DE10153936A1

DE10153936A1 - Device for determining and / or monitoring a predetermined fill level in a container

Info

Publication number: DE10153936A1
Application number: DE10153936A
Authority: DE
Inventors: Sergej Lopatin
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2002-11-14
Also published as: DE50213869D1; ATE443849T1; DE10153937A1

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter vorgesehen, die auch in Flüssigkeiten mit Oberflächenwellen stabil arbeitet, welche umfaßt: ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes angebrachtes mechanisches Schwingungsgebilde, ein elektromechanischer Wandler (9), der das Schwingungsgebilde im Betrieb zu Resonanzschwingungen anregt, und eine Empfangs- und Auswerteeinheit (13), die dazu dient mittels der Resonanzschwingung zu bestimmen ob der vorbestimmte Füllstand erreicht ist oder nicht, bei dem eine Form des Schwingungsgebildes so ausgebildet ist, daß sich die Resonanzfrequenz beim Eintauchen im Bereich des vorbestimmten Füllstands nur langsam mit einer Eintauchtiefe ändert.A device for detecting and / or monitoring a predetermined fill level in a container is provided, which also works stably in liquids with surface waves, comprising: a mechanical oscillation structure attached to the predetermined fill level, an electromechanical transducer (9), which the Vibrating structures stimulates resonance vibrations during operation, and a receiving and evaluating unit (13), which is used to determine by means of the resonance vibration whether or not the predetermined fill level has been reached, in which a shape of the vibrating structure is designed so that the resonance frequency when immersed changes only slowly with an immersion depth in the range of the predetermined fill level.

Description

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

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

In der DE-A 44 19 617 ist eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter beschrieben. Diese umfaßt:
DE-A 44 19 617 describes a device for determining and / or monitoring a predetermined fill level in a container. This includes:

- One at the level of the predetermined level attached mechanical vibratory structure,
- an electromechanical transducer,
- The vibration structure in the company too Excites resonance vibrations, and
- A receiving and evaluation unit, the serves for this by means of a resonance frequency To determine whether the predetermined vibration Level is reached or not.

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

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

Die Schwingungsgebilde weisen häufig eine Membran auf an der mindestens ein in den Behälter hinein ragender Schwingstab angeordnet ist. Im Betrieb werden die Schwingstäbe in Resonanzschwingungen senkrecht zu deren Längsachse versetzt. Damit beim Eintauchen des Schwingungsgebildes in die Flüssigkeit eine möglichst große Änderung der Schwingfrequenz auftritt, sind die Schwingstäbe endseitig paddelförmig ausgebildet.The vibratory structures often have a membrane on the at least a vibrating rod protruding into the container is arranged. Operational the vibrating rods become in resonance vibrations perpendicular to them Longitudinal axis offset. So when immersing the vibrating structure in the Liquid the greatest possible change in the oscillation frequency occurs the end of the vibrating rods is paddle-shaped.

Wird eine solche Vorrichtung in einem Behälter eingesetzt, indem eine Flüssigkeit, z. B. durch einen Befüllvorgang bedingt, eine wellige Oberfläche aufweist, so kann es sein, daß die Referenzfrequenz durch die Wellenbewegung der Flüssigkeit andauernd über- und wieder unterschritten wird. Die Vorrichtung arbeitet dann beim Erreichen des vorbestimmten Füllstandes nicht mehr stabil sondern wechselt in kurzen Abständen ihren Schaltzustand, ohne daß sich der Füllstand merklich ändert.If such a device is used in a container by a Liquid, e.g. B. caused by a filling process, a wavy surface has, it may be that the reference frequency by the Wave movement of the liquid continuously exceeded and fallen below becomes. The device then operates upon reaching the predetermined one Level is no longer stable but changes at short intervals Switching state without the level changing noticeably.

Besonders ausgeprägt ist dieses Problem, wenn die Vorrichtung von unten in einen Behälter eingebaut ist. Steigt nun der Füllstand vom Behälterboden ausgehend an, so liegt eine vorgegebene Frequenzänderung, bei der die Vorrichtung ihren Zustand ändert sehr viel näher am freien Ende des Schwingstabes, als wenn die Schwingstäbe von oben in den Behälter hinein ragen würden. Am freien Ende des Schwingstabes ändert sich die Resonanzfrequenz bei herkömmlichen Paddelformen mit der Eintauchtiefe sehr viel schneller als z. B. in einem mittleren Bereich des Paddels. Somit bewirken kleine Füllstandsänderungen in dem Fall große Frequenzänderungen. Hierdurch ist die Gefahr eines durch Oberflächenwellen ausgelösten einfachen oder häufigen Schaltzustandswechsels besonders groß.This problem is particularly pronounced when the device is viewed from below a container is installed. Now the fill level rises from the bottom of the container starting at, there is a predetermined frequency change at which the Device changes its state much closer to the free end of the device Vibrating rod, as if the vibrating rods from above into the container would protrude. The changes at the free end of the vibrating rod Resonance frequency with conventional paddle shapes with the immersion depth very much much faster than e.g. B. in a central area of the paddle. Thus effect small level changes in the case of large frequency changes. As a result, there is a simple risk of being triggered by surface waves or frequent switching state changes are particularly large.

Dies kann problematisch sein, wenn die Vorrichtung Teil einer großen Anlage ist, und die Füllstandinformation zur Regelung oder Steuerung anderer Anlageneinheiten herangezogen wird.This can be problematic if the device is part of a large facility and the level information for regulating or controlling others Plant units is used.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter anzugeben, die auch in Flüssigkeiten mit Oberflächenwellen stabil arbeitet.It is an object of the invention, a device for detection and / or Specify monitoring of a predetermined fill level in a container, that works stably even in liquids with surface waves.

Dies wird erfindungsgemäß gelöst, durch eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter, welche Vorrichtung umfaßt:
This is achieved according to the invention by a device for determining and / or monitoring a predetermined fill level in a container, which device comprises:

- One at the level of the predetermined level attached mechanical vibratory structure,
- an electromechanical transducer,
- The vibration structure in the company too Excites resonance vibrations, and
- A receiving and evaluation unit, the is used by means of a resonance frequency of To determine whether the predetermined vibration Level is reached or not,
- in which a form of the vibratory structure is formed that the resonance frequency at Immerse in the range of the predetermined level only slowly changes with an immersion depth.

Gemäß einer Weiterbildung
According to further training

the vibration structure has at least one vibration rod ( 7 ) attached to a membrane ( 3 ),
- The resonance vibrations perpendicular to operation executes its longitudinal axis (L),
- On the end a paddle ( 8 ) is formed, and
- in a moving during operation by the contents projected surface of individual paddle sections of equal length is maximum in a central portion of the paddle (8) and decreases towards the free ends of the paddle (8).

Gemäß einer Weiterbildung
According to further training

- The vibration structure has at least one on one Membrane attached vibrating rod,
- The perpendicular to in operation in resonance vibrations executes its longitudinal axis, and
A paddle is formed on the ends,
Which has an end region facing away from the membrane, its width in the direction facing away from the membrane decreases.

Gemäß einer Weiterbildung ist das Paddel im Endbereich unter einem Winkel zwischen 20° und 55° zur Längsachse des Paddels abgeschrägt.According to a further development, the paddle is at an angle in the end region bevelled between 20 ° and 55 ° to the longitudinal axis of the paddle.

Gemäß einer Weiterbildung schließt das Paddel mit einer Spitze ab.According to a further development, the paddle ends with a tip.

Gemäß einer Ausgestaltung ist eine Hysteresestufe vorgesehen, die derart ausgestaltet ist, daß die Vorrichtung das erreichen des vorbestimmten Füllstands feststellt, wenn ein unterer Referenzfrequenzwert unterschritten wird und sie diesen Zustand solange beibehält, bis ein oberer Referenzfrequenzwert erreicht bzw. überschritten wird.According to one embodiment, a hysteresis stage is provided which is such is designed such that the device achieves the predetermined Filling level is determined when the value falls below a lower reference frequency and it maintains this state until an upper reference frequency value is reached or exceeded.

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

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands; Fig. 1 shows a longitudinal section through a device for determining and / or monitoring a predetermined level;

Fig. 2 zeigt eine prozentuale Änderung der Frequenz mit der das Schwingungsgebilde in Abhängigkeit von dessen Eintauchtiefe in die Flüssigkeit schwingt für zwei verschiedene von oben in den Behälter eingebaute Paddelformen im Vergleich; FIG. 2 shows a percentage change in the frequency with which the vibrating structure vibrates as a function of its immersion depth in the liquid for two different paddle shapes built into the container from above in comparison;

Fig. 3 zeigt eine prozentuale Änderung der Frequenz mit der das Schwingungsgebilde in Abhängigkeit von dessen Eintauchtiefe in die Flüssigkeit schwingt für zwei verschiedene von unten in den Behälter eingebaute Paddelformen im Vergleich; Fig. 3 shows a percentage change in the frequency with which the vibrating structure vibrates as a function of its depth of immersion in the liquid for two different paddle shapes built into the container from below in comparison;

Fig. 4 zeigt einen Schwingstab mit einem blattförmigen Paddel; und Fig. 4 shows a vibrating rod with a leaf-shaped paddle; and

Fig. 5 zeigt einen Schwingstab mit einem Paddel mit einem schmalen stumpfen Abschluß. Fig. 5 shows a vibrating rod with a paddle with a narrow butt end.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter. Sie weist ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes anzubringendes mechanisches Schwingungsgebilde auf. Fig. 1 shows a longitudinal section through a device according to the invention for determining and / or monitoring a predetermined level in a container. It has a mechanical vibration structure to be attached at the level of the predetermined fill level.

Das Schwingungsgebilde umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1, das von einer kreisförmigen Membran 3 frontbündig abgeschlossen ist. An das Gehäuse 1 ist ein Gewinde 5 angeformt, mittels dessen die Vorrichtung in eine nicht dargestellte auf der Höhe des vorbestimmten Füllstands angeordnete Öffnung in einem Behälter einschraubbar ist. Andere dem Fachmann bekannte Befestigungsweisen, z. B. mittels an dem Gehäuse 1 angeformter Flansche, sind ebenfalls einsetzbar.The vibratory structure comprises a substantially cylindrical housing 1 , which is closed flush with a circular membrane 3 . A thread 5 is formed on the housing 1 , by means of which the device can be screwed into an opening (not shown) arranged at the level of the predetermined fill level in a container. Other fastening methods known to the person skilled in the art, e.g. B. by means of molded onto the housing 1 flanges can also be used.

An der Außenseite des Gehäuses 1 sind an der Membran 3 zwei in den Behälter weisende Schwingstäbe 7 angeformt, die ebenfalls Bestandteil des Schwingungsgebildes sind. Diese werden durch einen im Inneren des Gehäuses 1 auf der Membran 3 angeordneten elektromechanischen Wandler 9 in Schwingungen senkrecht zu deren Längsachse versetzt. Als elektromechanischer Wandler 9 dient in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein scheibenförmiges piezoelektrisches Element, das auf die Membran 3 aufgebracht und fest mit dieser verbunden ist. Das piezoelektrische Element ist z. B. auf die Membran 3 aufgeklebt oder aufgelötet und dient dazu die Membran 3 im Betrieb in Biegeschwingungen zu versetzen. Durch diese Membranbewegung werden die Schwingstäbe 7 in Schwingungen senkrecht zu deren Längsachse L versetzt. An einem membran-abgewandten Ende weisen die Schwingstäbe 7 jeweils ein Paddel 8 auf, das durch einen breiteren Endabschnitt der Schwingstäbe 7 gebildet ist.On the outside of the housing 1 , two vibrating rods 7 are formed on the membrane 3 , which are also part of the vibratory structure. These are set into vibrations perpendicular to their longitudinal axis by an electromechanical transducer 9 arranged on the membrane 3 in the interior of the housing 1 . In the exemplary embodiment shown, the electromechanical transducer 9 used is a disk-shaped piezoelectric element which is applied to the membrane 3 and is firmly connected to the latter. The piezoelectric element is e.g. B. glued to the diaphragm 3 or soldered and serves to enable bending vibrations in the diaphragm 3 in operation. As a result of this membrane movement, the vibrating rods 7 are set in vibrations perpendicular to their longitudinal axis L. At one end facing away from the membrane, the vibrating rods 7 each have a paddle 8 which is formed by a wider end section of the vibrating rods 7 .

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

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

Erfindungsgemäß ist eine Form des Schwingungsgebildes so ausgebildet, daß sich die Resonanzfrequenz beim Eintauchen im Bereich des vorbestimmten Füllstands nur langsam mit einer Eintauchtiefe ändert. Dies ist zum Beispiel dadurch möglich, daß eine Form gewählt wird, bei der bei einem Hineinragen des Schwingungsgebildes von oben in den Behälter ein Schwerpunkt der Teile des Schwingungsgebildes die in das Füllgut eintauchbar sind, deutlich oberhalb eines bei ansteigendem Füllstand zuerst in die Flüssigkeit eintauchenden Ende des Schwingungsgebildes befindet.According to the invention, this is a form of the vibratory structure trained that the resonance frequency when immersed in the range predetermined fill level changes slowly with an immersion depth. This is possible, for example, by choosing a shape in which a The vibrating structure protrudes into the container from above Center of gravity of the parts of the vibratory structure that can be immersed in the product are, well above one when the fill level rises, first into the Liquid immersed end of the vibratory structure is located.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel hierfür anhand einer Darstellung in der eine prozentualen Änderung der Resonanzfrequenz ΔF zweier von oben in den Behälter hineinragender Schwinggabelformen ihrem Betrage nach in Abhängigkeit von einer Eintauchtiefe h des Schwingungsgebildes in die Flüssigkeit aufgetragen ist. Die prozentualen Änderung der Resonanzfrequenz ΔF bezeichnet hier die Differenz der aktuellen Resonanzfrequenz und der Resonanzfrequenz, die das Schwingungsgebilde in Luft aufweist, bezogen auf die Resonanzfrequenz, die das Schwingungsgebilde in Luft aufweist. Die erste Schwinggabelform weist eine in der Fig. 3 dargestellte herkömmliche Paddelform A mit einer im wesentlichen rechteckigen Paddelfläche auf. FIG. 2 shows an example of this on the basis of a representation in which a percentage change in the resonance frequency ΔF of two tuning fork shapes projecting into the container from above is plotted as a function of an immersion depth h of the vibrating structure in the liquid. The percentage change in the resonance frequency ΔF here denotes the difference between the current resonance frequency and the resonance frequency which the vibrating structure has in air, based on the resonance frequency which the vibrating structure has in air. The first tuning fork shape has a conventional paddle shape A shown in FIG. 3 with an essentially rectangular paddle surface.

Die zweite Schwinggabel weist eine ebenfalls in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäß ausgebildete Paddelform B auf. Die Paddelform B weist einen membran-abgewandten Endbereich 19 auf, dessen Breite in membran- abgewandter Richtung abnimmt. Vorzugsweise sind die Paddel 8 im Endbereich unter einem Winkel α zwischen 20° und 55° zur Längsachse des jeweiligen Paddels 8 abgeschrägt. Der Winkel α ist zur Verdeutlichung eingezeichnet. Das Paddel schließt mit einer Spitze ab.The second tuning fork has a paddle shape B, also shown in FIG. 3, according to the invention. The paddle shape B has an end region 19 facing away from the membrane, the width of which decreases in the direction facing away from the membrane. The paddles 8 are preferably beveled in the end region at an angle α between 20 ° and 55 ° to the longitudinal axis of the respective paddle 8 . The angle α is drawn in for clarification. The paddle ends with a tip.

Während bei herkömmlichen Vorrichtungen mit im wesentlichen rechteckförmigen Paddeln, sofort, wenn das Füllgut das membran-abgewandte Ende des Paddels erreicht die maximale Breite des Paddels in der Flüssigkeit schwingt und ein entsprechend großes Flüssigkeitsvolumen mitbewegt, reicht bei der beschriebenen Paddelform B zu Beginn des Eintauchvorgangs nur eine schmale Paddelspitze in die Flüssigkeit. Bei gleicher Eintauchtiefe h tritt also mit dem erfindungsgemäßen Paddel 8 zunächst eine sehr viel geringere prozentuale Frequenzänderung ein. Die dargestellte Kennlinie verläuft somit flacher als bei herkömmlichen Vorrichtungen mit Paddeln mit rechteckförmigem Längsschnitt.While in conventional devices with essentially rectangular paddles, as soon as the filling material reaches the end of the paddle facing away from the membrane, the maximum width of the paddle swings in the liquid and moves a correspondingly large volume of liquid, with the described paddle shape B at the beginning of the immersion process, it is only sufficient a narrow paddle tip into the liquid. With the same immersion depth h, the paddle 8 according to the invention therefore initially has a much smaller percentage change in frequency. The characteristic curve shown is therefore flatter than in conventional devices with paddles with a rectangular longitudinal section.

Legt man einen Schaltpunkt Sp z. B. bei einer prozentualen Frequenzänderung von 15% fest, so schaltet die herkömmliche Vorrichtung mit der Paddelform A bereits bei einer Eintauchtiefe von ca. 13 mm, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Paddelform B schaltet dagegen erst bei einer Eintauchtiefe von ca. 18 mm. Die prozentuale Frequenzänderung ΔF verläuft bei der Paddelform B im Bereich des vorbestimmten Füllstandes, als in der Umgebung des Schaltpunktes Sp deutlich flacher als bei der Paddelform A. Dies ist durch die eingezeichneten Tangenten veranschaulicht. Die Eintauchtiefe h bei Erreichen des Schaltpunkts Sp ist zusätzlich auch direkt an den Abbildungen der Paddelformen A und B dargestellt.If you set a switching point Sp z. B. with a percentage change in frequency of 15%, the conventional device with paddle shape A switches already at an immersion depth of about 13 mm, the invention Device with paddle shape B, on the other hand, only switches at an immersion depth of approx. 18 mm. The percentage frequency change ΔF runs at Paddle shape B in the range of the predetermined level than in the environment of the switching point Sp is significantly flatter than with the paddle shape A. This is due to illustrated the tangents. The immersion depth h at Reaching the switching point Sp is also directly on the illustrations of paddle shapes A and B.

Der Schaltpunkt Sp liegt natürlich immer im Bereich der Paddel, er liegt jedoch bei der Paddelform A näher am freien Ende des Paddels als bei der Paddelform B. The switching point Sp is of course always in the area of the paddles, but it is with paddle shape A closer to the free end of the paddle than with Paddle shape B.

Der Schaltpunkt Sp kann auch durch die Wahl einer größeren zugeordneten prozentualen Frequenzänderung ΔF weiter von dem freien Ende des Paddels entfernt werden. Dies ist jedoch nur innerhalb sehr enger Grenzen möglich. Die zugehörige Frequenzänderung muß möglichst groß sein, um eine hohe Meßsicherheit zu bieten; sie muß aber in einer Vielzahl verschiedener Flüssigkeiten noch erreicht werden.The switching point Sp can also be assigned by choosing a larger one percentage frequency change ΔF further from the free end of the paddle be removed. However, this is only possible within very narrow limits. The Associated frequency change must be as large as possible to a high To offer measurement certainty; but it must be in a variety of different Liquids can still be reached.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung, also die maximale Änderung der Resonanzfrequenz in einem bestimmten Medium bezogen auf die Resonanzfrequenz in Luft, wesentlich von der Breite der Paddel, nicht aber von deren Länge abhängt. Dies hängt unter anderem damit zusammen, daß ein längerer Schwingstab bei gleicher Breite ein deutlich größeres Massenträgheitsmoment aufweist. Der Endbereich der Paddel 8 kann daher schmaler werden, ohne daß dies größere Einbußen in der Ansprechempfindlichkeit der Vorrichtung zur Folge hat, solange die Paddel zumindest in einem mittleren Bereich ein ausreichende Breite aufweisen. Damit können auch vorbestimmte Füllstände von Flüssigkeiten mit sehr geringer Dichte noch einwandfrei detektiert werden.Studies have shown that the sensitivity of the device, that is to say the maximum change in the resonance frequency in a particular medium with respect to the resonance frequency in air, depends essentially on the width of the paddles, but not on their length. This is due, among other things, to the fact that a longer vibrating rod with the same width has a significantly larger moment of inertia. The end region of the paddles 8 can therefore become narrower without this having a major loss in the responsiveness of the device, as long as the paddles have a sufficient width at least in a central region. This means that even predetermined fill levels of liquids with a very low density can still be correctly detected.

Bei einer flachen Kennlinie, wie sie in Fig. 2 in Verbindung mit Paddelform B dargestellt ist, bleiben geringe Füllstandsänderungen, wie sie z. B. durch Oberflächenwellen im Behälter auftreten können ohne große Auswirkung auf die Resonanzfrequenz. Entsprechend führen sie seltener zum über- oder unterschreiten der Referenzfrequenz und damit zum Auslösen eines Schaltvorganges. Außerdem lassen sich die damit verbundenen geringen Resonanzfrequenzänderungen durch den Einbau einer Hysteresestufe geringer Höhe gänzlich ausschalten.With a flat characteristic curve, as shown in FIG. 2 in connection with paddle shape B, small changes in the fill level, such as that shown in FIG . B. can occur due to surface waves in the container without much effect on the resonance frequency. Accordingly, they rarely lead to the reference frequency being exceeded or undershot and thus triggering a switching operation. In addition, the associated low resonance frequency changes can be completely eliminated by installing a low-level hysteresis stage.

Die Hysteresestufe kann z. B. derart ausgestaltet sein, daß die Vorrichtung das erreichen des vorbestimmten Füllstands feststellt, wenn ein unterer Referenzfrequenzwert unterschritten wird und sie diesen Zustand solange beibehält, bis ein oberer Referenzfrequenzwert erreicht bzw. überschritten wird. Aufgrund der zuvor beschriebenen flachen Kennlinie der Vorrichtung können der obere und der untere Referenzfrequenzwert relativ nah beieinander liegen. Damit ist es möglich ein durch Oberflächenwellen bedingtes Hin- und Herschalten zu verhindern, ohne daß die Ansprechempfindlichkeit und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung bei der Feststellung und/oder Überwachung des vorbestimmten Füllstandes beeinträchtigt wird.The hysteresis level can e.g. B. be designed such that the device reaches the predetermined level if a lower Reference frequency value is undershot and they last this state maintained until an upper reference frequency value is reached or exceeded. Due to the flat characteristic curve of the device described above the upper and lower reference frequency values are relatively close together. This makes it possible for back and forth caused by surface waves To prevent switching without the responsiveness and the Reliability of the device in the detection and / or monitoring the predetermined level is impaired.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Paddelform besteht besteht darin, daß sie ein geringeres Massenträgheitsmoment aufweisen, und eine beim Schwingen der Schwingstäbe in der Flüssigkeit senkrecht zu deren Längsachse mit den Paddeln mitbewegte Flüssigkeitsmenge geringer ist, als bei als herkömmliche Paddel mit rechteckigen Paddelflächen. Dadurch wird erreicht, daß eine Reaktionszeit, die die Vorrichtung zur Erkennung eines Zustandswechsels benötigt geringer ist. Ein Zustandswechsel bezeichnet hier ein Über- oder Unterschreiten des vorbestimmten Füllstands.Another advantage of the paddle shape described is that they have a lower moment of inertia, and one at Vibration of the vibrating rods in the liquid perpendicular to their Longitudinal axis with the amount of liquid moved with the paddles is less than at than conventional paddles with rectangular paddle areas. This will achieves a response time that the device for detecting a Change of state required is less. A change of state means here an exceeding or falling below the predetermined fill level.

Zuvor ist in der Beschreibung davon ausgegangen worden, daß die Vorrichtung oberhalb des Behälters angeordnet ist und die Paddel in den Behälter hinein geführt sind. Diese Einbauweise ist z. B. dann vorgesehen, wenn der vorbestimmte Füllstand maximaler Füllstand ist. Alternativ kann die Vorrichtung natürlich auch unterhalb des Behälters angeordnet sein, und die Schwingstäbe führen nach oben in den Behälter hinein.Previously, it was assumed in the description that the device is arranged above the container and the paddles into the container are led. This installation method is e.g. B. provided if the predetermined level is maximum level. Alternatively, the device can of course also be arranged below the container, and the vibrating rods lead up into the container.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der prozentualen Frequenzänderung ΔF für Vorrichtungen mit den Paddelformen A und B in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe bei von unten in den Behälter hineinragenden Schwingstäben. Die Flüssigkeit steigt nun bei ansteigendem Füllstand von der Membran 3 zu den Schwingstäbe 7 bis zu den Paddeln 8 auf. FIG. 3 shows the dependence of the percentage frequency change ΔF for devices with the paddle shapes A and B as a function of the immersion depth with vibrating rods projecting into the container from below. The liquid now rises from the membrane 3 to the vibrating rods 7 to the paddles 8 when the fill level rises.

Nimmt man auch hier wieder den vorgegebenen Schaltpunkt Sp bei einer Frequenzänderung ΔF von 15% an, so liegt der Schaltpunkt Sp bei der Form A sehr nah am freien Ende des Paddels 8. Die eingezeichnete Tangente zeigt, daß die prozentuale Frequenzänderung ΔF hier sehr steil abfällt. Dies ist wie eingangs beschrieben beim Auftreten von Oberflächenwellen sehr problematisch. Der Schaltpunkt Sp liegt bei der erfindungsgemäßen Paddelform B dagegen weiter vom freien Ende des Paddels weg und die Tangente verläuft sehr viel flacher.If the assumed switching point Sp with a frequency change ΔF of 15% is again assumed here, the switching point Sp in the form A is very close to the free end of the paddle 8 . The tangent shown shows that the percentage frequency change ΔF drops very steeply here. As described at the beginning, this is very problematic when surface waves occur. In contrast, the switching point Sp in the paddle shape B according to the invention is further away from the free end of the paddle and the tangent is much flatter.

Das in Verbindung mit Fig. 2 Gesagte zur Hysteresestufe und zur Reaktionszeit gilt in Verbindung mit Fig. 3 entsprechend. The statements made in connection with FIG. 2 regarding the hysteresis level and the reaction time apply accordingly in connection with FIG. 3.

Eine Vorrichtung, die die Paddelform B aufweist, arbeitet bei Oberflächenwellen sehr viel stabiler und zuverlässiger. Eine besonderer Vorteil ist, daß dies unabhängig davon ist, ob die Vorrichtung von oben oder von unten in den Behälter eingebaut ist.A device which has the paddle shape B works with surface waves much more stable and reliable. A particular advantage is that this regardless of whether the device from above or from below in the Container is installed.

Eine langsame Änderung der prozentualen Frequenzänderung ΔF mit der Eintauchtiefe ist realisierbar, indem eine im Betrieb durch das Füllgut bewegte projezierte Oberfläche einzelner Paddelabschnitt gleicher Länge in einem mittleren Abschnitt des Paddels maximal ist und zum freien Enden des Paddels hin abnimmt. Vorzugsweise schließen die Paddel an deren freiem Ende daher mit einer Spitze ab.A slow change in the percentage frequency change ΔF with the Immersion depth can be achieved by moving one through the product during operation projected surface of individual paddle sections of equal length in one middle section of the paddle is maximum and towards the free ends of the paddle decreases. The paddles therefore preferably close at their free end with a tip.

Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Beispiele möglicher Paddelformen. Das in Fig. 4 dargestellte Paddel weist eine Spitze auf. Bei dem durch eine durchgezogene Linie dargestellten Form sind die Seitenlinien des Schnitts durch die Spitze leicht zur Paddelmitte gewölbt. Bei dem durch eine gestrichelte Linie dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Seitenlinien leicht von der Paddelmitte nach außen gewölbt. In beiden Fällen ist jedoch eine deutliche Spitze vorhanden und die breite des Paddel nimmt zu dessen freiem Ende hin ab. Eine im Schnitt rechteckige Paddelform mit abgerundeten Ecken ist nicht geeignet, um die genannten Vorteile zu erzielen. Ebensowenig ist eine leichte Abschrägung der Paddel über deren gesamte Länge dazu geeignet. FIGS. 4 and 5 show further examples of possible paddle shapes. The paddle shown in Fig. 4 has a tip. In the form represented by a solid line, the side lines of the cut through the tip are slightly curved towards the center of the paddle. In the embodiment shown by a dashed line, the side lines are slightly curved outwards from the center of the paddle. In both cases, however, there is a clear tip and the width of the paddle decreases towards its free end. An average rectangular paddle shape with rounded corners is not suitable to achieve the advantages mentioned. A slight beveling of the paddles along their entire length is also not suitable for this.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Seitenlinien der Paddelspitze leicht zur Paddelmitte nach innen gewölbt, daß Paddel endet jedoch nicht in einem auf einen Punkt zuführenden Ende, sondern in einem bezogen auf eine maximal auftretende Paddelbreite schmalen stumpfen Abschluß. Auch dieser stumpfe Abschluß fungiert aufgrund dessen geringer Breite als eine Spitze.In the embodiment shown in Fig. 5, the side lines of the paddle tip are slightly curved inwards to the middle of the paddle, but the paddle does not end in an end leading to a point, but in a narrow butt end relative to a maximum paddle width. This blunt end also acts as a tip due to its narrow width.

Ein zusätzlicher Vorteil der dargestellten erfindungsgemäßen Paddelformen besteht darin, daß hochviskose, zähe oder sogar klebrige Flüssigkeiten an der Paddelspitze leichter und schneller abfließen als an einem Paddel mit rechteckigem Querschnitt. An dem Paddel anhaftende Flüssigkeit bewirkt eine Erhöhung des Massenträgheitsmomentes der Schwingstäbe 7 und führt damit ebenfalls zu einer Reduktion der Resonanzfrequenz. Dies kann je nach Flüssigkeit dazu führen, das die Vorrichtung ein Erreichen bzw. Überschreiten des vorbestimmten Füllstandes anzeigt, obwohl der Füllstand bereits wieder abgefallen ist. Ein schnelles Abfließen der Flüssigkeit von den Schwinggabeln 7 bedeutet, daß die Vorrichtung schneller erkennt, wenn das Schwingungsgebilde nicht mehr in das Füllgut eingetaucht ist.An additional advantage of the paddle shapes according to the invention shown is that highly viscous, viscous or even sticky liquids flow away more easily and quickly at the tip of the paddle than at a paddle with a rectangular cross section. Liquid adhering to the paddle causes an increase in the moment of inertia of the vibrating rods 7 and thus also leads to a reduction in the resonance frequency. Depending on the liquid, this can result in the device indicating that the predetermined fill level has been reached or exceeded, although the fill level has already dropped again. A rapid drainage of the liquid from the vibrating forks 7 means that the device recognizes more quickly when the vibrating structure is no longer immersed in the filling material.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die beschriebenen Paddelformen eine geringere Oberfläche aufweist, als herkömmliche Paddel mit rechteckigem Querschnitt. Damit ist die Oberfläche, an der sich z. B. durch antrocknende Flüssigkeit Ansatz bilden kann, gering. Auch Ansatz führt zu einer permanenten Änderung der Resonanzfrequenz und wirkt sich nachteilig auf die Ansprechempfindlichkeit der Vorrichtung aus.Another advantage is that the paddle shapes described one has a smaller surface area than conventional paddles with a rectangular shape Cross-section. So that the surface on which z. B. by drying Liquid approach can form low. Even approach leads to a permanent one Change in the resonance frequency and adversely affects the Responsiveness of the device.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf mechanische Schwingungssysteme mit zwei Schwingstäben beschränkt; sie kann auch bei Grenzschaltern eingesetzt werden, die nur einen oder keine Schwingstäbe aufweisen. Wesentlich ist das die Form des Schwingungsgebildes so ausgebildet ist, daß sich die Resonanzfrequenz zu Beginn eines Eintauchvorgangs nur langsam mit der Eintauchtiefe ändert. Eine solche flache Kennlinie ist bei Schwingungsgebilden, die flächige Element aufweisen, die beim Erreichen bzw. Überschreiten des vorbestimmten Füllstands in die Flüssigkeit eintauchen gegeben, wenn der Flächenschwerpunkt und der zugehörige Massenschwerpunkt in einer membran- bzw. behälterwand-zugewandten Hälfte des flächigen Elements liegen. Dies ist bei Schwingstäben mit Paddeln der Fall, wenn eine im Betrieb durch das Füllgut bewegte projezierte Oberfläche einzelner Paddelabschnitte gleicher Länge in einem mittleren Abschnitt des Paddels maximal ist und zum freien Enden des Paddels hin abnimmt.However, the invention is not based on mechanical vibration systems with two Vibrating bars limited; it can also be used for limit switches that have only one or no vibrating rods. It is essential the shape of the vibrating structure is designed so that the Resonance frequency at the beginning of an immersion process is slow with the Immersion depth changes. Such a flat characteristic is for vibration structures, have the flat element, which when reaching or exceeding the given predetermined level in the liquid when the Center of gravity and the associated center of mass in one Half of the flat element facing the membrane or container wall lie. This is the case with vibrating bars with paddles, if one is in operation projected surface of individual paddle sections moved by the filling material same length in a middle section of the paddle is maximum and free ends of the paddle decreases.

Claims

1. Device for determining and / or monitoring a predetermined fill level in a container, which device comprises:
a mechanical vibration structure attached at the level of the predetermined level,
an electromechanical transducer ( 9 ),
which excites the vibratory structure to resonance vibrations during operation, and
a receiving and evaluation unit ( 13 ) which is used to determine whether the predetermined fill level has been reached or not by means of a resonance frequency of the resonance oscillation,
in which a shape of the vibratory structure is designed such that the resonance frequency changes only slowly with an immersion depth when immersed in the region of the predetermined fill level.

2. Device according to claim 1, in which
the vibrating structure has at least one vibrating rod ( 7 ) attached to a membrane ( 3 ),
which carries out resonance vibrations perpendicular to its longitudinal axis (L) during operation,
a paddle ( 8 ) is formed on the end,
wherein a moving during operation by the contents projected surface of individual paddle sections of equal length is maximum in a central portion of the paddle (8) and decreases towards the free ends of the paddle (8).

3. Device according to claim 1, wherein
the vibrating structure has at least one vibrating rod ( 7 ) attached to a membrane ( 3 ),
which executes in resonance vibrations perpendicular to its longitudinal axis (L),
a paddle ( 8 ) is formed on the end,
which has an end region ( 19 ) facing away from the membrane, the width of which decreases in the direction facing away from the membrane.

4. The device according to claim 2, wherein the paddle in the end region ( 19 ) is chamfered at an angle (a) between 20 ° and 55 ° to the longitudinal axis (L) of the paddle ( 8 ).

5. The device according to claim 4, wherein the paddle ( 8 ) ends with in a tip.

6. The device according to claim 1, in which a hysteresis stage is provided, which is designed such that the device achieves the predetermined level when a lower Reference frequency value is undershot and they last this state maintained until an upper reference frequency value is reached or exceeded becomes.