DE10153937A1

DE10153937A1 - Device for determining and / or monitoring a predetermined fill level in a container

Info

Publication number: DE10153937A1
Application number: DE10153937A
Authority: DE
Inventors: Helmut Pfeiffer
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-02-27
Also published as: DE50213869D1; DE10153936A1; ATE443849T1

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter vorgesehen, den Füllstand in einem Behälter anzugeben, der eine möglichst optimale Anpassung an eine Anwendung aufweist, welche Vorrichtung umfaßt: ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstands angebrachtes mechanisches Schwingungsgebilde, das eine Membran (3) und zwei daran voneinander beabstandet angeformte Schwingstäbe (7) aufweist, einen elektromechanischen Wandler, der das Schwingungsgebilde im Betrieb derart zu Schwingungen anregt, daß die Schwingstäbe (7) Schwingungen senkrecht zu deren Längsachsen ausführen, eine Empfangs- und Auswerteeinheit (13), die dazu dient, anhand der Schwingungen festzustellen und/oder zu überwachen, ob der vorbestimmte Füllstand erreicht ist oder nicht, bei dem die Schwingstäbe (7) eine Form aufweisen, bei der ein Massenträgheitsmoment einer Flüssigkeitsmenge, die die Schwingstäbe (7) im in die Flüssigkeit eingetauchten Zustand mitbewegen, möglichst groß und größer als ein 0,2-faches eines Massenträgheitsmomentes der Schwingstäbe (7) ist.A device is provided for determining and / or monitoring a predetermined fill level in a container, to indicate the fill level in a container which has the best possible adaptation to an application, which device comprises: a mechanical vibration structure attached to the predetermined fill level, which has a membrane (3) and two vibration rods (7) formed on it at a distance from one another, an electromechanical transducer which excites the vibration structure during operation in such a way that the vibration rods (7) carry out vibrations perpendicular to their longitudinal axes, a receiving and evaluation unit (13), which serves to determine and / or monitor on the basis of the vibrations whether the predetermined fill level has been reached or not, in which the vibrating rods (7) have a shape in which a moment of inertia of a quantity of liquid which the vibrating rods (7 ) immersed in the liquid move, is as large as possible and larger than 0.2 times a mass moment of inertia of the vibrating rods (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter. The invention relates to a device for detection and / or monitoring a predetermined level in a container.

Derartige Füllstandsgrenzschalter werden in vielen Industriezweigen, insb. in der Chemie und in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Sie dienen zur Grenzstanddetektion und werden z. B. als Überfüllsicherung oder als Pumpenleerlaufschutz verwendet. Such level limit switches are used in many industries, especially in used in chemistry and in the food industry. They are used for Point level detection and z. B. as overfill protection or as Pump idle protection used.

In der DE-A 44 19 617 ist eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter beschrieben. Diese umfaßt:

- ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes angebrachtes mechanisches Schwingungsgebilde,
- das eine Membran und zwei daran von einander beabstandet angeformte Schwingstäbe aufweist,
- einen elektromechanischen Wandler,
- der das Schwingungsgebilde im Betrieb derart zu Schwingungen anregt, daß die Schwingstäbe Schwingungen senkrecht zu deren Längsachse ausführen, und
- eine Empfangs- und Auswerteeinheit, die dazu dient anhand der Schwingung festzustellen und/oder zu überwachen, ob der vorbestimmte Füllstand erreicht ist oder nicht.

DE-A 44 19 617 describes a device for determining and / or monitoring a predetermined fill level in a container. This includes:

a mechanical vibration structure attached at the level of the predetermined level,
which has a membrane and two oscillating rods formed thereon at a distance from one another,
- an electromechanical transducer,
- Which excites the vibrating structure to vibrate during operation in such a way that the vibrating rods execute vibrations perpendicular to their longitudinal axis, and
- A receiving and evaluation unit, which serves to determine and / or monitor on the basis of the vibration and / or monitor whether the predetermined fill level has been reached or not.

Die Schwingstäbe weisen endseitig an deren membran-abgewandten Seite flächige parallel zueinander angeordnete Paddel auf. Eine Flächennormale auf die Paddel verläuft senkrecht zur Längsachse der Paddel. The end of the vibrating rods is on their side facing away from the membrane flat paddles arranged parallel to each other. An area normal to the paddle is perpendicular to the longitudinal axis of the paddle.

Der elektromechanische Wandler weist mindestens einen Sender auf, an dem ein elektrisches Sendesignal anliegt und der das mechanische Schwingungsgebilde zu Schwingungen anregt. Es ist ein Empfänger vorgesehen, der die mechanischen Schwingungen des Schwingungsbildes aufnimmt und in ein elektrisches Empfangssignal umwandelt. Die Auswerteeinheit nimmt das Empfangssignal auf und vergleicht dessen Frequenz mit einer Referenzfrequenz. Sie erzeugt ein Ausgangssignal das angibt, daß das mechanische Schwingungsgebilde von einem Füllgut bedeckt ist, wenn die Frequenz einen Wert aufweist der kleiner als die Referenzfrequenz ist, und daß es nicht bedeckt ist, wenn der Wert größer ist. Es ist ein Regelkreis vorgesehen, der eine zwischen dem elektrischen Sendesignal und dem elektrischen Empfangssignal bestehende Phasendifferenz auf einen bestimmten konstanten Wert regelt, bei dem das Schwingungsgebilde Schwingungen mit einer Resonanzfrequenz ausführt. The electromechanical transducer has at least one transmitter on which an electrical transmission signal is present and the mechanical Vibrational structures stimulate vibrations. It is a recipient provided the mechanical vibrations of the vibration pattern records and converts it into an electrical reception signal. The Evaluation unit picks up the received signal and compares it Frequency with a reference frequency. It generates an output signal that indicates that the mechanical vibratory structure is covered by a product is when the frequency has a value less than that Reference frequency, and that it is not covered if the value is larger. A control loop is provided, one between the electrical Transmission signal and the electrical reception signal existing Regulates phase difference to a certain constant value at which the Vibration structures executes vibrations with a resonance frequency.

Der Regelkreis wird z. B. dadurch gebildet, daß das Empfangssignal verstärkt und über einen Phasenschieber auf das Sendesignal zurück gekoppelt wird. The control loop is e.g. B. formed by amplifying the received signal and is coupled back to the transmission signal via a phase shifter.

Derartige Vorrichtungen werden in einer Vielzahl verschiedener Anwendungen eingesetzt und sind somit ganz unterschiedlichen Anforderungen ausgesetzt. Such devices are used in a variety of different applications used and are therefore exposed to very different requirements.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter anzugeben, der eine möglichst optimale Anpassung an eine Vielzahl von Anwendungen aufweist. It is an object of the invention, a device for detection and / or Monitoring a predetermined Fill level in a container to indicate the most optimal Adaptation to a variety of applications.

Dies wird erfindungsgemäß gelöst, durch eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter, welche Vorrichtung umfaßt:

- ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes angebrachtes mechanisches Schwingungsgebilde,
- das eine Membran und zwei daran von einander beabstandet angeformte Schwingstäbe aufweist,
- einen elektromechanischen Wandler,
- der das Schwingungsgebilde im Betrieb derart zu Schwingungen anregt, daß die Schwingstäbe Schwingungen senkrecht zu deren Längsachse ausführen,
- eine Empfangs- und Auswerteeinheit, die dazu dient anhand der Schwingungen festzustellen und/oder zu überwachen, ob der vorbestimmte Füllstand erreicht ist oder nicht,
- bei dem die Schwingstäbe eine Form ausweisen, bei der ein Massenträgheitsmoment einer Flüssigkeitsmenge, die die Schwingstäbe im in die Flüssigkeit eingetauchten Zustand mitbewegen möglichst groß und größer als ein 0,2 faches eines Massenträgheitsmomentes der Schwingstäbe ist.

This is achieved according to the invention by a device for determining and / or monitoring a predetermined fill level in a container, which device comprises:

a mechanical vibration structure attached at the level of the predetermined level,
which has a membrane and two oscillating rods formed thereon at a distance from one another,
- an electromechanical transducer,
which excites the vibrating structure to vibrate during operation such that the vibrating rods execute vibrations perpendicular to their longitudinal axis,
a receiving and evaluation unit which serves to determine and / or monitor on the basis of the vibrations whether the predetermined fill level has been reached or not,
- In which the vibrating rods have a shape in which a mass moment of inertia of a quantity of liquid which the vibrating rods move in the state immersed in the liquid is as large as possible and greater than 0.2 times a mass moment of inertia of the vibrating rods.

Gemäß einer Ausgestaltung weisen die Schwingstäbe endseitig an deren membran-abgewandten Seite flächige parallel zueinander angeordnete Paddel auf, wobei eine Flächennormale auf die Paddel senkrecht zur Längsachse der Schwingstäbe verläuft. According to one embodiment, the vibrating rods have ends at their ends Side facing away from the membrane flat paddles arranged parallel to each other on, with a surface normal to the paddle perpendicular to the longitudinal axis of the Vibrating rods runs.

Gemäß einer Weiterbildung

- ragen die Schwingstäbe im Betrieb durch eine Öffnung in den Behälter hinein,
- weist die Öffnung einen Durchmesser von weniger als fünf Zentimetern auf,
- weist die Membran einen Durchmesser auf, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Öffnung ist,
- weisen die Paddel eine maximale Breite auf, bei der ein Außendurchmesser der Vorrichtung im Bereich der Schwingstäbe kleiner gleich dem Durchmesser der Öffnung ist.

According to further training

- during operation, the vibrating rods protrude through an opening into the container,
the opening has a diameter of less than five centimeters,
the membrane has a diameter which is slightly smaller than the diameter of the opening,
- The paddles have a maximum width at which an outer diameter of the device in the area of the vibrating rods is less than or equal to the diameter of the opening.

Gemäß einer Weiterbildung ist eine Länge L der Schwingstäbe einschließlich der Paddel so gewählt, daß eine Resonanzfrequenz des Schwingungsgebildes bei maximaler Paddelbreite kleiner als 1400 Hz ist. According to a further development, a length L of the vibrating rods is included the paddle chosen so that a resonance frequency of the vibratory structure at maximum paddle width is less than 1400 Hz.

Gemäß einer Weiterbildung weisen die Paddel eine Länge l auf, die 50% +/- 10% der Länge L der Schwingstäbe ausmacht. According to a further development, the paddles have a length l that is 50% +/- Accounts for 10% of the length L of the vibrating rods.

Gemäß einer Weiterbildung weisen die Paddel eine geringe Dicke auf. According to a further development, the paddles have a small thickness.

Gemäß einer Ausgestaltung besteht die Membran aus einem Metall und weist eine Dicke von 0,6 bis 1 mm auf. According to one embodiment, the membrane consists of a metal and has a thickness of 0.6 to 1 mm.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung

- weist die Öffnung einen Durchmesser von ca. 24 mm (S Zoll) auf,
- ist die Membran in die Öffnung eingebracht und schließt diese ab,
- weist jeder Schwingstab ein Massenträgheitsmoment auf, das kleiner gleich 18 kg/mm² und größer gleich 1,1 kg/mm² ist,
- weisen die Paddel eine Dicke zwischen 1 mm und 4,1 mm auf, und
- weisen die Schwingstäbe eine Länge zwischen 37 mm und 60 mm auf.

According to a first embodiment

- the opening has a diameter of approximately 24 mm (S inches),
- the membrane is inserted in the opening and closes it,
each vibration rod has a moment of inertia which is less than or equal to 18 kg / mm ² and greater than or equal to 1.1 kg / mm ² ,
- The paddles have a thickness between 1 mm and 4.1 mm, and
- The vibrating rods have a length between 37 mm and 60 mm.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung

- weist die Öffnung einen Durchmesser von ca. 12 mm (R Zoll) auf,
- ist die Membran in die Öffnung eingebracht und schließt diese ab,
- weist jeder Schwingstab ein Massenträgheitsmoment auf, das kleiner gleich 1,6 kg/mm² und größer gleich 0,4 kg/mm² ist,
- weisen die Paddel eine Dicke zwischen 1 mm und 2 mm auf, und
- die Schwingstäbe weisen eine Länge zwischen 30 mm und 40 mm auf.

According to a second embodiment

- the opening has a diameter of approximately 12 mm (R inches),
- the membrane is inserted in the opening and closes it,
each vibration rod has a mass moment of inertia which is less than or equal to 1.6 kg / mm ² and greater than or equal to 0.4 kg / mm ² ,
- The paddles have a thickness between 1 mm and 2 mm, and
- The vibrating rods have a length between 30 mm and 40 mm.

Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung einer der oben genannten Vorrichtungen, bei dem

- aus einen vorgegeben Durchmesser der Öffnung im Behälter der maximale Durchmesser der Membran bestimmt wird,
- ein Abstand der Paddel zueinander und deren Dicke in Abhängigkeit vom Durchmesser der Membran festgelegt wird,
- nachfolgend zur Erzielung einer hohen Empfindlichkeit der Vorrichtung die maximal mögliche Breite der Paddel bestimmt wird,
- eine Mindestlänge der Schwingstäbe ermittelt wird, ab der eine Resonanzfrequenz des Schwingungsgebildes weniger als 1400 Hz beträgt, und
- das Schwingungsgebilde unter Einhaltung der vorgenannten Bemessungsangaben gefertigt wird.

The invention further relates to a method for producing one of the above-mentioned devices, in which

the maximum diameter of the membrane is determined from a predetermined diameter of the opening in the container,
a distance between the paddles and their thickness is determined depending on the diameter of the membrane,
the maximum possible width of the paddles is subsequently determined in order to achieve a high sensitivity of the device,
- A minimum length of the vibrating rods is determined, from which a resonance frequency of the vibrating structure is less than 1400 Hz, and
- The vibration structure is manufactured in compliance with the aforementioned design information.

Das Schwingungsgebilde führt im Betrieb erzwungene harmonische Schwingungen aus. Vorzugsweise wird die Vorrichtung in Resonanz betrieben, da dann eine Amplitude der Schwingungen maximal ist. Ein Eintauchen des Schwingungsgebildes in die Flüssigkeit bewirkt eine zusätzliche Dämpfung der Resonanzschwingung und führt zu einer Reduktion der Schwingungsamplitude und der Resonanzfrequenz. Ursache für die Dämpfung ist, daß eine von der Form der Schwingstäbe abhängige Flüssigkeitsmenge mit den Schwingstäben mit bewegt wird. The vibratory structure leads to forced harmonics during operation Vibrations. The device is preferably operated in resonance, because then an amplitude of the vibrations is maximal. An immersion of the Vibration structure in the liquid causes additional damping of the Resonance vibration and leads to a reduction in the vibration amplitude and the resonance frequency. The reason for the damping is that one of the The shape of the vibrating rods depends on the amount of liquid with the vibrating rods is moved with.

Indem die Schwingstäbe so ausgebildet sind, daß das Massenträgheitsmoment der mit den Schwingstäben im eingetauchten Zustand mitbewegten Flüssigkeitsmasse möglichst groß ist im Vergleich zu dem Massensträgheitsmoment der Schwingstäbe weist die Vorrichtung eine sehr hohe Empfindlichkeit auf. D. h. ein durch das Eintauchen in die Flüssigkeit bedingter Meßeffekt ist sehr groß. Bei den hier beschriebenen Massenträgheitsmomenten liegt eine Bezugsachse für das Massenträgheitsmoment jeweils in der Ebene der Membran und verläuft senkrecht zur Flächennormale auf die Paddel. By designing the vibrating rods so that the moment of inertia that moved with the vibrating rods in the immersed state Liquid mass is as large as possible compared to that Mass moment of inertia of the vibrating rods, the device has a very high sensitivity on. I.e. is a measurement effect caused by immersion in the liquid very large. There is a mass moment of inertia described here Reference axis for the moment of inertia in the plane of Membrane and runs perpendicular to the surface normal to the paddles.

Untersuchungen haben gezeigt, daß es für die meisten Anwendungen ausreicht, wenn das Massenträgheitsmoment der mitbewegten Flüssigkeitmasse mindestens gleich dem 0,2 fachen des Massenträgheitsmomentes der Schwingstäbe ist. Damit ist gewährleistet, daß die Vorrichtung auch unter sehr schwierigen Bedingungen, z. B. in Medien mit einer geringen Dichte, fehlerfrei arbeitet. Für die Größe der mitbewegten Flüssigkeitsmenge ist eine in Bewegungsrichtung der Schwingstäbe projezierte Fläche entscheidend. Je größer die projezierte Fläche ist, umso größer ist auch die mitbewegte Flüssigkeitsmenge. Research has shown that it is suitable for most applications is sufficient if the moment of inertia of the moving liquid mass at least equal to 0.2 times the moment of inertia of the Vibrating rods is. This ensures that the device is also very difficult conditions, e.g. B. in media with a low density, error-free is working. For the size of the amount of liquid moved, an in Direction of movement of the vibrating rods projected area crucial. ever the larger the projected area, the larger the moving area Amount of liquid.

Ein Maß für die Empfindlichkeit der Vorrichtung ist eine Änderung der Resonanzfrequenz. Nachfolgend ist mit der Empfindlichkeit δ die Differenz der Resonanzfrequenz ω_f, mit der das Schwingungsgebilde schwingt, wenn es in die Flüssigkeit eingetaucht ist und die Resonanzfrequenz ω₀, mit der das Schwingungsgebilde außerhalb der Flüssigkeit frei schwingt, bezogen auf die Resonanzfrequenz ω₀, mit der das Schwingungsgebilde außerhalb der Flüssigkeit schwingt, gemeint. A measure of the sensitivity of the device is a change in the resonance frequency. Subsequently, with the sensitivity δ, the difference of the resonance frequency ω _f with which the vibrating structure vibrates when immersed in the liquid and the resonance frequency ω ₀ with which the vibrating structure vibrates freely outside the liquid, based on the resonance frequency ω ₀ , with which vibrates the vibratory structure outside the liquid, meant.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die Empfindlichkeit δ eine Funktion des Verhältnisses V der Massenträgheitsmoments der mit den Schwingstäben im eingetauchten Zustand mitbewegten Flüssigkeitsmasse und des Massensträgheitsmoments der Schwingstäbe ist. Es gilt:

δ = 1-(1/1+V))^1/2 (1)
Studies have shown that the sensitivity δ is a function of the ratio V of the mass moment of inertia of the liquid mass moving with the vibrating rods in the immersed state and the mass moment of inertia of the vibrating rods. The following applies:

δ = 1- (1/1 + V)) ^1/2 (1)

Bei einem Verhältnis V von 0,2 beträgt die Empfindlichkeit δ bereits 16%. Die in Gleichung (1) angegebene Berechnungsvorschrift ist in Fig. 1 graphisch dargestellt. With a ratio V of 0.2, the sensitivity δ is already 16%. The calculation rule given in equation (1) is shown graphically in FIG. 1.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert; gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. The invention and further advantages are now shown in the figures of FIG Drawing, in which an embodiment is shown, explained in more detail; Identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

Fig. 1 zeigt eine Empfindlichkeit einer Vorrichtung in Abhängigkeit vom Verhältnis V des Massenträgheitsmoments der mitbewegten Flüssigkeitsmenge zu dem Massenträgheitsmoment der Schwingstäbe; Fig. 1 shows a sensitivity of a device in accordance with the ratio V of the mass moment of inertia of the entrained liquid quantity to the mass moment of inertia of the oscillating rods;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands; Fig. 2 shows a longitudinal section through a device for determining and / or monitoring a predetermined level;

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Schwingstabs; Fig. 3 shows a side view of a vibrating bar;

Fig. 4 zeigt eine Abhängigkeit der Empfindlichkeit der Vorrichtung von der Paddelbreite; Fig. 4 shows a dependence of the sensitivity of the device of the paddle width;

Fig. 5 zeigt eine Abhängigkeit der Empfindlichkeit der Vorrichtung von der Paddellänge; Fig. 5 shows a dependence of the sensitivity shows the apparatus of the paddle length;

Fig. 6 zeigt eine Abhängigkeit der Empfindlichkeit der Vorrichtung von der Paddeldicke. Fig. 6 shows a dependence of the sensitivity of the device of the paddle thickness.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine Form der Schwingstäbe; und Fig. 7 shows an example of a shape of the vibrating bars; and

Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Form der Schwingstäbe. Fig. 8 shows another example of a shape of the vibrating bars.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter. Sie weist ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes anzubringendes mechanisches Schwingungsgebilde auf. Fig. 2 shows a longitudinal section through a device according to the invention for determining and / or monitoring a predetermined level in a container. It has a mechanical vibration structure to be attached at the level of the predetermined fill level.

Das Schwingungsgebilde umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1, das von einer kreisförmigen Membran 3 frontbündig abgeschlossen ist. An das Gehäuse 1 ist ein Gewinde 5 angeformt, mittels dessen die Vorrichtung in eine auf der Höhe des vorbestimmten Füllstands angeordnete Öffnung 6 in den Behälter eingeschraubt ist. Andere dem Fachmann bekannte Befestigungsweisen, z. B. mittels an dem Gehäuse 1 angeformter Flansche, sind ebenfalls einsetzbar. The vibratory structure comprises an essentially cylindrical housing 1 , which is closed flush with a circular membrane 3 . A thread 5 is formed on the housing 1 , by means of which the device is screwed into an opening 6 arranged at the level of the predetermined fill level in the container. Other fastening methods known to the person skilled in the art, e.g. B. by means of molded onto the housing 1 flanges can also be used.

An der Außenseite des Gehäuses 1 sind an der Membran 3 zwei in den Behälter weisende Schwingstäbe 7 angeformt, die ebenfalls Bestandteil des Schwingungsgebildes sind. Fig. 3 zeigt eine Anschicht der Schwingstäbe 7. Die Schwingstäbe 7 werden durch einen im Inneren des Gehäuses 1 auf der Membran 3 angeordneten elektromechanischen Wandler 9 in Schwingungen senkrecht zu deren Längsachse versetzt. Als elektromechanischer Wandler 9 dient in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein scheibenförmiges piezoelektrisches Element, das auf die Membran 3 aufgebracht und fest mit dieser verbunden ist. Das piezoelektrische Element ist z. B. auf die Membran 3 aufgeklebt oder aufgelötet und dient dazu die Membran 3 im Betrieb in Biegeschwingungen zu versetzen. Durch diese Membranbewegung werden die Schwingstäbe 7 in Schwingungen senkrecht zu deren Längsachse versetzt. On the outside of the housing 1 , two vibrating rods 7 are formed on the membrane 3 , which are also part of the vibratory structure. Fig. 3 shows a Anschicht the vibrating bars 7. The vibrating rods 7 are set into vibrations perpendicular to their longitudinal axis by an electromechanical transducer 9 arranged on the membrane 3 in the interior of the housing 1 . In the illustrated embodiment, a disk-shaped piezoelectric element, which is applied to the membrane 3 and is firmly connected to it, serves as the electromechanical transducer 9 . The piezoelectric element is e.g. B. glued to the diaphragm 3 or soldered and serves to enable bending vibrations in the diaphragm 3 in operation. This membrane movement causes the vibrating rods 7 to vibrate perpendicularly to their longitudinal axis.

Das Schwingungsgebilde wird im Betrieb mittels einer elektronischen Schaltung 11 zu Schwingungen angeregt und es ist eine Empfangs- und Auswerteeinheit 13 vorgesehen, die dazu dient anhand der Schwingung festzustellen und/oder zu überwachen, ob der vorbestimmte Füllstand erreicht ist oder nicht. Dies geschieht beispielsweise, indem auf einer membran-abgewandten Seite des piezoelektrischen Elements 9 eine Sendeelektrode 15 und eine Empfangselektrode 17 angeordnet sind. During operation, the oscillation structure is excited to oscillate by means of an electronic circuit 11 and a receiving and evaluation unit 13 is provided, which serves to determine and / or to monitor on the basis of the oscillation whether the predetermined fill level has been reached or not. This is done, for example, by arranging a transmitting electrode 15 and a receiving electrode 17 on a side of the piezoelectric element 9 facing away from the membrane.

Über die elektronische Schaltung 11 liegt an der Sendeelektrode 15 ein elektrisches Sendesignal an, das das mechanische Schwingungsgebilde zu Schwingungen anregt. Die Schwingungen werden mittels der Empfangselektrode 17 aufgenommen und in ein elektrisches Empfangssignal umwandelt. Die Empfangs- und Auswerteeinheit 13 nimmt das Empfangssignal auf vergleicht dessen Frequenz mit einer Referenzfrequenz. Sie erzeugt ein Ausgangssignal das angibt, daß das mechanische Schwingungsgebilde von einem Füllgut bedeckt ist, wenn die Frequenz einen Wert aufweist der kleiner als die Referenzfrequenz ist, und daß es nicht bedeckt ist, wenn der Wert größer ist. In der elektronischen Schaltung 11 ist ein Regelkreis vorgesehen, der eine zwischen dem elektrischen Sendesignal und dem elektrischen Empfangssignal bestehende Phasendifferenz auf einen bestimmten konstanten Wert regelt, bei dem das Schwingungsgebilde Schwingungen mit einer Resonanzfrequenz ausführt. Via the electronic circuit 11 , an electrical transmission signal is present at the transmission electrode 15 , which excites the mechanical oscillation structure to oscillate. The vibrations are picked up by the reception electrode 17 and converted into an electrical reception signal. The receiving and evaluating unit 13 receives the received signal, compares its frequency with a reference frequency. It generates an output signal which indicates that the mechanical oscillation structure is covered by a filling material if the frequency has a value which is lower than the reference frequency and that it is not covered if the value is larger. A control circuit is provided in the electronic circuit 11 , which regulates a phase difference between the electrical transmission signal and the electrical reception signal to a specific constant value, at which the oscillation structure carries out oscillations with a resonance frequency.

Erfindungsgemäß weisen die Schwingstäbe eine Form auf, bei der ein ein Massenträgheitsmoment einer Flüssigkeitsmenge, die die Schwingstäbe im in die Flüssigkeit eingetauchten Zustand mitbewegen möglichst groß und größer als ein 0,2 faches eines Massenträgheitsmomentes der Schwingstäbe ist. According to the invention, the vibrating rods have a shape in which a Mass moment of inertia of a quantity of liquid that the vibrating rods in move the liquid immersed state as large and large as possible than 0.2 times a moment of inertia of the vibrating rods.

Mit dem Massenträgheitsmoment ist immer das Massenträgheitsmoment der Schwingstäbe 7 bzw. der mitbewegten Flüssigkeitsmasse bezogen auf die in der Ebene der Membran 3 senkrecht zur Flächennormale auf die Paddel 8 verlaufende Achse gemeint. The mass moment of inertia always means the mass moment of inertia of the vibrating rods 7 or the moving liquid mass based on the axis running in the plane of the membrane 3 perpendicular to the surface normal to the paddle 8 .

Bei einer solchen Auslegung der Schwingstäbe ist eine hohe Empfindlichkeit δ der Vorrichtung gewährleistet. Eine hohe Empfindlichkeit δ ist grundlegend für eine optimale Anpassung der Vorrichtung an eine Vielzahl von Anwendungen. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit δ kann die Vorrichtung problemlos auch in ansonsten sehr schwierigen Anwendungen, z. B. in Flüssigkeiten mit sehr geringer Dichte eingesetzt werden. With such a design of the vibrating rods, there is a high sensitivity δ the device guaranteed. A high sensitivity δ is fundamental for an optimal adaptation of the device to a variety of applications. Due to the high sensitivity δ, the device can also be used in otherwise very difficult applications, e.g. B. in liquids with very low density can be used.

Eine Vergrößerung des Verhältnisses V, das wie bereits eingangs dargelegt die zentrale Größe darstellt, kann auf vielfältige Weise erfolgen. Eine großes Verhältnis V liegt vor, wenn die Schwingstäbe 7 eine Form aufweisen, bei der eine Dicke der mit den Schwingstäben 7 mitbewegten Flüssigkeitsschicht möglichst groß ist. Hierfür ist eine in Bewegungsrichtung der Schwingstäbe 7 projezierte Fläche derselben entscheidend. Je größer die durch die Flüssigkeit bewegte Fläche in der Projektion ist, umso größer ist auch die mitbewegte Flüssigkeitsmenge. An increase in the ratio V, which, as already mentioned, is the central variable, can be done in a variety of ways. A large ratio V exists if the vibrating rods 7 have a shape in which the thickness of the liquid layer moving with the vibrating rods 7 is as large as possible. A surface of the vibrating rods 7 projected in the direction of movement of the same is decisive for this. The larger the area moved by the liquid in the projection, the greater the amount of liquid moved.

Da flächige Elemente besser geeignet sind, große Mengen an Flüssigkeit mit zu bewegen, weisen die Schwingstäbe 7, wie in Fig. 3 dargestellt vorzugsweise endseitig an deren membran-abgewandten Seite flächige parallel zueinander angeordnete Paddel 8 auf, die so ausgerichtet sind, daß deren Flächennormale senkrecht zur Längsachse der Schwingstäbe 7 verläuft. Since flat elements are more suitable for moving large amounts of liquid, the vibrating rods 7 , as shown in FIG. 3, preferably have flat paddles 8 arranged parallel to one another at the end on their side facing away from the membrane, which are aligned such that their surface normal runs perpendicular to the longitudinal axis of the vibrating rods 7 .

Untersuchungen haben gezeigt, daß sich das für die Empfindlichkeit der Vorrichtung so wichtige Verhältnis des Massenträgheitsmoments der mitbewegten Flüssigkeit bezogen auf das Massenträgheitsmoment der Schwingstäbe deutlich vergrößern läßt, indem die Breite der Schwingstäbe 7, bzw. in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Breite b der Paddel 8 vergrößert wird. Fig. 4 zeigt schematisch die Empfindlichkeit δ in Abhängigkeit von der Breite b der Paddel 8. Eine Verlängerung der Schwingstäbe 7 und/oder der Paddel 8 führt dagegen nicht zu einer merklichen Vergrößerung des Verhältnisses V der beiden Massenträgheitsmomente. Bei einer Verlängerung der Schwingstäbe 7 steigen das Massenträgheitsmoment der mitbewegten Flüssigkeit und das Massenträgheitsmoment der Schwingstäbe 7 ungefähr gleich stark an. Es ist daher die Breite b der Paddel 8 zu maximieren, um eine hohe Empfindlichkeit der Vorrichtung zu erzielen. Investigations have shown that the ratio of the mass moment of inertia of the moving liquid, which is so important for the sensitivity of the device, to the mass moment of inertia of the vibrating rods can be significantly increased by increasing the width of the vibrating rods 7 , or in the exemplary embodiment shown, the width b of the paddles 8 becomes. Fig. 4 schematically shows the sensitivity of δ as a function of the width b of the paddles. 8 An extension of the vibrating rods 7 and / or the paddles 8 , however, does not lead to a noticeable increase in the ratio V of the two moments of inertia. When the vibrating rods 7 are lengthened, the mass moment of inertia of the moving liquid and the mass moment of inertia of the vibrating rods 7 increase approximately equally. The width b of the paddles 8 must therefore be maximized in order to achieve a high sensitivity of the device.

Die Schwingstäbe 7 ragen im Betrieb durch die Öffnung 6 in den Behälter hinein. Die Öffnung 6 weist einen Durchmesser von wenigen Zentimetern auf. Die Membran 3 weist einen Durchmesser auf, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Öffnung 6 ist. Entsprechend weisen die Paddel 8 vorzugweise eine maximale Breite b auf, bei der ein Außendurchmesser der Vorrichtung im Bereich der Schwingstäbe 7 geringfügig kleiner als der Durchmesser der Öffnung 6 im Behälter ist. The vibrating rods 7 protrude through the opening 6 into the container during operation. The opening 6 has a diameter of a few centimeters. The membrane 3 has a diameter that is slightly smaller than the diameter of the opening 6 . Accordingly, the paddles 8 preferably have a maximum width b at which an outer diameter of the device in the area of the vibrating rods 7 is slightly smaller than the diameter of the opening 6 in the container.

Obwohl bei einer Vergrößerung der Breite b als auch bei einer Vergrößerung der Länge l der Paddel das Massenträgheitsmoment der Schwingstäbe 7 ansteigt, ist nur durch die Vergrößerung der Breite b eine deutliche Steigerung der Empfindlichkeit δ der Vorrichtung erzielbar. Although the mass moment of inertia of the vibrating rods 7 increases with an increase in the width b and also with an increase in the length l of the paddles, a significant increase in the sensitivity δ of the device can only be achieved by increasing the width b.

In begrenztem Umfang ist auch durch eine Verkleinerung der Dicke d der Paddel 8 eine Vergrößerung des Verhältnisses V erzielbar. Dünnere Paddel 8 haben bei gleicher gegen die Flüssigkeit bewegter projizierter Fläche eine geringere Masse und somit ein geringeres Massenträgheitsmoment als ansonsten identische Schwingstäbe 7 mit dickeren Paddeln 8. Da die durch die Flüssigkeit bewegte projezierte Fläche gleich bleibt, bleibt auch die mitbewegte Flüssigkeitsmenge und damit auch deren Massenträgheitsmoment gleich. Entsprechend vergrößert sich das Verhältnis V der Massenträgheitsmomente. Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit der Empfindlichkeit der Vorrichtung von der Paddeldicke d. To a limited extent, the ratio V can also be increased by reducing the thickness d of the paddles 8 . Thinner paddles 8 have a lower mass with the same projected area moved against the liquid and thus a lower moment of inertia than otherwise identical vibrating rods 7 with thicker paddles 8 . Since the projected area moved by the liquid remains the same, the amount of liquid moved with it and thus also its moment of inertia remains the same. The ratio V of the moments of inertia increases accordingly. Fig. 6 shows the dependence of the sensitivity of the device D from the paddle thickness.

Der Verkleinerung der Dicke d der Paddel 8 sind natürlich Grenzen gesetzt, die sich daraus ergeben, daß die Schwingstäbe 7 bzw. die Paddel 8 durch durch eine Anwendung gegebene mechanische Belastungen nicht verformt, verbogen oder sogar abgebrochen werden dürfen. Bei metallischen Schwingstäben 7 sollte auch Gründen der mechanischen Stabilität ein Grenzwert von einem Millimeter Dicke nicht unterschritten werden. The reduction in the thickness d of the paddles 8 is of course subject to limits which result from the fact that the vibrating rods 7 or the paddles 8 may not be deformed, bent or even broken off by mechanical loads given by an application. In the case of metallic vibrating rods 7 , a limit of one millimeter thickness should not be undershot for reasons of mechanical stability.

Das Massenträgheitsmoment der Schwingstäbe 7 kann je nach Form der Schwingstäbe entweder unmittelbar, mittels Näherungsrechnungen oder durch Simulationsrechnungen, z. B. mittels der Finiten-Elemente-Methode, bestimmt werden. Das Massenträgheitsmoment der mitbewegten Flüssigkeitsmasse kann indirekt aus Gleichung (1) bestimmt werden. Hierzu muß in einem ersten Schritt experimentell oder numerisch die Empfindlichkeit 5 der Vorrichtung berechnet werden und das Massenträgheitsmoment der Schwingstäbe 7 zur Verfügung stehen. Für die numerische Berechnung der Empfindlichkeit δ stehen heute Simulationsprogramme, wie z. B. das Softwarepaket ANSYS der Firma ANSYS, Inc. aus Canonsburg, PA 15317 in den USA zur Verfügung, mit dem ein Eintauchen der Schwingstäbe 7 in eine Flüssigkeit simuliert werden kann, und aus den Simulationen die Schwingungsfrequenzen bestimmt werden können. The moment of inertia of the vibrating rods 7 can, depending on the shape of the vibrating rods, either directly, by means of approximation calculations or by simulation calculations, e.g. B. using the finite element method. The moment of inertia of the moving liquid mass can be determined indirectly from equation (1). For this purpose, the sensitivity 5 of the device must be calculated experimentally or numerically in a first step and the moment of inertia of the vibrating rods 7 must be available. Today, simulation programs such as B. the software package ANSYS from the company ANSYS, Inc. from Canonsburg, PA 15317 in the USA is available, with which an immersion of the vibrating rods 7 in a liquid can be simulated and the vibrational frequencies can be determined from the simulations.

Da eine Länge L der Schwingstäbe 7 keinen wesentlichen Einfluß auf das Verhältnis V der Massenträgheitsmomente hat, sich aber sehr wohl auf das Massenträgheitsmoment der Schwingstäbe 7 auswirkt, kann die Länge L der Schwingstäbe 7 zur Einstellung einer gewünschten Resonanzfrequenz verwendet werden. Vorzugsweise ist die Länge L der Schwingstäbe 7 einschließlich der Paddel 8 so gewählt, daß die Resonanzfrequenz des Schwingungsgebildes bei maximaler Breite b der Paddel 8 kleiner als 1400 Hz ist. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Vorrichtung auch in ausgasenden Medien, z. B. in mit Kohlensäure versetztem Wasser, noch zuverlässig arbeitet. Since a length L of the vibrating rods 7 has no significant influence on the ratio V of the moments of inertia, but does have an effect on the moment of inertia of the vibrating rods 7 , the length L of the vibrating rods 7 can be used to set a desired resonance frequency. The length L of the vibrating rods 7, including the paddles 8, is preferably selected such that the resonance frequency of the vibratory structure at a maximum width b of the paddles 8 is less than 1400 Hz. This ensures that the device can also be used in outgassing media, e.g. B. still works in carbonated water.

Vorzugsweise weisen die Paddel 8 eine Länge l auf, die 50% +/- 10% der Länge L der Schwingstäbe ausmacht. Eine weitere Vergrößerung der Länge l der Paddel 8 bezogen auf die Länge L der Schwingstäbe 7 bringt nur eine sehr geringe Vergrößerung der Empfindlichkeit δ, von weniger als 5%, sie bedeutet also einen zusätzlichen Materialaufwand, der sich praktisch für die meisten Anwendungen nicht auszahlt. The paddles 8 preferably have a length l which is 50% +/- 10% of the length L of the vibrating rods. A further increase in the length l of the paddles 8 in relation to the length L of the vibrating rods 7 brings only a very small increase in the sensitivity δ, of less than 5%, which means that it means an additional expenditure of material which practically does not pay off for most applications.

Die Membran 3 besteht aus einem Metall und weist eine Dicke von 0,6 bis 1 mm auf. Bei einer solchen Dicke ist bei einer metallischen Membran 3 eine ausreichende Sicherheit gegeben, damit die Membran 3 auch starken Belastungen, z. B. durch hohe Drücken oder mechanische Beanspruchung standhält. The membrane 3 consists of a metal and has a thickness of 0.6 to 1 mm. With such a thickness, there is sufficient security in the case of a metallic membrane 3 , so that the membrane 3 can also withstand heavy loads, e.g. B. withstands high pressures or mechanical stress.

Nachfolgend sind zwei Optimierungsbeispiele für Schwingstäbe 7 mit Paddeln 8 angegeben. Two optimization examples for vibrating rods 7 with paddles 8 are given below.

Bei einem Behälter, bei dem die Öffnung einen Durchmesser von ca. 24 mm (S Zoll) aufweist, und die Membran 3 derart in die Öffnung eingebracht ist, daß sie diese abschließt, weisen die Schwingstäbe 7 vorzugsweise ein Massenträgheitsmoment auf, daß kleiner gleich 18 kg/mm² und größer gleich 1,1 kg/mm² ist. Die Paddel 8 weisen dabei vorzugsweise eine Dicke zwischen 1 mm und 4,1 mm auf, und die Schwingstäbe 7 haben eine Länge zwischen 37 mm und 60 mm. In the case of a container in which the opening has a diameter of approximately 24 mm (S inches) and the membrane 3 has been introduced into the opening in such a way that it closes it, the vibrating rods 7 preferably have a mass moment of inertia that is less than or equal to 18 kg / mm ² and greater is equal to 1.1 kg / mm ² . The paddles 8 preferably have a thickness between 1 mm and 4.1 mm, and the vibrating rods 7 have a length between 37 mm and 60 mm.

Bei einem Behälter, bei dem die Öffnung einen Durchmesser von ca. 12 mm (R Zoll) aufweist, und die Membran 3 derart in die Öffnung eingebracht ist und sie die Öffnung abschließt, weisen die Schwingstäbe 7 vorzugsweise ein Massenträgheitsmoment auf, das kleiner gleich 1,6 kg/mm² und größer gleich 0,4 kg/mm² ist. Die Paddel 8 weisen eine Dicke zwischen 1 mm und 2 mm auf, und die Schwingstäbe 7 weisen eine Länge zwischen 30 mm und 40 mm auf. In the case of a container in which the opening has a diameter of approximately 12 mm (R inches) and the membrane 3 has been introduced into the opening in such a way that it closes the opening, the vibrating rods 7 preferably have a mass moment of inertia which is less than or equal to 1 , 6 kg / mm ² and greater than or equal to 0.4 kg / mm ² . The paddles 8 have a thickness between 1 mm and 2 mm, and the vibrating rods 7 have a length between 30 mm and 40 mm.

Um eine optimale Auslegung für eine Anwendung zu erzielen wird die Vorrichtung, wie nachfolgend aufgeführt hergestellt: Es wird zunächst aus einem vorgegeben Durchmesser der Öffnung 6 im Behälter der maximale Durchmesser der Membran 3 bestimmt wird. In Abhängigkeit von dem Durchmesser der Membran 3 wird ein Abstand der Schwingstäbe 7 zueinander und deren Dicke festgelegt. Nachfolgend wird zur Erzielung einer hohen Empfindlichkeit δ der Vorrichtung die maximal mögliche Breite b der Paddel 8 bestimmt. Diese ist dadurch gegeben, daß die Paddel 8 noch durch die Öffnung in den Behälter einführbar sind. Anschließend wird eine Mindestlänge L der Schwingstäbe 7 ermittelt, ab der eine Resonanzfrequenz des Schwingungsgebildes weniger als 1400 Hz beträgt. Anschließend wird das Schwingungsgebilde unter Beachtung der vorgenannten Bemessungsangaben gefertigt. In order to achieve an optimal design for an application, the device is manufactured as follows: First, the maximum diameter of the membrane 3 is determined from a predetermined diameter of the opening 6 in the container. Depending on the diameter of the membrane 3 , a distance between the vibrating rods 7 and their thickness is determined. The maximum possible width b of the paddles 8 is subsequently determined in order to achieve a high sensitivity δ of the device. This is given by the fact that the paddles 8 can still be inserted into the container through the opening. A minimum length L of the vibrating rods 7 is then determined, from which a resonance frequency of the vibrating structure is less than 1400 Hz. The vibratory structure is then manufactured taking into account the aforementioned design information.

Eine Formgebung der Paddel 8 und deren Auswirkungen auf die Empfindlichkeit kann numerisch ermittelt werden. Dies ist nachfolgend anhand von zwei speziellen Formen näher erläutert. Eine erste Form A ist in Fig. 7 dargestellt. Es handelt sich hier um den einfachsten Fall eines Schwingstabes 7 mit einem im Querschnitt rechteckigen Stab der Breite bs und dem an dessen membran-abgewandten Ende angeformten Paddel 8. Das Paddel 8 ist im Queschnitt ebenfalls rechteckig und weist die Breite b und die Länge l auf. Die Länge l des Paddels 8 beträgt das 0,5 fache der Gesamtlänge L des Schwingstabes 7. A shape of the paddles 8 and their effects on the sensitivity can be determined numerically. This is explained in more detail below using two special forms. A first form A is shown in FIG. 7. This is the simplest case of a vibrating rod 7 with a rod with a rectangular cross section of width bs and the paddle 8 formed on its end facing away from the membrane. The paddle 8 is also rectangular in cross section and has the width b and the length l. The length l of the paddle 8 is 0.5 times the total length L of the vibrating rod 7 .

Fig. 8 zeigt eine alternative Form B für einen Schwingstab 7. Der hier dargestellte Schwingstab 7 weist ebenfalls einen im Querschnitt rechteckigen Stab der Breite bs auf, an dessen membran-abgewandten Ende das Paddel 8 angeformt ist. Das Paddel 8 ist im Querschnitt ein Rechteck mit einer in membran-abgewandter Richtung weisenden Spitze 17. Die Spitze 17 läuft unter einem Winkel α von 45° zur Schwingstablängsachse zu und endet in einem stumpfen Abschluß der Breite sp. Das Paddel 8 selbst weist wieder die Breite b und die Länge l auf. Die Länge l des Paddels 8 beträgt das 0,5 fache der Gesamtlänge L des Schwingstabes 7. Fig. 8 shows an alternative form B for a vibrating rod 7. The vibrating rod 7 shown here also has a rod of rectangular width with the cross section bs, on the end of which is remote from the diaphragm, the paddle 8 is formed. The cross section of the paddle 8 is a rectangle with a tip 17 pointing in the direction facing away from the membrane. The tip 17 runs at an angle α of 45 ° to the longitudinal axis of the oscillating rod and ends in a blunt end of the width sp. The paddle 8 itself again has the width b and the length l. The length l of the paddle 8 is 0.5 times the total length L of the vibrating rod 7 .

In dem zuvor erwähnten Programm Ansys sind zur Simulation einer Schwingung der Schwingstäbe 7 in einer Flüssigkeit vorgefertigte Flüssigkeitselemente vorgesehen. Es kann daher mittels dieses Programms eine Schwingung des Schwingstabs 7 im freien und in einer Flüssigkeit nachempfunden werden. Hieraus läßt sich die jeweilige Resonanzfrequenz und damit wie eingangs angegeben, die Empfindlichkeit δ der Vorrichtung bestimmen. In the Ansys program mentioned above, liquid elements that are prefabricated in a liquid are provided to simulate an oscillation of the oscillating rods 7 . This program can therefore be used to simulate an oscillation of the vibrating rod 7 outdoors and in a liquid. From this, the respective resonance frequency and thus, as stated at the beginning, the sensitivity δ of the device can be determined.

Geht man bei der Form A beispielsweise von einer Breite bs des Stabes von 3 mm, so ergibt sich Form A

wobei ρfl die Dichte der Flüssigkeit und ρp die Dichte des Schwingstabs 7 bezeichnet und die Dichten in kg/mm³ und die Längen in mm anzusetzen sind. For example, if shape A is based on a width bs of the rod of 3 mm, shape A results

where ρfl denotes the density of the liquid and ρp the density of the vibrating rod 7 and the densities in kg / mm ³ and the lengths in mm.

Für die Form B ergibt sich bei einer Breite bs des Stabes von 3 mm, einer Breite sp des Abschlusses von 1 mm eine Empfindlichkeit von: Form B

For form B, with a width bs of the rod of 3 mm and a width sp of the end of 1 mm, there is a sensitivity of: form B

Selbstverständlich können auch komplizierte Formen numerisch ausgewertet werden und auch die Abhängigkeit der Empfindlichkeit δ von anderen Parametern ausgerechnet werden. Daraus ergibt sich für jede beliebige Form eine Bewertung der Verhältnisgröße V. Je größer die projezierte Fläche der speziellen Paddelform bei möglichst geringem Massentragheitsmoment des Schwingstabes 7 ist, umso größer ist die Empfindlichkeit δ der Vorrichtung. Of course, complicated shapes can also be evaluated numerically and the dependence of the sensitivity δ on other parameters can also be calculated. This results in an evaluation of the ratio variable V for any shape. The larger the projected area of the special paddle shape with the lowest possible moment of inertia of the vibrating rod 7 , the greater the sensitivity δ of the device.

Claims

1. Device for determining and / or monitoring a predetermined fill level in a container, which device comprises:
a mechanical vibration structure attached at the level of the predetermined level,
which has a membrane ( 3 ) and two oscillating rods ( 7 ) formed thereon at a distance from one another,
an electromechanical transducer,
which excites the vibrating structure to vibrate during operation such that the vibrating rods ( 7 ) execute vibrations perpendicular to their longitudinal axis,
a receiving and evaluation unit ( 13 ) which is used to determine and / or monitor on the basis of the vibrations whether the predetermined fill level has been reached or not,
in which the vibrating rods ( 7 ) have a shape in which a moment of inertia of a quantity of liquid which the vibrating rods ( 7 ) move when immersed in the liquid is as large as possible and greater than 0.2 times a moment of inertia of the vibrating rods ( 7 ).

2. Device according to claim 1, wherein the vibrating rods ( 7 ) have flat paddles ( 8 ) arranged parallel to one another at the end on their side facing away from the membrane, a surface normal to the paddles ( 8 ) extending perpendicular to the longitudinal axis of the vibrating rods ( 7 ).

3. Device according to claim 2, wherein
the vibrating rods ( 7 ) protrude through an opening into the container during operation,
the opening has a diameter of less than five centimeters,
the membrane ( 3 ) has a diameter which is slightly smaller than the diameter of the opening,
the paddles ( 8 ) have a maximum width at which an outer diameter of the device in the region of the oscillating rods is less than or equal to the diameter of the opening.

4. The device according to claim 3, wherein a length L of the vibrating rods ( 7 ) including the paddles ( 8 ) is selected so that a resonance frequency of the vibrating structure at maximum width (b) of the paddles ( 8 ) is less than 1400 Hz.

5. The device according to claim 3, wherein the paddles ( 8 ) have a length (l) which is 50% +/- 10% of the length (L) of the vibrating rods ( 7 ).

6. The device according to claim 2, wherein the paddles ( 8 ) have a small thickness (d).

7. The device according to claim 2, wherein the membrane ( 3 ) consists of a metal and has a thickness of 0.6 to 1 mm.

8. The device according to claim 2 in the
Opening has a diameter of approx. 24 mm (S inches),
the membrane ( 3 ) is introduced into the opening and closes it,
each vibrating rod ( 7 ) has a mass moment of inertia that is less than or equal to 18 kg / mm ² and greater than or equal to 1.1 kg / mm ² ,
the paddles ( 8 ) have a thickness (d) between 1 mm and 4.1 mm, and
the vibrating rods ( 7 ) have a length (L) between 37 mm and 60 mm.

9. The device according to claim 2 in which
Opening has a diameter of approximately 12 mm (R inches),
the membrane ( 3 ) is introduced into the opening ( 6 ) and closes it,
each vibrating rod ( 7 ) has a mass moment of inertia which is less than or equal to 1.6 kg / mm ² and greater than or equal to 0.4 kg / mm ² ,
the paddles ( 8 ) have a thickness (d) between 1 mm and 2 mm, and
the vibrating rods ( 7 ) have a length (L) between 30 mm and 40 mm.

10. A method of manufacturing a device according to any one of the preceding claims, in which
the maximum diameter of the membrane ( 3 ) is determined from a predetermined diameter of the opening ( 6 ) in the container,
a distance between the paddles ( 8 ) and their thickness (d) is determined as a function of the diameter of the membrane ( 3 ),
subsequently the maximum possible width (b) of the paddles ( 8 ) is determined in order to achieve a high sensitivity (δ) of the device,
a minimum length of the vibrating rods ( 7 ) is determined, from which a resonance frequency of the vibrating structure is less than 1400 Hz, and
the vibrating structure is manufactured taking into account the aforementioned design information.