WO2012079949A1 - Apparatus for determination of at least one process variable and method for pressure measurement using an apparatus of this type - Google Patents

Apparatus for determination of at least one process variable and method for pressure measurement using an apparatus of this type Download PDF

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WO2012079949A1
WO2012079949A1 PCT/EP2011/070860 EP2011070860W WO2012079949A1 WO 2012079949 A1 WO2012079949 A1 WO 2012079949A1 EP 2011070860 W EP2011070860 W EP 2011070860W WO 2012079949 A1 WO2012079949 A1 WO 2012079949A1
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WO
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unit
pressure
drive
received signal
oscillatable
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Application number
PCT/EP2011/070860
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German (de)
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Inventor
Sascha D'angelico
Martin Urban
Helmut Pfeiffer
Original Assignee
Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296Acoustic waves
    • G01F23/2966Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves
    • G01F23/2967Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves for discrete levels
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0092Pressure sensor associated with other sensors, e.g. for measuring acceleration or temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/008Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using piezoelectric devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis

Definitions

  • the present invention relates to a device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium in a container, with an at least partially tubular housing, with a mechanically oscillatable unit which closes the housing in a first end region, with a drive unit which the oscillatable Unit to substantially resonant mechanical vibrations, with a receiving unit, which is mechanically and electrically coupled to the drive unit, and which receives the mechanical vibrations of the oscillatable unit and converts into a received electrical signal, and with a crizAAuseptussi, which the drive unit, an electrical transmission signal supplies and which receives the electrical received signal and determines the process variable.
  • the process variable is preferably the fill level of a bulk material or the fill level and / or the density and / or the viscosity of a liquid.
  • the oscillatable unit is in particular a membrane, a tuning fork or a single rod.
  • vibronic measuring devices are frequently used to monitor the level of bulk goods or liquids in containers, but also to determine the density or viscosity of liquids.
  • Such measuring devices usually have an oscillatable unit in the form of a membrane or a fork, which consists of two prongs arranged on a membrane. This oscillating unit is used by a drive unit to oscillate with the
  • Resonant frequency excited From the vibration characteristics or their change, i. E. the oscillation frequency and / or the phase position between a transmitted and a received signal, and / or the amplitude, the process variable or a change in the process variable can be determined.
  • Such measuring instruments are in great variety under the name of the applicant
  • the drive of the oscillatory unit usually consists of one or more, arranged in a stack, piezoelectric elements.
  • the bimorph piezo is a disc-shaped piezoelectric element in each case at least one drive and
  • a piezo stack consists of several arranged in a stack piezoelectric disks, wherein the drive unit associated with the discs and the Receiving unit associated discs are arranged in the same stack.
  • the stack is connected to the oscillatable unit via a contact element for targeted power transmission,
  • a vibronic measuring device with a drive / receiving unit designed as a piezo stack is described, for example, in the European patent application with the disclosure number EP 1 134 038 A1.
  • the meter is specified up to a certain process pressure. If this pressure is exceeded during the use of the measuring instrument, individual components, in particular the oscillatable unit, may be damaged. For example, a tuning fork may bend. A membrane can even break when heavily overloaded. In order to avoid the occurrence of such damage, it is desirable to monitor the pressure to which the oscillatory unit is exposed.
  • the object of the invention is to provide a vibronic measuring device with which, in addition to at least one process variable, the process pressure at the location of the
  • Measuring device can be determined, and specify a method for determining the process pressure with such a meter.
  • control / evaluation unit is adapted to determine from a coupling voltage, which results from the electrical and mechanical coupling of the drive unit and the receiving unit, the prevailing in an environment of the oscillatory unit process pressure ,
  • a coupling-related additional signal is produced in the electrical received signal. Due to the mechanical and electrical coupling of the drive unit and the receiving unit, one can also speak of a drive / receiving unit.
  • the coupling-related additional signal is negligible in the case of resonance, but wins with increasing attenuation of the vibrations in weight and can at a generation of the transmission signal by feedback of the
  • control / evaluation unit temporarily generates the transmission signal in such a way that the drive unit controlled by it controls the oscillatory Unit can stimulate non-resonant, reduced by mechanical vibrations of the oscillatory unit caused proportion in the received signal so far that the
  • Coupling voltage dominates.
  • the mechanically oscillatable unit no longer vibrates at all. But at least the amplitude of the vibrations is so low that their share of the received signal compared to the coupling-related component is negligible.
  • the process pressure prevailing in the vicinity of the oscillatable unit also acts on the drive / receiving unit. Since the degree of coupling and thus the coupling voltage depends on the pressure acting on the drive / receiving unit pressure in a known manner, this can be determined by measuring the coupling voltage.
  • the control / evaluation unit determines the coupling voltage
  • Time points at which the mechanical vibrations due to excessive damping by the medium are substantially prevented or the control / evaluation unit has means for separating the coupling-related signal component of the vibration-related signal component.
  • the drive unit has at least one piezoelectric drive element
  • the receiving unit has at least one piezoelectric receiving element
  • the piezoelectric drive element and the piezoelectric receiving element are arranged in a stack.
  • it is a piezo stack or stack drive, wherein drive unit and receiving unit are arranged in a common stack.
  • the stack is arranged along a longitudinal axis of the housing between the oscillatable unit and a fastening means in the housing.
  • the piezo stack is introduced into the housing under a certain prestress. This is achieved by the fastening means, which is for example a pressure screw or a yoke.
  • the fastening means which is for example a pressure screw or a yoke.
  • the drive unit and the receiving unit are designed as Bimorphpiezo. This embodiment is an alternative to that drive and receiving unit are designed as a piezo stack. The coupling and the occurring in the received signal
  • Coupling voltage are usually lower in the bimorph than in a piezo stack. However, a pressure measurement using Bimorphpiezo is still possible.
  • the process variable determined or monitored by the device is the fill level of a bulk material or the fill level and / or the density and / or the viscosity of a liquid.
  • the device determines at least the level of a medium.
  • the pressure is an additional determinable process variable.
  • the object is further achieved by a method for determining and / or monitoring a process pressure with a device according to one of the embodiments described, wherein the drive unit is acted upon by a transmission signal, wherein on hand of the
  • Receiving signal, at least temporarily, the coupling voltage is measured and wherein from a stored pressure dependence of the coupling voltage of prevailing in the environment of the oscillatory unit process pressure is determined.
  • the drive unit excites the oscillatable unit to oscillate in the resonance region, i. preferably with the
  • Resonant frequency on. This happens for example via a resonant circuit and the specification of a fixed phase shift between the transmission signal and the received signal.
  • the drive unit is subjected to a frequency sweep and the resonant frequency is determined electronically on the basis of the received signal.
  • the received signal here has a low on the mechanical and electrical coupling between drive and receiving unit
  • the proportion of the received signal due to the mechanical vibrations of the oscillatable unit must therefore either be reduced to such an extent that it is negligibly small compared with the coupling-related component, or the two components must be separated from one another.
  • the oscillatable unit outside of a resonance range is excited to oscillate and determines the coupling voltage at least on the basis of the height of the received received signal thereupon.
  • the drive / receiving unit is a certain phase shift between
  • the measuring operation can be divided into two phases: the determination of at least one process variable based on the resonant oscillations and the determination of the process pressure present in the environment of the oscillatable unit.
  • the phases for pressure determination hereby represent only a brief interruption of the phases of the determination of the actual process variables.
  • Actual process variables are those process variables which can be determined or monitored by a conventional measuring device of the type mentioned in the prior art. These are essentially in the case of liquids, the level, in particular limit level, density and / or viscosity and in the case of bulk solids, the level of the bulk material.
  • the transmission signal is changed in such a way that the mechanically oscillatable unit no longer carries out any significant oscillations.
  • the excitation frequency is reduced or increased by a multiple of the resonance frequency.
  • the excitation frequency is chosen so that even higher modes are not excited.
  • the transmission signal for non-resonant excitation can be dynamically controlled or fixed. Depending on the viscosity of the resonance range may be relatively wide, so that a sufficiently large distance of the excitation frequency is required. Often form
  • the resonant excitation is by specifying a specific
  • the control / evaluation unit causes the
  • Abrissfrequenz adjusts and then measured the now the coupling voltage corresponding received signal.
  • the oscillatable unit is too resonant
  • Coupling voltage may be required.
  • the following embodiments relate to all possible variants of the method for pressure determination.
  • the process pressure is determined at predeterminable times, preferably periodically.
  • the meter primarily determines the at least one Process variable to be determined.
  • the oscillatable unit is excited to vibrate in its resonance range, preferably at the resonant frequency.
  • the measurement is interrupted at selected times and the excitation takes place outside the resonance range, so that the corresponding received signal only contains the coupling-related signal and the pressure can be determined. Switching between the various suggestions is preferably carried out automatically at certain intervals.
  • the resonant excitation is not interrupted, but the received signal additionally evaluated with respect to the coupling voltage by these is filtered out.
  • the specific process pressure is logged at least temporarily. This allows, for example, in case of error, the check whether the
  • An embodiment of the method includes setting a threshold for the process pressure, and that the determined process pressure is logged, at least if it is above the threshold, and / or that an alarm is generated when the determined process pressure exceeds the threshold.
  • the threshold is set according to the device specification, i. it corresponds to an upper limit for a pressure at which
  • Error diagnosis exceeding the threshold preferably the time and / or duration of the crossing, and the amount by which the threshold was exceeded, are stored.
  • an alarm signal is generated as soon as the threshold is exceeded.
  • the operator of the measuring device is hereby informed about leaving the permissible pressure range and can, for example, carry out a timely check of the measuring device.
  • the interval of - for example, in the context of SIL - mandatory reviews shortened accordingly.
  • the coupling voltage is usually not only dependent on the pressure, but also on the temperature.
  • the temperature in the surroundings of the drive / receiving unit is therefore preferably determined.
  • an assignment of stored value pairs for coupling voltage and pressure or adaptation of a stored formula for determining the pressure to be assigned to a measured coupling voltage is then carried out, for example.
  • Fig. 1 shows the structure of a vibronic measuring device with a Stapelpiezo; 2 shows a diagram of the relationship between pressure and coupling voltage.
  • a measuring device 1 for determining the level, the density, and / or the viscosity of a liquid is shown.
  • the oscillatable unit 2 in the form of a vibration fork applied to a diaphragm 21 closes the housing 3 at the end.
  • the drive / receiving unit 41, 42 is introduced in the form of an enclosed by the drive housing 7 insert.
  • the drive / receiving unit 41, 42 is
  • piezoelectric element of the receiving unit 42 is assigned.
  • Drive unit 41 and receiving unit 42 preferably consist of a plurality of piezoelectric disks for better application of force or signal pick-up, the drive units of the
  • Empfangspiezos are preferably separated by a cutting disc.
  • the bottom of the piezoelectric element 21 as seen from the membrane 21 are the
  • the piezoelectric disks are metallized or metallic plates are arranged between them. These are with electric
  • Contact lines 8 are connected, which are preferably arranged on a flexible printed circuit board, and via which the drive unit 41 is supplied to a transmission signal and the received signal is derived from the receiving unit 42. Via a contact element 52, the drive / receiving unit 41, 42 is in contact with the diaphragm 21 of the oscillatable unit 2.
  • the membrane 21 is under the fastening means 6 under a certain bias, so that at any time, for example, even with temperature fluctuations, there is a contact between the drive / receiving unit 41, 42 or contact element 52 and oscillatable unit 2.
  • the contact elements 51, 52 are preferably designed so that they allow optimum power transmission in the axial direction. For example, this is achieved by end-hemispherical contact elements 51, 52.
  • the axial direction corresponds to a longitudinal axis A of the housing 3, which is tubular at least in the region of the drive / receiving unit 41, 42.
  • control / evaluation unit 9 is located in a housing section, not shown here above the fastening means.
  • the Control / evaluation unit 9 electrical components, which form a resonant circuit with the drive / receiving unit 41, 42 and the oscillatable unit 2, and a microcontroller. This sets, for example, the electrical components such that a certain
  • Phase shift between the received signal and the transmission signal is generated.
  • these are for example 90 °.
  • the determination of fill level, density and viscosity with a measuring device 1 of the type described is well known to the person skilled in the art and will not be described further here.
  • the microcontroller temporarily alters the phase shift and assigns the value of the subsequently recorded one
  • Receive signal on the basis of a stored for the determination of pressure in a memory
  • Microcontroller the pressure with a legal threshold and / or stores the value.
  • the membrane 21 is clamped with an edge region end in the housing 3.
  • the measuring device 1 shown here is a so-called tuning fork for liquids.
  • the invention is equally applicable in vibrating forks for bulk materials or so-called membrane vibrators with a membrane without vibrating rods as a vibratory unit.
  • the drive / receiving unit 41, 42 also applied to a connected to the diaphragm 21 bolts Ringpiezos as essential elements of
  • Drive / receiving unit 41, 42 have.
  • the drive unit 41, 42 is designed as a bimorph piezo, i. Drive unit 41 and
  • Receiving unit 42 are configured as segments of a single piezoelectric element.
  • the pressure determination by means of coupling voltage can also be used in so-called rods for level measurement in bulk solids.
  • Such measuring instruments are manufactured and marketed by the applicant under the name "Soliphant T.”
  • a single rod has a closed tube as a vibratory unit, wherein a compensation unit for avoiding the transmission of vibrations to the clamping is usually mounted in the tube Drive / receiving unit of a single rod consists
  • FIG. 2 shows a measurement curve which shows the value U * cos (cp) of the phase-weighted
  • Coupling voltage U depending on the pressure acting on the drive / receiving unit 41, 42 pressure p shows.
  • the pressure acting on the driving / receiving unit 41, 42 corresponds to the pressure which prevails outside the measuring device 1 in the vicinity of the oscillatable unit 2, in addition to a constant pressure caused by a bias voltage.
  • Bimorph piezos are ambient pressure and pressure acting on the bimorph piezo due to the absence of bias substantially identical.
  • Such a measurement curve is obtained, for example, in non-resonant excitation of the oscillatable unit 2 by receiving the received signal and simultaneously increasing the process pressure.
  • the coupling voltage is dependent on the pressure which prevails in the vicinity of the oscillatable unit 2 and thus acts on the drive / receiving unit 41, 42 via the diaphragm 21. As the pressure increases, the coupling voltage increases, with the slope decreasing for greater pressures. In the case of a piezo stack according to FIG. 1, the pressure acts via the contact element on the drive / receiving unit 41, 42 in the form of an axial force. An external pressure on the membrane 21 has on the built-in piezo stack thus the same effect as the
  • the coupling voltage has a mechanical and an electrical component, which are structurally in phase or in antiphase.
  • the electrical component has a phase shift of 180 ° and the mechanical
  • Component a phase shift of 0 °. If no pressure is exerted on the oscillatable unit 2 or on the drive / receiving unit 41, 42, the electrical component predominates, so that the phase-weighted voltage signal is negative in this case. Does that rise?
  • phase-weighted coupling signal assumes correspondingly positive values as soon as the mechanical component predominates.
  • the phase-weighted coupling signal assumes only positive values from the beginning, so that the evaluation of the amplitude of the coupling signal for pressure determination is sufficient.
  • Coupling voltage continues to increase.
  • This relationship between coupling voltage and pressure is stored as a table, comparison curve, or in the form of a simulated formula in the control / evaluation unit 9.
  • To compensate for the offset caused by the bias offset in the coupling voltage is preferably a production-side adjustment
  • the coupling voltage is superimposed on the voltage signal determined by the process variable during the measuring operation, the coupling voltage is preferably not measured simultaneously for determining the actual process variables such as fill level, density, and / or viscosity, but in a separate measuring phase. However, the actual measurement must be interrupted only very briefly, so that monitoring of the actual process variables by the pressure measurement is not disturbed.
  • the oscillatable unit 2 is outside the resonance range, preferably with the
  • the oscillatable unit 2 performs no oscillations and the received signal consists exclusively of the coupling signal.
  • the pressure measurement is less the exact pressure determination for pressure monitoring in the process, as the monitoring of the meter 1.
  • Measuring devices 1 of the type mentioned are approved for a specific pressure range. If this area is left when using the measuring device 1, damage is for example the oscillatable unit 2 or
  • the pressure measurement can be used to monitor the application area and to generate an alarm signal when leaving the approved area. Furthermore, it can be traced in the course of a repair whether the measuring device 1 was used outside the specification.
  • the coupling voltage is also dependent on the temperature. Therefore, the temperature at the location of the measuring device 1, in particular at the location of the drive / receiving unit 41, 42 is advantageously determined.
  • Resistor sensor adjacent to the drive / receive unit 41, 42 arranged or the temperature information is, as in the not yet disclosed German
  • Excitation signal was obtained or decoupled in continuous operation determined. Particularly advantageous is the integration of a thermocouple in the piezo stack or the formation of a thermocouple by means of the membrane 21 and the contact element 52 which contacts the membrane 21.
  • the temperature compensation is preferably carried out by a set of voltage-pressure dependencies for different temperatures in the control / evaluation unit 9 are stored, the temperature is measured, and this
  • Temperature corresponding stored dependency to the pressure determination is used.
  • the temperature enters into a formula for calculating the pressure as a parameter, which is determined by the temperature measurement. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The invention relates to an apparatus for determination of at least one process variable of a medium in a container, having a unit (2) which can oscillate mechanically, having a drive unit (41) which excites the unit (2) which can oscillate to carry out essentially resonant mechanical oscillations, having a receiving unit (42) which is mechanically and electrically connected to the drive unit (41), receives the mechanical oscillations from the unit (2) which can oscillate and converts them to an electrical received signal, and having a control/evaluation unit, which supplies an electrical transmission signal to the drive unit (41), receives the electrical received signal, and uses this to determine the process variable. The invention is distinguished in that the control/evaluation unit (9) is designed to use a coupling voltage, which results from the electrical and mechanical coupling of the drive unit (41) and of the receiving unit (42), to determine the process pressure which exists in an area around the unit (2) which can oscillate. A method is also claimed for pressure measurement using said apparatus.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Prozessgröße und Verfahren zur Druckmessung mit einer derartigen Vorrichtung  Device for determining at least one process variable and method for measuring pressure with such a device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter, mit einem zumindest abschnittsweise rohrförmigen Gehäuse, mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit, welche das Gehäuse in einem ersten Endbereich verschließt, mit einer Antriebseinheit, welche die schwingfähige Einheit zu im Wesentlichen resonanten mechanischen Schwingungen anregt, mit einer Empfangseinheit, welche mechanisch und elektrisch mit der Antriebseinheit gekoppelt ist, und welche die mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit empfängt und in ein elektrisches Empfangssignal umwandelt, und mit einer RegelAAuswerteeinheit, welche der Antriebseinheit ein elektrisches Sendesignal zuführt und welche das elektrische Empfangssignal empfängt und daraus die Prozessgröße bestimmt. Bei der Prozessgröße handelt es sich bevorzugt um den Füllstand eines Schüttguts oder um den Füllstand und/oder die Dichte und/oder die Viskosität einer Flüssigkeit. Bei der schwingfähigen Einheit handelt es sich insbesondere um eine Membran, eine Schwinggabel oder um einen Einstab. The present invention relates to a device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium in a container, with an at least partially tubular housing, with a mechanically oscillatable unit which closes the housing in a first end region, with a drive unit which the oscillatable Unit to substantially resonant mechanical vibrations, with a receiving unit, which is mechanically and electrically coupled to the drive unit, and which receives the mechanical vibrations of the oscillatable unit and converts into a received electrical signal, and with a RegelAAuswerteeinheit, which the drive unit, an electrical transmission signal supplies and which receives the electrical received signal and determines the process variable. The process variable is preferably the fill level of a bulk material or the fill level and / or the density and / or the viscosity of a liquid. The oscillatable unit is in particular a membrane, a tuning fork or a single rod.
In der Industrie, insbesondere in der Prozessautomatisierung, kommen häufig vibronische Messgeräte zur Überwachung eines Grenzfüllstands von Schüttgütern oder Flüssigkeiten in Behältern, aber auch zur Bestimmung der Dichte oder Viskosität von Flüssigkeiten zum Einsatz. Derartige Messgeräte verfügen meist über eine schwingfähige Einheit in Form einer Membran oder einer Gabel, welche aus zwei auf einer Membran angeordneten Zinken besteht. Diese schwingfähige Einheit wird von einer Antriebseinheit zu Schwingungen mit der In industry, especially in process automation, vibronic measuring devices are frequently used to monitor the level of bulk goods or liquids in containers, but also to determine the density or viscosity of liquids. Such measuring devices usually have an oscillatable unit in the form of a membrane or a fork, which consists of two prongs arranged on a membrane. This oscillating unit is used by a drive unit to oscillate with the
Resonanzfrequenz angeregt. Aus den Schwingungseigenschaften bzw. deren Änderung, d.h. der Schwingfrequenz und/oder der Phasenlage zwischen einem Sende- und einem Empfangssignal, und/oder der Amplitude, ist die Prozessgröße bzw. eine Änderung der Prozessgröße bestimmbar. Derartige Messgeräte werden von der Anmelderin in großer Vielfalt unter dem Namen Resonant frequency excited. From the vibration characteristics or their change, i. E. the oscillation frequency and / or the phase position between a transmitted and a received signal, and / or the amplitude, the process variable or a change in the process variable can be determined. Such measuring instruments are in great variety under the name of the applicant
„Liquiphant" für Flüssigkeiten und„Soliphant" für Schüttgüter hergestellt und vertrieben. Der Antrieb der schwingfähigen Einheit besteht in der Regel aus einem oder mehreren, in einem Stapel angeordneten, piezoelektrischen Elementen. Gleiches gilt für die Empfangseinheit, welche die Schwingungen der schwingfähigen Einheit empfängt und in ein verwertbares elektrisches Empfangssignal umwandelt. Prinzipiell unterscheidet man zwei Arten von piezoelektrischen Antriebs-/Empfangseinheiten, den Bimorphpiezo und den Piezostapel. Bei einem Bimorphpiezo ist ein scheibenförmiges piezoelektrisches Element in jeweils mindestens ein Antriebs- und"Liquiphant" for liquids and "Soliphant" for bulk materials produced and distributed. The drive of the oscillatory unit usually consists of one or more, arranged in a stack, piezoelectric elements. The same applies to the receiving unit, which receives the oscillations of the oscillatable unit and converts it into a usable electrical received signal. In principle, a distinction is made between two types of piezoelectric drive / receiving units, the bimorph piezo and the piezo stack. In a Bimorphpiezo is a disc-shaped piezoelectric element in each case at least one drive and
Empfangssegment unterteilt und derart an der schwingfähigen Einheit befestigt, dass es diese beim Anlegen einer elektrischen Wechselspannung an das Antriebssegment zu Schwingungen anregt. Dahingegen besteht ein Piezostapel aus mehreren in einem Stapel angeordneten piezoelektrischen Scheiben, wobei die der Antriebseinheit zugeordneten Scheiben und die der Empfangseinheit zugeordneten Scheiben im selben Stapel angeordnet sind. Der Stapel steht mit der schwingfähigen Einheit über ein Kontaktelement zur gezielten Kraftübertragung, Subdivided receiving segment and attached to the oscillatable unit such that it excites them when applying an electrical AC voltage to the drive segment to vibrate. In contrast, a piezo stack consists of several arranged in a stack piezoelectric disks, wherein the drive unit associated with the discs and the Receiving unit associated discs are arranged in the same stack. The stack is connected to the oscillatable unit via a contact element for targeted power transmission,
beispielsweise in Form einer Halbkugel, in Kontakt und ist zur Herstellung des zur for example in the form of a hemisphere, in contact and is for the preparation of the
Kraftübertragung erforderlichen Anpressdrucks im Gehäuse des Messgerätes fest eingespannt. Ein vibronisches Messgerät mit einer als Piezostapel ausgeführten Antriebs-/Empfangseinheit ist beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer EP 1 134 038 A1 beschrieben. Force transmission required contact pressure firmly clamped in the housing of the meter. A vibronic measuring device with a drive / receiving unit designed as a piezo stack is described, for example, in the European patent application with the disclosure number EP 1 134 038 A1.
Das Messgerät ist bis zu einem bestimmten Prozessdruck spezifiziert. Wird dieser Druck während des Einsatzes des Messgerätes überschritten, können einzelne Komponenten, insbesondere die schwingfähige Einheit, Schaden nehmen. Beispielsweise kann sich eine Schwinggabel verbiegen. Eine Membran kann bei starker Überbelastung gar brechen. Um das Auftreten derartiger Schäden zu vermeiden, ist es wünschenswert, den Druck zu überwachen, welchem die schwingfähige Einheit ausgesetzt ist. The meter is specified up to a certain process pressure. If this pressure is exceeded during the use of the measuring instrument, individual components, in particular the oscillatable unit, may be damaged. For example, a tuning fork may bend. A membrane can even break when heavily overloaded. In order to avoid the occurrence of such damage, it is desirable to monitor the pressure to which the oscillatory unit is exposed.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein vibronisches Messgerät bereit zu stellen, mit welchem zusätzlich zu mindestens einer Prozessgröße der Prozessdruck am Ort des The object of the invention is to provide a vibronic measuring device with which, in addition to at least one process variable, the process pressure at the location of the
Messgerätes bestimmbar ist, und ein Verfahren zur Bestimmung des Prozessdrucks mit einem solchen Messgerät anzugeben. Measuring device can be determined, and specify a method for determining the process pressure with such a meter.
Die Aufgabe wird von einem Messgerät dadurch gelöst, dass die Regel-/Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, aus einer Koppelspannung, welche sich auf Grund der elektrischen und mechanischen Kopplung der Antriebseinheit und der Empfangseinheit ergibt, den in einer Umgebung der schwingfähigen Einheit vorherrschenden Prozessdruck zu bestimmen. The object is achieved by a measuring device in that the control / evaluation unit is adapted to determine from a coupling voltage, which results from the electrical and mechanical coupling of the drive unit and the receiving unit, the prevailing in an environment of the oscillatory unit process pressure ,
Durch die Zuleitungen zur Spannungszu- bzw. abfuhr, kapazitive Effekte, und den mechanischen Kontakt der Teile, welche den Antrieb der schwingfähigen Einheit bilden mit den Teilen, welche die mechanischen Schwingungen empfangen und in elektrische Signale umwandeln, entsteht im elektrischen Empfangssignal ein kopplungsbedingtes Zusatzsignal. Auf Grund der mechanischen und elektrischen Kopplung von Antriebseinheit und Empfangseinheit kann man auch von einer Antriebs-/Empfangseinheit sprechen. Das kopplungsbedingte Zusatzsignal ist im Resonanzfall vernachlässigbar gering, gewinnt jedoch mit zunehmender Dämpfung der Schwingungen an Gewicht und kann bei einer Erzeugung des Sendesignals durch Rückkopplung des Through the supply lines for voltage supply and discharge, capacitive effects, and the mechanical contact of the parts which form the drive of the oscillatory unit with the parts which receive the mechanical vibrations and convert them into electrical signals, a coupling-related additional signal is produced in the electrical received signal. Due to the mechanical and electrical coupling of the drive unit and the receiving unit, one can also speak of a drive / receiving unit. The coupling-related additional signal is negligible in the case of resonance, but wins with increasing attenuation of the vibrations in weight and can at a generation of the transmission signal by feedback of the
Empfangssignals dazu führen, dass das System nicht mehr mit der Resonanzfrequenz schwingt. Auch bei direkter Anregung der schwingfähigen Einheit außerhalb des Resonanzbereichs dominiert die Kopplungsspannung. Receive signal causing the system to stop oscillating at the resonant frequency. Even with direct excitation of the oscillatory unit outside the resonance range, the coupling voltage dominates.
Diesen Effekt macht man sich nun zu Nutze. Indem die Regel-/Auswerteeinheit das Sendesignal zeitweise derart erzeugt, dass die von diesem gesteuerte Antriebseinheit die schwingfähige Einheit nicht resonant anregen kann, verringert sich der von mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit hervorgerufene Anteil im Empfangssignal so weit, dass die This effect is now being used. In that the control / evaluation unit temporarily generates the transmission signal in such a way that the drive unit controlled by it controls the oscillatory Unit can stimulate non-resonant, reduced by mechanical vibrations of the oscillatory unit caused proportion in the received signal so far that the
Kopplungsspannung dominiert. Idealerweise schwingt die mechanisch schwingfähige Einheit überhaupt nicht mehr. Zumindest ist die Amplitude der Schwingungen aber so gering, dass deren Anteil am Empfangssignal gegenüber dem kopplungsbedingten Anteil vernachlässigbar gering ist. Da die schwingfähige Einheit und die Antriebs-/Empfangseinheit fest miteinander verbunden sind, wirkt der in der Umgebung der schwingfähigen Einheit herrschende Prozessdruck auch auf die Antriebs-/Empfangseinheit. Da der Grad der Kopplung und somit die Kopplungsspannung von dem auf die Antriebs-/Empfangseinheit einwirkenden Druck in bekannter Weise abhängt, ist dieser durch eine Messung der Kopplungsspannung bestimmbar. Alternativ zu der nicht- resonanten Anregung bestimmt die Regel-/Auswerteeinheit die Kopplungsspannung zu Coupling voltage dominates. Ideally, the mechanically oscillatable unit no longer vibrates at all. But at least the amplitude of the vibrations is so low that their share of the received signal compared to the coupling-related component is negligible. Since the oscillatable unit and the drive / receiving unit are firmly connected to each other, the process pressure prevailing in the vicinity of the oscillatable unit also acts on the drive / receiving unit. Since the degree of coupling and thus the coupling voltage depends on the pressure acting on the drive / receiving unit pressure in a known manner, this can be determined by measuring the coupling voltage. As an alternative to the non-resonant excitation, the control / evaluation unit determines the coupling voltage
Zeitpunkten, zu welchen die mechanischen Schwingungen auf Grund einer zu hohen Dämpfung durch das Medium im Wesentlichen unterbunden sind oder die Regel-/Auswerteeinheit verfügt über Mittel zur Trennung des kopplungsbedingten Signalanteils von dem schwingungsbedingten Signalanteil. Time points at which the mechanical vibrations due to excessive damping by the medium are substantially prevented or the control / evaluation unit has means for separating the coupling-related signal component of the vibration-related signal component.
In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Antriebseinheit mindestens ein piezoelektrisches Antriebselement auf, weist die Empfangseinheit mindestens ein piezoelektrisches Empfangselement auf, und sind das piezoelektrische Antriebselement und das piezoelektrische Empfangselement in einem Stapel angeordnet. Mit anderen Worten handelt es sich um einen Piezostapel oder Stapelantrieb, wobei Antriebseinheit und Empfangseinheit in einem gemeinsamen Stapel angeordnet sind. Der Stapel ist entlang einer Längsachse des Gehäuses zwischen der schwingfähigen Einheit und einem Befestigungsmittel im Gehäuse angeordnet. Um zur Gewährleistung der Kraftübertragung einen dauerhaften Kontakt zwischen Antriebseinheit bzw. Empfangseinheit und mechanisch schwingfähiger Einheit herzustellen, ist der Piezostapel unter einer bestimmten Vorspannung in das Gehäuse eingebracht. Diese wird durch das Befestigungsmittel erzielt, bei welchem es sich beispielsweise um eine Druckschraube oder ein Joch handelt. Im Fall eines Membranschwingers oder einer Schwinggabel ist die In a first embodiment of the solution according to the invention, the drive unit has at least one piezoelectric drive element, the receiving unit has at least one piezoelectric receiving element, and the piezoelectric drive element and the piezoelectric receiving element are arranged in a stack. In other words, it is a piezo stack or stack drive, wherein drive unit and receiving unit are arranged in a common stack. The stack is arranged along a longitudinal axis of the housing between the oscillatable unit and a fastening means in the housing. To produce permanent contact between the drive unit or the receiving unit and the mechanically oscillatable unit in order to ensure power transmission, the piezo stack is introduced into the housing under a certain prestress. This is achieved by the fastening means, which is for example a pressure screw or a yoke. In the case of a diaphragm transducer or a tuning fork is the
Membran durch die Vorspannung leicht nach außen gewölbt. Membrane slightly bulged outwards due to the prestressing.
In einer Ausgestaltung sind die Antriebseinheit und die Empfangseinheit als Bimorphpiezo ausgestaltet. Diese Ausgestaltung ist alternativ dazu, dass Antriebs- und Empfangseinheit als Piezostapel ausgeführt sind. Die Kopplung und die im Empfangssignal auftretende In one embodiment, the drive unit and the receiving unit are designed as Bimorphpiezo. This embodiment is an alternative to that drive and receiving unit are designed as a piezo stack. The coupling and the occurring in the received signal
Kopplungsspannung sind beim Bimorphpiezo in der Regel geringer als bei einem Piezostapel. Eine Druckmessung mittels Bimorphpiezo ist jedoch dennoch möglich. Coupling voltage are usually lower in the bimorph than in a piezo stack. However, a pressure measurement using Bimorphpiezo is still possible.
In einer Ausgestaltung handelt es sich bei der von der Vorrichtung bestimmten oder überwachten Prozessgröße um den Füllstand eines Schüttguts oder um den Füllstand und/oder die Dichte und/oder die Viskosität einer Flüssigkeit. Vorzugsweise bestimmt die Vorrichtung zumindest den Füllstand eines Mediums. Der Druck ist eine zusätzlich bestimmbare Prozessgröße. In one embodiment, the process variable determined or monitored by the device is the fill level of a bulk material or the fill level and / or the density and / or the viscosity of a liquid. Preferably, the device determines at least the level of a medium. The pressure is an additional determinable process variable.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Prozessdrucks mit einer Vorrichtung nach einer der beschriebenen Ausgestaltungen, wobei die Antriebseinheit mit einem Sendesignal beaufschlagt wird, wobei an Hand des The object is further achieved by a method for determining and / or monitoring a process pressure with a device according to one of the embodiments described, wherein the drive unit is acted upon by a transmission signal, wherein on hand of the
Empfangssignals zumindest zeitweise die Kopplungsspannung gemessen wird und wobei aus einer hinterlegten Druckabhängigkeit der Kopplungsspannung der in der Umgebung der schwingfähigen Einheit vorherrschende Prozessdruck bestimmt wird. Receiving signal, at least temporarily, the coupling voltage is measured and wherein from a stored pressure dependence of the coupling voltage of prevailing in the environment of the oscillatory unit process pressure is determined.
Während der Bestimmung der eigentlichen Prozessgrößen regt die Antriebseinheit die schwingfähige Einheit zu Schwingungen im Resonanzbereich, d.h. vorzugsweise mit der During the determination of the actual process variables, the drive unit excites the oscillatable unit to oscillate in the resonance region, i. preferably with the
Resonanzfrequenz, an. Dies geschieht beispielsweise über einen Schwingkreis und die Vorgabe einer festen Phasenverschiebung zwischen Sendesignal und Empfangssignal. Alternativ wird die Antriebseinheit mit einem Frequenzsweep beaufschlagt und die Resonanzfrequenz an Hand des Empfangssignals elektronisch bestimmt. Das Empfangssignal weist hierbei einen geringen, auf die mechanische und elektrische Kopplung zwischen Antriebs- und Empfangseinheit Resonant frequency, on. This happens for example via a resonant circuit and the specification of a fixed phase shift between the transmission signal and the received signal. Alternatively, the drive unit is subjected to a frequency sweep and the resonant frequency is determined electronically on the basis of the received signal. The received signal here has a low on the mechanical and electrical coupling between drive and receiving unit
zurückzuführenden Anteil, und einen dominierenden, durch die mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit bedingten Anteil auf. Um den Druck bestimmen zu können, muss der von der mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit bedingte Anteil im Empfangssignal daher entweder so weit verringert werden, dass er vernachlässigbar gering ist gegenüber dem kopplungsbedingten Anteil, oder die beiden Anteile müssen voneinander getrennt werden. attributable portion, and a dominant, due to the mechanical vibrations of the oscillatory unit share. In order to be able to determine the pressure, the proportion of the received signal due to the mechanical vibrations of the oscillatable unit must therefore either be reduced to such an extent that it is negligibly small compared with the coupling-related component, or the two components must be separated from one another.
Gemäß einer ersten Variante des Verfahrens wird daher die schwingfähige Einheit außerhalb eines Resonanzbereichs zu Schwingungen angeregt und die Kopplungsspannung zumindest an Hand der Höhe des daraufhin empfangenen Empfangssignals bestimmt. Je nach Ausgestaltung der Antriebs-/Empfangseinheit liegt eine bestimmte Phasenverschiebung zwischen According to a first variant of the method, therefore, the oscillatable unit outside of a resonance range is excited to oscillate and determines the coupling voltage at least on the basis of the height of the received received signal thereupon. Depending on the design of the drive / receiving unit is a certain phase shift between
Kopplungsspannung und Anregespannung vor, sodass neben der Höhe des Empfangssignals auch die Phasenverschiebung zu berücksichtigen ist. Coupling voltage and exciting voltage, so that in addition to the height of the received signal and the phase shift is taken into account.
In der ersten Variante des Verfahrens kann der Messbetrieb in zwei Phasen eingeteilt werden: die Bestimmung mindestens einer Prozessgröße an Hand der resonanten Schwingungen und die Bestimmung des in der Umgebung der schwingfähigen Einheit vorliegenden Prozessdrucks. Die Phasen zur Druckbestimmung stellen hierbei lediglich eine kurze Unterbrechung der Phasen der Bestimmung der eigentlichen Prozessgrößen dar. Unter eigentlichen Prozessgrößen sind diejenigen Prozessgrößen zu verstehen, welche ein gewöhnliches aus dem Stand der Technik bekanntes Messgerät der eingangs genannten Art bestimmen oder überwachen kann. Dies sind im Wesentlichen im Fall von Flüssigkeiten der Füllstand, insbesondere Grenzstand, die Dichte und/oder die Viskosität und im Fall von Schüttgütern der Füllstand des Schüttguts. Während der Phasen zur Druckbestimmung wird das Sendesignal derart verändert, dass die mechanisch schwingfähige Einheit keine signifikanten Schwingungen mehr durchführt. In the first variant of the method, the measuring operation can be divided into two phases: the determination of at least one process variable based on the resonant oscillations and the determination of the process pressure present in the environment of the oscillatable unit. The phases for pressure determination hereby represent only a brief interruption of the phases of the determination of the actual process variables. Actual process variables are those process variables which can be determined or monitored by a conventional measuring device of the type mentioned in the prior art. These are essentially in the case of liquids, the level, in particular limit level, density and / or viscosity and in the case of bulk solids, the level of the bulk material. During the phases for pressure determination, the transmission signal is changed in such a way that the mechanically oscillatable unit no longer carries out any significant oscillations.
Beispielsweise wird die Anregungsfrequenz um ein Vielfaches der Resonanzfrequenz verringert oder vergrößert. Für den Fall, dass die Anregungsfrequenz größer ist als die Resonanzfrequenz, wird die Anregungsfrequenz so gewählt, dass auch höhere Moden nicht angeregt werden. Das Sendesignal zur nicht-resonanten Anregung kann dynamisch geregelt oder fest vorgegeben werden. In Abhängigkeit der Viskosität kann der Resonanzbereich relativ breit sein, sodass ein ausreichend großer Abstand der Anregungsfrequenz erforderlich ist. Oftmals bilden For example, the excitation frequency is reduced or increased by a multiple of the resonance frequency. In the event that the excitation frequency is greater than the resonance frequency, the excitation frequency is chosen so that even higher modes are not excited. The transmission signal for non-resonant excitation can be dynamically controlled or fixed. Depending on the viscosity of the resonance range may be relatively wide, so that a sufficiently large distance of the excitation frequency is required. Often form
Antriebseinheit, schwingfähige Einheit, Empfangseinheit und zumindest ein Teil der Regeleinheit einen Schwingkreis. Die resonante Anregung wird durch Vorgabe einer bestimmten Drive unit, oscillatable unit, receiving unit and at least part of the control unit a resonant circuit. The resonant excitation is by specifying a specific
Phasenverschiebung zwischen Sendesignal und Empfangssignal erzielt. Ist eine mechanische Schwingung der schwingfähigen Einheit nicht möglich, oszilliert der Schwingkreis auf einer von der Elektronikeinheit bestimmten Abrissfrequenz. In einer möglichen Ausgestaltung der ersten Variante des Verfahrens wird von der Regel-/Auswerteeinheit veranlasst, dass sich die  Phase shift between the transmission signal and received signal achieved. If a mechanical oscillation of the oscillatable unit is not possible, the oscillating circuit oscillates at a demolition frequency determined by the electronic unit. In one possible embodiment of the first variant of the method, the control / evaluation unit causes the
Abrissfrequenz einstellt und dann das nunmehr der Kopplungsspannung entsprechende Empfangssignal gemessen. Abrissfrequenz adjusts and then measured the now the coupling voltage corresponding received signal.
In einer zweiten Variante des Verfahrens wird die schwingfähige Einheit zu resonanten In a second variant of the method, the oscillatable unit is too resonant
Schwingungen angeregt und die Kopplungsspannung von dem durch die mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit bedingten Anteil im Empfangssignal getrennt. Dies kann beispielsweise über eine Fourieranalyse geschehen. Vibrations excited and the coupling voltage of the conditional by the mechanical vibrations of the oscillatory unit fraction in the received signal separated. This can be done for example via a Fourier analysis.
Eine weitere Möglichkeit zur Druckmessung bietet sich beim Einsatz in hochviskosen Medien. In der bislang noch nicht offengelegten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102010039585.4 ist ein Verfahren zur elektronischen Kompensation der Kopplungsspannung beschrieben, welches die Messung der gewünschten Prozessgrößen in hochviskosen Medien ermöglicht. Ohne Kompensation dominiert die Kopplungsspannung und der Schwingkreis schwingt auf Abrissfrequenz. Durch ein verzögertes Einsetzen der Kompensation oder ein kurzzeitiges Ausschalten der Kompensation ist somit die Druckmessung trotz resonanter Anregung möglich. Werden die Schwingungen nicht vollständig gedämpft, sodass noch ein geringer schwingungsbedingter Anteil im Empfangssignal vorhanden ist, kann in Abhängigkeit der gewünschten Genauigkeit der Druckbestimmung dennoch ein Herausfiltern der Another option for pressure measurement is the use in highly viscous media. In German Patent Application No. 102010039585.4, which has not yet been disclosed, a method for the electronic compensation of the coupling voltage is described, which enables the measurement of the desired process variables in highly viscous media. Without compensation, the coupling voltage dominates and the resonant circuit oscillates at break-off frequency. Due to a delayed onset of compensation or a short-term switching off of the compensation thus the pressure measurement is possible despite resonant excitation. If the vibrations are not completely damped, so that even a small amount of vibration in the received signal is present, depending on the desired accuracy of the pressure determination still filtering the
Kopplungsspannung erforderlich sein. Die folgenden Ausgestaltungen beziehen sich auf alle möglichen Varianten des Verfahrens zur Druckbestimmung. Coupling voltage may be required. The following embodiments relate to all possible variants of the method for pressure determination.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Prozessdruck zu vorgebbaren Zeitpunkten, vorzugsweise periodisch, bestimmt. Das Messgerät bestimmt in erster Linie die mindestens eine zu bestimmende Prozessgröße. Hierzu wird die schwingfähige Einheit in ihrem Resonanzbereich zu Schwingungen angeregt, vorzugsweise mit der Resonanzfrequenz. In einer Variante wird die Messung zu ausgewählten Zeitpunkten unterbrochen und die Anregung erfolgt außerhalb des Resonanzbereichs, sodass das entsprechende Empfangssignal nur noch das kopplungsbedingte Signal enthält und der Druck bestimmbar ist. Das Umschalten zwischen den verschiedenen Anregungen erfolgt vorzugsweise automatisch in bestimmten Intervallen. In einer anderen Variante wird die resonante Anregung nicht unterbrochen, sondern das Empfangssignal zusätzlich bezüglich der Kopplungsspannung ausgewertet, indem diese herausgefiltert wird. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der bestimmte Prozessdruck zumindest zeitweise protokolliert. Dies ermöglicht beispielsweise im Fehlerfall die Überprüfung, ob die According to one embodiment of the method, the process pressure is determined at predeterminable times, preferably periodically. The meter primarily determines the at least one Process variable to be determined. For this purpose, the oscillatable unit is excited to vibrate in its resonance range, preferably at the resonant frequency. In one variant, the measurement is interrupted at selected times and the excitation takes place outside the resonance range, so that the corresponding received signal only contains the coupling-related signal and the pressure can be determined. Switching between the various suggestions is preferably carried out automatically at certain intervals. In another variant, the resonant excitation is not interrupted, but the received signal additionally evaluated with respect to the coupling voltage by these is filtered out. In one embodiment of the method, the specific process pressure is logged at least temporarily. This allows, for example, in case of error, the check whether the
Druckspezifikationen für das Messgerät eingehalten wurden. Zudem ist ein zeitlicher Verlauf des Prozessdrucks ablesbar, was zu Diagnosezwecken beim Auftreten von Fehlern bzw. bei einem Ausfall des Messgerätes verwendbar ist. Pressure specifications for the meter have been adhered to. In addition, a temporal course of the process pressure can be read, which can be used for diagnostic purposes in the event of errors or in the event of a failure of the measuring device.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, dass eine Schwelle für den Prozessdruck festgesetzt wird, und dass der bestimmte Prozessdruck zumindest dann, wenn er oberhalb der Schwelle liegt, protokolliert wird, und/oder dass ein Alarm erzeugt wird, wenn der bestimmte Prozessdruck die Schwelle überschreitet. Die Schwelle wird gemäß der Gerätespezifikation festgesetzt, d.h. sie entspricht einem oberen Grenzwert für einen Druck, bei welchem An embodiment of the method includes setting a threshold for the process pressure, and that the determined process pressure is logged, at least if it is above the threshold, and / or that an alarm is generated when the determined process pressure exceeds the threshold. The threshold is set according to the device specification, i. it corresponds to an upper limit for a pressure at which
sichergestellt ist, dass die Bestandteile des Messgerätes keinen Schaden nehmen. Wird diese Schwelle überschritten, ist eine Beschädigung möglich. In einer Variante wird daher zur it is ensured that the components of the measuring device are not damaged. If this threshold is exceeded, damage is possible. In one variant is therefore to
Fehlerdiagnose ein Überschreiten der Schwelle protokolliert, wobei vorzugsweise der Zeitpunkt und/oder die Zeitdauer des Überschreitens, sowie der Betrag, um welchen die Schwelle überschritten wurde, gespeichert werden. In einer Weiterbildung wird zusätzlich oder alternativ zu dem Protokollieren ein Alarmsignal erzeugt, sobald die Schwelle überschritten wird. Der Bediener des Messgeräts wird hierdurch auf das Verlassen des zulässigen Druckbereichs hingewiesen und kann beispielsweise eine zeitnahe Überprüfung des Messgerätes durchführen. In einer Ausgestaltung wird im Hinblick auf predictive maintenance das Intervall von - beispielsweise im Rahmen von SIL - vorgeschriebenen Überprüfungen entsprechend verkürzt. Error diagnosis exceeding the threshold, preferably the time and / or duration of the crossing, and the amount by which the threshold was exceeded, are stored. In a development, in addition to or as an alternative to logging, an alarm signal is generated as soon as the threshold is exceeded. The operator of the measuring device is hereby informed about leaving the permissible pressure range and can, for example, carry out a timely check of the measuring device. In one embodiment, with regard to predictive maintenance, the interval of - for example, in the context of SIL - mandatory reviews shortened accordingly.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Ermittlung des Prozessdrucks eine According to one embodiment of the method is for determining the process pressure a
Temperaturkompensation durchgeführt. Die Kopplungsspannung ist in der Regel nicht nur vom Druck, sondern auch von der Temperatur abhängig. Bevorzugt wird daher die Temperatur in der Umgebung der Antriebs-/Empfangseinheit bestimmt. An Hand der gemessenen Temperatur erfolgt dann beispielsweise eine Zuordnung hinterlegter Wertepaare für Kopplungsspannung und Druck oder eine Anpassung einer hinterlegten Formel zur Bestimmung des einer gemessenen Kopplungsspannung zuzuordnenden Drucks. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Temperature compensation performed. The coupling voltage is usually not only dependent on the pressure, but also on the temperature. The temperature in the surroundings of the drive / receiving unit is therefore preferably determined. On the basis of the measured temperature, an assignment of stored value pairs for coupling voltage and pressure or adaptation of a stored formula for determining the pressure to be assigned to a measured coupling voltage is then carried out, for example. The invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines vibronischen Messgerätes mit einem Stapelpiezo; Fig. 2 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen Druck und Kopplungsspannung. Fig. 1 shows the structure of a vibronic measuring device with a Stapelpiezo; 2 shows a diagram of the relationship between pressure and coupling voltage.
In Fig. 1 ist ein Messgerät 1 zur Bestimmung des Füllstands, der Dichte, und/oder der Viskosität einer Flüssigkeit dargestellt. Die schwingfähige Einheit 2 in Form einer auf einer Membran 21 aufgebrachten Schwinggabel verschließt das Gehäuse 3 endseitig. In das Gehäuse 3 ist die Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 in Form eines durch das Antriebsgehäuse 7 abgeschlossenen Einsatzes eingebracht. Bei der Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 handelt es sich um In Fig. 1, a measuring device 1 for determining the level, the density, and / or the viscosity of a liquid is shown. The oscillatable unit 2 in the form of a vibration fork applied to a diaphragm 21 closes the housing 3 at the end. In the housing 3, the drive / receiving unit 41, 42 is introduced in the form of an enclosed by the drive housing 7 insert. The drive / receiving unit 41, 42 is
scheibenförmige piezoelektrische Elemente, welche in einem Stapel angeordnet sind, wobei mindestens ein piezoelektrisches Element der Antriebseinheit 41 und mindestens ein disc-shaped piezoelectric elements which are arranged in a stack, wherein at least one piezoelectric element of the drive unit 41 and at least one
piezoelektrisches Element der Empfangseinheit 42 zugeordnet ist. Vorzugsweise bestehen Antriebseinheit 41 und Empfangseinheit 42 zur besseren Kraftausübung bzw. Signalaufnahme jeweils aus mehreren piezoelektrischen Scheiben, wobei die Antriebspiezos von den piezoelectric element of the receiving unit 42 is assigned. Drive unit 41 and receiving unit 42 preferably consist of a plurality of piezoelectric disks for better application of force or signal pick-up, the drive units of the
Empfangspiezos bevorzugt durch eine Trennscheibe voneinander getrennt sind. Beispielsweise sind die von der Membran 21 aus gesehen untersten piezoelektrischen Elemente der Empfangspiezos are preferably separated by a cutting disc. For example, the bottom of the piezoelectric element 21 as seen from the membrane 21 are the
Empfangseinheit 42 und die übrigen der Antriebseinheit 41 zugeordnet. Receiving unit 42 and the rest of the drive unit 41 assigned.
Zur Herstellung eines elektrischen Kontakts sind die piezoelektrischen Scheiben metallisiert oder es sind metallische Plättchen zwischen ihnen angeordnet. Diese sind mit elektrischen To produce an electrical contact, the piezoelectric disks are metallized or metallic plates are arranged between them. These are with electric
Kontaktleitungen 8 verbunden, welche vorzugsweise auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet sind, und über welche der Antriebseinheit 41 ein Sendesignal zugeführt und das Empfangssignal von der Empfangseinheit 42 abgeleitet wird. Über ein Kontaktelement 52 steht die Antriebs- /Empfangseinheit 41 , 42 in Kontakt mit der Membran 21 der schwingfähigen Einheit 2. Zur Herstellung eines Anpressdrucks ist ein Befestigungsmittel 6, beispielsweise in Form einer Schraube, derart in dem Gehäuse 3 angebracht, dass es über das Kontaktelement 51 Druck auf die Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 ausübt. Vorzugsweise steht die Membran 21 durch das Befestigungsmittel 6 unter einer bestimmten Vorspannung, sodass jederzeit, beispielsweise auch bei Temperaturschwankungen, ein Kontakt zwischen Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 bzw. Kontaktelement 52 und schwingfähiger Einheit 2 besteht. Die Kontaktelemente 51 , 52 sind vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie eine optimale Kraftübertragung in axialer Richtung ermöglichen. Beispielsweise wird dies durch endseitig halbkugelförmige Kontaktelemente 51 , 52 erreicht. Die axiale Richtung entspricht einer Längsachse A des zumindest im Bereich der Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 rohrförmigen Gehäuses 3. Contact lines 8 are connected, which are preferably arranged on a flexible printed circuit board, and via which the drive unit 41 is supplied to a transmission signal and the received signal is derived from the receiving unit 42. Via a contact element 52, the drive / receiving unit 41, 42 is in contact with the diaphragm 21 of the oscillatable unit 2. To produce a contact pressure, a fastening means 6, for example in the form of a screw, mounted in the housing 3, that it over the Contact element 51 exerts pressure on the drive / receiving unit 41, 42. Preferably, the membrane 21 is under the fastening means 6 under a certain bias, so that at any time, for example, even with temperature fluctuations, there is a contact between the drive / receiving unit 41, 42 or contact element 52 and oscillatable unit 2. The contact elements 51, 52 are preferably designed so that they allow optimum power transmission in the axial direction. For example, this is achieved by end-hemispherical contact elements 51, 52. The axial direction corresponds to a longitudinal axis A of the housing 3, which is tubular at least in the region of the drive / receiving unit 41, 42.
Die andeutungsweise skizzierte Regel-/Auswerteeinheit 9 befindet sich in einem hier nicht dargestellten Gehäuseabschnitt oberhalb des Befestigungsmittels. Beispielsweise umfasst die Regel-/Auswerteeinheit 9 elektrische Bauteile, welche mit der Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 und der schwingfähigen Einheit 2 einen Schwingkreis bilden, und einen Mikrocontroller. Dieser stellt beispielsweise die elektrischen Bauteile derart ein, dass eine bestimmte The suggestively outlined control / evaluation unit 9 is located in a housing section, not shown here above the fastening means. For example, the Control / evaluation unit 9 electrical components, which form a resonant circuit with the drive / receiving unit 41, 42 and the oscillatable unit 2, and a microcontroller. This sets, for example, the electrical components such that a certain
Phasenverschiebung zwischen Empfangssignal und Sendesignal erzeugt wird. Zur Anregung resonanter Schwingungen in Luft sind dies beispielsweise 90°. Die Bestimmung von Füllstand, Dichte und Viskosität mit einem Messgerät 1 der beschriebenen Art ist dem Fachmann hinlänglich bekannt und wird hier nicht weiter beschrieben. Phase shift between the received signal and the transmission signal is generated. To excite resonant vibrations in air, these are for example 90 °. The determination of fill level, density and viscosity with a measuring device 1 of the type described is well known to the person skilled in the art and will not be described further here.
Zur erfindungsgemäßen Druckmessung verändert der Mikrocontroller beispielsweise zeitweise die Phasenverschiebung und ordnet dem Wert des nachfolgend aufgenommenen For pressure measurement according to the invention, for example, the microcontroller temporarily alters the phase shift and assigns the value of the subsequently recorded one
Empfangssignals an Hand eines zur Druckbestimmung in einem Speicher abgelegten  Receive signal on the basis of a stored for the determination of pressure in a memory
Zusammenhangs oder einer Tabelle einen Druck zu. Gegebenenfalls vergleicht der Context or a table to a pressure. If necessary, compares the
Mikrocontroller den Druck mit einem zulässigen Schwellenwert und/oder speichert den Wert ab. Die Membran 21 ist mit einem Randbereich endseitig in dem Gehäuse 3 eingespannt. DieMicrocontroller the pressure with a legal threshold and / or stores the value. The membrane 21 is clamped with an edge region end in the housing 3. The
Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 drückt von innen gegen das Zentrum der Membran 21. Eine Druckbeaufschlagung von außen bewirkt daher eine konkave Verformung des zwischen Zentrum und Randbereich liegenden Bereichs der Membran 21. Das Zentrum und der Randbereich der Membran 21 werden kaum ausgelenkt. Drive / receiving unit 41, 42 presses from the inside against the center of the membrane 21. A pressurization from the outside therefore causes a concave deformation of the area lying between the center and edge region of the membrane 21. The center and the edge region of the membrane 21 are hardly deflected.
Bei dem hier dargestellten Messgerät 1 handelt es sich um eine so genannte Schwinggabel für Flüssigkeiten. Die Erfindung ist jedoch gleichermaßen in Schwinggabeln für Schüttgüter oder so genannten Membranschwingern mit einer Membran ohne schwingende Stäbe als schwingfähiger Einheit anwendbar. Weiterhin kann die Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 auch auf einen mit der Membran 21 verbundenen Bolzen aufgebrachte Ringpiezos als wesentliche Elemente derThe measuring device 1 shown here is a so-called tuning fork for liquids. However, the invention is equally applicable in vibrating forks for bulk materials or so-called membrane vibrators with a membrane without vibrating rods as a vibratory unit. Furthermore, the drive / receiving unit 41, 42 also applied to a connected to the diaphragm 21 bolts Ringpiezos as essential elements of
Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 aufweisen. In einer wieder anderen Variante ist die Antriebs- ZEmpfangseinheit 41 , 42 als Bimorphpiezo ausgeführt, d.h. Antriebseinheit 41 und Drive / receiving unit 41, 42 have. In yet another variant, the drive unit 41, 42 is designed as a bimorph piezo, i. Drive unit 41 and
Empfangseinheit 42 sind als Segmente eines einzigen piezoelektrischen Elements ausgestaltet. Darüber hinaus kann die Druckbestimmung mittels Kopplungsspannung auch bei so genannten Einstäben zur Füllstandsmessung in Schüttgütern eingesetzt werden. Derartige Messgeräte werden von der Anmelderin unter dem Namen„Soliphant T" hergestellt und vertrieben. Ein Einstab weist ein geschlossenes Rohr als schwingfähige Einheit auf, wobei in der Regel in dem Rohr eine Kompensationseinheit zur Vermeidung der Übertragung von Schwingungen auf die Einspannung angebracht ist. Die Antriebs-/Empfangseinheit eines Einstabes besteht Receiving unit 42 are configured as segments of a single piezoelectric element. In addition, the pressure determination by means of coupling voltage can also be used in so-called rods for level measurement in bulk solids. Such measuring instruments are manufactured and marketed by the applicant under the name "Soliphant T." A single rod has a closed tube as a vibratory unit, wherein a compensation unit for avoiding the transmission of vibrations to the clamping is usually mounted in the tube Drive / receiving unit of a single rod consists
beispielsweise aus zwei piezoelektrischen Scheiben mit jeweils zwei Segmenten for example, two piezoelectric disks with two segments
entgegengesetzter Polarisation, wie in der EP 0 1573 282 A1 beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Messkurve, welche den Wert U*cos(cp) der phasengewichteten opposite polarization, as described in EP 0 1573 282 A1. FIG. 2 shows a measurement curve which shows the value U * cos (cp) of the phase-weighted
Kopplungsspannung U in Abhängigkeit des auf die Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 wirkenden Drucks p zeigt. Der auf die Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 wirkende Druck entspricht dem Druck, der außerhalb des Messgerätes 1 in der Umgebung der schwingfähigen Einheit 2 vorherrscht, zusätzlich einem konstanten durch eine Vorspannung bewirkten Druck. Für Coupling voltage U depending on the pressure acting on the drive / receiving unit 41, 42 pressure p shows. The pressure acting on the driving / receiving unit 41, 42 corresponds to the pressure which prevails outside the measuring device 1 in the vicinity of the oscillatable unit 2, in addition to a constant pressure caused by a bias voltage. For
Bimorphpiezos sind Umgebungsdruck und auf den Bimorphpiezo wirkender Druck auf Grund der nicht vorhandenen Vorspannung im Wesentlichen identisch. Eine derartige Messkurve erhält man beispielsweise bei nicht-resonanter Anregung der schwingfähigen Einheit 2 durch Aufnahme des Empfangssignals und gleichzeitiger Erhöhung des Prozessdrucks.  Bimorph piezos are ambient pressure and pressure acting on the bimorph piezo due to the absence of bias substantially identical. Such a measurement curve is obtained, for example, in non-resonant excitation of the oscillatable unit 2 by receiving the received signal and simultaneously increasing the process pressure.
Die Kopplungsspannung ist vom Druck abhängig, der in der Umgebung der schwingfähigen Einheit 2 herrscht und somit über die Membran 21 auf die Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 wirkt. Mit steigendem Druck steigt die Kopplungsspannung an, wobei die Steigung für größere Drücke abnimmt. Bei einem Piezostapel gemäß Fig. 1 wirkt der Druck über das Kontaktelement auf die Antrieb-/Empfangseinheit 41 , 42 in Form einer axialen Kraft. Eine äußere Druckeinwirkung über die Membran 21 hat auf den eingebauten Piezostapel somit die gleiche Wirkung wie die The coupling voltage is dependent on the pressure which prevails in the vicinity of the oscillatable unit 2 and thus acts on the drive / receiving unit 41, 42 via the diaphragm 21. As the pressure increases, the coupling voltage increases, with the slope decreasing for greater pressures. In the case of a piezo stack according to FIG. 1, the pressure acts via the contact element on the drive / receiving unit 41, 42 in the form of an axial force. An external pressure on the membrane 21 has on the built-in piezo stack thus the same effect as the
Vorspannung. Eine äußere Krafteinwirkung durch den Prozessdruck ist daher ebenso so wie die Vorspannung über die Kopplungsspannung messbar. Die Kopplungsspannung hat eine mechanische und eine elektrische Komponente, welche konstruktionsbedingt phasengleich oder gegenphasig sind. In dem dargestellten Beispiel weist die elektrische Komponente eine Phasenverschiebung von 180° und die mechanische Preload. An external force due to the process pressure is thus measurable as well as the bias voltage via the coupling voltage. The coupling voltage has a mechanical and an electrical component, which are structurally in phase or in antiphase. In the illustrated example, the electrical component has a phase shift of 180 ° and the mechanical
Komponente eine Phasenverschiebung von 0° auf. Wird kein Druck auf die schwingfähige Einheit 2 oder auf die Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 ausgeübt, überwiegt die elektrische Komponente, sodass das phasengewichtete Spannungssignal in diesem Fall negativ ist. Steigt die Component a phase shift of 0 °. If no pressure is exerted on the oscillatable unit 2 or on the drive / receiving unit 41, 42, the electrical component predominates, so that the phase-weighted voltage signal is negative in this case. Does that rise?
mechanische Komponente durch zunehmende Krafteinwirkung an, nimmt das phasengewichtete Kopplungssignal entsprechend positive Werte an, sobald die mechanische Komponente überwiegt. In anderen Ausgestaltungen, bei denen beide Komponenten positiv sind, nimmt das phasengewichtete Kopplungssignal von Anfang an nur positive Werte an, sodass die Auswertung der Amplitude des Kopplungssignals zur Druckbestimmung ausreicht. Beiden Ausgestaltungen ist gemein, dass mit steigender Krafteinwirkung von außen durch zunehmenden Druck die mechanical component by increasing force, the phase-weighted coupling signal assumes correspondingly positive values as soon as the mechanical component predominates. In other embodiments, in which both components are positive, the phase-weighted coupling signal assumes only positive values from the beginning, so that the evaluation of the amplitude of the coupling signal for pressure determination is sufficient. Both embodiments have in common that with increasing force from the outside by increasing pressure the
Kopplungsspannung weiter ansteigt. Dieser Zusammenhang zwischen Kopplungsspannung und Druck wird als Tabelle, Vergleichskurve, oder in Form einer simulierten Formel in der Regel- /Auswerteeinheit 9 hinterlegt. Zur Kompensation des durch die Vorspannung verursachten Offsets in der Kopplungsspannung wird vorzugsweise ein fertigungsseitiger Abgleich Coupling voltage continues to increase. This relationship between coupling voltage and pressure is stored as a table, comparison curve, or in the form of a simulated formula in the control / evaluation unit 9. To compensate for the offset caused by the bias offset in the coupling voltage is preferably a production-side adjustment
durchgeführt, sodass die aufgenommenen Messwerte eindeutig einem entsprechenden Druck zugeordnet werden können. Da die Kopplungsspannung während des Messbetriebs dem durch die Prozessgröße bestimmten Spannungssignal überlagert ist, erfolgt die Messung der Kopplungsspannung vorzugsweise nicht gleichzeitig zur Bestimmung der eigentlichen Prozessgrößen wie Füllstand, Dichte, und/oder Viskosität, sondern in einer separaten Messphase. Die eigentliche Messung muss hierzu jedoch nur sehr kurz unterbrochen werden, so dass eine Überwachung der eigentlichen Prozessgrößen durch die Druckmessung nicht gestört wird. Zur Messung der Kopplungsspannung wird die schwingfähige Einheit 2 außerhalb des Resonanzbereichs, vorzugsweise mit der performed, so that the recorded measured values can be clearly assigned to a corresponding pressure. Since the coupling voltage is superimposed on the voltage signal determined by the process variable during the measuring operation, the coupling voltage is preferably not measured simultaneously for determining the actual process variables such as fill level, density, and / or viscosity, but in a separate measuring phase. However, the actual measurement must be interrupted only very briefly, so that monitoring of the actual process variables by the pressure measurement is not disturbed. To measure the coupling voltage, the oscillatable unit 2 is outside the resonance range, preferably with the
Antiresonanzfrequenz oder der Abrissfrequenz, angeregt. In diesem Fall führt die schwingfähige Einheit 2 keine Schwingungen aus und das Empfangssignal besteht ausschließlich aus dem Kopplungssignal. Antiresonant frequency or the frequency of breakup, stimulated. In this case, the oscillatable unit 2 performs no oscillations and the received signal consists exclusively of the coupling signal.
Die Druckmessung dient weniger der exakten Druckbestimmung zur Drucküberwachung im Prozess, als der Überwachung des Messgerätes 1. Messgeräte 1 der genannten Art sind für einen bestimmten Druckbereich zugelassen. Wird dieser Bereich beim Einsatz des Messgerätes 1 verlassen, ist eine Beschädigung beispielsweise der schwingfähigen Einheit 2 oder desThe pressure measurement is less the exact pressure determination for pressure monitoring in the process, as the monitoring of the meter 1. Measuring devices 1 of the type mentioned are approved for a specific pressure range. If this area is left when using the measuring device 1, damage is for example the oscillatable unit 2 or
Piezoantriebs möglich. Durch die Druckmessung kann der Einsatzbereich überwacht und ein Alarmsignal erzeugt werden, wenn der zugelassene Bereich verlassen wird. Weiterhin ist im Zuge einer Reparatur nachvollziehbar, ob das Messgerät 1 außerhalb der Spezifikation verwendet wurde. Piezo drive possible. The pressure measurement can be used to monitor the application area and to generate an alarm signal when leaving the approved area. Furthermore, it can be traced in the course of a repair whether the measuring device 1 was used outside the specification.
Neben dem Druck ist die Kopplungsspannung auch von der Temperatur abhängig. Daher wird vorteilhaft die Temperatur am Ort des Messgeräts 1 , insbesondere am Ort der Antriebs- /Empfangseinheit 41 , 42 bestimmt. Beispielsweise wird ein Thermoelement oder ein In addition to the pressure, the coupling voltage is also dependent on the temperature. Therefore, the temperature at the location of the measuring device 1, in particular at the location of the drive / receiving unit 41, 42 is advantageously determined. For example, a thermocouple or a
Widerstandssensor benachbart zu der Antriebs-/Empfangseinheit 41 , 42 angeordnet oder die Temperaturinformation wird, wie in der bislang noch nicht offengelegten deutschen Resistor sensor adjacent to the drive / receive unit 41, 42 arranged or the temperature information is, as in the not yet disclosed German
Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102010030791.2 beschrieben, an Hand eines  Patent application with the file reference 102010030791.2 described on hand of a
Nutzsignals, welches bei Anregung mit einem außerhalb des Nutzbereichs liegenden Useful signal, which when excited with an out of range
Anregungssignal gewonnen oder im kontinuierlichen Betrieb ausgekoppelt wurde, bestimmt. Besonders vorteilhaft ist die Integration eines Thermoelements in den Piezostapel oder die Ausbildung eines Thermoelements mittels der Membran 21 und des Kontaktelements 52, welches die Membran 21 berührt. Die Temperaturkompensation erfolgt vorzugsweise indem eine Schar an Spannungs-Druck-Abhängigkeiten für verschiedene Temperaturen in der Regel- /Auswerteeinheit 9 gespeichert werden, die Temperatur gemessen wird, und die dieser Excitation signal was obtained or decoupled in continuous operation determined. Particularly advantageous is the integration of a thermocouple in the piezo stack or the formation of a thermocouple by means of the membrane 21 and the contact element 52 which contacts the membrane 21. The temperature compensation is preferably carried out by a set of voltage-pressure dependencies for different temperatures in the control / evaluation unit 9 are stored, the temperature is measured, and this
Temperatur entsprechende hinterlegte Abhängigkeit zur Druckbestimmung verwendet wird. Alternativ geht die Temperatur in eine Formel zur Berechnung des Drucks als Parameter ein, welcher durch die Temperaturmessung bestimmt wird. Bezugszeichenliste Temperature corresponding stored dependency to the pressure determination is used. Alternatively, the temperature enters into a formula for calculating the pressure as a parameter, which is determined by the temperature measurement. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Messgerät 1 measuring device
2 Schwingfähige Einheit  2 Oscillatory unit
21 Membran  21 membrane
3 Gehäuse  3 housing
41 Antriebseinheit  41 drive unit
42 Empfangseinheit  42 receiving unit
51 Kontaktelement  51 contact element
52 Kontaktelement  52 contact element
6 Befestigungsmittel  6 fasteners
7 Antriebsgehäuse  7 drive housing
8 Elektrische Kontaktleitungen  8 electrical contact lines
9 Regel-/Auswerteeinheit  9 control / evaluation unit
A Längsachse  A longitudinal axis

Claims

Patentansprüche claims
Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter, mit einem zumindest abschnittsweise rohrförmigen Gehäuse (3), mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit (2), welche das Gehäuse (3) in einem ersten Endbereich verschließt, mit einer Antriebseinheit (41), welche die schwingfähige Einheit (2) zu im Wesentlichen resonanten mechanischen Schwingungen anregt, mit einer Empfangseinheit (42), welche mechanisch und elektrisch mit der Antriebseinheit (41) gekoppelt ist, und welche die mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit (2) empfängt und in ein elektrisches Empfangssignal umwandelt, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (9), welche der Antriebseinheit (41) ein elektrisches Sendesignal zuführt und welche das elektrische Empfangssignal empfängt und daraus die Prozessgröße bestimmt, Device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium in a container, having an at least partially tubular housing (3), with a mechanically oscillatable unit (2) which closes the housing (3) in a first end region, with a drive unit (41), which excites the oscillatable unit (2) to substantially resonant mechanical oscillations, with a receiving unit (42), which is mechanically and electrically coupled to the drive unit (41) and which controls the mechanical oscillations of the oscillatable unit (2). receives and converts into an electrical received signal, and with a control / evaluation unit (9) which supplies an electrical transmission signal to the drive unit (41) and which receives the electrical received signal and determines therefrom the process variable,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Regel-/Auswerteeinheit (9) dazu eingerichtet ist, aus einer Koppelspannung, welche sich auf Grund der elektrischen und mechanischen Kopplung der Antriebseinheit (41) und der Empfangseinheit (42) ergibt, den in einer Umgebung der schwingfähigen Einheit (2) vorherrschenden Prozessdruck zu bestimmen.  in that the control / evaluation unit (9) is set up from a coupling voltage, which results from the electrical and mechanical coupling of the drive unit (41) and the receiving unit (42), in an environment of the oscillatable unit (2) To determine process pressure.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , Device according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Antriebseinheit (41) mindestens ein piezoelektrisches Antriebselement aufweist, dass die Empfangseinheit (42) mindestens ein piezoelektrisches Empfangselement aufweist,  the drive unit (41) has at least one piezoelectric drive element, in that the receiving unit (42) has at least one piezoelectric receiving element,
und dass das piezoelektrische Antriebselement und das piezoelektrische  and that the piezoelectric drive element and the piezoelectric
Empfangselement in einem Stapel angeordnet sind.  Receiving element are arranged in a stack.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , Device according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Antriebseinheit (41) und die Empfangseinheit (42) als Bimorphpiezo ausgeführt sind.  in that the drive unit (41) and the receiving unit (42) are designed as bimorph piezo.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass es sich bei der Prozessgröße um den Füllstand eines Schüttguts oder um den Füllstand und/oder die Dichte und/oder die Viskosität einer Flüssigkeit handelt.  that the process variable is the fill level of a bulk material or the fill level and / or the density and / or the viscosity of a liquid.
5. Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Prozessdrucks mit einer 5. Method for determining and / or monitoring a process pressure with a
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Antriebseinheit (41) mit einem Sendesignal beaufschlagt wird, wobei an Hand des Empfangssignals zumindest zeitweise die Kopplungsspannung gemessen wird und wobei aus einer hinterlegten Druckabhängigkeit der Kopplungsspannung der in der Umgebung der schwingfähigen Einheit (2) vorherrschende Prozessdruck bestimmt wird. Device according to one of claims 1-4, wherein the drive unit (41) with a Transmitted signal is applied, wherein at least temporarily the coupling voltage is measured on the basis of the received signal and wherein from a stored pressure dependence of the coupling voltage of the prevailing in the environment of the oscillatable unit (2) process pressure is determined.
Verfahren nach Anspruch 5, Method according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die schwingfähige Einheit (2) außerhalb eines Resonanzbereichs zu Schwingungen angeregt wird, und dass die Kopplungsspannung zumindest an Hand der Höhe des daraufhin empfangenen Empfangssignals bestimmt wird,  that the oscillatable unit (2) is excited to oscillate outside of a resonance range, and that the coupling voltage is determined at least by reference to the magnitude of the subsequently received received signal,
oder  or
dass die schwingfähige Einheit (2) zu resonanten Schwingungen angeregt wird und die Kopplungsspannung von dem durch die mechanischen Schwingungen der  that the oscillatable unit (2) is excited to resonant oscillations and the coupling voltage of the by the mechanical vibrations of the
schwingfähigen Einheit (2) bedingten Anteil im Empfangssignal getrennt wird.  oscillatory unit (2) conditional share is separated in the received signal.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, Method according to one of claims 5 or 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Prozessdruck zu vorgebbaren Zeitpunkten, vorzugsweise periodisch, bestimmt wird.  the process pressure is determined at predefinable times, preferably periodically.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, Method according to one of claims 5-7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der bestimmte Prozessdruck zumindest zeitweise protokolliert wird.  that the specific process pressure is at least temporarily logged.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5-8, Method according to one of claims 5-8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass eine Schwelle für den Prozessdruck festgesetzt wird,  that a threshold for the process pressure is set,
und dass der bestimmte Prozessdruck zumindest dann, wenn er oberhalb der Schwelle liegt, protokolliert wird,  and that the particular process pressure is logged, at least if it is above the threshold,
und/oder dass ein Alarm erzeugt wird, wenn der bestimmte Prozessdruck die Schwelle überschreitet.  and / or that an alarm is generated when the particular process pressure exceeds the threshold.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-9, 10. The method according to any one of claims 5-9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zur Ermittlung des Prozessdrucks eine Temperaturkompensation durchgeführt wird.  that a temperature compensation is performed to determine the process pressure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012107315B4 (en) * 2012-08-09 2022-02-10 Vega Grieshaber Kg Oscillating device for a level measuring unit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1134038A1 (en) 2000-03-08 2001-09-19 Endress + Hauser GmbH + Co. Device for detecting and/or monitoring a predetermined level in a container
DE10057974A1 (en) * 2000-11-22 2002-05-23 Endress Hauser Gmbh Co Determination of liquid level in a container or density of liquid in a container using a vibrating gimbal type body with compensation for temperature, pressure or viscosity variations to improve measurement accuracy
EP1573282A1 (en) 2002-12-19 2005-09-14 Endress + Hauser GmbH + Co. Device for determining and/or monitoring at least one physical variable comprising a piezo drive for exciting and detecting oscillations
DE102005062001A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Gaseous medium`s measured value determination and/or monitoring method, involves determining characteristic of oscillations of mechanically oscillatable unit, and determining measured value based on comparison of characteristic with curve

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7039530B2 (en) 2003-12-29 2006-05-02 Ashcroft Inc. Fluid measurement
DE102005015546A1 (en) 2005-04-04 2006-10-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Liquid medium`s process variable e.g. level, measuring device for e.g. monitoring process variable, has detection unit provided to determine and/or control pressure in direction perpendicular to diaphragm by vibrating diaphragm
DE102010030791A1 (en) 2010-07-01 2012-01-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Device for determining and / or monitoring a process variable of a medium
DE102010039585A1 (en) 2010-08-20 2012-02-23 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Device for determining and / or monitoring at least one predetermined fill level

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1134038A1 (en) 2000-03-08 2001-09-19 Endress + Hauser GmbH + Co. Device for detecting and/or monitoring a predetermined level in a container
DE10057974A1 (en) * 2000-11-22 2002-05-23 Endress Hauser Gmbh Co Determination of liquid level in a container or density of liquid in a container using a vibrating gimbal type body with compensation for temperature, pressure or viscosity variations to improve measurement accuracy
EP1573282A1 (en) 2002-12-19 2005-09-14 Endress + Hauser GmbH + Co. Device for determining and/or monitoring at least one physical variable comprising a piezo drive for exciting and detecting oscillations
DE102005062001A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Gaseous medium`s measured value determination and/or monitoring method, involves determining characteristic of oscillations of mechanically oscillatable unit, and determining measured value based on comparison of characteristic with curve

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