DE102005020862A1

DE102005020862A1 - Determining or monitoring process parameter of medium in container, by adjusting electronic component to give predetermined reference transfer function

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Publication number: DE102005020862A1
Application number: DE200510020862
Authority: DE
Inventors: Sascha D'angelico; Oliver Dr. Schmidt; Walter Rombach
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2006-11-09

Abstract

At least one electronic component (10,11,13) is provided in a circuitry unit (4), and has an adjustable electronic transfer function, which is adjusted such that the electronic transfer function of the circuitry unit and/or at least a portion of the circuitry unit is substantially equal to a predetermined reference transfer function. The adjustment preferably involves adjusting the gain of the component. The transfer function of the circuitry unit is related to a predetermined frequency or frequency range.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter, mit mindestens einer Elektronikeinheit, welche ein elektrisches Eingangssignal empfängt, und welche ein elektrisches Ausgangssignals erzeugt, mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit, und mit mindestens einer Antriebs-/Empfangseinheit, welche ausgehend von dem Ausgangssignal die mechanisch schwingfähigen Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt, und welche die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit empfängt und in das Eingangssignal umwandelt. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit oder um ein Schüttgut. Die Prozessgröße ist beispielsweise der Füllstand, die Dichte, die Viskosität, die Leitfähigkeit oder der pH-Wert des Mediums.The The invention relates to a device for determination and / or monitoring at least one process variable of a Medium in a container, with at least one electronic unit, which is an electrical Receives input signal, and which generates an electrical output signal with at least a mechanically oscillatable unit, and with at least one drive / receiving unit which starting out from the output signal the mechanically oscillatable unit to mechanical Exciting vibrations, and which the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable Unit receives and converted to the input signal. The medium is for example, a liquid or a bulk material. The process variable is for example the level, the density, the viscosity, the conductivity or the pH of the medium.

Zur Bestimmung des Füllstandes ist es im Stand der Technik bekannt, die mechanischen Schwingungen beispielsweise einer sog. Schwinggabel (es sind auch sog. Einstäbe bekannt) auszuwerten. Die Frequenz und die Amplitude der Schwingungen sind davon abhängig, ob die Schwinggabel vom Medium bedeckt ist oder ob sie frei schwingt. Für die Auswertung der Frequenz ist es dabei wesentlich, dass die sog. Luftfrequenz, d.h. die Schwingungsfrequenz, bei welcher die schwingfähige Einheit frei und unbedeckt, also in Luft schwingt, bekannt ist. Diese Frequenz ist jedoch von der einzelnen Ausgestaltung der jeweiligen schwingfähigen Einheit abhängig, unterscheidet sich also zwischen den einzelnen Schwinggabeln. Im Stand der Technik ist es daher bekannt, dass den einzelnen Gabeln jeweils ein Kennelement zugeordnet ist (siehe DE 42 32 659 A1 ). In diesem Kennelement ist die Luftfrequenz kodiert.In order to determine the filling level, it is known in the prior art to evaluate the mechanical vibrations of, for example, a so-called tuning fork (so-called rods are also known). The frequency and the amplitude of the vibrations depend on whether the tuning fork is covered by the medium or whether it vibrates freely. For the evaluation of the frequency, it is essential that the so-called. Air frequency, ie the oscillation frequency at which the oscillatable unit is free and uncovered, that is vibrating in air, known. However, this frequency is dependent on the individual design of the respective oscillatable unit, thus differs between the individual oscillating forks. In the prior art, it is therefore known that each individual forks is associated with a characteristic element (see DE 42 32 659 A1 ). In this characteristic, the air frequency is coded.

Solche Messgeräte oder solche sog. Grenzschalter bestehen aus einer Mechanikeinheit – bestehend u.a. aus der oben beschriebenen schwingfähigen Einheit und einer Membran – und einer Elektronikeinheit, welche von der Mechanikeinheit ein Ausgangssignal empfängt, es entsprechend der Prozessgröße auswertet und verstärkt wieder rückführt, um somit die Schwingungen der schwingfähigen Einheit aufrechtzuerhalten.Such Measuring device or such so-called limit switch consist of a mechanical unit - consisting et al from the oscillatory unit described above and a membrane - and a Electronic unit, which is an output signal from the mechanical unit receives it evaluates according to the process variable and reinforced again returns to thus to maintain the vibrations of the oscillatory unit.

Ein Problem besteht darin, dass die Elektronikeinheiten aufgrund der Toleranzen der Elektronikbauteile unterschiedliche Eigenschaften und unterschiedliche Übertragungsfunktionen aufweisen können. Dies bedeutet, dass ein Austausch einer Elektronikeinheit bei z.B. einem eingebauten Sensor nicht beliebig möglich ist bzw. dass unterschiedliche Elektronikeinheiten nicht das gleiche Verstärkungsverhalten zeigen.One Problem is that the electronic units due to the Tolerances of electronic components different properties and different transfer functions can have. This means that replacement of an electronics unit at e.g. a built-in sensor is not possible or that different Electronic units do not show the same gain behavior.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, dass eine Messvorrichtung anzugeben ist, welche die Abhängigkeit ihrer Elektronikeinheit von den gegebenen Bauteiletoleranzen ausgleicht.The The object of the invention is therefore that a measuring device indicate which is the dependency their electronics unit compensates for the given component tolerances.

Die Aufgabe löst die Erfindung dadurch, dass in der Elektronikeinheit mindestens eine elektronische Komponente vorgesehen ist, welche in Bezug auf ihre elektronische Übertragungsfunktion einstellbar ist, und dass die elektronische Übertragungsfunktion derartig eingestellt ist, dass die elektronische Übertragungsfunktion der Elektronikeinheit und/oder zumindest eines Abschnittes der Elektronikeinheit im Wesentlichen gleich einer vorgegebenen Sollübertragungsfunktion ist. In der Erfindung wird vorzugsweise während der Fertigung der Elektronikeinheit deren Übertragungsfunktion – also die Amplitudenverstärkung, der Frequenz- und/oder der Phasengang – gemessen. Somit ist bekannt, welche Eigenschaften die Bauteile der Elektronikeinheit gesamt oder bezogen auf einzelne Abschnitte in Bezug auf die Übertragungsfunktion haben. Die Übertragungsfunktion beschreibt das Verhältnis zwischen einem gegebenen Eingangssignal und einem sich durch die Elektronikeinheit oder durch einen Abschnitt der Elektronikeinheit ergebenden Ausgangssignal. Die Übertragungsfunktion wird vorzugsweise zwischen dem Ein- und Ausgang der Elektronikeinheit und/oder zwischen dem Eingang der Elektronikeinheit und der Auswerteeinheit bestimmt. Werden das Ausgangssignal der Antriebs-/Empfangseinheit und das Eingangssignal für die schwingfähige Einheit bzw. für die Antriebs-/Empfangseinheit miteinander verglichen, so ergibt sich die Übertragungsfunktion der gesamten Elektronikeinheit. Dies erlaubt beispielsweise die Einstellung der Ansteuerung der Antriebs-/Empfangseinheit. Wesentlich ist jedoch auch, dass eine optimale Auswertung der Schwingungssignale erfolgt. Daher ist es vorteilhaft, die Übertragungsfunktion der Elektronikeinheit zwischen dem Ausgangssignal und dem auszuwertenden Signal, dem Messsignal zu bestimmen. Es wird also bestimmt, wie ein Signal, welches an der Elektronikeinheit anliegt, verstärkt und an die Auswerteeinheit übergeben wird. Dies ist beispielsweise wesentlich, wenn bei einem Schüttgut als zu überwachendem Medium die Amplitude ausgewertet wird. Die Übertragungsfunktion wird somit bei der Fertigung bestimmt und über die einstellbaren Komponenten wird die Übertragungsfunktion derartig eingestellt, dass ein vorgegebener Sollwert erreicht wird. Die einstellbare Komponente erlaubt es also, die Übertragungsfunktion der übrigen Bauteile der Elektronikeinheit passend zu kompensieren, um beispielsweise einen vorgegebenen Sollwert zu erreichen. Ist also beispielsweise die Verstärkung der Elektronikeinheit als Teil der Übertragungsfunktion gemessen, so erlaubt es diese einstellbare Komponente die Übertragung auf einen optimalen Sollwert einzujustieren. Anders formuliert ist also in der Elektronikeinheit mindestens eine Justierkomponente vorgesehen, die eine Justierung erlaubt. Die elektronische Übertragungsfunktion bezieht sich beispielsweise auf die Amplitudenverstärkung bei einer bestimmten Frequenz bzw. bei einem bestimmten Frequenzband.The object is achieved by the invention in that at least one electronic component is provided in the electronic unit, which is adjustable with respect to their electronic transfer function, and that the electronic transfer function is set such that the electronic transfer function of the electronic unit and / or at least a portion of Electronic unit is substantially equal to a predetermined desired transmission function. In the invention, preferably during the manufacture of the electronic unit whose transfer function - ie the amplitude gain, the frequency and / or the phase response - measured. Thus, it is known which properties the components of the electronics unit have in total or with respect to individual sections with respect to the transfer function. The transfer function describes the relationship between a given input signal and an output signal resulting from the electronics unit or from a portion of the electronics unit. The transfer function is preferably determined between the input and output of the electronics unit and / or between the input of the electronic unit and the evaluation unit. If the output signal of the drive / receive unit and the input signal for the oscillatable unit or for the drive / receiving unit compared with each other, the result is the transfer function of the entire electronic unit. This allows, for example, the setting of the control of the drive / receiving unit. However, it is also essential that an optimal evaluation of the vibration signals takes place. Therefore, it is advantageous to determine the transfer function of the electronic unit between the output signal and the signal to be evaluated, the measurement signal. It is thus determined how a signal applied to the electronics unit is amplified and transferred to the evaluation unit. This is important, for example, if the amplitude is evaluated in the case of bulk material as the medium to be monitored. The transfer function is thus determined during production, and the transfer function is set via the adjustable components such that a predetermined desired value is achieved. The adjustable component thus makes it possible to suitably compensate for the transfer function of the other components of the electronics unit, for example to achieve a predetermined desired value. Thus, for example, if the gain of the electronics unit is measured as part of the transfer function, then this adjustable component allows the transmission to be adjusted to an optimum desired value. In other words, in the electronics unit, at least an adjustment provided, which allows adjustment. The electronic transfer function relates, for example, to the amplitude amplification at a specific frequency or at a specific frequency band.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass sich die Einstellung der Übertragungsfunktion der elektronischen Komponente im Wesentlichen auf den Verstärkungsfaktor der Komponente bezieht. Mit dieser Ausgestaltung lässt sich auch die Erfindung derartig beschreiben, dass in der Elektronikeinheit mindestens eine elektronische Komponente vorgesehen ist, welche mindestens in Bezug auf ihren Verstärkungsfaktor einstellbar ist, und dass die elektronische Übertragungsfunktion derartig eingestellt ist, dass der Verstärkungsfaktor der Elektronikeinheit und/oder zumindest eines Abschnittes der Elektronikeinheit im Wesentlichen gleich einer vorgegebenen Verstärkung ist. Die Übertragungsfunktion bezieht sich üblicherweise auf die Verstärkung, auf den Frequenz- und Phasengang. Je nach der Anwendung und je nach der Ausgestaltung des Messgerätes ist es möglich, dass einige Größen wichtiger sind als andere bzw. dass Toleranzen bei einigen Größen eher akzeptiert werden können als bei anderen. Somit kann es vorteilhaft, weil einfacher sein, dass die Übertragungsfunktion nur in Bezug auf ausgesuchte Größen eingestellt wird. Für die Auswertung der Amplitude der Schwingungen ist es beispielsweise wichtig, dass diese mit einem bekannten Faktor verstärkt wird. Somit kann es vorteilhaft sein, wenn über die einstellbare elektronische Komponente im Wesentlichen die Verstärkung des damit verbundenen Abschnittes oder der Elektronikeinheit als Ganzes eingestellt wird.A Embodiment includes that the setting of the transfer function the electronic component essentially on the gain factor the component relates. With this configuration can be also describe the invention such that in the electronics unit at least one electronic component is provided which is adjustable at least with respect to its amplification factor, and that the electronic transfer function is set such that the gain of the electronic unit and / or at least a portion of the electronics unit substantially equal to a given gain is. The transfer function usually refers on the reinforcement, on the frequency and phase response. Depending on the application and depending on the design of the meter Is it possible, that some sizes are more important are different from each other or that tolerances are more likely with some sizes can be accepted than others. Thus, it may be beneficial because easier that the transfer function set only in relation to selected sizes becomes. For the evaluation of the amplitude of the vibrations is for example important that this is reinforced with a known factor. Thus, it may be advantageous if via the adjustable electronic Component essentially reinforcing the associated Section or the electronics unit as a whole.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Übertragungsfunktion der Elektronikeinheit oder des Abschnitts der Elektronikeinheit auf eine vorgegebene Frequenz und/oder einen vorgegebenen Frequenzbereich bezogen ist. Bei der Übertragungsfunktion ist üblicherweise eine bestimmte Frequenzabhängigkeit gegeben. Daher ist es einfacher, wenn die Übertragungsfunktion nur bei einer Frequenz bzw. einem Frequenzband ausgemessen und entsprechend eingestellt wird. Dabei handelt es sich in einer Ausgestaltung beispielsweise um die Luftfrequenz, d.h. um die Frequenz, mit welcher die mechanisch schwingfähige Einheit unbedeckt schwingt.A Embodiment provides that the transfer function of the electronic unit or the section of the electronics unit to a predetermined frequency and / or a predetermined frequency range is related. In the transfer function is usually given a certain frequency dependence. Therefore, it is easier if the transfer function only at a frequency or a frequency band measured and accordingly is set. These are, for example, in one embodiment around the air frequency, i. about the frequency with which the mechanical vibratory Unit uncovered swinging.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Kontrolleinheit vorgesehen ist, welche zumindest anhand der Übertragungsfunktion der Elektronikeinheit und/oder eines damit in Verbindung stehenden Wertes und/oder anhand der Übertragungsfunktion des Abschnitts der Elektronikeinheit und/oder eines damit in Verbindung stehenden Wertes die Übertragungsfunktion der Elektronikeinheit und/oder des Abschnitts der Elektronikeinheit über die elektronische Komponente einstellt. Die Einstellung der Soll-Übertragungsfunktion kann bei der Fertigung durch Einbau oder Einstellung von Bauteilen vorgenommen werden. Die ist ggf. mit entsprechendem Fertigungsaufwand verbunden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Übertragungsfunktion ausgemessen, dass ggf. daraus entsprechende Korrekturwerte – als damit in Verbindung stehende Werte – berechnet und einer Kontrolleinheit in der Elektronikeinheit mitgegeben werden, so dass die Kontrolleinheit passend auf die einstellbare elektronische Komponente zugreift. Die Kontrolleinheit kann weiterhin derartig ausgestaltet sein, dass sie über Sollwerte verfügt und dass sie über eine Rückführung der entsprechenden Ausgangssignale, z.B. des Messsignals eine Regelung vornimmt. Die Idee besteht somit darin, dass den Elektronikeinheiten jeweils eine Sollübertragungsfunktion zugeordnet wird, und dass die Kontrolleinheit anhand der hinterlegten und bestimmten Übertragungsfunktion bzw. damit in Verbindung stehender Korrekturwerte die Elektronikeinheit derartig steuert, dass diese Sollübertragungsfunktion erreicht wird. Es wird also angestrebt, dass bei der Beaufschlagung der Elektronikeinheit mit einem bestimmten Signal das Ausgangssignal stets die gleichen Eigenschaften in Bezug auf Amplitude, Frequenz und/oder Phase – bzw. um den Aufwand zu reduzieren kann auch eine Beschränkung auf einer dieser Größen stattfinden – aufweist und dies unabhängig von den spezifischen Streuungen der Bauteile in den Elektronikeinheiten.A Embodiment includes that at least one control unit provided is, which at least based on the transfer function of the electronic unit and / or a value associated therewith and / or by reference the transfer function the section of the electronics unit and / or a related standing value, the transfer function the electronics unit and / or the section of the electronics unit via the electronic component. The setting of the desired transfer function Can be made during production by installation or adjustment of components become. This is possibly associated with corresponding production costs. Alternatively, it is also possible that the transfer function is measured, that, if necessary, corresponding correction values - as related Values - calculated and a control unit in the electronics unit, so that the control unit fits the adjustable electronic component accesses. The control unit can continue to be designed in this way be that over Setpoints and that she over a return of the corresponding Output signals, e.g. the control signal makes a regulation. The The idea is therefore that the electronic units each have a Should transfer function is assigned, and that the control unit based on the deposited and specific transfer function or related correction values, the electronics unit controls such that this target transmission function achieved becomes. It is therefore desirable that when applying the electronic unit with a certain signal the output always the same Properties related to amplitude, frequency and / or phase - or to To reduce the effort can also be a restriction on one of these sizes - has and this independently on the specific scattering of the components in the electronic units.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Kontrolleinheit um einen Mikroprozessor handelt. Mikroprozessoren sind in einer Vielzahl von Messgeräten bekannt und werden besonders wegen ihrer Vielseitigkeit und Anpassbarkeit verwendet.A Embodiment includes that it is the control unit to a microprocessor acts. Microprocessors are in a variety of measuring devices are known and especially because of their versatility and adaptability used.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens eine Speichereinheit vorgesehen ist, in welcher mindestens die Übertragungsfunktion der Elektronikeinheit und/oder eines damit in Verbindung stehenden Wertes und/oder die Übertragungsfunktion des Abschnitts der Elektronikeinheit und/oder eines damit in Verbindung stehenden Wertes hinterlegt ist/sind. Bekannt ist im Stand der Technik ein Kennelement (elektrisches Widerstandselement oder ein EEPROM), in welchem die Schwingungsfrequenz der schwingfähigen Einheit hinterlegt ist. In dieser Ausgestaltung wird die entsprechende Komponente für die Elektronikeinheit geschaffen. Die Speichereinheit kann dabei eine separate Einheit sein oder ein Teil der Kontrolleinheit.A Embodiment provides that at least one memory unit is provided is, in which at least the transfer function the electronics unit and / or a related Value and / or the transfer function the section of the electronics unit and / or a related stored value is / are. It is known in the art a characteristic element (electrical resistance element or an EEPROM), in which the oscillation frequency of the oscillatory unit is stored. In this embodiment, the corresponding component for the electronic unit created. The storage unit can be a separate unit be or part of the control unit.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, welche ein vom Eingangssignal abhängiges Messsignal in Bezug auf die Prozessgröße auswertet, und dass die Auswerteeinheit das Messsignal (Sm) anhand der in der Speichereinheit hinterlegten Daten auswertet. In dieser Ausgestaltung wird die Information über die Übertragungsfunktion bzw. Übertragungsfunktionen bzw. davon abhängiger Größen – beispielsweise nur die Signalverstärkung – der Auswerteeinheit zugeführt und wird dort bei der Auswertung der Schwingungssignale entsprechend verwendet. Diese Ausgestaltung nutzt daher die Unsicherheit in Bezug auf die Elektronikbauteile für die Auswertung, und ist damit komplementär zur vorherigen Ausgestaltung zu sehen. In einer weiteren Ausgestaltung lassen sich die Steuerung durch die Kontrolleinheit und die besondere Auswertung durch die Auswerteeinheit gemeinsam durchführen, um somit das Optimum für die Verstärkung und gleichzeitig das Optimum für die Auswertung zu erreichen. Die Übertragungsfunktion ist dabei jeweils auf die für die Steuerung der Elektronikeinheit bzw. für die Auswertung der Signale wesentlichen Werte reduziert.An embodiment includes that at least one evaluation unit is provided which evaluates a measurement signal dependent on the input signal with respect to the process variable, and that the evaluation unit evaluates the measurement signal (Sm) on the basis of the data stored in the memory unit. In In this embodiment, the information about the transfer function or transfer functions or dependent thereon variables - for example, only the signal amplification - the evaluation unit is supplied and is used accordingly there in the evaluation of the vibration signals. This embodiment therefore uses the uncertainty with respect to the electronic components for the evaluation, and is thus to be seen as complementary to the previous embodiment. In a further refinement, the control by the control unit and the special evaluation by the evaluation unit can be carried out jointly in order to thus achieve the optimum for the amplification and at the same time the optimum for the evaluation. The transfer function is in each case reduced to the values which are essential for the control of the electronics unit or for the evaluation of the signals.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem mit der Übertragungsfunktion in Verbindung stehenden Wert um den Verstärkungsfaktor der Amplitude und/oder um den Frequenzgang und/oder um den Phasengang der Elektronikeinheit und/oder des Abschnitts der Elektronikeinheit handelt. Die Übertragungsfunktion ist entsprechend entweder für die gesamte Elektronikeinheit oder nur zwischen wesentlichen Punkten zu bestimmen. Die Amplitude wird üblicherweise für die Messung von Schüttgut verwendet; die Frequenz üblicherweise bei Flüssigkeiten. Die Phase ist beispielsweise wesentlich für die Bestimmung der Viskosität bzw. für die Anwendung in hochviskosen Medien.A Embodiment includes that it is the one with the transfer function related value around the amplification factor of the amplitude and / or the frequency response and / or the phase response of the electronic unit and / or the section of the electronics unit. The transfer function is either for the entire electronics unit or only between essential points to determine. The amplitude is usually for the measurement of bulk material used; the frequency usually for liquids. The For example, phase is essential for determining the viscosity or for the application in high-viscosity media.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Übertragungsfunktion um die Signalverstärkung zwischen dem Ausgangssignal und dem Eingangssignal und/oder zwischen dem Ausgangssignal und dem Messsignal handelt. Die Verstärkung der Signale ist besonders wichtig, wenn die Amplitude der Signale ausgewertet ist. Dies ist beispielsweise gegeben, wenn es sich bei dem Medium um ein Schüttgut handelt. Mit dieser Ausgestaltung wird somit gewährleistet, dass bei gleicher Eingangsamplitude eines Signals die gleiche Amplitude des verarbeiteten Signals von der Elektronikeinheit erzeugt wird.A Embodiment includes that in the transfer function to the signal amplification between the output signal and the input signal and / or between the output signal and the measurement signal acts. The reinforcement of Signals is especially important when evaluating the amplitude of the signals is. This is for example given when it comes to the medium to a bulk material is. With this configuration is thus ensured that at the same Input amplitude of a signal the same amplitude of the processed signal is generated by the electronics unit.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der Prozessgröße um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität des Mediums handelt. Dies sind bekannte Prozessgrößen, welche sich einzeln oder ggf. auch zusammen bestimmen und/oder überwachen lassen.A Design envisages that the process variable is the level, the density or viscosity of the medium. These are known process variables which individually and possibly together determine and / or monitor to let.

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

1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung. 1 : a schematic representation of the measuring device according to the invention.

Die 1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Messvorrichtung. Bei der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 handelt es sich hier um eine sog. Schwinggabel; alternativ kann es sich auch um einen sog. Einstab handeln.The 1 schematically shows the measuring device according to the invention. In the mechanically oscillatable unit 1 this is a so-called tuning fork; Alternatively, it may also be a so-called.

Die zwei Gabelzinken der Schwinggabel 1 sind über eine Membran mit der Antriebs-/Empfangseinheit 2 verbunden. Diese Antriebs-/Empfangseinheit 2 ist ein piezoelektrisches Element, welches die mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit 1 in eine Wechselspannung überträgt, bzw. welche ausgehend von einer an ihr anliegenden Wechselspannung die schwingfähige Einheit 1 zu mechanischen Schwingungen anregt. Die Antriebs-/Empfangseinheit 2 erzeugt daher ein Ausgangssignal, welches das Eingangssignal Se der nachgeschalteten Elektronikeinheit 4 ist, und wird wiederum mit einem Anregesignal beaufschlagt, bei welchem es sich um das Ausgangssignal der Elektronikeinheit 4 handelt. Da die folgende Betrachtung auf die Elektronikeinheit 4 zielt, wurden die Bezeichnungen der Signal ausgehend von der Elektronikeinheit 4 vorgenommen.The two forks of the tuning fork 1 are via a membrane with the drive / receiver unit 2 connected. This drive / receiver unit 2 is a piezoelectric element which controls the mechanical vibrations of the oscillatory unit 1 transmits in an AC voltage, or which starting from a voltage applied to her AC oscillatory unit 1 stimulates mechanical vibrations. The drive / receiver unit 2 therefore generates an output signal which is the input signal Se of the downstream electronics unit 4 is, in turn, supplied with a start signal, which is the output signal of the electronic unit 4 is. As the following consideration on the electronics unit 4 aims, the designations were the signal starting from the electronics unit 4 performed.

Aus dem Eingangssignal Se lassen sich unterschiedliche Aussagen über ein – hier nicht dargestelltes – Medium gewinnen, wenn dieses die mechanisch schwingfähige Einheit 1 bedeckt: Füllstand, Dichte oder beispielsweise auch Viskosität. Handelt es sich bei dem Medium um eine Flüssigkeit, so wird üblicherweise die Frequenz des Eingangssignals Se ausgewertet. Handelt es sich um ein Schüttgut, so wird die Amplitude verwendet. Eine weitere auswertbare Signalgröße ist die Phase des Eingangssignals Se relativ zur Phase des Ausgangssignals Sa.From the input signal Se can be different statements about a - not shown here - gain medium, if this is the mechanically oscillatory unit 1 Covered: level, density or viscosity, for example. If the medium is a liquid, the frequency of the input signal Se is usually evaluated. If it is a bulk material, the amplitude is used. Another evaluable signal magnitude is the phase of the input signal Se relative to the phase of the output signal Sa.

Das Ausgangssignal Sa ist üblicherweise derartig ausgestaltet, dass die Grundmode der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 angeregt wird. Um dies zu gewährleisten, ist in der Elektronikeinheit 4 ein Frequenzfilter 11, beispielsweise ein Bandpass vorgesehen. Das Eingangssignals Se wird der Elektronikeinheit 4 zugeführt, dort verstärkt und der Antriebs-/Empfangseinheit 2 – bzw. allgemein der Antriebs- oder Mechanikeinheit der Messvorrichtung – als Anregesignal wieder zugeführt. Es besteht also ein Schwingkreis. In der Elektronikeinheit 4 wird das Eingangssignals Se weiterhin in Bezug auf die zu messenden oder zu überwachenden Prozess- oder Messgrößen ausgewertet.The output signal Sa is usually designed such that the fundamental mode of the mechanically oscillatable unit 1 is stimulated. To ensure this is in the electronics unit 4 a frequency filter 11 , For example, provided a bandpass. The input signal Se becomes the electronic unit 4 supplied, amplified there and the drive / receiving unit 2 - or generally the drive or mechanical unit of the measuring device - fed back as a start signal. So there is a resonant circuit. In the electronics unit 4 the input signal Se is further evaluated with respect to the process or measured variables to be measured or monitored.

Die Elektronikeinheit 4 besteht in dieser Ausgestaltung im groben Überblick aus einem Verstärker 10 und einem Filter 11, z.B. einem Bandpass. Diese beiden Komponenten des ersten Abschnitts 7 der Elektronikeinheit 4 verstärken das Eingangssignal Se und filtern das so verstärkte Signal im Frequenzbereich. Die Filterung soll gewährleisten, dass die mechanisch schwingfähige Einheit 1 nur in der Grundmode angeregt wird. Das sich ergebende Messsignal Sm, bzw. das Signal, welches auszuwerten ist, also quasi das Auswertesignal Sm wird einer Auswerteeinheit 12 zugeführt, welche beispielsweise ein Komparator ist. In dieser Auswerteeinheit 12 wird beispielsweise die Amplitude des Messsignals Sm mit einer Referenzgröße verglichen. Bei Flüssigkeiten als zu überwachenden Medien würde alternativ die Frequenz ausgewertet werden. Aus dem Vergleich der gemessenen Signalgrößen mit Referenzgrößen ergibt sich dann eine Aussage über die Messgröße. Bei der Bedeckung der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 durch das Medium ist beispielsweise die Amplitude der Schwingungen kleiner als in dem Fall, dass die schwingfähige Einheit frei und unbedeckt schwingt. Ein Verringerung der Amplitude ist daher ein Zeichen für die Bedeckung.The electronics unit 4 consists in this embodiment in a rough overview of an amplifier 10 and a filter 11 , eg a bandpass. These two components of the first section 7 the electronics unit 4 amplify the input signal Se and filter the thus amplified signal in the frequency domain. The filtering should ensure that the mechanically oscillatable unit 1 only in the reason fashion is stimulated. The resulting measurement signal Sm, or the signal which is to be evaluated, that is to say quasi the evaluation signal Sm, becomes an evaluation unit 12 supplied, which is for example a comparator. In this evaluation unit 12 For example, the amplitude of the measurement signal Sm is compared with a reference value. For liquids as media to be monitored, the frequency would alternatively be evaluated. From the comparison of the measured signal quantities with reference variables, a statement about the measured variable is obtained. When covering the mechanically oscillatable unit 1 through the medium, for example, the amplitude of the oscillations is smaller than in the case that the oscillatable unit oscillates freely and uncovered. A reduction in the amplitude is therefore a sign of the coverage.

Für die Rückkopplung und die Aufrechterhaltung der Schwingungen des Schwingkreises aus Mechanik – Antriebs-/Empfangseinheit 2 und schwingfähige Einheit 1 – und Elektronikeinheit 4 wird das Signal, welches der Auswerteeinheit 12 als Messsignal Sm zugeführt wird, auch einem sog. Booster 13 als zusätzlichem Verstärker übergeben, welcher das Signal soweit verstärkt, dass das Ausgangssignal Sa der Antriebs-/Empfangseinheit 2 als Anregesignal zugeführt werden kann.For the feedback and the maintenance of the oscillations of the oscillating circuit from mechanics - drive / receiver unit 2 and oscillatable unit 1 And electronics unit 4 becomes the signal which is the evaluation unit 12 is supplied as a measurement signal Sm, and a so-called. Booster 13 passed as an additional amplifier, which amplifies the signal so far that the output signal Sa of the drive / receiving unit 2 can be supplied as a start signal.

Die Einstellungen bzgl. der Verstärkung, des Frequenzganges oder der einzustellenden Phase sind aufgrund der gegebenen Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile üblicherweise individuell an das einzelne Messgerät anzupassen. Im Stand der Technik ist bereits das Kennelement 3 für die mechanisch schwingfähige Einheit 1 bekannt, in welchem die Eigenfrequenz der Schwinggabel 1 quasi hinterlegt ist. Mit diesem Kennelement 3 – bekannt ist ein elektrischer Widerstand oder für die Verwendung mit einem Mikrocontroller ein EEPROM – lässt sich beispielsweise die Auswertung der Frequenz des empfangenen Signals gestalten, indem der individuelle Schaltpunkt bezogen auf die spezielle mechanisch schwingfähige Einheit 1 eingestellt wird. Solche Toleranzen sind nicht nur für den Bereich der Mechanik gegeben, sondern auch die Elektronikbauteile unterliegen gewissen Streuungen. Dies bedeutet, dass die Verstärkung zum Teil deutlich variieren kann. Durch die Streuungen kann somit nicht sicher davon ausgegangen werden, dass die verstärkten Signale Sm bzw. Sa stets eine vergleichbare Signalstärke haben, sondern dass sie ebenfalls variieren. Damit ist jedoch ein direkter Vergleich zwischen unterschiedlichen Sensoren bzw. zwischen unterschiedlichen Elektronikeinheiten nicht möglich. Ein einfacher Austausch der Elektronikeinheit ist also nicht unproblematisch.The settings with regard to the gain, the frequency response or the phase to be set are usually due to the given manufacturing tolerances of the individual components individually adapted to the individual meter. In the prior art is already the characteristic element 3 for the mechanically oscillatable unit 1 known in which the natural frequency of the tuning fork 1 quasi deposited. With this characteristic 3 - Is known an electrical resistance or for use with a microcontroller an EEPROM - can be designed, for example, the evaluation of the frequency of the received signal by the individual switching point based on the special mechanically oscillatable unit 1 is set. Such tolerances are not only given for the field of mechanics, but also the electronic components are subject to certain variations. This means that the gain can sometimes vary significantly. Due to the scattering, it can therefore not be assumed with certainty that the amplified signals Sm or Sa always have a comparable signal strength but that they likewise vary. However, a direct comparison between different sensors or between different electronic units is not possible. A simple replacement of the electronics unit is therefore not without problems.

In der 1 ist die „digitale" Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, die darin besteht, dass die Übertragungsfunktion der Elektronikeinheit 4 bzw. zumindest des einen Abschnittes 7 der Elektronikeinheit 4 bei der Fertigung gemessen und passend in einer Speichereinheit 6 für die Kontrolleinheit 5 hinterlegt wird. Somit bekommt die Kontrolleinheit 5 aus dem Kennelement 3 die Information über die Mechanik und aus dem Datenspeicher 6 die Information über die Elektronikeinheit 4. Aus beiden Informationen zusammen lässt sich dann die Elektronikeinheit 4 derartig einstellen oder ggf. auch, falls Abhängigkeiten von Anwendungsbedingungen wie der Temperatur oder z.B. vom Grad der Alterung bekannt sind, derartig steuern, dass eine optimale Anpassung an die Mechanik und an die Elektronik 4 erfolgt. Dies ist hier durch die Verbindungen zwischen der Kontrolleinheit 5 und den beiden Verstärkern 10, 13 und dem Filter 11 dargestellt. Daher ist also wenigstens eine dieser Komponenten 10, 11, 13 derartig ausgestaltet, dass ihre Übertragungsfunktion – beispielsweise handelt es sich um den Verstärkungsfaktor eines der beiden Verstärker 10, 13 – durch die Kontrolleinheit 5 eingestellt werden kann. Diese einstellbare Übertragungsfunktion erlaubt es, die gemessenen und in der Speichereinheit 6 hinterlegten Übertragungsfunktionen der Komponenten, deren Übertragungsfunktion vorgegeben und nicht veränderbar ist, zu kompensieren und somit die gesamte Übertragungsfunktion der Elektronikeinheit 4 bzw. eines Abschnittes 7 passend in Richtung eines vorgegebenen Sollwertes zu justieren. Daher lassen sich diese Komponenten mit der einstellbaren Übertragungsfunktion auch als Justierkomponenten oder -einheiten bezeichnen. Diese Justierkomponenten beziehen sich dabei auf einzelne Bauteile, beispielsweise ein (digitales) Potentiometer, oder auf eine gesamte Einheit, die sich aus dem Zusammenspiel von unterschiedlichen Bauteilen ergibt. Anstelle der Speichereinheit 6 ist es auch möglich, dass ein Korrekturfaktor für die Übertragungsfunktion direkt in die Kontrolleinheit (5) beispielsweise als Rechenwert eingebracht wird.In the 1 the "digital" embodiment of the invention is shown, which consists in that the transfer function of the electronic unit 4 or at least the one section 7 the electronics unit 4 Measured during production and fitting in a storage unit 6 for the control unit 5 is deposited. Thus, the control unit gets 5 from the identifier 3 the information about the mechanics and the data memory 6 the information about the electronics unit 4 , From both information together can then be the electronics unit 4 set such or possibly, if dependencies of application conditions such as the temperature or eg the degree of aging are known, control such that an optimal adaptation to the mechanics and the electronics 4 he follows. This is here by the connections between the control unit 5 and the two amplifiers 10 . 13 and the filter 11 shown. Therefore, therefore, at least one of these components 10 . 11 . 13 designed such that their transfer function - for example, it is the gain of one of the two amplifiers 10 . 13 - by the control unit 5 can be adjusted. This adjustable transfer function allows the measured and in the storage unit 6 stored transfer functions of the components whose transfer function is predetermined and not changeable, to compensate and thus the entire transfer function of the electronic unit 4 or a section 7 suitable to adjust in the direction of a predetermined setpoint. Therefore, these components with the adjustable transfer function can also be referred to as adjustment components or units. These adjustment components relate to individual components, for example, a (digital) potentiometer, or to an entire unit resulting from the interaction of different components. Instead of the storage unit 6 It is also possible that a correction factor for the transfer function directly into the control unit ( 5 ) is introduced, for example, as a calculated value.

Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass beispielsweise der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 10 bei der Fertigung nach der Messung einer entsprechenden Übertragungsfunktion fest eingestellt wird. Weiterhin ist es möglich, dass beispielsweise für die Verstärker 10, 13 entsprechende Widerstände eingebracht werden, deren Werte derartig gewählt sind, dass der gewünschte Sollwert erreicht wird. Diese beiden Ausgestaltungen erfordern somit keine Kontrolleinheit 5 und eine Speichereinheit 6. Dafür sind diese Ausgestaltungen sehr fertigungsintensiv.An alternative embodiment provides that, for example, the amplification factor of the amplifier 10 is fixed during manufacture after the measurement of a corresponding transfer function. Furthermore, it is possible that, for example, for the amplifier 10 . 13 appropriate resistors are introduced whose values are chosen such that the desired target value is reached. These two embodiments thus require no control unit 5 and a storage unit 6 , For these designs are very production intensive.

Die Übertragungsfunktion lässt sich in Bezug auf die Verstärkung, den Frequenz- und den Phasengang bestimmen. Für eine Messvorrichtung, die speziell den Füllstand von Schüttgut bestimmen und/oder überwachen soll, ist hierbei besonders die Verstärkung der Signalamplitude relevant. Die Übertragungsfunktion sollte zumindest zwischen einem von zwei Punkten gemessen werden: beispielsweise zwischen dem Eingang und Ausgang der Elektronikeinheit 4 oder zwischen dem Eingang der Elektronikeinheit 4 und dem Eingang der Auswerteeinheit 12. Im ersten Fall wird die vollständige Übertragungsfunktion der Elektronikeinheit 4 gemessen, indem das Ausgangssignal Sa und das Eingangssignal Se miteinander verglichen werden. Somit wird also beispielsweise das Ansteuersignal für die Mechanik bzw. für die Antriebs-/Empfangseinheit 2 optimiert. Im zweiten Fall wird die Übertragungsfunktion des ersten Abschnitts 7, also zwischen dem Eingangssignal Se und dem Messsignal Sm gemessen. Dies bedeutet, dass für die Elektronikeinheit 4 bei einer gegebenen Amplitude des Ausgangssignals Sa stets die gleiche Amplitude des Messsignals Sm an der Auswerteeinheit 12 anliegt. Somit lassen sich also alle Auswerteeinheiten 12 gleich ausgestalten, da sie es jeweils mit der gleichen Spannbreite der Amplitude zu tun haben. Weiterhin lassen sich auch mehrere elektronische Komponenten derartig gestalten, dass ihre Übertragungsfunktion einstellbar ist, so dass beispielsweise die Übertragungsfunktion für den ersten Abschnitt 7 und für die gesamte Elektronikeinheit 4 jeweils in Hinsicht auf besondere Anforderungen optimiert werden kann. Weiterhin ist es möglich, dass die Auswerteeinheit 12 auf die bekannte und bei der Fertigung gemessene Übertragungsfunktion zugreift und dies für die optimale Auswertung des Eingangssignals Se bzw. des Messsignals Sm verwendet. Überdies kann in einer weiteren Ausgestaltung die Kontrolleinheit derartig ausgestaltet sein, dass sie selbsttätig die Übertragungsfunktion misst und somit passend steuernd oder regelnd auf die Elektronikeinheit einwirkt.The transfer function can be determined in terms of gain, frequency and phase response. For a measuring device which is intended to specifically determine and / or monitor the level of bulk material, in particular the amplification of the signal amplitude is relevant here. The transfer function should be at least between one be measured from two points: for example, between the input and output of the electronics unit 4 or between the input of the electronics unit 4 and the input of the evaluation unit 12 , In the first case, the complete transfer function of the electronics unit 4 measured by comparing the output signal Sa and the input signal Se with each other. Thus, for example, the drive signal for the mechanics or for the drive / receiving unit 2 optimized. In the second case, the transfer function of the first section 7 , ie measured between the input signal Se and the measurement signal Sm. This means that for the electronics unit 4 for a given amplitude of the output signal Sa always the same amplitude of the measurement signal Sm at the evaluation 12 is applied. Thus, all evaluation units can be left 12 Equally equal, since they each have to do with the same range of the amplitude. Furthermore, it is also possible to design a plurality of electronic components in such a way that their transfer function is adjustable, such that, for example, the transfer function for the first section 7 and for the entire electronics unit 4 can be optimized in each case with regard to special requirements. Furthermore, it is possible that the evaluation unit 12 accesses the known and measured during production transfer function and this is used for the optimal evaluation of the input signal Se and the measurement signal Sm. Moreover, in a further embodiment, the control unit can be configured in such a way that it automatically measures the transfer function and thus acts on the electronics unit in a suitable manner controlling or regulating.

11: Mechanisch schwingfähige EinheitMechanically vibratory unit
22: Antriebs-/EmpfangseinheitDriver / receiver unit
33: Kennelement der Mechanikcharacteristic element the mechanics
44: Elektronikeinheitelectronics unit
55: Kontrolleinheitcontrol unit
66: Speichereinheitstorage unit
77: Abschnitt der Elektronikeinheitsection the electronics unit
1010: Verstärkeramplifier
1111: Filterfilter
1212: Auswerteeinheitevaluation
1313: Verstärkeramplifier
SaSat.: Ausgangssignaloutput
Sese: Eingangssignalinput
Smsm: Messsignalmeasuring signal

Claims

Device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium in a container, having at least one electronic unit ( 4 ), which receives an electrical input signal (Se) and which generates an electrical output signal (Sa), with at least one mechanically oscillatable unit ( 1 ), and with at least one drive / receiving unit ( 2 ), which starting from the output signal (Sa) the mechanically oscillatable unit ( 1 ) excites to mechanical vibrations, and which the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 1 ) and converted into the input signal (Se), characterized in that in the electronics unit ( 4 ) at least one electronic component ( 10 . 11 . 13 ), which is adjustable with respect to its electronic transfer function, and that the electronic transfer function is set such that the electronic transfer function of the electronic unit ( 4 ) and / or at least one section ( 7 ) of the electronics unit ( 4 ) is substantially equal to a predetermined desired transmission function.

Device according to Claim 1, characterized in that the adjustment of the transfer function of the electronic component ( 10 . 13 ) essentially to the amplification factor of the component ( 10 . 13 ).

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the transfer function of the electronic unit ( 4 ) or section ( 7 ) of the electronics unit ( 4 ) is related to a predetermined frequency and / or a predetermined frequency range.

Apparatus according to claim 1, characterized in that at least one control unit ( 5 ) is provided, which at least based on the transfer function of the electronic unit ( 4 ) and / or an associated value and / or the transfer function of the section ( 7 ) of the electronics unit ( 4 ) and / or a value associated therewith the transfer function of the electronic unit ( 4 ) and / or section ( 7 ) of the electronics unit ( 4 ) via the electronic component ( 10 . 11 . 13 ).

Apparatus according to claim 4, characterized in that it is in the control unit ( 5 ) is a microprocessor.

Apparatus according to claim 1 or 4, characterized in that at least one memory unit ( 6 ) is provided, in which at least the transfer function of the electronic unit ( 4 ) and / or an associated value and / or the transfer function of the section ( 7 ) of the electronics unit ( 7 ) and / or a value associated therewith is / are.

Apparatus according to claim 1, characterized in that at least one evaluation unit ( 12 ), which evaluates a measurement signal (Sm) dependent on the input signal (Se) in relation to the process variable, and in that the evaluation unit ( 12 ) the measurement signal (Sm) based on the in the memory unit ( 6 ) evaluates deposited data.

Device according to Claim 1, characterized in that the value associated with the transfer function is the amplification factor of the amplitude and / or the frequency response and / or the phase response of the electronics unit ( 4 ) and / or section ( 7 ) of the electronics unit ( 4 ).

Device according to Claim 1 or 7, characterized that it is in the transfer function to the signal amplification between the output signal (Sa) and the input signal (Se) and / or between the output signal (Sa) and the measuring signal (Sm) acts.

Device according to claim 1, characterized in that that the process variable is the level, the density or viscosity of the medium.