure is formed.

Bei der in 4c dargestellten Variante weisen die Buchse 329 und der Verbinderabschnitt 330 jeweils eine senkrecht zur Einführrichtung des Verbinderabschnitts 330 verlaufende Durchgangsbohrung 331,332 auf, die durch Verstiftung mit einem Stift 333 -der gegebenenfalls ein leichtes Übermaß aufweisen kann- gesichert werden.At the in 4c illustrated variant, the socket 329 and the connector portion 330 one each perpendicular to the insertion direction of the connector portion 330 running through hole 331 . 332 on, by pinning with a pen 333 which may possibly have a slight excess.

Bei der in 4d dargestellten Variante weist eine Wandung der Buchse 429 eine Gewindebohrung 431 auf. Nach dem Einführen des Verbinderabschnitts 430 in die Buchse 429 kann er in dieser Position mittels einer hier beispielhaft als Madenschraube dargestellten Schraube 432 gesichert werden.At the in 4d variant shown has a wall of the socket 429 a threaded hole 431 on. After insertion of the connector section 430 in the socket 429 he can in this position by means of a screw here exemplified as a grub screw 432 be secured.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vibrationssensorvibration sensor
22
Einbaugehäuseinstallation housing
10, 2010, 20
Baugruppemodule
3, 15, 25, 125, 225, 325, 4253, 15, 25, 125, 225, 325, 425
Membranmembrane
16, 26a, 26b, 26c16, 26a, 26b, 26c
SchwingerfußSchwingerfuß
4, 17, 27a, 27b, 27c4, 17, 27a, 27b, 27c
mechanischer Schwingermechanical oscillator
18a, 18b, 18c18a, 18b, 18c
EintauchelementSubmerging member
28a, 28b, 28c28a, 28b, 28c
EintauchelementSubmerging member
2929
BuchseRifle
30a, 30b, 30c30a, 30b, 30c
Steckverbinderabschnittconnector portion
126, 226, 326, 426126, 226, 326, 426
SchwingerfußSchwingerfuß
127, 227, 327, 427127, 227, 327, 427
mechanischer Schwingermechanical oscillator
128, 228, 328, 428128, 228, 328, 428
EintauchelementSubmerging member
129, 229, 329, 429129, 229, 329, 429
BuchseRifle
130, 230, 330, 430130, 230, 330, 430
Verbinderabschnittconnector portion
131131
Kontermutterlocknut
231231
Zapfenspigot
232232
Ausnehmungrecess
331, 332331, 332
DurchgangsbohrungThrough Hole
333333
Stiftpen
431431
Gewindebohrungthreaded hole
432432
Schraubescrew

Claims (13)

Vibrationssensor (1) mit einer über einen Antrieb zu einer Schwingung anregbaren Membran (3,15,25,125,225,325, 425) und einem an der Membran (3,15,25,125,225,325,425) angeordneten mechanischen Schwinger (4,17,27a,27b,27c, 127,227,327,427), wobei der mechanische Schwinger (4,17, 27a,27b,27c,127,227,327,427) mindestens ein Eintauchelement (18a,18b,18c,28a,28b,28c,128,228,328,428) und mindestens einen Schwingerfuß (16,26a,26b,26c,126,226,326, 426) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Eintauchelement (18a,18b,18c,28a,28b,28c, 128,228,328,428) des mechanischen Schwingers (4,17,27a,27b,27c,127,227,327,427) separat von der Membran (3, 15, 25, 125, 225, 325, 425) auswechselbar ist.A vibration sensor (1) comprising a membrane (3, 15, 25, 125, 225, 225, 255, 425) which can be excited by a drive and a mechanical oscillator (4, 17, 27a, 27b, 27c, 127, 227, 327, 427) arranged on the membrane (3, 15, 25, 125, 225, 255, 255) ), wherein the mechanical oscillator (4, 17, 27a, 27b, 27c, 127, 227, 327, 427) has at least one immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128, 228, 328, 428) and at least one oscillator base (16, 26a, 26b, 26c, 126,226,326, 426), characterized in that at least the immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128,228,328,428) of the mechanical vibrator (4,17,27a, 27b, 27c, 127,227,327,427) separately from the membrane (3 , 15, 25, 125, 225, 325, 425) is interchangeable. Vibrationssensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintauchelement (18a,18b,18c) vom Schwingerfuß (16) lösbar ist.Vibration sensor (1) after Claim 1 , characterized in that the immersion element (18a, 18b, 18c) from the oscillator base (16) is releasable. Vibrationssensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingerfuß (26a,26b,26c,126,226,326,426) von der Membran (25,125,225,325,425) lösbar ist.Vibration sensor (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the Schwingerfuß (26a, 26b, 26c, 126,226,326,426) from the membrane (25,125,225,325,425) is releasable. Vibrationssensor (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung gesichert ist.Vibration sensor (1) according to one of Claims 2 or 3 , characterized in that the detachable connection is secured. Vibrationssensor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung durch eine Klebestelle, eine Lötstelle oder eine Schweißstelle gesichert ist.Vibration sensor (1) after Claim 4 , characterized in that the releasable connection is secured by a splice, a solder joint or a weld. Vibrationssensor (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Materials, aus dem die Membran (4,15,25,125, 225,325,425) gefertigt ist, verschieden von der Dichte des Materials, aus dem das Eintauchelement (18a,18b,18c, 28a,28b,28c,128,228,328,428) gefertigt ist, ist.Vibration sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the density of the material of which the membrane (4, 15, 25, 125, 225, 325, 255) is made differs from the density of the material from which the immersion element (18a, 18b , 18c, 28a, 28b, 28c, 128, 228, 328, 428). Vibrationssensor (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsbeständigkeit des Materials, aus dem die Membran (4,15,25,125,225,325,425) gefertigt ist, ungleich der Korrosionsbeständigekeit des Materials, aus dem das Eintauchelement (18a,18b,18c,28a,28b,28c,128,228,328,428) gefertigt ist, ist.Vibration sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the corrosion resistance of the material of which the membrane (4, 15, 25, 125, 225, 225, 255, 255) is made differs from the corrosion resistance of the material from which the immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128, 228, 328, 428) is made. Vibrationssensor (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Eintauchelement (18a,18b,18c,28a,28b,28c,128, 228,328,428) aus Kunststoff gefertigt ist.Vibration sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128, 228, 328, 428) is made of plastic. Verfahren zum Betrieb oder zur Verwendung eines Vibrationssensors (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt des Auswechselns des mindestens einen Eintauchelements (18a,18b,18c,28a,28b,28c,128,228,328, 428) des mechanischen Schwingers (17,27a,27b,27c,127,227, 327,427) aufweist.Method for operating or using a vibration sensor (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the method comprises the step of exchanging the at least one immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128, 228, 328, 428) of the mechanical one Schwingers (17,27a, 27b, 27c, 127,227, 327,427). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt des Auswechselns des mindestens einen Eintauchelements (18a,18b,18c,28a,28b,28c,128,228,328,428) des mechanischen Schwingers (17,27a,27b,27c,127,227,327,427) eine Neukalibration des Vibrationssensors (1) durchgeführt wird.Method according to Claim 9 characterized in that after the step of replacing the at least one immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128, 228, 328, 428) of the mechanical vibrator (17, 27a, 27b, 27c, 127, 227, 327, 427), recalibrating the vibration sensor (1) is carried out. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung des an einem Behälter installierten Vibrationssensors (1) an korrosive Eigenschaften des zu überwachenden Mediums, an Haftungseigenschaften des zu überwachenden Mediums, an Umgebungsbedingungen des zu überwachenden Mediums, an die Dichte des zu überwachenden Mediums, an die Viskosität des zu überwachenden Mediums oder an die benötigte Messgenauigkeit durch das Auswechseln des mindestens einen Eintauchelements (18a,18b,18c,28a,28b,28c,128, 228,328,428) des mechanischen Schwingers (17,27a,27b,27c, 127,227,327,427) vorgenommen wird.Method according to Claim 9 or 10 Characterized in that an adaptation of the installed to a container vibration sensor (1) to corrosive properties of the monitored medium, of adhesion properties of the monitored medium, at ambient conditions of the monitored medium, the density of the monitored medium, the viscosity of the to be monitored medium or to the required measurement accuracy by replacing the at least one immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128, 228.328, 428) of the mechanical vibrator (17,27a, 27b, 27c, 127,227,327,427) is made. Verfahren zur Installation eines Vibrationssensors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 an einem Behälter, bei dem zunächst der Vibrationssensor ohne Eintauchelement (18a,18b,18c,28a,28b,28c,128,228,328,428) an dem Behälter montiert wird und danach die Eintauchelemente (18a, 18b, 18c,28a,28b,28c,128,228,328,428) von der Innenseite des Behälters her montiert werden.Method for installing a vibration sensor (1) according to one of Claims 1 to 8th on a container in which first the vibration sensor without immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128,228,328,428) is mounted on the container and then the immersion elements (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128,228,328,428) be mounted from the inside of the container forth. Vibrationssensor-Set, wobei in dem Set mindestens ein Vibrationssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mindestens ein zusätzliches Eintauchelement (18a,18b,18c, 28a,28b,28c,128,228,328,428)zur Anpassung des Vibrationssensors (1) an aktuelle Einsatzbedingungen durch Auswechseln des Eintauchelements (18a,18b,18c,28a,28b,28c,128, 228,328,428), mit dem der Vibrationssensor (1) betrieben wird, enthalten sind.Vibration sensor set, wherein in the set at least one vibration sensor (1) according to one of Claims 1 to 8th and at least one additional immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128, 228, 328, 428) for adapting the vibration sensor (1) to current operating conditions by replacing the immersion element (18a, 18b, 18c, 28a, 28b, 28c, 128, 228, 328, 428) with which the vibration sensor (1) is operated.
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