DE102004050494A1 - Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums Download PDFInfo
- Publication number
- DE102004050494A1 DE102004050494A1 DE102004050494A DE102004050494A DE102004050494A1 DE 102004050494 A1 DE102004050494 A1 DE 102004050494A1 DE 102004050494 A DE102004050494 A DE 102004050494A DE 102004050494 A DE102004050494 A DE 102004050494A DE 102004050494 A1 DE102004050494 A1 DE 102004050494A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- medium
- vibrating element
- contraption
- vibration
- receiving unit
- 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.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating 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
- G01F23/28—Indicating 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
- G01F23/296—Acoustic waves
- G01F23/2961—Acoustic waves for discrete levels
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating 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
- G01F23/28—Indicating 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
- G01F23/296—Acoustic waves
- G01F23/2966—Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves
- G01F23/2967—Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves for discrete levels
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating 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
- G01F23/28—Indicating 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
- G01F23/296—Acoustic waves
- G01F23/2968—Transducers specially adapted for acoustic level indicators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
- G01F25/20—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of apparatus for measuring liquid level
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/002—Investigating 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
- G01N2011/006—Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system
- G01N2011/0066—Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system electrical properties
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Paper (AREA)
- Conveying Record Carriers (AREA)
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (10), mit mindestens einem Schwingelement (2), und mit mindestens einer Regel-/Auswerteeinheit (3), welche das Schwingelement (2) über mindestens eine Anrege-/Empfangseinheit (4) zu mechanischen Schwingungen anregt, und welche anhand den von der Anrege-/Empfangseinheit (4) empfangenen Schwingungen des Schwingelements (2) die Prozessgröße bestimmt und/oder überwacht. Die Erfindung beinhaltet, dass die Regel-/Auswerteeinheit (3) derartig ausgestaltet ist, dass sie die Anrege-/Empfangseinheit (4) zu gleichzeitig mindestens einer ersten und einer zweiten Schwingungsmode anregt, wobei mindestens die erste Schwingungsmode derartig gewählt ist, dass sie unabhängig vom Medium (10) ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einem Schwingelement, und mit mindestens einer Regel-/Auswerteeinheit, welche das Schwingelement über mindestens eine Anrege-/Empfangseinheit zu mechanischen Schwingungen anregt, und welche anhand den von der Anrege-/Empfangseinheit empfangenen Schwingungen des Schwingelements die Prozessgröße bestimmt und/oder überwacht. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um den Füllstand, die Viskosität, die Dichte oder den Durchfluss des Mediums. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit oder um ein Schüttgut handeln.
- Der Druckschrift
EP 0 690 976 B1 lässt sich eine Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes eines Mediums entnehmen, welche ein mechanisches Schwingsystem aufweist. Anhand der Frequenz der Schwingungen des Systems wird der Füllstand festgestellt oder überwacht, wobei durch die Bedeckung des mechanischen Schwingsystems durch das Medium die Resonanzfrequenz geringer als im freien Zustand ist. Da das Schwingsystem auf einer vorbestimmten Höhe angebracht ist, kann aus der Änderung der Schwingfrequenz auf das Unter- oder Überschreiten dieses Füllstands durch das Medium geschlossen werden. Solche Änderungen der Frequenz sind jedoch z.B. auch in Folge von Alterungserscheinungen der Bauteile etc. möglich. In der genannten DruckschriftEP 0 690 976 B1 wird zur Erkennung solcher Prozesse die Anregung des Schwingsystems zu Schwingungen für eine Testphase unterbrochen und das abklingende Empfangssignal, d.h. das vom Schwingsystem empfangenen Signal, wird mit dem Anregesignal in Bezug auf die Phasen verglichen. Sind beide Phasen gleich, so ist kein Fehler in der Vorrichtung aufgetreten. Unterschiedliche Phasen sind jedoch ein Zeichen für einen Fehler. - Das Dokument
DE 100 14 724 A1 befasst sich mit der Problematik des Ansatzes an der schwingfähigen Einheit. Bei Ansatz handelt es sich um das Ergebnis des Anhaftens des Mediums an der schwingfähigen Einheit. Die durch den Ansatz erhöhte Masse führt ebenfalls zu einer Änderung der Schwingfrequenz. Ein umgekehrter Effekt ergibt sich durch Korrosion der schwingfähigen Einheit, d.h. durch den Schwund durch aggressive oder abrasive Medien. In diesem Fall ist die Masse reduziert, die Schwingfrequenz jedoch auch geändert. Um Ansatz oder Korrosion zu erkennen, wird in derDE 100 14 724 A1 beschrieben, dass die schwingfähige Einheit zu zwei unterschiedlichen Schwingungsmoden angeregt wird. Eine Mode ist abhängig vom Medium, die andere nicht. Durch die Auswertung der beiden Moden lässt sich somit eine Massenänderung an der schwingfähigen Einheit feststellen. - Bei den beiden Schriften
EP 0 690 976 B1 undDE 100 14 724 A1 wird zwischenzeitig die eigentliche Messung unterbrochen, um eine Testphase durchlaufen zu können. - Eine große Problematik besteht also darin, dass durch Einwirkungen des Mediums, dass durch Alterungsprozesse und viele weitere äußere Einflüsse die Zuverlässigkeit der Messvorrichtung leiden kann. Handelt es sich beispielsweise um den Anwendungsfall bei einem Schüttgut, so kann das Schwingelement (z.B. das Rohr eines Einstabs oder die Zinken einer Schwinggabel) vollständig bedeckt sein, so dass keine Schwingungen mehr möglich sind. Dieser Fall, dass keine Schwingungen auftreten, kann jedoch auch die Folge davon sein, dass eine Kabelverbindung unterbrochen ist. Zwischen diesen beiden Fällen zu differenzieren, ist offensichtlich sehr wichtig.
- Somit ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung anzugeben, die eine Fehlerüberwachung aufweist, welche simultan zur eigentlichen Messung funktioniert.
- Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass die Regel-/Auswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie die Anrege-/Empfangseinheit zu gleichzeitig mindestens einer ersten und einer zweiten Schwingungsmode anregt, wobei mindestens die erste Schwingungsmode derartig gewählt ist, dass sie unabhängig vom Medium ist. Dazu gehört implizit auch, dass die Regel-/Auswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie zumindest anhand den von der Anrege-/Empfangseinheit empfangenen Schwingungen die Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung überwacht. Diese Auswertung kann jedoch auch in einer mit der Messvorrichtung verbundenen Leitwarte geschehen. Üblicherweise wird die Grundmode eines Schwingers als erste Mode bezeichnet. Dem folgen die höheren Moden: 1., 2., 3. usw. Mode. Die Grundmode oder erste Mode ist meist die Messmode, welcher abhängig vom Medium ist. Eine Prüfmode entsprechend der Erfindung ist somit eine höhere Mode. Die Erfindung besteht also darin auszunutzen, dass in der Messvorrichtung eine Vielzahl von Schwingungsmoden existiert. Dies sind nicht nur die Schwingungen des Schwingelements (d.h. Grundschwingung plus die höheren Resonanzen), sondern z.B. auch anderer Bestandteile der Messvorrichtung, z.B. die Schwingungen der Membran, über welche die Anrege-/Empfangseinheit und das Schwingelement oder die Schwingelemente miteinander verbunden sind, des Gehäuses, von welchem die Membran ein Teil ist und welches die Elektronik etc. beherbergt, oder z.B. Schwingungen der Anrege-/Empfangseinheit selbst. Diese Schwingungen sind nicht alle vom Medium abhängig, da sie von Komponenten/Teilen herrühren, die nicht mit dem Medium in Kontakt stehen. Es gibt also Schwingungsmoden, die unabhängig vom Medium sind und die davon herrühren, dass irgendeine Komponente oder eine Konstellation von Komponenten – z.B. im Gehäuse befindlich – schwingen kann. Diese Moden geben somit Auskunft darüber, dass diese Komponenten funktionieren und dass auch der Signalpfad zu oder von diesen Komponenten in Ordnung ist. Fehlen diese Moden, lassen sie sich nicht detektierten, so muss ein Fehler im Gerät aufgetreten sein. Beispielsweise lässt sich bei einer Verbindung zwischen Anrege-/Empfangseinheit und Membran eine Mode anregen, bei der nur die Membran schwingt, ohne – bzw. nur kaum – das Schwingelement anzuregen. Wird also diese Mode angeregt und empfangen, so ist die Verbindung in Ordnung. Fehlt diese Mode, so muss ein Fehler aufgetreten sein. Das Schöne ist, dass die Moden, die vom Medium unabhängig sind, bei einem funktionierenden Gerät ständig gegeben sein müssen – es gibt keine zulässige Einwirkung auf sie, wie sie z.B. das Medium auf das Schwingelement ausübt. Die Erfindung ist also, dass ein Spektrum von Schwingungsmoden, die ggf. eine Vielzahl von Moden – mindestens jedoch eine Mode – des gesamten Systems des Messgerätes beinhaltet, angeregt und empfangen wird. Ändert sich das Spektrum in den Bereichen, in denen die mediumsunabhängigen Moden zu finden sind, so ist im Gerät ein Fehler aufgetreten. Im normalen Betrieb wird das Schwingelement durch die Anrege-/Empfangseinheit zu einer Schwingung angeregt, in der Erfindung wird die Anrege-/Empfangseinheit selbst und auch andere Bestandteile des Messgerätes zu mehreren Schwingungsmoden angeregt, so dass sich auch unterschiedliche Schwingungen des gesamten Systems einstellen können.
- Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die erste Schwingungsmode unterschiedlich zu den Schwingungsmoden des Schwingelements ist. Es handelt sich also vorzugsweise um eine Schwingungsmode, die nicht von dem Schwingelement ausgeführt wird, bzw. bei dem das Schwingelement nicht schwingt oder frei von Schwingungen ist. Die erste Schwingungsmode im Verständnis der Erfindung ist also verschieden zu den Schwingungsmoden des Schwingelements. Zumindest ist die erste Schwingungsmode, also die Prüfmode, verschieden zur Grundmode des Schwingelements, d.h. des Schwingers an sich. Somit wird also mit dieser ersten Mode oder mit weiteren Moden, die ebenfalls dieses Kriterium erfüllen, die Funktionsfähigkeit der Bestandteile der Vorrichtung mit Ausnahme des Schwingelements überprüft. Daher bleibt also durch die erste Schwingungsmode das Schwingelement in Ruhe und kann sich beispielsweise nicht freischaufeln.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Schwingungsmode abhängig vom Medium ist. Die zweite Schwingungsmode kann also eine Schwingungsmode des Schwingelements sein, resp. des Systems, welches sich aus dem Schwingungselement und der Membran ergibt. Es wird also mindestens eine erste Mode angeregt, die unabhängig oder im Wesentlichen unabhängig vom Medium ist. Die zweite Mode ist in dieser Ausgestaltung vom Medium abhängig. Es handelt sich beispielsweise um die Grundmode des Schwingelements. Damit ist der Vorteil verbunden, dass gleichzeitig mindestens eine „Überwachungsmode" und eine „Messmode" angeregt werden. Elektrisch lassen sich beide Moden getrennt mit mindestens zwei Bandpass-Filtern auswerten und mit einer einfachen Logik beobachten: ein Signal dient als Messsignal und ein anderes dient als Prüfsignal. Damit wird also simultan die Sicherheit überwacht und die Messaufgabe wird erfüllt. Durch das Überwachen der Funktionalität des Messgerätes kommt es also nicht zu einer Unterbrechung der Messung. Bei der ersten und der zweiten Moden kann es sich jedoch auch nur um „Überwachungsmoden" / Prüfmoden für die Funktionsfähigkeit handeln.
- Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Regel-/Auswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie die Anrege-/Empfangseinheit gleichzeitig zu mehr als zwei Schwingungsmoden anregt. Es sind also nicht nur eine erste und eine zweite Mode, sondern auch eine dritte, vierte oder allgemeine n-te Mode (n>2) vorgesehen. Diese beliebige Mehrheit von Moden kann sich z.B. dadurch ergeben, dass die Anrege-/Empfangseinheit mit einem ganzen Frequenzband zu Schwingungen angeregt wird, wodurch sich die möglichen Resonanzen des Messgerätes einstellen und im empfangenen Spektrum sichtbar sind.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Regel-/Auswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie die Anrege-/Empfangseinheit mit einem Rechteckpuls zu Schwingungen anregt. Ein Rechteckpuls (mit einer einstellbaren Trägerfrequenz und einer einstellbaren Dauer bzw. einer einstellbaren Frequenzbreite) bringt immer eine Vielzahl von Anregefrequenzen mit sich, so dass sich also auch viele Schwingungsmoden einstellen können. Es sind jedoch auch andere Signalprofile möglich, z.B. dreieckige oder trapezförmige Signale. Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Anrege-/Empfangseinheit mit einer Überlagerung von unterschiedlichen Schwingungsmoden zu Schwingungen angeregt wird. Dies bedeutet eine Fokussierung auf ausgesuchte Schwingungsmoden. Damit lässt sich die Auswertung vereinfachen und es lassen sich auch gezielt Moden auswählen, die charakteristisch für besondere Komponenten, Verbindungen, Konstellationen etc. sind.
- Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Prozessgröße um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität des Mediums handelt. Dies sind die meist üblichen Prozessgrößen eines Mediums, die mit einem beschriebenen Messgerät bestimmt und/oder überwacht werden. Diese Auswahl stellt jedoch keine Beschränkung da, sondern es sind nur die wesentlichen und bekannten Prozessgrößen. Bei dem Messgerät kann es sich auch um ein Durchflussmessgerät handeln. Der Aufbau und die Ausgestaltung sind dann entsprechend.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Regel-/Auswerteeinheit anhand der Amplitude der mechanischen Schwingung des Schwingelements die Prozessgröße des Mediums bestimmt und/oder überwacht. Durch den Kontakt des Schwingelements mit dem Medium können die Frequenz, die Amplitude und auch die Phase zwischen Anrege- und Empfangssignal beeinflusst werden. Bei Flüssigkeiten ist die Ankopplung zwischen dem Medium und dem Schwingelement sehr stark gegeben, so dass eine Frequenzänderung auftritt. Bei Schüttgütern, also bei Feststoffen, ist die Kopplung geringer, aber die mechanischen Verluste sind deutlich größer, und es wird eher die Amplitude beeinflusst.
- Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Medium um ein Schüttgut handelt. Bei einem solchen Schüttgut ist es im Bedecktfall, d.h. das Medium bedeckt die schwingfähige Einheit und lässt keine Schwingungen mehr zu, sehr wichtig, die Funktionstüchtigkeit zu überprüfen. Das Schwingelement wird zwar zu Schwingungen angeregt, aber durch die Bedeckung werden keine Schwingungen empfangen. Dies ist auch deshalb sinnvoll, damit sich das Schwingelement durch ihre Schwingungen nicht „freischaufeln" kann und somit fälschlich ein Frei-Signal erzeugt. In dem Fall, dass kein Signal detektiert wird, kann jedoch nicht sicher angegeben werden, ob das Messgerät funktioniert, denn ein Kabelbruch, ein Abriss des Schwingelements liefert ebenfalls kein Signal. Daher ist hier besonders die Erfindung wichtig und mit dem großen Vorteil der Sicherheit verbunden.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem Schwingelement um eine Schwinggabel oder um einen Einstab handelt. Eine Schwinggabel besteht üblicherweise aus mindestens zwei Gabelzinken.
- Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Anrege-/Empfangseinheit um mindestens eine piezo-elektrische Einheit handelt. Ein solcher Piezowandler wandelt eine elektrische Wechselspannung in eine mechanische Spannung und umgekehrt um. Somit ist er ideal für die Anwendung in der Anrege-/Empfangseinheit. Dabei ist es möglich, dass ein Piezowandler als Sender und Empfänger dient, oder dass ein Piezowandler als Sender und ein zweiter Wandler als Empfänger dient.
- Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 : eine schematische Darstellung der in einem Tank eingebauten erfindungsgemäßen Messvorrichtung. - In der
1 befindet sich die Vorrichtung1 an der Wandung eines Behälters11 , in welchem sich das Medium10 befindet. Die Vorrichtung oder der Sensor1 ist an einer vorbestimmten Füllhöhe angebracht, so dass aus dem Sensorsignal geschlossen werden kann, dass dieser Füllstand durch das Medium10 erreicht oder unterschritten worden ist. Die Vorrichtung1 weist ein Schwingelement2 , das durch die Anrege-/Empfangseinheit4 zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Ein Schwingelement2 ist bei einem sog. Einstab vorhanden; zwei Schwingelemente2 sind als Gabelzinken bei einer Schwinggabel notwendig. Steigt der Füllstand des Mediums10 an, so erreicht es das Schwingelement2 und beeinflusst dessen Schwingungen. So können sich die Frequenz, die Amplitude und auch die Phase relativ zum Anregesignal ändern. Handelt es sich bei dem Medium10 um eine Flüssigkeit, so wird üblicherweise die Frequenzänderung ausgewertet. Ist das Medium10 ein Schüttgut, so wird meist die Änderung der Amplitude zur Feststellung des Füllstandes herangezogen. Bei Bedeckung durch das Schüttgut10 wird die Amplitude kleiner und bricht völlig ab. Dass die Amplitude gegen Null geht, dient dem Aspekt, dass sich das Schwingelement2 nicht „freischaufeln" kann und somit das Unterschreiten des Füllstands anzeigt. Das Signal: „keine Schwingung" kann jedoch auch mit dem Fall verwechselt werden, dass ein Teil der Vorrichtung1 nicht mehr funktioniert, dass z.B. ein Steckkontakt nicht mehr steckt, oder dass das Schwingelement2 nicht mehr mit der Membran verbunden ist usw. Daher ist es wichtig, dass die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung1 als Ganzes überwacht wird. Dieser Aufgabe dient die Erfindung. - Das Schwingelement
2 wird durch die Anrege-/Empfangseinheit4 über die Membran5 – Schwingelement2 und Membran5 werden meist auch als mechanisch schwingfähige Einheit zusammengefasst – zu mechanischen Schwingungen angeregt. Bei der Anrege-/Empfangseinheit4 handelt es sich beispielsweise um ein piezo-elektrisches Element, das als Sender und Empfänger fungiert, oder um mindestens zwei Piezowandler, die getrennt als Sender und Empfänger arbeiten. Ein solcher Piezowandler wird durch eine elektrische Wechselspannung zu mechanischen Schwingungen angeregt, bzw. er überträgt eine mechanische Schwingung in eine elektrische Wechselspannung. Die Anregung bzw. die Auswertung erfolgt durch die Regel-/Auswerteeinheit3 . Diese Einheit3 weist üblicherweise eine Rückkoppelelektronik auf, die das von der Anrege-/Empfangseinheit4 empfangene Signal verstärkt und wieder der Anrege-/Empfangseinheit4 bzw. dadurch dem Schwingelement2 zuführt. Durch diese Rückkopplung sind also kontinuierliche Schwingungen möglich. Weiterhin werden aus dem empfangenen Signal, also aus dem Antwortsignal des Schwingelements2 Aussage über den Füllstand, aber auch über Dichte oder Viskosität des Mediums10 gewonnen. Die Regel-/Auswerteeinheit3 befindet sich in dem Gehäuse6 , welches die Vorrichtung1 abschließt. Ggf. ist auch eine Busverbindung – hier nicht dargestellt – zu einer Steuerwarte vorgesehen, welche beispielsweise aufgrund des Signals „Füllstand erreicht" oder „Füllstand unterschritten" Aktionen auslöst. - Die Erfindung ist nun, dass die Anrege-/Empfangseinheit
4 durch die Regel-/Auswerteeinheit3 nicht die üblichen Grundschwingung des Schwingelements2 erzeugt, sondern dass mindestens zwei Moden gleichzeitig angeregt werden. Eine erste Mode ist dabei unabhängig vom Medium. Es handelt sich also um eine Schwingungsmode, die beispielsweise irgendwo in der Vorrichtung1 von irgendwelchen Bauteilen auftritt. Es kann beispielsweise eine reine Mode der Membran5 sein, die schwingt, ohne – oder zumindest vernachlässigbar – das Schwingelement2 zu Schwingungen anzuregen. Es kann sich beispielsweise auch um eine Schwingung der Schweißstellen zwischen Schwingelement2 – beispielsweise die Gabelzinken – und Membran handeln. Vorzugsweise handelt es sich um Schwingungsmoden, deren Frequenzen weit jenseits der Schwingungen des Schwingelements2 liegen. Ist eine zweite Mode abhängig vom Medium10 , handelt es sich vorzugsweise sogar um die Grundmode des Schwingelements2 , so können gleichzeitig der Füllstand oder die Dichte oder die Viskosität oder welche Prozessgröße auch immer gemessen und die Funktionalität der Vorrichtung1 überwacht werden. Die Anregung der Anrege-/Empfangseinheit4 erfolgt dabei entweder mit einer Überlagerung ausgesuchter Frequenzen, die zu den entsprechenden Moden gehören, oder es wird ein Rechteckpuls verwendet, der automatisch eine Anregung innerhalb eines Frequenzbandes mit sich bringt. Durch den Rechteckpuls werden alle Moden innerhalb eines solchen Frequenzbandes angeregt und die Frequenzen müssen nicht wie bei der gezielten Anregung genau bekannt sein. - In Bezug auf die Schwingungsmoden lassen sich zwei Gesichtspunkte unterscheiden: Werden generell möglichst viele Moden angeregt, ohne zwischen ihnen zu differenzieren, so lässt sich die grundlegende Aussage treffen, ob der Sensor
1 funktioniert oder nicht. Es ließe sich auch aus einer Verminderung der Signale eine Art „predictive maintenance", also eine Vorhersage der Aufrechterhaltung der Funktionalität realisieren. - Werden jedoch gezielt spezielle Funktionsüberwachungsmoden angeregt, so muss zunächst bekannt sein, um welche Moden es sich handelt, welche Teile also schwingen. Aus dem Wegfall einer Mode kann jedoch geschlussfolgert werden, an welcher Stelle der Fehler aufgetreten ist.
- Durch eine erfindungsgemäße Mehr-Moden-Anregung ergibt sich also ein ganzes Spektrum von Schwingungen. Das zu erwartete Spektrum kann dabei schon bei der Fertigung in der Vorrichtung
1 hinterlegt werden, wenn es sich um Moden handelt, die nicht vom Einbau der Vorrichtung abhängig sind. Das Spektrum im Bereich der Schwingungen des Schwingelements2 ändert sich in Abhängigkeit vom Medium10 , wenn es sich um eine Flüssigkeit handelt. Bei einem Schüttgut ändert es sich nicht oder nur kaum. Der Bereich des Spektrum, in dem sich die Funktionalitätsüberwachungsmoden befinden, sollte sich vorzugsweise auch nicht ändern, da die Vorrichtung1 selbst möglichst immer intakt bleiben sollten. Tritt jedoch ein Fehler auf, so ändert sich dieser Spektrumsteil, indem beispielsweise Resonanzen verschwinden. Somit ist eine Änderung des Spektrum ein Zeichen dafür, dass ein Fehler aufgetreten ist. -
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Schwingelement
- 3
- Regel-/Auswerteeinheit
- 4
- Anrege-/Empfangseinheit
- 5
- Membran
- 6
- Gehäuse
- 10
- Medium
- 11
- Behälter
Claims (10)
- Vorrichtung (
1 ) zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (10 ), mit mindestens einem Schwingelement (2 ), und mit mindestens einer Regel-/Auswerteeinheit (3 ), welche das Schwingelement (2 ) über mindestens eine Anrege-/Empfangseinheit (4 ) zu mechanischen Schwingungen anregt, und welche anhand den von der Anrege-/Empfangseinheit (4 ) empfangenen Schwingungen des Schwingelements (2 ) die Prozessgröße bestimmt und/oder überwacht, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel-/Auswerteeinheit (3 ) derartig ausgestaltet ist, dass sie die Anrege-/Empfangseinheit (4 ) zu gleichzeitig mindestens einer ersten und einer zweiten Schwingungsmode anregt, wobei mindestens die erste Schwingungsmode derartig gewählt ist, dass sie unabhängig vom Medium (10 ) ist. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schwingungsmode unterschiedlich zu den Schwingungsmoden des Schwingelements (2 ) ist. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schwingungsmode abhängig vom Medium (10 ) ist. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel-/Auswerteeinheit (3 ) derartig ausgestaltet ist, dass sie die Anrege-/Empfangseinheit (4 ) gleichzeitig zu mehr als zwei Schwingungsmoden anregt. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel-/Auswerteeinheit (3 ) derartig ausgestaltet ist, dass sie die Anrege-/Empfangseinheit (4 ) mit einem Rechteckpuls zu Schwingungen anregt. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Prozessgröße um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität des Mediums (10 ) handelt. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel-/Auswerteeinheit (3 ) anhand der Amplitude der mechanischen Schwingung des Schwingelements (2 ) die Prozessgröße des Mediums (10 ) bestimmt und/oder überwacht. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Medium (10 ) um ein Schüttgut handelt. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schwingelement (2 ) um eine Schwinggabel oder um einen Einstab handelt. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Anrege-/Empfangseinheit (4 ) um mindestens eine piezoelektrische Einheit handelt.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004050494A DE102004050494A1 (de) | 2004-10-15 | 2004-10-15 | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums |
EP05801440.8A EP1800093B8 (de) | 2004-10-15 | 2005-10-05 | Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung einer prozessgrösse eines mediums |
PCT/EP2005/054998 WO2006042786A2 (de) | 2004-10-15 | 2005-10-05 | VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG EINER PROZESSGRÖßE EINES MEDIUMS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004050494A DE102004050494A1 (de) | 2004-10-15 | 2004-10-15 | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102004050494A1 true DE102004050494A1 (de) | 2006-05-04 |
Family
ID=36118065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102004050494A Withdrawn DE102004050494A1 (de) | 2004-10-15 | 2004-10-15 | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1800093B8 (de) |
DE (1) | DE102004050494A1 (de) |
WO (1) | WO2006042786A2 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008032887A1 (de) * | 2008-07-14 | 2010-01-21 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße und Verfahren zur Prüfung einer Vorrichtung |
WO2016128217A1 (de) * | 2015-02-10 | 2016-08-18 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG ZUMINDEST EINER PROZESSGRÖßE EINES MEDIUMS |
DE102017102550A1 (de) * | 2017-02-09 | 2018-08-09 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Zustandsüberwachung eines vibronischen Sensors |
WO2019120768A1 (de) | 2017-12-19 | 2019-06-27 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Vibronischer sensor |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015121621B4 (de) | 2015-12-11 | 2018-03-01 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | Vorrichtung zur sicheren Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße |
US11566936B1 (en) | 2016-02-12 | 2023-01-31 | Munters Corporation | Method and apparatus to non-intrusively measure the weight of loose bulk material within a rigid containing structure |
DE102016120326A1 (de) * | 2016-10-25 | 2018-04-26 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Verfahren zur Zustandsüberwachung eines elektromechanischen Resonators |
DE102021129416A1 (de) * | 2021-11-11 | 2023-05-11 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Zustandsüberwachung für einen vibronischen Sensor |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5452611A (en) | 1993-12-09 | 1995-09-26 | Kay-Ray/Sensall, Inc. | Ultrasonic level instrument with dual frequency operation |
DE4402234C1 (de) | 1994-01-26 | 1995-04-20 | Endress Hauser Gmbh Co | Verfahren und Anordnung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter |
DE10014724A1 (de) | 2000-03-24 | 2001-09-27 | Endress Hauser Gmbh Co | Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter |
-
2004
- 2004-10-15 DE DE102004050494A patent/DE102004050494A1/de not_active Withdrawn
-
2005
- 2005-10-05 WO PCT/EP2005/054998 patent/WO2006042786A2/de active Application Filing
- 2005-10-05 EP EP05801440.8A patent/EP1800093B8/de not_active Not-in-force
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008032887A1 (de) * | 2008-07-14 | 2010-01-21 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße und Verfahren zur Prüfung einer Vorrichtung |
WO2016128217A1 (de) * | 2015-02-10 | 2016-08-18 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG ZUMINDEST EINER PROZESSGRÖßE EINES MEDIUMS |
CN107250760A (zh) * | 2015-02-10 | 2017-10-13 | 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 | 用于确定和/或监视介质的至少一个过程变量的装置 |
US10641736B2 (en) | 2015-02-10 | 2020-05-05 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Apparatus for determining and/or monitoring at least one process variable of a medium |
DE102017102550A1 (de) * | 2017-02-09 | 2018-08-09 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Zustandsüberwachung eines vibronischen Sensors |
WO2019120768A1 (de) | 2017-12-19 | 2019-06-27 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Vibronischer sensor |
US11360012B2 (en) | 2017-12-19 | 2022-06-14 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Vibronic sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2006042786A2 (de) | 2006-04-27 |
EP1800093B1 (de) | 2016-02-24 |
WO2006042786A3 (de) | 2006-06-15 |
EP1800093A2 (de) | 2007-06-27 |
EP1800093B8 (de) | 2016-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1800093B1 (de) | Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung einer prozessgrösse eines mediums | |
EP1529202B1 (de) | Vorrichtung zur überwachung eines vorbestimmten füllstands eines messmediums in einem behälter | |
EP2464951B1 (de) | Multivariabler sensor zur bestimmung und/oder überwachung des füllstands und der dichte und/oder der viskosität einer flüssigkeit im behälter | |
EP2483646B1 (de) | Verfahren zur bestimmung und/oder überwachung mindestens einer physikalischen prozessgrösse | |
EP2831553B1 (de) | Vorrichtung zur überwachung eines vorbestimmten füllstands | |
DE10014724A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter | |
EP4111144B1 (de) | Vibronischer multisensor | |
WO2001086236A9 (de) | Vorrichtung zur feststellung und/oder überwachung des füllstandes eines füllguts in einem behälter | |
DE102012101667A1 (de) | Vibronisches Messgerät | |
WO2017102370A1 (de) | VIBRONISCHER SENSOR UND MESSANORDNUNG ZUM ÜBERWACHEN EINES FLIEßFÄHIGEN MEDIUMS | |
EP0875741B1 (de) | Anordnung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter | |
EP1751507B1 (de) | Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung einer prozessgrösse eines mediums | |
EP1525438A1 (de) | Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung einer physikalischen oder chemischen prozessgrösse | |
WO2003002952A1 (de) | Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung des füllstandes eines mediums in einem behälter | |
WO2020207699A1 (de) | Zustandsüberwachung eines vibronischen sensors | |
DE102005044725A1 (de) | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter | |
WO2016091479A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur bestimmung und/oder überwachung einer prozessgrösse | |
DE102005009580B4 (de) | Verfahren und entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgrösse | |
WO2014146980A1 (de) | VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG EINER PROZESSGRÖßE EINES MEDIUMS | |
DE102010006429A1 (de) | Coriolis-Massendurchflussmessgerät und Verfahren zum Betreiben eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts | |
EP0875739B1 (de) | Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter | |
EP0875742B1 (de) | Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter | |
DE102004036359B4 (de) | Verfahren zur Ermittlung einer Aussage über die Sicherheit einer mit einer Schwingsonde in einem Behälter durchgeführten Flüssigkeits-Füllstandsmessung | |
DE102004055552B4 (de) | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Füllstandes | |
WO2024083409A1 (de) | Vibronischer sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OR8 | Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8105 | Search report available | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |