DE3734077A1 - Vibrations-fuellstandsensor - Google Patents

Vibrations-fuellstandsensor

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DE3734077A1
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vibration
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DE19873734077
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English (en)
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Takayuki Umezawa
Masaaki Ohmatsu
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Nohken Inc
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Nohken Inc
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2966—Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves
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Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrations-Füllstandsensor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 11 zur Erkennung der Füllstandshöhe von pulverförmigem oder granulatförmigem Material in einem Behälter. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Füllstandsensor, der den Füllstand durch Änderungen von Vibrationen eines seiner Bauteile erkennt.
Ein herkömmlicher Vibrations-Füllstandsensor weist einen Aufbau und eine Arbeitsweise gemäß Fig. 1 auf. Der Füllstandsensor weist ein Vibrationsteil 2 auf, das von einer Membran 4 gehalten ist. Eine Außenseite 2 a des Vibrationsteiles 2 steht von einer Röhre 6 vor und eine Innenseite 2 b des Vibrationsteiles 2 erstreckt sich in der Röhre 6. An der Innenseite 2 b des Vibrationsteiles 2 ist ein piezoelektrischer Aufnehmer 8 a und ein piezoelektrischer Vibrator 8 b angeordnet.
Der piezoelektrische Vibrator 8 b versetzt das Vibrationsteil 2 in Schwingungen. Diese Schwingungen werden von dem piezoelektrischen Aufnehmer 8 a erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das gewandelte elektrische Signal wird verstärkt und dem piezoelektrischen Vibrator 8 b zugeführt. Somit oszilliert das Vibrationsteil 2 mit einer Frequenz, die von der Eigenfrequenz des Vibrationsteiles 2 bestimmt ist.
Wenn pulverförmiges oder granulatförmiges Material das Vibrationsteil 2 berührt, werden die Vibrationen angehalten oder nehmen ab. Ein Erkennungsschaltkreis in einem Gehäuse 16 erkennt diese Veränderungen und erkennt somit auch eine Berührung durch das zu erfassende Material. Somit kann der Füllstandsensor, der in einem Behälter oder dergleichen angeordnet ist, den Füllstand des Materials in dem Behälter erkennen.
Dieser bekannte Füllstandsensor weist den Nachteil auf, daß die Verwendung der Membran 4 die Festigkeit verringert, so daß somit die Lebensdauer des Sensors insgesamt verkürzt wird. Wenn sich weiterhin pulverförmiges Material an der Membran 4 festbackt, verursacht dieses festgebackene pulverförmige Material Fehler in der Erkennung.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Vibrations-Füllstandsensor zu schaffen, der lange Lebensdauer hat und in der Lage ist, genaue Erkennungsvorgänge durchzuführen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. 11.
Die jeweiligen Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Vibrations-Füllstandsensor nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 in perspektivischer Ansicht einen erfindungsgemäßen Vibrations-Füllstandsensor;
Fig. 3 schematisch vereinfacht einen Querschnitt durch einen Behälter, in dem mehrere Vibrations-Füllstandsensoren gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
Fig. 4 ein Blockdiagramm des Vibrations-Füllstandsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Vibrationsfrequenz eines inneren Vibrationsteiles und einem Wert eines Verhältnisses L p /Lb in dem Vibrations-Füllstandsensor gemäß Fig. 4, wobei L p die Länge einer Erkennungsröhre und L b die Länge des inneren Vibrationsteiles ist;
Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer beziehung zwischen einer Vibrationsamplitude des inneren Vibrationsteiles und dem Wert des Verhältnisses L p /L b in dem Vibrations-Füllstandsensor gemäß 4;
Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Vibrations-Füllstandsensors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Vibrations-Füllstandsensors, der die Berührung durch ein zu erfassendes Material mittels Erkennung einer Änderung der Frequenz des inneren Vibrationsteiles erfaßt;
Fig. 9 in graphischer Darstellung eine Frequenzverschiebung des inneren Vibrationsteiles in dem Vibrations-Füllstandsensor gemäß Fig. 8;
Fig. 10 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Vibrations-Füllstandsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Vibrations-Füllstandsensors gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 12 in perspektivischer Ansicht einen Vibrations-Füllstandsensor gemäß der vorliegenden Erfindung, der an seinem freien Ende ein Paddel trägt.
Gemäß Fig. 2 ist das Gehäuse 16, das aus Metall gefertigt ist, im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist eine Kappe 16 a auf. In dem Gehäuse 16 sind ein Gewicht 95 und ein elektrischer Schaltkreis (nicht dargestellt) angeordnet. Von der Vorderseite des Gehäuses 16 erstreckt sich eine Röhre 58 mit einem Schraubengewinde 12. Ein Ende einer Erfassungsröhre 20 mit geringerer Wandstärke als die Röhre 58 ist an der Röhre 58 befestigt. Das andere Ende der Erfassungsröhre 20 ist mittels einer zapfenförmigen Spitze 24 verschlossen, welche an der Erfassungsröhre 20 angelötet ist. Ein inneres Vibrationsteil 22 ist im Innenraum der Erfassungsröhre 20 angeordnet und ein Ende des Vibrationsteiles 22 ist in die Spitze 24 eingeschraubt. Somit wird durch die Erfassungsröhre 20 und das innere Vibrationsteil 22 ein umgebogener Ausleger gebildet. An dem inneren Vibrationsteil 22 ist ein piezoelektrischer Vibrator (nicht dargestellt) und der piezoelektrische Aufnehmer 8 a angeordnet.
Der piezoelektrische Vibrator versetzt das innere Vibrationsteil 22 in Schwingungen. Diese Schwingungen werden von dem piezoelektrischen Aufnehmer 8 a erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das elektrische Signal wird dem elektrischen Schaltkreis über eine Leitung 26 a zugeführt. Der elektrische Schaltkreis verstärkt das elektrische Signal und führt es über eine weitere Leitung 26 b dem piezoelektrischen Vibrator zu. Somit oszilliert das innere Vibrationsteil 22 mit einer Frequenz, die von der Eigenfrequenz des Auslegers bestimmt ist, der durch die Erfassungsröhre 20 und das innere Vibrationsteil 22 gebildet ist. Das Gewicht 95, dessen Gewicht ausreichend höher ist als das der Erfassungsröhre 20 und des inneren Vibrationsteils 22 stabilisiert die Schwingungen des inneren Vibrationsteils 22. Anstelle des Gewichtes 95 kann auch eine dicke Röhre als Röhre 58 verwendet werden, welche ausreichendes Gewicht hat.
Wenn pulver- oder granulatförmiges Material oder dergleichen die Erfassungsröhre 20 berührt, werden die Schwingungen des inneren Vibrationsteils 22 angehalten oder sie nehmen ab. Der elektrische Schaltkreis erkennt diese Veränderung und erkennt somit eine Berührung durch das zu erfassende Material. Somit kann der Füllstandsensor in einem Behälter angeordnet werden, um die Füllstandshöhe des Materials in dem Behälter zu erkennen.
Gemäß Fig. 3 kann der beschriebene Vibrations-Füllstandsensor in einem Behälter 90, in dem sich pulver- oder granulatförmiges Material 80 befindet, auf verschiedenste Art und Weise angeordnet werden. So ist ein Vibrations-Füllstandsensor 1 a an einer Seitenwand des Behälters 90 mittels des Schraubengewindes 12 und einer Mutter 13 befestigt. Ein weiterer Vibrations-Füllstandsensor 1 b ist an der Seitenwand des Behälters 90 mittels eines Flansches 60 angeordnet, der an der Wand des Behälters 90 mittels Schrauben befestigt ist. Wenn es schwierig ist, den Füllstandsensor an der Seitenwand des Behälters 90 mittels Schrauben zu befestigen, kann gemäß Fig. 3 ein Sensor 1 c mit einer längeren Röhre 58 aus Metall verwendet werden oder ein Sensor 1 d mit einer flexiblen Röhre 64 kann verwendet werden. Der Sensor 1 d weist eine zweite Röhre 59 auf, deren Gewicht größer ist als das der Erfassungsröhre 20. Bei Verwendung der flexiblen Röhre 64 kann die Transportgröße des Sensors 1 d durch Biegen oder Aufwickeln der Röhre 64 verringert werden.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm des elektrischen Schaltkreises in dem Gehäuse 16. In dieser Ausführungsform bilden der piezoelektrische Vibrator 8 b, der piezoelektrische Aufnehmer 8 a, ein Eingabeschaltkreis 30, ein Verstärker 32 und ein Ausgabeschaltkreis 36 einen Oszillationsschaltkreis. Der piezoelektrische Vibrator 8 b empfängt ein Ausgangssignal von dem Ausgabeschaltkreis 36 und versetzt das innere Vibrationsteil 22 in Schwingungen. Der piezoelektrische Aufnehmer 8 a an dem Vibrationsteil 22 wandelt diese Schwingung in ein elektrisches Signal um. Das elektrische Signal wird durch den Eingabeschaltkreis 30 dem Verstärker 32 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers wird durch den Ausgabeschaltkreis 36 dem piezoelektrischen Vibrator 8 b zugeführt. Somit schwingt das innere Vibrationsteil 22 mit einer Frequenz, die von der Eigenfrequenz des umgebogenen Auslegers bestimmt wird, der von der Erfassungsröhre 20 und dem inneren Vibrationsteil 22 gebildet wird. Mit anderen Worten, der Oszillationsschaltkreis oszilliert mit einer Frequenz, die von der Eigenfrequenz des Auslegers abhängt.
Der Ausgang des Oszillationsschaltkreises, d. h. der Ausgang vom Verstärker 32 wird von einem Erkennungsschaltkreis 38 erfaßt. Der Hüllkurvenausgang von dem Erkennungsschaltkreis 38 wird einem Komparator 40 zugeführt. In dem Komparator 40 wird die Amplitude des Ausgangssignals von dem Erkennungsschaltkreis 38 mit einer Amplitude eines Referenzsignales verglichen. Wenn granulatförmiges Material die Erfassungsröhre 20 berührt und das Ausgangssignal kleiner als die Referenzamplitude wird, liefert der Komparator ein Ausgangssignal, welches ein Relais 42 antreibt, um einen Kontakt 46 zu schalten.
Ein Steuerschaltkreis 34 ist vorgesehen, das Ausschlagen des inneren Vibrationsteils 22 mittels einer Steuerung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 32 zu verringern. Um ein irrtümliches Ansprechen zu verhindern, sperrt ein Initialisierungsschaltkreis 44 den Betrieb des Relais 42 für ungefähr drei Minuten nach dem Schließen eines Hauptschalters des Füllstandsensors.
Die Eigenfrequenz des Auslegers gibt sich durch die folgende Gleichung:
wobei:
L = Länge des Auslegers
E = Young-Modul des Auslegers
P = Dichte des Auslegers
A = Querschnittsfläche des Auslegers
i = Trägheitsmoment des Auslegers und
a = Frequenzmodul
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und dem Wert eines Verhältnisses L p /Lb, wenn L p geändert wird und L b konstant gehalten wird, wobei weiterhin L p die Länge der Erfassungsröhre 20 und L b die Länge des inneren Vibrationsteils 22 ist. In Fig. 5 zeigt eine Kurve f₁ die Eigenfrequenz des Füllstandsensors. Die Kurve f₁ wurde auf experimentiellem Weg ermittelt. Eine Kurve f₂ zeigt einen ersten Oszillationsmodus der Erfassungsröhre 20 und eine Kurve f₃ zeigt einen zweiten Oszillationsmodus der Erfassungsröhre 20. Die Kurven f₂ und f₃ wurden rechnerisch ermittelt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist die Eigenfrequenz des Füllstandsensors praktisch konstant ungeachtet des Wertes des Verhältnisses L p /L b . Die Kurve f₁ ist angenähert eine berechnete Kurve der Eigenfrequenz des inneren Vibrationsteils 22. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, versetzt das innere Vibrationsteil 22 die Erfassungsröhre 20 zwangsweise in Schwingung.
Fig. 6 zeigt eine Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung vom Oszillationsschaltkreis und dem Wert des Verhältnisses L p /L b . In Fig. 6 fällt die Ausgangsspannung im Bereich von L p /L b = 1 rapide ab. In Fig. 6 ist in einem Bereich B die Phase des auf den piezoelektrischen Vibrator 8 b aufgebrachten Signales gleich dem Ausgangssignal von dem piezoelektrischen Aufnehmer 8 a. Somit ist der elektrische Schaltkreis gemäß 4 zu einer Verwendung in dem Bereich B geeignet.
In einem Bereich C ist die Phase des auf den piezoelektrischen Vibrator 8 b aufgebrachten Signales unterschiedlich von der des Ausgangssignales vom piezoelektrischen Aufnehmer 8 a. Für einen Betrieb in dem Bereich C sollte deshalb anstelle des Verstärkers 32 ein Verstärker mit Phasenkorrektur verwendet werden. In diesem Fall kann die Berührung durch das granulatförmige Material durch Erkennen des Phasendifferenzsignales von dem Verstärker mit Phasenkorrektur erkannt werden.
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Schaltkreises einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der piezoelektrische Vibrator 8 b erhält ein Ausgangssignal von einem Oszillator 50 durch den Ausgabeschaltkreis 36 und versetzt das innere Vibrationsteil 22 in Schwingungen. Ein piezoelektrische Aufnehmer 8 c an dem Vibrationsteil 22 wandelt diese Vibrationen in ein elektrisches Signal. Das elektrische Signal wird durch den Eingabeschaltkreis 30 dem Verstärker 32 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 32 wird von dem Erkennungsschaltkreis 38 abgetastet. Der Ausgang von dem Erkennungsschaltkreis 38 wird dem Komparator 40 zugeführt. In dem Komparator 40 wird eine Amplitude des Ausgangssignals von dem Erkennungsschaltkreis 38 mit der Amplitude eines Referenzsignales verglichen. Wenn eine Berührung der Erfassungsröhre 20 mit granulatförmigem Material erfolgt, wird das Ausgangssignal kleiner als das Referenzsignal, so daß der Komparator ein Ausgangssignal erzeugt, mittels dem das Relais 42 zum Schalten des Kontaktes 46 betrieben wird.
Der elektrische Schaltkreis gemäß Fig. 7 ist unabhängig von Phasendifferenzen zwischen dem aufgebrachten Signal und dem Ausgangssignal betreibbar. Somit kann dieser elektrische Schaltkreis sowohl im Bereich B als auch im Bereich C, d. h. in einem gesamten Bereich A gemäß Fig. 6 betrieben werden.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild eines elektrischen Schaltkreises gemäß einer weiteren Ausführungsform, der in dem Gehäuse 16 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform bilden der piezoelektrische Vibrator 8 b, der piezoelektrische Aufnehmer 8 a, der Eingabeschaltkreis 30, der Verstärker 32 und der Ausgabeschaltkreis 36 einen Oszillationsschaltkreis. Auf gleiche Weise wie im Schaltkreis von Fig. 4 schwingt das innere Vibrationsteil 22 mit einer Frequenz, die von der Eigenfrequenz des Auslegers abhängt, der von der Erfassungsröhre 20 und dem inneren Vibrationsteil 22 gebildet ist. Der Ausgang des Oszillationsschaltkreises, d. h. der Ausgang vom Verstärker 32 wird einem Frequenzkomparator 54 zugeführt. In dem Frequenzkomparator 54 wird die Frequenz des Ausgangssignals von dem Oszillationsschaltkreis mit einer Referenzfrequenz von einem Referenzfrequenz-Oszillator 56 verglichen.
Wenn durch eine Berührung zwischen der Erfassungsröhre 20 und dem granulatförmigen Material die Frequenz des Oszillationsschaltkreises geändert wird, gibt der Frequenzkomparator 54 ein Ausgangssignal ab, welches das Relais 42 zum Schalten des Kontaktes 46 betreibt.
Fig. 9 zeigt die Frequenzen fa und fb im freien und kontaktierten Zustand der Erfassungsröhre 20. In dieser Ausführungsform wird die Referenzfrequenz mit einer Grenzfrequenz f gebildet, wie in Fig. 9 dargestellt.
Anstelle des Frequenzkomparators 54 kann ein Filter mit einer Filtercharakteristik verwendet werden, die in Fig. 9 mit der Kurve A dargestellt ist. In diesem Fall kann die Frequenzverschiebung durch Erfassen einer Änderung des Ausgangssignals des Filters erfaßt werden.
In manchen Fällen erfolgt ein Anhalten der Schwingungen bei Berührung mit dem granulatförmigen Material. Für diese Fälle ist ein Vibrations-Erkennungsschaltkreis 52 vorgesehen, der das Anhalten der Oszillationen oder Schwingungen erfaßt.
Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist der piezoelektrische Aufnehmer 8 c an dem inneren Vibrationsteil 22 angeordnet. Der piezoelektrische Aufnehmer 8 c erkennt Schwingungen des Vibrationsteils 22 und gibt ein Erkennungssignal an den Frequenzkomparator 54.
Fig. 11 zeigt ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der piezoelektrische Vibrator 8 b empfängt ein Ausgangssignal von einem automatisch abstimmbaren Oszillator 70 über den Ausgabeschaltkreis 36 und versetzt das innere Vibrationsteil 22 in Schwingungen. Der piezoelektrische Aufnehmer 8 c an dem Vibrationsteil 22 wandelt diese Schwingungen in ein elektrisches Signal. Dieses elektrische Signal wird durch den Eingabeschaltkreis 30 dem Verstärker 32 zugeführt. Bei Ausgang des Verstärkers 32 wird dem Frequenzkomparator 54 zugeführt. In dem Frequenzkomparator 54 wird die Frequenz des Ausgangssignals vom Verstärker 32 mit einer Referenzfrequenz verglichen.
Fig. 12 zeigt einen Vibrations-Füllstandsensor, mit dem die Füllhöhe eines flüssigen Materials oder eines Materiales mit sehr geringem spezifischen Gewicht erfaßbar ist. Da flüssige Materialien oder Materialien mit geringem Gewicht, wie z. B. Styroporpulver die Vibrationen des inneren Vibrationsteiles 22 nur schwach beeinflussen, kann in manchen Fällen die Füllhöhe eines derartigen Materials nicht mehr erkannt werden. Gemäß der Ausführungsform von Fig. 12 ist eine Schaufel oder ein Paddel 98 an der Erfassungsröhre 20 vorgesehen, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Das Paddel 98 ist hierbei parallel zur Oberfläche des zu erkennenden Materials angeordnet.
Wie aus der bisherigen Beschreibung der Ausführungsformen hervorgeht, sind mit dem Vibrations-Füllstandsensor gemäß der vorliegenden Erfindung genaue Messungen auch nach langen Betriebszeiten möglich, da das innere Vibrationsteil 22 in der Erfassungsröhre 20 aufgenommen ist und auf die Membran verzichtet werden kann. Durch Verzicht auf die Membran, welche mechanisch gering belastbar ist und aufgrund von Anhaften des pulver- oder granulatförmigen Materials oder dergleichen instabile Schwingungen erzeugt, kann die Standzeit des Vibrations-Füllstandsensors gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich verlängert werden und genauere Messungen sind möglich.

Claims (21)

1. Vibrations-Füllstandsensor, gekennzeichnet durch:
ein hohles Bauteil (20), dessen eines Ende festgelegt ist und dessen anderes Ende verschlossen ist, wobei das hohle Bauteil (20) eine festgelegte Wandstärke aufweist;
ein inneres Vibrationsteil (22), welches an dem anderen Ende des hohlen Bauteiles (20) angeordnet ist und dessen eines Ende mit dem anderen Ende des hohlen Bauteiles (20) mittels eines Verschlußbauteils (24), das keine Membran ist und das wesentlich dicker ist als die Wandstärke des hohlen Bauteiles (20) verbunden ist;
Vibrationseinrichtungen zum Vibrierenlassen des inneren Vibrationsteils (22), wobei das Verschlußbauteil (24) Vibrationen von dem Vibrationsteil (22) auf das hohle Bauteil (20) überträgt, so daß letzteres in Schwingungen versetzt wird; und Erkennungseinrichtungen zum Erkennen eines Abnehmens der Schwingungen.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Bauteil zylinderförmig ist.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtungen einen Oszillationsschaltkreis aufweisen, der seinerseits aufweist:
einen piezoelektrischen Vibrator (8 b) an dem inneren Vibrationsteil (22), um das innere Vibrationsteil (22) in Schwingungen zu versetzen,
einen piezoelektrischen Aufnehmer (8 a) an dem inneren Vibrationsteil (22) zur Aufnahme der Vibrationen des inneren Vibrationsteil (22), und
einen Verstärker (32) zum Verstärken eines Ausgangs des piezoelektrischen Aufnehmers (8 a) und zum Zuführen des verstärkten Ausgangssignals zu dem piezoelektrischen Vibrator (8 b), wobei die Erkennungseinrichtungen weiterhin aufweisen: einen Komparator (40), der ein Erkennungssignal ausgibt, wenn ein Ausgang des Oszillationsschaltkreises kleiner als ein Referenzsignal wird. (Fig. 4)
4. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert eines Verhältnisses zwischen der Länge des Zylinders und einer Länge (L b ) des inneren Vibrationsteils größer als ungefähr 1,6 ist.
5. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtungen aufweisen:
einen Oszillationsschaltkreis mit einem piezoelektrischen Vibrator (8 b) an dem inneren Vibrationsteil (22), um das innere Vibrationsteil (22) in Schwingungen zu versetzen und einem piezoelektrischen Aufnehmer (8 a) an dem inneren Vibrationsteil (22), um die Vibrationen des inneren Vibrationsteils (22) aufzunehmen,
einen Phasenkomparator zur Ausgabe eines Phasendifferenzsignales zwischen einer Referenzphase und einer Ausgangsphase des piezoelektrischen Vibrators (8 b),
einen automatisch abstimmbaren Verstärker zur Verstärkung eines Ausgangs des piezoelektrischen Aufnehmers (8 a), dessen Ausgangsphase auf die Referenzphase in Übereinstimmung mit dem Phasendifferenzsignal eingestellt wird und der den verstärkten Ausgang dem piezoelektrischen Vibrator (8 b) zuführt, und
Erkennungseinrichtungen zur Erkennung einer Abnahme der Vibration des inneren Vibrationsbauteiles, welche einen Erkennungsschaltkreis aufweisen, der ein Erkennungssignal erzeugt, wenn eine Phasendifferenz zwischen der Referenzphase und der Ausgangsphase des piezoelektrischen Vibrators (8 b) vorliegt. (Fig. 4)
6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wert eines Verhältnisses der Zylinderlänge (L p ) und einer Länge (L b ) des inneren Vibrationsteiles größer als ungefähr 1,0 und kleiner als ungefähr 1,6 ist.
7. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtungen aufweisen:
einen piezoelektrischen Vibrator (8 b) an dem inneren Vibrationsteil (22), um das Vibrationsteil (22) in Schwingungen zu versetzen und einen Oszillator (50) zur Zufuhr eines Oszillationsausganges zu dem piezoelektrischen Vibrator (8 b), wobei die Erkennungseinrichtungen aufweisen:
einen piezoelektrischen Aufnehmer (8 c) an dem inneren Vibrationsteil (22), um die Vibrationen des inneren Vibrationsteiles (22) zu erfassen und einen Komparator (40), der ein Erkennungssignal ausgibt, wenn ein Ausgang des piezoelektrischen Aufnehmers kleiner als ein Referenzsignal wird. (Fig. 7)
8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wert des Verhältnisses zwischen der Zylinderlänge (L p ) und einer Länge (L b) des inneren Vibrationsteils (22) größer als ungefähr 1,0 ist.
9. Sensor nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch ein Gewicht (95), das an einem Ende des hohlen Bauteils (20) angeordnet ist, und dessen Masse ausreichend größer ist als die der Vibrationseinrichtung (20, 22), um die Vibration zu stabilisieren und hierbei unerwünschte Vibrationen an dem Ende des hohlen Bauteils (20) zu vermeiden.
10. Sensor nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch ein Paddel (98) an dem Zylinder parallel zur Oberfläche des zu erfassenden Materials.
11. Vibrations-Füllstandsensor, gekennzeichnet durch:
ein hohles Bauteil (20), dessen eines Ende festgelegt ist und dessen anderes Ende verschlossen ist, wobei das hohle Bauteil (20) eine festgelegte Wandstärke aufweist;
ein inneres Vibrationsteil (22), welches an dem anderen Ende des hohlen Bauteiles (20) angeordnet ist und dessen eines Ende mit dem anderen Ende des hohlen Bauteiles (20) mittels eines Verschlußbauteils (24), das keine Membran ist und das wesentlich dicker ist als die Wandstärke des hohlen Bauteiles (20) verbunden ist;
Vibrationseinrichtungen zum Vibrierenlassen des inneren Vibrationsteils (22), wobei das Verschlußbauteil (24) Vibrationen von dem Vibrationsteil (22) auf das hohle Bauteil (20) überträgt, so daß letzteres in Schwingungen versetzt wird; und
Erkennungseinrichtungen zum Erkennen einer Änderung der Vibrationsfrequenz.
12. Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Bauteil ein Zylinder ist.
13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtungen aufweisen:
einen Oszillationsschaltkreis mit einem piezoelektrischen Vibrator (8 b) an dem inneren Vibrationsteil (22), um das innere Vibrationsteil in Schwingung zu versetzen, einem piezoelektrischen Aufnehmer (8 a) an dem inneren Vibrationsteil (22), um die Vibrationen des inneren Vibrationsteils (22) aufzunehmen, und einem Verstärker (32) zur Verstärkung des Ausgangs des piezoelektrischen Aufnehmers (8 a) und zur Zufuhr des verstärkten Ausgangs zu dem piezoelektrischen Vibrator (8 b), wobei die Erkennungseinrichtungen eine Veränderung der Vibrationsfrequenz des inneren Vibrationsteiles (22) erkennen und einen Frequenzkomparator (54) aufweisen, der ein Erkennungssignal erzeugt, wenn die Differenz zwischen einer Frequenz des Oszillationsschaltkreises und einer Referenzfrequenz größer als ein festgelegter Wert ist. (Fig. 8)
14. Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtungen weiterhin aufweisen:
einen Erkennungsschaltkreis (52) für Vibrationen, der ein Erkennungssignal ausgibt, wenn von dem Oszillationsschaltkreis kein Ausgangssignal vorliegt.
15. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtung aufweisen:
einen Oszillationsschaltkreis mit einem piezoelektrischen Vibrator (8 b) an dem inneren Vibrationsteil (22), um das innere Vibrationsteil (22) in Schwingungen zu versetzen, einem piezoelektrischen Aufnehmer (8 a) an dem inneren Vibrationsteil (22), um Vibrationen des Vibrationsteils (22) aufzunehmen, und einem Verstärker (32) zur Verstärkung des Ausgangs des piezoelektrischen Aufnehmers (8 a) und zur Zufuhr des verstärkten Ausgangs zu dem piezoelektrischen Vibrator (8 b), wobei Erkennungseinrichtungen zur Erkennung einer Änderung der Vibrationsfrequenz des inneren Vibrationsteils (22) vorgesehen sind, welche aufweisen:
einen piezoelektrischen Aufnehmer (8 c) an dem inneren Vibrationsteil (22) zur Erkennung der Vibrationen des inneren Vibrationsteils (22) und einen Frequenzkomparator (54), der ein Erkennungssignal ausgibt, wenn eine Differenz zwischen einer Frequenz im Ausgang des piezoelektrischen Aufnehmers (8 c) und einer Referenzfrequenz größer als ein festgelegter Wert wird. (Fig. 10)
16. Sensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtungen weiterhin aufweisen:
einen Erkennungsschaltkreis für Vibrationen, der ein Erkennungssignal ausgibt, wenn von dem Oszillationsschaltkreis kein Ausgangssignal vorliegt.
17. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtungen aufweisen:
einen piezoelektrischen Vibrator (8 b) an dem inneren Vibrationsteil (22), um das innere Vibrationsteil (22) in Schwingung zu versetzen, und einen automatisch abstimmbaren Oszillator (70), um ein abgestimmtes Oszillatorausgangssignal dem piezoelektrischen Vibrator (8 b) zuzuführen, wobei Erkennungseinrichtungen vorgesehen sind, um ein Änderung der Vibrationsfrequenz des inneren Vibrationsteils (22) zu erkennen, welche aufweisen:
einen piezoelektrischen Aufnehmer (8 c) an dem inneren Vibrationsteil (22), um Vibrationen des inneren Vibrationsteils (22) zu erfassen und einen Frequenzkomparator (54), der ein Erkennungssignal ausgibt, wenn eine Differenz zwischen einer Frequenz des Ausgangs des piezoelektrischen Aufnehmers (8 c) und einer Referenzfrequenz größer als ein festgelegter Wert wird. (Fig. 11)
18. Sensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtungen weiterhin aufweisen:
einen Erkennungsschaltkreis für Vibrationen, der ein Erkennungssignal ausgibt, wenn von dem Oszillationsschaltkreis kein Ausgangssignal vorliegt.
19. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtungen aufweisen:
ein Filter, dessen Ausgang durch eine Frequenzänderung des inneren Vibrationsteils (22) verändert wird.
20. Sensor nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch ein Gewicht (95), das an einem Ende des hohlen Bauteiles angeordnet ist und dessen Masse ausreichend größer als die der Vibrationseinrichtungen ist, um die Vibrationen zu stabilisieren und unerwünschte Vibrationen an dem Ende des hohlen Bauteiles zu vermeiden.
21. Sensor nach Anspruch 12, weiterhin gekennzeichnet durch ein Paddel (98), das an dem Zylinder parallel zur Oberfläche des zu erkennenden Materials angeordnet ist.
DE19873734077 1986-07-21 1987-10-08 Vibrations-fuellstandsensor Granted DE3734077A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/888,523 US4740726A (en) 1986-07-21 1986-07-21 Vibrator-type level sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3734077A1 true DE3734077A1 (de) 1989-04-20

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