CN112955717A - 振动多传感器 - Google Patents

振动多传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN112955717A
CN112955717A CN201980071996.6A CN201980071996A CN112955717A CN 112955717 A CN112955717 A CN 112955717A CN 201980071996 A CN201980071996 A CN 201980071996A CN 112955717 A CN112955717 A CN 112955717A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
process variable
sensor unit
medium
received signal
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
CN201980071996.6A
Other languages
English (en)
Inventor
谢尔盖·洛帕京
让·施莱费尔伯克
托比亚斯·布伦加藤纳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of CN112955717A publication Critical patent/CN112955717A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • 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
    • G01N9/24Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by observing the transmission of wave or particle radiation through the material
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B11/00Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves
    • 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
    • G01N2011/006Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system
    • G01N2011/0073Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system acoustic properties

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于确定和/或监视介质(M)的至少两个不同过程变量(P1、P2)的方法,其中,借助于激励信号(A)激励传感器单元(2)从而机械地振动,机械振动被从所述传感器单元(2)接收并被转化成第一接收信号(EA),传感器单元(2)发出传输信号(S)并接收第二接收信号(ES),并且基于第一接收信号(EA)确定第一过程变量(P1),并且基于第二接收信号(ES)确定第二过程变量(P2)。本发明进一步涉及一种被配置成执行根据本发明的方法的装置(1)。

Description

振动多传感器
技术领域
本发明涉及一种用于通过一种装置确定和/或监视介质的至少两个不同过程变量的方法,该装置包括具有至少一个具有机械振动能力的单元以及第一和第二压电元件的传感器单元。本发明进一步涉及一种被配置成执行根据本发明的方法的装置。介质位于容器中,例如在储液器中或在管道中。
背景技术
振动传感器通常用在过程和/或自动化技术中。在填充水平测量设备的情况下,它们包括至少一个具有机械振动能力的单元,诸如音叉,单杆或膜片。在运行期间,借助于驱动/接收单元激励具有机械振动能力的单元从而机械地振动,驱动/接收单元通常为机电换能器单元的形式,机电换能器单元又可以是例如压电驱动器或电磁驱动器。申请人生产了各种各样的相应现场设备,并且以例如LIQUIPHANT或SOLIPHANT的名称进行分销。原则上从众多出版物中已知基本的测量原理。驱动/接收单元借助于电激励信号激励具有机械振动能力的单元从而机械地振动。相反,驱动/接收单元可以接收具有机械振动能力的单元的机械振动并将其转换为电接收信号。因而,驱动/接收单元是单独的驱动单元和单独的接收单元,或者是组合的驱动/接收单元。
驱动/接收单元通常是电反馈谐振电路的一部分,借助于其激励具有机械振动能力的单元以机械地振动。例如,对于谐振振动,必须满足这样的谐振电路条件:放大系数≥1,并且在谐振电路中出现的所有相位都导致360°的倍数。为了激励和满足谐振电路条件,必须确保激励信号和接收信号之间的特定相移。因此,经常设定用于相移的可指定值,即,用于激励信号和接收信号之间的相移的目标值。为此,例如在文献DE102006034105A1,DE102007013557A1,DE102005015547A1,DE102009026685A1,DE102009028022A1,DE102010030982A1或DE00102010030982A1中所述,从现有技术中已知模拟和数字方法的各种解决方案。
激励信号和接收信号均由其频率ω,幅度A和/或相位Φ来表征。因此,这些变量的变化通常用于确定对应的过程变量。过程变量例如可以是填充水平,指定的填充水平或介质的密度或粘度以及流速。例如,在用于液体的振动水平开关的情况下,区分具有振动能力的单元是被液体覆盖还是自由地振动。例如,基于不同的谐振频率,即基于频移,区分自由状态和被覆盖状态这两个状态。
进而,仅当具有振动能力的单元被介质覆盖时,密度和/或粘度才可以用这样的测量设备确定。关于密度和/或粘度的确定,同样从现有技术中已知不同的可能性,诸如在文献DE10050299A1,DE102007043811A1,DE10057974A1,DE102006033819A1,DE102015102834A1或DE102016112743A1中公开的那些可能性。
利用振动传感器,可以相应地确定多个过程变量,并将其用于表征对应的过程。然而,在许多情况下,对于过程的全面监视和/或控制,需要有关过程的进一步的信息,尤其是对进一步的物理和/或化学过程变量和/或过程参数的了解。例如,这可以通过进一步的将现场设备集成到对应的过程中来实现。然后,可以在高于设备的单元中以合适的方式进一步处理由各种测量设备提供的测得值。
然而,现在的情况是,不同的测量设备一方面具有不同的测量精确度。另外,漂移和/或老化效应可能对应地非常不同。然而,这样的效应会使对应的测量或过程监视和/或控制变得更加困难或不精确。另外,可能难以在连续操作期间对应地确定个别现场设备的对应状态。
发明内容
因而,本发明的目标是为了扩展振动传感器的功能性。
该目标由根据权利要求1所述的方法和由根据权利要求13所述的装置实现。
关于方法,该目标由一种用于确定和/或监视介质的至少两个不同的过程变量的方法来实现,其中,
-借助于激励信号激励传感器单元从而机械地振动,
-机械振动被传感器单元接收并被转换为第一接收信号,
-传感器单元发出传输信号并接收第二接收信号,并且
-基于第一接收信号确定第一过程变量,和基于第二接收信号确定第二过程变量。
传感器单元是用于确定和/或监视介质的至少两个不同过程变量的装置的一部分,并且包括具有机械振动能力的单元以及至少第一和第二压电元件。具有机械振动能力的单元例如是膜片,单杆,至少两个振动元件的布置,或音叉。另外,两个压电元件可以至少部分地用作驱动/接收单元,以产生具有机械振动能力的单元的机械振动。
此外,传输信号可以由两个压电元件之一发出并且由对应的另一压电元件以第二接收信号的形式接收。传输信号至少暂时地且分段地穿过介质,并且受到介质的物理和/或化学性质的影响,并且因而可以用于确定介质的第二过程变量。
在本发明的范围内,可以有利地在单个装置中实现至少两个测量原理。传感器单元一方面执行机械振动;另外,发出传输信号。响应于机械振动和传输信号,与至少两个不同的过程变量有关的接收和评估两个接收信号。可以有利地彼此独立地评估两个接收信号。以这种方式,根据本发明,可以显著增加可确定的过程变量的数量,这使得对应传感器的功能性更高或应用领域更广。
在本发明的一个实施例中,将激励信号和传输信号同时提供给传感器单元,其中,激励信号和传输信号彼此叠加。然而,可替选地,激励信号和传输信号也可以被交替地提供给传感器单元。
在一个优选实施例中,激励信号是具有至少一个可指定频率的电信号,尤其是正弦或矩形信号。具有机械振动能力的单元优选地至少暂时地被激发以谐振地振动。机械振动受到具有振动能力的单元周围介质的影响,使得基于表示振动的接收信号可以得出关于介质的不同特性的结论。
在另一特别优选的实施例中,传输信号是超声信号,尤其是脉冲超声信号,尤其是至少一个超声脉冲。因而,在本发明的范围内执行基于超声的测量以作为使用的第二测量方法。在每种情况下,发出的传输信号至少部分地穿过介质并且在其特性方面受到介质的影响。因而,同样可以基于对应的接收到的第二接收信号得出关于不同介质的结论。
采用所使用的两种方法,可以有利地用一种装置彼此独立地确定至少部分不同的过程变量和/或过程参数,使得可以借助于单个测量设备就对应的过程进行全面的分析。另外,通过对两种测量方法使用相同的传感器单元,可以显著提高测量的准确性。另外,可以使用两个过程变量来监视装置的状态。在这方面可以有许多实施例,下面给出其一些优选变体。
在一个特别优选的实施例中,第一过程变量是介质的密度,并且第二过程变量是介质内的声速或从其导出的变量。因而,基于第一接收信号确定介质的密度,并基于第二接收信号确定介质内的声速。
在这种情况下,有利的是基于声速确定密度的参考值,并且其中,借助于从第一接收信号确定的密度的值来比较参考值。优选地,基于从第二接收信号确定的声速来确定溶解在可指定的储液器中的参考介质中的参考物质的浓度。之后可以从浓度中确定参考介质的密度的参考值。此外,可以从第一接收信号确定密度的测得值。然后可以将密度的两个值相互比较。尤其可以基于从第二接收信号确定的密度的参考值,调整从第一接收信号确定的密度的值。以这种方式,可以补偿对应地使用的容器的几何形状对密度的振动确定造成的不利影响。
另外,有利的是,确定介质的至少第三过程变量,尤其是粘度。然而,不言而喻,除了本文明确提及的过程变量之外,还可以确定借助于所执行的两种测量可获得的进一步过程变量和/或过程参数,并将其用于表征对应的过程。
在方法的一个实施例中,基于第一和第二接收信号和/或基于第一和第二过程变量来确定在传感器单元上是否已经形成沉积物。两个接收信号通常分别根据传感器单元区域中的沉积物而有不同的表现。因而,例如可以基于两个接收信号和/或过程变量的时间上的考虑来确定沉积物的存在。
在方法的另一实施例中,基于第一和第二接收信号和/或基于第一和第二过程变量来确定传感器单元的漂移和/或老化。同样地在这一方面,例如可以对第一和第二接收信号和/或第一和第二过程变量执行时间上的考虑。
一个特别优选的实施例提供,将第一和第二接收信号,第一和第二过程变量,和/或第一和第二接收信号的和/或第一和第二过程变量的时间曲线进行相互比较。然后可以从比较中推断出传感器单元的沉积物的存在,漂移或老化。因为可获得至少两个接收信号或过程变量,所以在每种情况下关于沉积物,漂移或老化的描述都可以达到很高的准确度。
通过根据本发明利用单个传感器单元实现两种不同的测量,因而可以可靠地检测到传感器单元的沉积物的存在,或者传感器单元的漂移或老化。
在另一特别优选的实施例中,在确定和/或监视至少一个过程变量时,或在确定从至少一个过程变量和/或从至少一个接收信号导出的变量时,减小或补偿传感器单元的沉积物,漂移和/或老化对第一和/或第二接收信号的影响。因此因而,在确定和/或监视对应的过程变量时可以考虑传感器单元的沉积物,漂移和/或老化的影响,所以使得可以在不存在沉积物,漂移和/或老化的情况下确定对应的过程变量。为了降低或补偿影响,例如可以存储合适的算法,借助于该算法,可以对为对应的过程变量确定值,该值是不会因为受到传感器单元的沉积物、漂移和/或老化的影响而被伪造的值。因而从而可以实现更高的测量精确度。
在又另一特别优选实施例中,基于第一和第二接收信号和/或基于第一和第二过程变量,确定介质中所含的第一物质的第一浓度和介质中所含的第二物质的第二浓度。根据现有技术,对于这样的关于两种不同物质的介质分析,通常需要两个提供不同被测量物的单独的测量设备。相比之下,根据本发明,可以借助于单个装置可靠地做出关于介质中的两种不同成分的描述。
方法的优选用途涉及对发酵过程的监视。在发酵中,糖被转化为乙醇。为了能够确保进行定性的监视,因此有必要确定糖和乙醇两者的浓度。这在本发明的框架内是可能的。
此外,通过一种用于确定和/或监视介质的第一和第二过程变量的装置来实现本发明的目标,该装置被配置成执行根据所述实施例中的至少一个的方法。
有利的是,传感器单元包括具有机械振动能力的单元和至少第一压电元件,尤其是至少第一和第二压电元件。然而,也可以存在两个以上的压电元件,它们可以被布置在相对于具有振动能力的单元的不同位置处。
因而,在优选实施例中,具有机械振动能力的单元是具有第一和第二振动元件的音叉,其中,第一压电元件被至少部分地布置在两个振动元件中的一个振动元件中,其中,特别地,第一压电元件被至少部分地布置在第一振动元件中,并且第二压电元件被至少部分地布置在第二振动元件中。例如,传感器单元的相应实施例在文献DE102012100728A1中以及在先前未公开的德国专利申请DE102017130527A1中进行了描述。在本发明的框架内完整地引用这两个申请。然而,应指出,本发明不限于在两个文献中所述的传感器单元的可能实施例之一。这些仅仅是适合于执行根据本发明的方法的传感器单元的例证性的可能结构实施例。例如,使用单个压电元件也是足够的,单个压电元件例如可以被布置在两个振动元件之一中。也不是绝对必要仅将压电元件布置在振动元件的区域中。相反,所使用的个别压电元件也可以被布置在膜片区域中,或不用于振动激励并且同样施加到膜片上的进一步的振动元件中。
还应指出,结合根据本发明的方法所述的实施例也可以比照地应用于根据本发明的装置,反之亦然。
附图说明
参考附图更详细地解释本发明。示出下列附图:
图1是根据现有技术的振动传感器的示意图,
图2是本身从现有技术中已知并适合于执行根据本发明的方法的传感器单元的多个可能实施例,并且
图3是根据本发明的用于检测传感器单元的区域中的沉积物的方法实施例的视图。
在附图中,相同的元件分别具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了具有传感器单元2的振动传感器1。传感器具有音叉形式的具有机械振动能力的单元4,其被部分地浸入位于储液器3中的介质M中。能够振动的单元4被激励/接收单元5激励以机械地振动,并且例如可以借助于压电堆驱动器或双态驱动器。其他振动传感器具有例如电磁驱动/接收单元5。可以使用单个驱动/接收单元5,其用于激励机械振动并对机械振动进行检测。然而,也可以设想分别实现一个驱动单元和一个接收单元。图1还示出了电子单元6,借助其进行信号采集,评估和/或馈电。
图2以示例的方式示出了适合于执行根据本发明的方法的各种传感器单元2。图2a中所示的具有机械振动能力的单元4包括两个振动元件9a,9b,其被安装在基座8上因此也被称为叉齿。可选地,也可以分别在两个振动元件9a、9b(这里未示出)的端侧上形成桨。在两个振动元件9a、9b每一个中,分别引入空腔10a、10b,尤其是袋状空腔,驱动/接收单元5的至少一个压电元件11a、11b分别布置在空腔中。优选地,压电元件11a和11b被嵌入空腔10a和10b内。空腔10a、10b可以使得两个压电元件11a、11b完全或部分地位于两个振动元件9a、9b的区域中。在DE102012100728A1中广泛地描述了这样的布置以及类似的布置。
在图2b中示出了传感器单元2的另一个可能的示例性实施例。具有机械振动能力的单元4具有两个振动元件9a、9b,两个振动元件彼此平行地对准并且在这里被构造成杆状形式。它们被安装在盘状元件12上,并且可以被彼此独立地激励以机械地振动。它们的振动同样可以被彼此分开地接收和评估。两个振动元件9a和9b分别具有空腔10a和10b,其中至少一个压电元件11a和11b被分别布置在面向盘状元件12的区域中。关于根据图2b的实施例,此外,再次参考先前未公开的德国专利申请参考号DE102017130527A1。
如图2b中示意性所示的,根据本发明,传感器单元2一方面被供以激励信号A,使得具有振动能力的单元4被激励从而机械地振动。振动借助于两个压电元件11a和11b产生。可以设想两个压电元件都被供以相同的激励信号A,并且第一振动元件11a被供以第一激励信号A1,第二振动元件11b被供以第二激励信号A2。也可以设想基于机械振动接收第一接收信号EA,或者使每个振动元件9a、9b接收单独的接收信号EA1或EA2
另外,传输信号S从第一压电元件11a发出,并被第二压电元件11b以第二接收信号ES的形式接收。因为两个压电元件11a和11b被至少布置在振动元件9a和9b的区域中,所以只要传感器单元2与介质M接触,传输信号S就穿过介质M,并因此受到介质M的特性的影响。传输信号S优选地是超声信号,尤其是脉冲超声信号,尤其是至少一个超声脉冲。然而,也可以设想传输信号S由第一振动元件9a区域中的第一压电元件11a发出并在第二振动元件9b上反射。在这种情况下,第二接收信号ES被第一压电元件11a接收。在这种情况下,传输信号S两次穿过介质M,这使得传输信号S的渡越时间τ加倍。
除了根据本发明的装置1的所示的两个实施例之外,也可以设想许多其他变体,这些变体同样落入本发明内。例如,对于根据图2a和图2b的实施例,可以仅使用一个压电元件11a、11b,并将其至少布置在两个振动元件9a、9b之一中。在这种情况下,压电元件9a用于产生激励信号和传输信号S,并接收第一接收信号E1和第二接收信号E2。在这种情况下,传输信号在没有压电元件11b的情况下在第二振动元件9b处反射。
在图2c中示出了另一示例性可能性。这里,在膜片12的区域中设置有第三压电元件11c。第三压电元件11c用于产生激励信号A并接收第一接收信号E1;第一压电元件11a和第二压电元件11b用于产生传输信号S或接收第二接收信号E2。可替选地,例如可以产生激励信号A和传输信号S,并且通过第一压电元件11a和/或第二压电元件11b接收第二接收信号E2,其中,第三压电元件11c用于接收第一接收信号E1。也可以通过第一压电元件11a和/或第二压电元件11b产生传输信号S,并且通过第三压电元件11c产生激励信号A,并通过第一压电元件11a和/或第二压电元件11b接收第一接收信号E1和/或第二接收信号E2。在图2c的情况下,其他实施例也可以省去第一压电元件11a或第二压电元件11b。
装置1的另一可能实施例是图2d的主题。从图2b的实施例开始,装置包括第三振动元件9c和第四振动元件9d。然而,后者不用于产生振动。相反,第三压电元件11c和第四压电元件11d被分别布置在附加的元件9c、9d中。在这种情况下,振动测量借助于前两个压电元件11a、11b执行,并且超声测量借助于另两个压电元件11c、11d执行。这里,取决于测量原理,也可以省去压电元件,例如11b和11d。然而,为了对称,有利的是始终使用两个附加的振动元件9c、9d。
原则上,第一接收信号EA和第二接收信号ES根据本发明由不同的测量方法产生,并且可以关于不同的过程变量P1和P2被彼此独立地评估。这实现了关于确定各种可获得的过程变量的更高精确度,以及更大数量的可确定变量。因此可以全面并精确地表征对应的过程。
根据本发明的方法的有利实施例包括确定介质中所含的两种不同物质的浓度。为了能够确定都被包含在同一介质中的第一物质的第一浓度和第二物质的第二浓度,必须彼此独立地确定两个不同的过程变量或过程参数。根据本发明,两个必要的过程变量或过程参数可以借助于两种独立的测量方法来确定,但是也可以借助于同一传感器单元来确定。这使得确定两个浓度的准确性提高。
在本背景下的优选应用在于监视发酵过程。在这种情况下,糖被转化为乙醇。确定糖和乙醇的两个浓度的示例性可能性在于,基于第一接收信号确定介质M的密度ρ,并基于第二接收信号确定介质的声速。
另一优选应用在于监视糖的转化或转化糖。在这种情况下,监视糖混合物(通常是家用糖)已经转化为葡萄糖或果糖的比例。在这种情况下,还可以基于第一接收信号和第二接收信号确定葡萄糖和果糖的两个浓度。
例如,基于下列方程确定密度ρ:
Figure BDA0003046201400000111
这里,FMed是具有振动能力的单元4在介质M中的振动频率,F0是具有振动能力的单元4在真空中或空气中的参考频率,并且S描述传感器单元2的灵敏度。可以基于第一接收信号EA直接确定具有振动能力的单元4在介质M中的振动频率FMed
介质M的声速vM又可以由用作传输单元和接收单元的第一压电元件11a和第二压电元件11b之间的距离L,以及传输信号S从第一压电元件11a到第二压电元件11b的渡越时间τ,根据下列方程确定:
Figure BDA0003046201400000112
在图3a中示出了密度ρ与声速vM的相关性。为此,图3a示出了具有振动能力的单元4的示意图,其为具有布置成彼此距离为L的两个振动元件9a和9b的音叉。为了下面的考虑事项,还假设在振动元件9a和9b的区域中形成了厚度为h的沉积物。
图3b示出了声速vM,对于在温度20℃下具有密度ρ为2.0g/cm3的介质,声速vM基于测得的渡越时间τ,并且基于两个振动元件9a和9b之间的距离L计算。随着沉积物的增加,或者随着沉积物的厚度h增大,测得的声速vM增大。
图3c再次示出了在温度20℃下,根据沉积物的厚度h,基于具有振动能力的单元4的测得的振动频率f计算的密度ρ。密度ρ也随着沉积物的厚度h增大而增大,但是密度ρ和声速vM的斜率取决于沉积物的厚度h而分别不同。
下面示出了用于补偿或降低沉积物对过程变量P1-P3的确定的影响的优选示例性实施例。下面的考虑事项类似地应用于其中发生传感器单元2的漂移和/或老化的情况。此外,应指出,这里所述的对沉积物的影响的补偿仅是对沉积物的影响的补偿的许多方式之一。因此,本发明无意受限于下文指示的示例性实施例。
为了补偿对沉积物的影响,可以确定从至少一个过程变量导出的变量FM。在当前情况下,根据下列方程,基于声速vM和密度ρ确定变量FM:
Figure BDA0003046201400000121
在图3d中示出了n=0.5情况下的该变量。如曲线图所示,厚度为h的沉积物对变量FM的影响可忽略不计。如果基于变量FM计算过程变量P1-P3,则计算基本上在没有沉积物影响的情况下进行。
附图标记列表
1 振动传感器
2 传感器单元
3 储液器
4 具有振动能力的单元
5 驱动/接收单元
6 电子单元
8 基座
9a、9b 振动元件
10a、10b 空腔
11a、11b 压电元件
12 盘状元件
M 介质
P1-P3 过程变量
A 激励信号
S 传输信号
EA 第一接收信号
ES 第二接收信号
ΔΦ 可指定的相移
ρ 介质的密度
ν 介质的粘度
vM 介质的声速
τ 渡越时间
a 第一物质
b 第二物质
Ca 第一物质的浓度
Cb 第二物质的浓度
L 两个叉齿之间的距离
H 传感器单元上的沉积物的厚度

Claims (16)

1.一种用于确定和/或监视介质(M)的至少两个不同的过程变量(P1、P2)的方法,其中,
-传感器单元(2)被借助于激励信号(A)激励从而机械地振动,
-所述机械振动被所述传感器单元(2)接收并被转换为第一接收信号(EA),
-所述传感器单元(2)发出传输信号(S)并接收第二接收信号(ES),以及
-第一过程变量(P1)被基于所述第一接收信号(EA)而确定,并且第二过程变量(P2)被基于所述第二接收信号(ES)而确定。
2.根据权利要求1所述的方法,
其中,将所述激励信号(A)和所述传输信号(S)同时提供给所述传感器单元(2),其中,所述激励信号(A)和所述传输信号(S)彼此叠加,或者,
其中,将所述激励信号(A)和所述传输信号(S)交替地提供给所述传感器单元(2)。
3.根据权利要求1或2所述的方法,
其中,所述激励信号(A)是具有至少一个可指定频率的电信号,尤其是正弦信号或矩形信号。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,
其中,所述传输信号(S)是超声信号,尤其是脉冲超声信号,尤其是至少一个超声脉冲。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,
其中,所述第一过程变量(P1)是所述介质(M)的密度(ρ),并且所述第二过程变量(P2)是所述介质(M)内的声速(vM)或是从其导出的变量。
6.根据前一权利要求所述的方法,
其中,基于所述声速确定所述密度的参考值,并且其中,借助于从所述第一接收信号所确定的所述密度的值来比较所述参考值。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,
其中,确定至少第三过程变量(P3),尤其是所述介质(M)的粘度(η)。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,
其中,基于所述第一接收信号(EA)和所述第二接收信号(ES)和/或基于所述第一过程变量(P1)和所述第二过程变量(P2),确定在所述传感器单元(2)上是否已经形成沉积物。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,
其中,基于所述第一接收信号(EA)和所述第二接收信号(ES)和/或基于所述第一过程变量(P1)和所述第二过程变量(P2),确定所述传感器单元(2)的漂移和/或老化。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,
其中,将所述第一接收信号(EA)和所述第二接收信号(ES),所述第一过程变量(P1)和所述第二过程变量(P2),和/或所述第一接收信号(EA)和所述第二接收信号(ES)的和/或所述第一过程变量(P1)和所述第二过程变量(P2)的时间曲线,进行相互比较。
11.根据前述权利要求中一项所述的方法,
其中,在确定和/或监视至少一个过程变量(P1–P3)时,或在确定从至少一个过程变量(P1–P3)和/或从至少一个接收信号(EA、ES)导出的变量时,减小或补偿所述传感器单元(2)的沉积物、漂移和/或老化对所述第一(EA)和/或所述第二接收信号(ES)的影响。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的方法,
其中,基于所述第一接收信号(EA)和所述第二接收信号(ES)和/或基于所述第一过程变量(P1)和所述第二过程变量(P2),确定所述介质(M)中所包含的第一物质(a)的第一浓度(Ca)和所述介质(M)中所包含的第二物质(b)的第二浓度(Cb)。
13.根据前述权利要求中至少一项所述的方法在监视发酵过程或监视糖转化中的用途。
14.一种用于确定和/或监视介质(M)的第一过程变量(P1)和第二过程变量(P2)的装置(1),所述装置(1)被配置成执行根据前述权利要求中至少一项所述的方法。
15.根据权利要求15所述的装置(1),
其中,所述传感器单元(2)包括具有机械振动能力的单元(4)和至少第一压电元件(11a),尤其是至少第一压电元件(11a)和第二压电元件(11b)。
16.根据权利要求16所述的装置(1),
其中,所述具有机械振动能力的单元(4)是具有第一振动元件(9a)和第二振动元件(9b)的音叉,其中,所述第一压电元件(10a)被至少部分地布置在所述两个振动元件(9a、9b)中的一个振动元件中,其中,特别地,所述第一压电元件(10a)被至少部分地布置在所述第一振动元件(9a)中,并且所述第二压电元件(10b)被至少部分地布置在所述第二振动元件(9b)中。
CN201980071996.6A 2018-11-05 2019-06-05 振动多传感器 Pending CN112955717A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018127526.9A DE102018127526A1 (de) 2018-11-05 2018-11-05 Vibronischer Multisensor
DE102018127526.9 2018-11-05
PCT/EP2019/064724 WO2020094266A1 (de) 2018-11-05 2019-06-05 Vibronischer multisensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112955717A true CN112955717A (zh) 2021-06-11

Family

ID=66810802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980071996.6A Pending CN112955717A (zh) 2018-11-05 2019-06-05 振动多传感器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210364347A1 (zh)
EP (1) EP3877732B1 (zh)
CN (1) CN112955717A (zh)
DE (1) DE102018127526A1 (zh)
WO (1) WO2020094266A1 (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019116151A1 (de) 2019-06-13 2020-12-17 Endress+Hauser SE+Co. KG Vibronischer Multisensor
DE102020104065A1 (de) 2020-02-17 2021-08-19 Endress+Hauser SE+Co. KG Vibronischer Sensor mit reduzierter Anfälligkeit für Gasblasenbildung
DE102020116299A1 (de) * 2020-06-19 2021-12-23 Endress+Hauser SE+Co. KG Symmetrierung eines vibronischen Sensors
DE102020116278A1 (de) 2020-06-19 2021-12-23 Endress+Hauser SE+Co. KG Vibronischer Multisensor
DE102021103928A1 (de) 2021-02-18 2022-08-18 Endress+Hauser SE+Co. KG Überwachung und Steuerung einer Hefepropagation
US11761870B2 (en) * 2021-06-01 2023-09-19 The Government of the United States of America, as represented by the Secretary of Homeland Security Miniature wireless concentration meter
DE102021122533A1 (de) 2021-08-31 2023-03-02 Endress+Hauser SE+Co. KG Vibronischer Multisensor
DE102021122534A1 (de) 2021-08-31 2023-03-02 Endress+Hauser SE+Co. KG Vibronischer Multisensor
DE102021126093A1 (de) 2021-10-07 2023-04-13 Endress+Hauser SE+Co. KG Entkopplungseinheit für einen vibronischen Sensor
DE102021126092A1 (de) 2021-10-07 2023-04-13 Endress+Hauser SE+Co. KG Vibronischer Multisensor
DE102021132829A1 (de) 2021-12-13 2023-06-15 Truedyne Sensors AG Messvorrichtung
DE102021132835A1 (de) 2021-12-13 2023-06-15 Truedyne Sensors AG Messvorrichtung
DE102022115592A1 (de) 2022-06-22 2023-12-28 Endress+Hauser SE+Co. KG Modularer vibronischer Multisensor
DE102022115591A1 (de) 2022-06-22 2023-12-28 Endress+Hauser SE+Co. KG Modularer vibronischer Multisensor
DE102022115594A1 (de) 2022-06-22 2023-12-28 Endress+Hauser SE+Co. KG Modularer vibronischer Multisensor

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3825422A1 (de) * 1988-07-27 1990-02-01 Wolf Juergen Prof Dipl Becker Vorrichtung zum messen der dichte von fluiden mittels akustischer signale
US5369600A (en) * 1991-12-24 1994-11-29 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Apparatus for measuring gas density and sugar content of a beverage within a sealed container and method of measuring the same
DE10350084A1 (de) * 2003-10-27 2005-06-02 Siemens Ag Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Füllstands und Verfahren zum Betreiben der Sensoreinrichtung
DE102004018785A1 (de) * 2004-04-14 2005-11-03 Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der akustischen Impedanz und der Dichte von Flüssigkeiten
CN1815176A (zh) * 2006-02-10 2006-08-09 张超 在线监测液体粘度和颗粒量的压电传感器和测量方法
US20070220976A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 Elster-Instromet Systems Gmbh Method and device for measuring operational density and/or operational sound velocity in a gaseous medium
DE102006045654B3 (de) * 2006-09-27 2008-01-31 Siemens Ag Kombinationssensor und Verfahren zur Bestimmung von Zustand und Füllstand einer Füssigkeit in einem Behälter
CN101228416A (zh) * 2005-05-23 2008-07-23 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 用于确定和/或监控过程变量的方法
CN101636666A (zh) * 2007-02-21 2010-01-27 感测技术股份有限公司 流体深度测量方法和用于该方法的系统
CN101806776A (zh) * 2010-04-19 2010-08-18 南京航空航天大学 声板波虚拟阵列传感器系统及基于该系统的液体检测方法
CN201600312U (zh) * 2010-02-11 2010-10-06 国家粮食局科学研究院 利用粮堆中机械波传播过程检测粮堆密度的装置
CN102428357A (zh) * 2009-04-29 2012-04-25 内斯特国际有限公司 流体密度测量装置
WO2013152302A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-10 Cidra Corporate Services Inc. Speed of sound and/or density measurement using acoustic impedance
GB201400970D0 (en) * 2014-01-21 2014-03-05 Tendeka As Sensor system
CN104768113A (zh) * 2015-03-20 2015-07-08 南京航空航天大学 一种用于液体多参数传感的乐甫波器件结构及检测方法
CN104792655A (zh) * 2015-03-31 2015-07-22 安徽江南化工股份有限公司 一种密度检测系统
CN107003176A (zh) * 2014-12-18 2017-08-01 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 电子振动传感器
DE102016109250A1 (de) * 2016-05-19 2017-11-23 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von zumindest einer oder mehreren Komponenten in einem mehrkomponentigen Stoffgemisch
DE102016114974A1 (de) * 2016-08-11 2018-02-15 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Bestimmen eines Gasvolumenanteils einer mit Gas beladenen Mediums
CN107850476A (zh) * 2015-07-30 2018-03-27 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 用于确定和/或监测至少一个过程变量的装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10050299A1 (de) 2000-10-10 2002-04-11 Endress Hauser Gmbh Co Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Viskosität eines Mediums in einem Behälter
DE10057974A1 (de) 2000-11-22 2002-05-23 Endress Hauser Gmbh Co Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter bzw. zur Ermittlung der Dichte eines Mediums in einem Behälter
DE10350086B4 (de) * 2003-10-27 2007-11-08 Siemens Ag Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Füllstands oder einer Viskosität eines Fluids
DE102005015547A1 (de) 2005-04-04 2006-10-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102006033819A1 (de) 2006-07-19 2008-01-24 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102006034105A1 (de) 2006-07-20 2008-01-24 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102007013557A1 (de) 2006-08-02 2008-02-14 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102007043811A1 (de) 2007-09-13 2009-03-19 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung der Viskosität und entsprechende Vorrichtung
DE102009026685A1 (de) 2009-06-03 2010-12-09 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes, einer Phasengrenze oder der Dichte eines Mediums
DE102009028022A1 (de) 2009-07-27 2011-02-03 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer pysikalischen Prozessgröße eines Mediums
DE102010030982A1 (de) 2010-07-06 2012-01-12 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Regelung der Phase in einem Schwingkreis
DE102012100728A1 (de) 2012-01-30 2013-08-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße
DE102012105922A1 (de) * 2012-07-03 2014-01-09 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Radiometrische Messanordnung und Verfahren zur Detektion von Ansatzbildung in einer radiometrischen Messanordnung
DE102015101891A1 (de) * 2015-02-10 2016-08-11 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums
DE102015102834A1 (de) 2015-02-27 2016-09-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vibronischer Sensor
DE102015112055A1 (de) * 2015-07-23 2017-01-26 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vibronischer Sensor zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße
DE102015112544A1 (de) * 2015-07-30 2017-02-02 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße
DE102016112743A1 (de) 2016-07-12 2018-01-18 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Vibronischer Sensor
DE102017130527A1 (de) 2017-12-19 2019-06-19 Endress+Hauser SE+Co. KG Vibronischer Sensor

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3825422A1 (de) * 1988-07-27 1990-02-01 Wolf Juergen Prof Dipl Becker Vorrichtung zum messen der dichte von fluiden mittels akustischer signale
US5369600A (en) * 1991-12-24 1994-11-29 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Apparatus for measuring gas density and sugar content of a beverage within a sealed container and method of measuring the same
DE10350084A1 (de) * 2003-10-27 2005-06-02 Siemens Ag Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Füllstands und Verfahren zum Betreiben der Sensoreinrichtung
DE102004018785A1 (de) * 2004-04-14 2005-11-03 Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der akustischen Impedanz und der Dichte von Flüssigkeiten
CN101228416A (zh) * 2005-05-23 2008-07-23 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 用于确定和/或监控过程变量的方法
CN1815176A (zh) * 2006-02-10 2006-08-09 张超 在线监测液体粘度和颗粒量的压电传感器和测量方法
US20070220976A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 Elster-Instromet Systems Gmbh Method and device for measuring operational density and/or operational sound velocity in a gaseous medium
DE102006045654B3 (de) * 2006-09-27 2008-01-31 Siemens Ag Kombinationssensor und Verfahren zur Bestimmung von Zustand und Füllstand einer Füssigkeit in einem Behälter
CN101636666A (zh) * 2007-02-21 2010-01-27 感测技术股份有限公司 流体深度测量方法和用于该方法的系统
CN102428357A (zh) * 2009-04-29 2012-04-25 内斯特国际有限公司 流体密度测量装置
CN201600312U (zh) * 2010-02-11 2010-10-06 国家粮食局科学研究院 利用粮堆中机械波传播过程检测粮堆密度的装置
CN101806776A (zh) * 2010-04-19 2010-08-18 南京航空航天大学 声板波虚拟阵列传感器系统及基于该系统的液体检测方法
WO2013152302A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-10 Cidra Corporate Services Inc. Speed of sound and/or density measurement using acoustic impedance
GB201400970D0 (en) * 2014-01-21 2014-03-05 Tendeka As Sensor system
CN107003176A (zh) * 2014-12-18 2017-08-01 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 电子振动传感器
CN104768113A (zh) * 2015-03-20 2015-07-08 南京航空航天大学 一种用于液体多参数传感的乐甫波器件结构及检测方法
CN104792655A (zh) * 2015-03-31 2015-07-22 安徽江南化工股份有限公司 一种密度检测系统
CN107850476A (zh) * 2015-07-30 2018-03-27 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 用于确定和/或监测至少一个过程变量的装置
US20180224318A1 (en) * 2015-07-30 2018-08-09 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Apparatus for determining and/or monitoring at least one process variable
DE102016109250A1 (de) * 2016-05-19 2017-11-23 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von zumindest einer oder mehreren Komponenten in einem mehrkomponentigen Stoffgemisch
DE102016114974A1 (de) * 2016-08-11 2018-02-15 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Bestimmen eines Gasvolumenanteils einer mit Gas beladenen Mediums

Also Published As

Publication number Publication date
EP3877732B1 (de) 2023-08-16
DE102018127526A1 (de) 2020-05-07
EP3877732A1 (de) 2021-09-15
US20210364347A1 (en) 2021-11-25
WO2020094266A1 (de) 2020-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112955717A (zh) 振动多传感器
CN109477751B (zh) 电子振动传感器
CN114008413A (zh) 振动多传感器
CN113939716A (zh) 电子振动多传感器
CN114008412A (zh) 电子振动多传感器
US20230100159A1 (en) Vibronic mulitsensor
CN115867772A (zh) 电子振动多传感器
CN111433573B (zh) 振动传感器
CN113711028A (zh) 电子振动多传感器
CN107003176B (zh) 电子振动传感器
GB2067756A (en) Liquid level measurement
US10184870B2 (en) Vibratory sensor and method
US10928240B2 (en) Vibronic sensor with interference compensation
US20230236102A1 (en) Symmetrizing a vibronic sensor
EP2343548A2 (en) Method for acoustically determining characteristics of a medium and device for acoustically determining characteristics of a medium
JP4646813B2 (ja) バイオセンサ計測システム、粘性率測定方法、および微量質量測定方法
US11680842B2 (en) Vibronic sensor with temperature compensation
CN114641698A (zh) 监视振动传感器的状态
CN117897596A (zh) 振动多传感器
CN111504586A (zh) 一种振动体机械品质因数的测量系统和测量方法
CN118076864A (zh) 用于振动传感器的解耦单元
CN117859043A (zh) 振动多传感器
US20230070419A1 (en) Vibronic sensor with reduced facility for gas blasting
JP2003315235A (ja) 分析方法
US20230055786A1 (en) Vibronic sensor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination