DE102005018397B4

DE102005018397B4 - Device for determining and / or monitoring a process variable

Info

Publication number: DE102005018397B4
Application number: DE200510018397
Authority: DE
Inventors: Helmut Pfeiffer
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: DE102005018397A1

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (14) in einem Behälter (13),
mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit (1),
und
mit mindestens einer Antriebs-/Empfangseinheit (5), welche die mechanisch schwingfähige Einheit (1) zu mechanischen Schwingungen anregt und welche die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) detektiert,
wobei die mechanisch schwingfähige Einheit (1) aus mindestens einem Langstab (2) und zwei Kurzstäben (3, 4) besteht,
wobei die beiden Kurzstäbe (3, 4) mit dem Langstab (2) an jeweils zumindest einem Verbindungsbereich des Langstabs (2) mechanisch gekoppelt sind, wobei mindestens der Langstab (2) an einem Einspannbereich (6) über einen Prozessanschluss (7) mit dem Behälter (13) verbunden ist,
wobei mindestens der Langstab (2) an mindestens einem Abschnitt eine Krümmung mit einem Krümmungswinkel aufweist, so dass die beiden Kurzstäbe (3, 4) zumindest in ihrer Ruhelage einen von 0° abweichenden Winkel miteinander bilden,
wobei zumindest die beiden...Device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium (14) in a container (13),
with at least one mechanically oscillatable unit (1),
and
with at least one drive / receiving unit (5), which excites the mechanically oscillatable unit (1) to mechanical vibrations and which detects the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit (1),
wherein the mechanically oscillatable unit (1) consists of at least one long bar (2) and two short bars (3, 4),
wherein the two short bars (3, 4) with the long bar (2) are mechanically coupled to at least one connecting region of the long bar (2), wherein at least the long bar (2) at a clamping area (6) via a process connection (7) with the Container (13) is connected,
wherein at least the long rod (2) has a curvature with a curvature angle on at least one section, so that the two short rods (3, 4) form an angle deviating from 0 °, at least in their rest position,
where at least the two ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter, mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit, und mit mindestens einer Antriebs-/Empfangseinheit, welche die mechanisch schwingfähige Einheit zu Schwingungen anregt und welche die Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit detektiert, wobei die mechanisch schwingfähige Einheit aus mindestens einem Langstab und zwei Kurzstäben besteht. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität eines Mediums – beispielsweise eines Schüttguts oder einer Flüssigkeit – in einem entsprechenden Behälter.The The invention relates to a device for determination and / or monitoring at least one process variable of a Medium in a container, with at least one mechanically oscillatable unit, and with at least a drive / receiving unit, which the mechanically oscillatable unit to vibrate and what the vibrations of the mechanical vibratory Unit detected, the mechanically oscillatable unit consists of at least one long rod and two short rods. At the process size is For example, it is the level, the density or viscosity a medium - for example a bulk material or a liquid - in one corresponding container.

Im Stand der Technik sind Messgeräte beispielsweise für die Messung des Füllstands bekannt, bei welchen eine mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Die Kenngrößen der Schwingungen – Amplitude, Frequenz und Phase – hängen dabei davon ab, ob die schwingfähige Einheit frei schwingt oder ob sie in Kontakt mit dem Medium steht. Weiterhin sind die Kenngrößen der Schwingungen auch von solchen Eigenschaften des Mediums wie Viskosität oder Dichte abhängig. Dabei ist bei der Messung oder Überwachung von Dichte und Viskosität vorauszusetzen, dass die mechanisch schwingfähige Einheit vom Medium bedeckt ist.in the The state of the art are measuring devices for example the measurement of the level known in which a mechanically oscillatable unit to mechanical Vibrations is stimulated. The characteristics of the vibrations - amplitude, Frequency and phase - depend on it depending on whether the oscillatory Unit vibrates freely or if it is in contact with the medium. Furthermore, the characteristics of Vibrations also depend on such properties of the medium as viscosity or density. there is in the measurement or monitoring of density and viscosity assume that the mechanically oscillatable unit is covered by the medium is.

Als mechanisch schwingfähige Einheit sind beispielsweise sog. Schwinggabeln oder Einstäbe bekannt. Der Unterschied besteht in der Anzahl der mit dem Medium in Kontakt kommenden Schwingeinheiten: Bei der Schwinggabel handelt es sich um zwei Gabelzinken, die in den meisten Fällen über eine Membran miteinander gekoppelt sind. Beim Einstab handelt es sich üblicherweise um einen einzelnen Stab oder eine einzelne Röhre, in welcher sich zumindest ein innerer Schwinger befindet. Es besteht auch die Möglichkeit, dass mit dem Stab zwei Schwinger verbunden sind.When mechanically oscillatable Unit, for example, so-called. Forks or rods are known. The difference is in the number of contacts with the medium upcoming oscillating units: The tuning fork is about two prongs, which in most cases have a membrane with each other are coupled. The single rod is usually a single one Rod or a single tube, in which there is at least one inner oscillator. It also exists the possibility, that two oscillators are connected to the rod.

Eine besondere Ausgestaltung eines Schwingstabs ist in der Patentanmeldung WO 2005 008190 A1 beschrieben. Dort handelt es sich um einen Langstab, an welchem zwei Kurzstäbe angebracht sind. In einem Kurzstab ist die Antriebs-/Empfangseinheit integriert. Dieser Kurzstab dient somit als Schwingungsantrieb für den gesamten Einstab. Der zweite Kurzstab schwingt gegenphasig zum ersten Kurzstab und kompensiert somit dessen Bewegungen und Kräfte. Beide Kurzstäbe befinden sich dabei in Ruhelage auf der gleichen Achse.A particular embodiment of a vibrating rod is in the patent application WO 2005 008190 A1 described. There is a long rod, on which two short rods are attached. The drive / receiver unit is integrated in a short rod. This short rod thus serves as a vibration drive for the entire single rod. The second short rod oscillates in phase opposition to the first short rod and thus compensates for its movements and forces. Both short bars are in rest position on the same axis.

Der Patentschrift DE 37 34 077 C2 lässt sich ein Einstab mit einem einzigen Kurzstab entnehmen.The patent DE 37 34 077 C2 a single rod can be removed with a single short rod.

Der Einstab für Feststoffe bietet gegenüber herkömmlichen Zweistäben oder Schwingstäben den Vorteil, dass es nicht zu einem Einklemmen eines grobkörniger Feststoff zwischen den beiden Gabelzinken und einer damit einhergehenden Funktionsbeeinträchtigung des Messgerätes kommen kann. Dagegen ist beim Einstab aus energetischen Gründen die Funktionsfähigkeit beeinträchtigt, wenn sich am dem Prozess bzw. dem Medium zugewandten Stabende des schwingenden Rohrs Ansatz bildet. Bei Ansatz handelt es sich um Medium oder aus dem Medium oder dem Prozess entstehenden Staub, der sich an der im Behälter befindlichen mechanisch schwingfähigen Einheit absetzt. In der Praxis ist häufig zu beobachten, dass bei horizontalem Einbau des Sensors, d.h. bei einem im Wesentlichen parallel zum Behälterboden eingebauten Einstab der Feststoff lose auf dem Sensorrohr liegen bleibt. Solange der Stab noch schwingt und eine gewisse Schwingungsamplitude oberhalb einer vorgegebenen Schaltschwelle aufweist, bleibt das System in Funktion. Häufig gibt es aber die Situation, dass die Schwingungsamplitude unterhalb der Schaltschwelle liegt und somit das Gerät für messtechnische Zwecke nicht mehr verwendbar ist. Der Grund ist darin zu sehen, dass die sich vorwiegend auf dem Rohrende befindliche Ansatzmenge während des Betriebs nicht oder nur teilweise ablöst und somit der Einstab verstimmt wird. Wenn es die Anlagensituation zulässt, werden in der Praxis Ansatzprobleme dieser Art in der Weise umgangen, dass man den Einstab senkrecht, d.h. im Behälterboden oder in der Decke des Behälters einbaut. Ein solcher Einbau ist jedoch nicht immer möglich und in den meisten Fällen aufwendiger zu realisieren als beispielsweise ein seitlicher Einbau in den Behälter.Of the One-bar for Solids offers over traditional ones two rods or vibrating bars the advantage of not jamming a coarse-grained solid between the two forks and a concomitant functional impairment of the measuring device can come. In contrast, the Einstab for energetic reasons is the operability impaired when the end of the bar facing the process or the medium swinging pipe approach forms. Approach is Medium or dust resulting from the medium or process, which is in the container located mechanically oscillatable Unit settles. In practice, it is often observed that at horizontal installation of the sensor, i. at a substantially parallel to the tank bottom built-in unit, the solid loose on the sensor tube remains. As long as the rod still vibrates and a certain vibration amplitude Having above a predetermined switching threshold, this remains System in function. Often But there is the situation that the vibration amplitude is below the switching threshold and thus the device for metrological purposes is not more usable. The reason is that they are predominantly on the end of the tube located batch amount during the Operation does not or only partially replaces and thus detunes the one-bar becomes. If the investment situation permits it, approach problems in practice bypassed this type in such a way that you can use the one-rod vertically, i.e. in the tank bottom or in the ceiling of the container installs. However, such installation is not always possible and in most cases more complex to implement than, for example, a lateral installation in the container.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Einstab vorzuschlagen, der weitestgehend frei von einer Funktionsbeeinträchtigung durch Ansatz ist.The The object of the invention is thus to propose a single rod, the largely free from a functional impairment by approach.

Die Aufgabe löst die Erfindung durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter mit den Merkmalen des ersten Anspruchs. Die Erfindung besteht somit in der besonderen Formgebung des Einstabs. Die Ausgestaltung des Einspannbereichs bezieht sich insbesondere auf dessen Position am oder im Langstab. Die Krümmung des Langstabs mit einem Krümmungswinkel führt dazu, dass die beiden Kurzstäbe zumindest in ihrer Ruhelage einen von 0° abweichenden Winkel miteinander bilden. Der Langstab besteht somit quasi aus zwei Abschnitten, die gemeinsam die Krümmung mit einem Krümmungswinkel bilden. Die „Ecke" der Krümmung ist vorzugsweise glatt und ein gleichmäßiger Übergang, so dass keine Belastungen, innere Spannungen oder sonstigen Materialbeeinträchtigungen in diesem Bereich auftreten. Die Kompensationsmasse führt in einer Ausgestaltung vorzugsweise mechanische Schwingungen im Wesentlichen in axialer Richtung aus. Durch die Kompensationsmasse werden somit axiale Kräfte und Momente derartig kompensiert oder vermindert, dass im Wesentlichen keine axialen Kräfte auf den Prozessanschluss wirken. Die Bewegungsrichtung der Schwingungen der Kompensationsmasse bezieht sich dabei auf die Achse, die der äußere Langstab bzw. der Einstab ohne Krümmung bildet, also im Wesentlichen die Normale auf die Prozessanschlussebene.The object is achieved by the invention by a device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium in a container having the features of the first claim. The invention thus consists in the special shape of the single rod. The configuration of the clamping area relates in particular to its position on or in the long bar. The curvature of the long rod with a curvature angle causes the two short rods together form an angle deviating from 0 ° at least in their rest position. The long bar thus consists of two sections, which together form the curvature with a curvature angle. The "corner" of the curvature is preferably smooth and a smooth transition, so that no stresses, internal tensions or other material impairments occur in this area tion mass in one embodiment preferably performs mechanical vibrations substantially in the axial direction. The compensation mass thus compensates or reduces axial forces and moments such that substantially no axial forces act on the process connection. The direction of movement of the vibrations of the compensation mass refers to the axis that forms the outer long rod or the unstab without curvature, ie essentially the normal to the process connection level.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Krümmung des Langstabs in Abhängigkeit von der Position des Prozessanschlusses innerhalb des Behälters derartig ausgestaltet ist, dass die Fläche des Langstabs, auf welchem Medium als Ansatz anhaftet, möglichst minimal ist. Je nach der Position des Einstabs im Behälter kann ein unterschiedlicher Krümmungswinkel vorteilhaft sein. Handelt es sich um einen horizontalen, also seitlich an der Behälterwandung angebrachten Sensor, so ist eine Krümmung bzw. ein Krümmungswinkel von 90° gegenüber der Längsachse des geraden Langstabs vorteilhaft. Die in Bezug auf die Anhäufung von Ansatz wirksame Fläche sollte also möglichst klein sein. Ziel der Wahl des Krümmungswinkels ist jedoch in Verbindung mit der Einbauposition stets, dass die Fläche, an der sich Ansatz bilden kann, minimal ist. Optimal ist also ein Abgleich von Einbaulage und Krümmungswinkel derartig aufeinander, dass sich quasi die gleiche Position des ersten bzw. dem Medium zugewandten Kurzstab wie bei einem senkrechten Einbau ergibt, d.h. vorzugsweise ergeben die Einbauwinkel und der Krümmungswinkel 90° zusammen.A Embodiment provides that the curvature of the long rod in dependence from the position of the process connection within the container such is designed that the area of the long rod, on which medium adheres as an approach, if possible is minimal. Depending on the position of the single rod in the container can a different angle of curvature be beneficial. Is it a horizontal, so the side on the container wall attached sensor, so is a curvature or a curvature angle of 90 ° with respect to the longitudinal axis of the straight long bar advantageous. In terms of the accumulation of Approach effective area So should be possible be small. Aim of the choice of the angle of curvature However, always in conjunction with the mounting position that the Area, where the approach can form is minimal. Optimal is therefore an adjustment of installation position and bending angle in such a way that almost the same position of the first or the medium facing short rod as in a vertical installation results, i. preferably, the installation angle and the angle of curvature 90 ° together.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Krümmung des Langstabs im Wesentlichen zwischen 45° und 90° liegt. Die Krümmung ist in einer Ausgestaltung im Wesentlichen größer als 45°. Jede Abweichung vom „geraden" Einstab verringert den Bereich, an welchem sich Ansatz bilden kann. Bei horizontalem Einbau ist ein Winkel von ca. 90° vorteilhaft. Es gibt auch Einbausituationen, bei denen der Sensor bereits um 45° gegenüber der horizontalen eingebaut ist. In diesem Fall würde eine 45°-Biegung des Einstabs ausreichen, um einen senkrechten Einbau des zweiten Langstabs zu erreichen. Somit ist also allgemein eine Krümmung vorteilhaft, welche zusammen mit der Einbauposition zu einer senkrechten Position des ersten, also dem Prozess bzw. dem Medium zugewandten Kurzstabs führt. Für jeden Krümmungswinkel ist die Kompensationsmasse entsprechend zu bestimmen. Die Angabe des Krümmungswinkels bezieht sich dabei auf die Achse, längs welcher die axialen Schwingungen liegen.A Embodiment provides that the curvature of the long bar substantially between 45 ° and 90 °. The curvature is in one embodiment substantially greater than 45 °. Any deviation from the "straight" one-bar reduced the area where the approach can form. In horizontal Installation is an angle of about 90 ° advantageous. There are also installation situations where the sensor is already around 45 ° opposite the horizontal is installed. In this case, a 45 ° bend of the single rod would be sufficient to achieve a vertical installation of the second long bar. Thus, in general, there is a curvature advantageous, which together with the mounting position to a vertical Position of the first, ie the process or the medium facing Short rod leads. For each angle of curvature the compensation mass must be determined accordingly. The indication the angle of curvature refers to the axis along which the axial vibrations lie.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Krümmung des Langstabs im Wesentlichen 90° beträgt. Eine solche 90°– Krümmung führt dazu, dass der Stab quasi aus einem – bezogen auf das System des Behälters – horizontalen und einem senkrechten Abschnitt besteht, wobei sich in jedem der Abschnitte ein Kurzstab befindet. Ein Kurzstab dient zur Schwingungsanregung und der andere kompensiert die Bewegungen. Der 90°-Winkel erlaubt es somit, den Einstab seitlich in den Behälter einzubauen und gleichzeitig eine verminderte Ansatzfläche zu schaffen, wie sie sich bei einem senkrechten Einbau einstellen würde. Durch die Krümmung wird also aus einem seitlichen Einbau der Effekt eines senkrechten Einbaus erzielt. Bei horizontaler Einbaulage ist die ansatzempfindliche Stelle des Stabendes quasi senkrecht orientiert, so dass sich weniger Ansatz auf dem Stabende festsetzen kann. Die Krümmung des Einstabs macht es jedoch erforderlich, dass am Prozessanschluss auftretenden Kräfte und Momente optimal kompensiert werden, so dass keine Schwingungsenergie verloren geht und so dass auch der Prozess an sich nicht durch die Messungen gestört wird. Die Vermeidung des Verlust von Schwingungsenergie erhöht die Messgenauigkeit und reduziert gleichzeitig den Energiebedarf für die Aufrechterhaltung der Schwingungen. Insbesondere müssen die axialen und radialen Kräfte ausgeglichen werden. Bei den radialen Kräften handelt es sich um Kräfte, die in der Ebene des Prozessanschlusses wirken. Da der Einstab üblicherweise zu transversalen oder Biegeschwingungen angeregt wird, handelt es sich bei den radialen Kräften somit auch um Kräfte in der Schwingungsrichtung des Einstabs. Die axialen Kräfte stehen senkrecht darauf und wirken somit in Richtung der Längsachse des „geraden" Einstabs. Für eine optimale Kompensation dieser Kräfte, d.h. für einen kräftefreien Prozessanschluss ist eine optimale Abstimmung des Einstabs erforderlich. Für die axialen Kräfte ist daher eine Kompensationsmasse vorgesehen, welche die Kräfte kompensiert, die sich aus dem Winkel zwischen den Bewegungsrichtungen der beiden Kurzstäbe ergeben.A Embodiment provides that the curvature of the long bar substantially 90 °. A such a 90 ° bend causes that the staff is quasi one - related on the system of the container - horizontal and a vertical section, wherein in each of the Sections a short rod is located. A short rod is used for vibration excitation and the other compensates for the movements. The 90 ° angle allows it thus, to install the Einstab laterally in the container and at the same time a reduced contact surface to create how they would adjust in a vertical installation. By the curvature Thus, from a lateral installation, the effect of a vertical Installation achieved. In the horizontal mounting position is the approach sensitive Position of the rod end quasi vertically oriented, so that less Can set approach on the bar end. The curvature of the single rod makes it however, requires that forces and forces occurring at the process connection Moments are optimally compensated, so no vibration energy is lost and so the process itself is not affected by the Measurements are disturbed. Avoiding the loss of vibration energy increases measurement accuracy and at the same time reduces the energy requirements for maintaining the Vibrations. In particular, need the axial and radial forces be compensated. The radial forces are forces that act in the level of the process connection. Because the one-rod usually is excited to transversal or bending vibrations, it is at the radial forces thus also for powers in the vibrational direction of the single rod. The axial forces stand perpendicular thereto and thus act in the direction of the longitudinal axis of the "straight" one-bar, for an optimal Compensation of these forces, i.e. For a force-free Process connection is an optimal coordination of the single rod required. For the axial forces Therefore, a compensation mass is provided which compensates the forces, arising from the angle between the directions of movement of the two short rods result.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Zusatzmasse vorgesehen ist, welche im Verbindungsbereich zwischen einem Kurzstab und dem Langstab befindlich ist, und dass zumindest die Zusatzmasse und/oder die beiden Kurzstäbe und/oder der Langstab und/oder der Einspannbereich derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der Prozessanschluss im Wesentlichen frei von aufgrund der mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit auftretenden radialen Kräften ist.A Embodiment includes providing at least one additional mass which is in the connection area between a short bar and the Long bar is located, and that at least the additional mass and / or the two short bars and / or the long bar and / or the clamping area designed in such a way and are matched to each other, that the process connection substantially free from due to the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit occurring radial forces is.

Eine damit verbundene Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens zwei Zusatzmassen vorgesehen sind, welche jeweils im Verbindungsbereich zwischen den Kurzstäben und dem Langstab befindlich sind, und dass zumindest die beiden Zusatzmassen und/oder die beiden Kurzstäbe und/oder der Langstab und/oder der Einspannbereich derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der Prozessanschluss im Wesentlichen frei von aufgrund der mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit auftretenden radialen Kräften ist.An associated embodiment includes that at least two additional masses are provided, which are each located in the connecting region between the short bars and the long bar, and that at least the two additional masses and / or the two short bars and / or the long bar and / or the clamping area such are configured and matched to one another that the process connection is substantially free of radial forces occurring due to the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit.

Bei den beiden vorhergehenden Ausgestaltungen werden somit Zusatzmassen dazu benutzt, dass die radialen Kräfte, welche vom Einstab über den Einspannbereich auf den Prozessanschluss übertragen werden, möglichst Null sind. Die beiden Zusatzmassen lassen sich beispielsweise über entsprechende Simulationen mit der Finiten Elemente Methode (FEM) anpassen.at the two previous embodiments are thus additional masses used that the radial forces, which from the single rod over the Clamping be transferred to the process connection, if possible Are zero. The two additional masses can be, for example, via appropriate Adjust simulations with the finite element method (FEM).

Die Erfindung schafft somit eine Ansatzverträglichkeit, indem der Einstab derartig geformt ist, dass möglichst wenig Ansatz anhaften kann, wobei gleichzeitig auf einen möglichst einfachen Einbau, vorzugsweise seitlich am Behälter geachtet wird. Damit keine Kräfte auf den Prozessanschluss wirken und somit keine Schwingungsenergie verloren geht, ist der Einstab mit einer Kompensationsmasse und Zusatzmassen ausgestattet, die eine Einstellung eines mechanischen Gleichgewichts erlauben.The Invention thus provides a batch compatibility by the one-bar is shaped so that as possible can attach little approach, while at the same time as possible easy installation, preferably on the side of the container is respected. So no personnel act on the process connection and thus no vibration energy lost is the one-bar with a compensation mass and additional masses equipped with a setting of a mechanical balance allow.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Langstab im Wesentlichen rohrförmig ausgestaltet ist. Durch die rohrförmige Ausgestaltung werden insbesondere die durch ein Auftreffen von Schüttgut wirkenden Kräfte vermindert und auch der Bereich, auf dem sich Ansatz niederlassen kann, wird reduziert. Weiterhin erlaubt es eine Röhre, zumindest den Kurzstab in sich aufzunehmen, welcher mit dem dem Medium zugewandten Ende des Langstabs verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass nur der Langstab in Kontakt mit dem Medium kommt und dass auch alle anderen Teile des Messgerätes dadurch gegenüber dem Medium geschützt sind.A Embodiment provides that the long rod designed substantially tubular is. Through the tubular Embodiment are in particular acting through an impact of bulk material personnel diminished and also the area where leans approach can, is reduced. Furthermore, it allows a tube, at least to absorb the short rod, which with the medium facing End of the long bar is connected. This has the advantage that only the long rod comes in contact with the medium and that all others Parts of the meter in comparison to that Medium protected are.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der Langstab mindestens einen Kurzstab umgibt. Dabei handelt es sich vorzugsweise – wie oben angemerkt – um den Kurzstab, der sich mit dem Einstab im Behälter befindet. Der Langstab kann auch den zweiten Kurzstab beinhalten, so dass er beispielsweise beide Kurzstäbe koaxial umgibt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der zweite Kurzstab den Langstab selbst becherförmig umgibt.A Embodiment includes that the long bar at least one short rod surrounds. These are preferably - as noted above - the Short rod, which is located in the container with the single rod. The long staff can also include the second short bar, so he for example both short bars Coaxially surrounds. However, there is also the possibility that the second Short rod surrounds the long rod itself cup-shaped.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Antriebs-/Empfangseinheit ein piezoelektrisches Element ist, welches zumindest zwei Segmente mit im Wesentlichen entgegengesetzter Polarisation aufweist. Ein solcher Piezowandler ist in der Anmeldung WO 2004 057283 A1 beschrieben. Der Vorteil liegt darin, dass so sehr einfach direkte Kippbewegungen erzeugt werden können.An embodiment provides that the drive / receiving unit is a piezoelectric element which has at least two segments with substantially opposite polarization. Such a piezo converter is in the application WO 2004 057283 A1 described. The advantage is that very simple direct tilting movements can be generated.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei den mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit im Wesentlichen um Resonanzschwingungen handelt. Vorzugsweise wird die Grundwelle angeregt. Bei den Schwingungen handelt es sich weiterhin vorzugsweise um transversale bzw. um Biegeschwingungen.A Embodiment includes that it is the mechanical vibrations the mechanically oscillatable Unit is essentially about resonant vibrations. Preferably the fundamental wave is excited. The vibrations are furthermore preferably by transverse or bending vibrations.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings.

Es zeigt:It shows:

1: einen Schnitt durch ein Messgerät mit einem Einstab als mechanisch schwingfähiger Einheit gemäß dem Stand der Technik, 1 FIG. 2: a section through a measuring device with a single rod as a mechanically oscillatable unit according to the prior art, FIG.

2: eine schematische Darstellung der bei Schwingungen eines Einstabs wirkenden Kräfte und Momente bei einem Messgerät gemäß 1, 2 : A schematic representation of the forces and moments acting on vibrations of a single rod in a measuring device according to 1 .

3: eine Darstellung der wirkenden Kräfte bei einem erfindungsgemäßen Messgerät mit einem gebogenen Langstab, 3 : a representation of the forces acting on a measuring device according to the invention with a curved long rod,

4: eine Darstellung der Kräfte und Momente eines Langstabs gemäß 3, die sich in Verbindung mit einer Kompensationsmasse ergeben, und 4 : a representation of the forces and moments of a long pole according to 3 , which arise in conjunction with a compensation mass, and

5: ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. 5 : a section through a device according to the invention.

1 zeigt den prinzipiellen, aber nicht maßstabgerechten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität eines Mediums in einem Behälter. Die Prozessgröße wird dabei üblicherweise dadurch gemessen, dass die mechanisch schwingfähige Einheit 1 in Kontakt mit dem – hier nicht gezeigten – Medium kommt, und dass durch den Mediumskontakt die Kenngrößen – Amplitude, Frequenz und Phase – der Schwingungen der schwingfähigen Einheit 1 entsprechend beeinflusst oder verändert werden. 1 shows the basic, but not to scale construction of the inventive device for determining and / or monitoring at least one process variable. The process variable is, for example, the fill level, the density or the viscosity of a medium in a container. The process variable is usually measured by the fact that the mechanically oscillatable unit 1 comes in contact with the - not shown here - medium, and that by the medium contact the characteristics - amplitude, frequency and phase - of the oscillations of the oscillatory unit 1 be influenced or changed accordingly.

Bei der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 der 1 handelt es sich um einen sog. Einstab (siehe hierzu auch die Anmeldung WO 2005 008190 A1 ) Dieser Einstab 1 besteht aus einer langen 2 und zwei kurzen 3, 4 Einheiten. Der Langstab 2 ist hier rohrförmig ausgebildet – die Rotationsachse ist eingezeichnet – und umgibt den ersten 3 und den zweiten Kurzstab 4 koaxial. Der erste Kurzstab 3 ist mit seinem dem Prozess, d.h. dem Medium zugewandten Ende mit dem Langstab 2 verbunden. Weiterhin ist die Antriebs-/Empfangseinheit 5 im ersten Kurzstab 3 angebracht, so dass der erste Kurzstab 3 insgesamt als Antrieb für den Einstab 1 fungiert. Bei der Antriebs-/Empfangseinheit 5 handelt es sich hier vorzugsweise um ein piezoelektrisches Element, welches ein elektrisches Anregesignal in mechanische Schwingungen übersetzt und umgekehrt die mechanischen Schwingungen des Einstabes 1 in eine elektrische Wechselspannung übersetzt. Das piezoelektrische Element ist vorzugsweise derartig ausgestaltet, dass direkte Kippbewegungen erzeugt werden. Siehe hierzu die Anmeldung WO 2004 057283 A1 .In the mechanically oscillatable unit 1 of the 1 it is a so-called one-rod (see also the application WO 2005 008190 A1 ) This one-bar 1 consists of a long one 2 and two short ones 3 . 4 Units. The long staff 2 is here tubular - the axis of rotation is shown - and surrounds the first 3 and the second short rod 4 coaxial. The first short rod 3 is with his the process, ie the medium-facing end with the long rod 2 connected. Furthermore, the drive / receiving unit 5 in the first short rod 3 attached, so that the first short rod 3 overall as a drive for the single rod 1 acts. In the Driver / receiver unit 5 this is preferably a piezoelectric element which translates an electrical signal to mechanical vibrations and vice versa, the mechanical vibrations of the single rod 1 translated into an electrical AC voltage. The piezoelectric element is preferably designed such that direct tilting movements are generated. See the registration WO 2004 057283 A1 ,

Die mechanisch schwingfähige Einheit 1 ist an einem Einspannbereich 6 mit dem Prozessanschluss 7 verbunden. Über den Prozessanschluss 7, der hier in einen Teil des Gehäuses der Messvorrichtung übergeht, wird somit die Einheit 1 mit dem – hier nicht gezeigten – Behälter verbunden, in welchem sich das zu messende oder zu überwachende Medium befindet. Der Einstab 1 und der Einspannbereich 6, d.h. die Position des Einspannbereichs 6 längs des Langstabs 2 sind dabei so gewählt und ausgeglichen, dass möglichst keine Schwingungsenergie auf den Prozessanschluss 7 übertragen wird. Somit geht keine Energie verloren und die Messungen wirken sich nicht negativ auf die Umgebung aus. Umgekehrt ist dadurch nur ein geringer Energiebedarf zur Aufrechterhaltung der Schwingungen erforderlich.The mechanically oscillatable unit 1 is at a clamping area 6 with the process connection 7 connected. About the process connection 7 which merges here into a part of the housing of the measuring device, thus becomes the unit 1 connected to the - not shown here - container in which there is the medium to be measured or monitored. The one-bar 1 and the clamping area 6 ie the position of the clamping area 6 along the long rod 2 are chosen and balanced so that as much as possible no vibration energy to the process connection 7 is transmitted. Thus, no energy is lost and the measurements do not affect the environment negatively. Conversely, only a small amount of energy is required to maintain the vibrations.

In der 2 sind die Kräfte und Momente gezeigt, die bei transversalen oder Biege-Schwingungen der schwingfähigen Einheit 1 in 1 auftreten. Gepunktet ist die mechanisch schwingfähige Einheit 1 in Bewegung und durchgezogen in Ruhe dargestellt. Für das Verständnis ist ein X,Y-Koordinatensystem eingezeichnet. Der Langstab 2 ist dabei in Ruhe längs der Y-Achse ausgerichtet, und der Einspannbereich 6 liegt längs der X-Achse. Mit anderen Worten: Durch die rotationssymmetrische Ausgestaltung bildet der Langstab die Y-Achse und der Einspannbereich 6 die X-Achse des Systems, in welchem die Schwingungen zu beschreiben sind. Eine Bewegung längs der X-Achse ist eine radiale Bewegung und eine Bewegung auf der Y-Achse eine axiale Bewegung. Die piezoelektrische Antriebs-/Empfangseinheit 5 bringt die Masse m1 des ersten Kurzstabes 3 – hier dargestellt durch einen Massepunkt – in Pendelbewegungen, die auf den Langstab 2 mit der Gesamtmasse m3 – ebenfalls verdeutlicht durch einen Massepunkt – translatorische und rotatorische Beschleunigungskräfte F1 und M1 überträgt. Über die Kopplung durch den Langstab 2 wird gleichzeitig die auf der anderen Seite des Langstabes 2 befestigte und resonanzmässig auf den Antrieb, welcher aus der Antriebs-/Empfangseinheit 5 und dem ersten Kurzstab 3 gebildet wird, abgestimmte Masse m2 des zweiten Kurzstabes 4 die Beschleunigungskraft F2 und das Drehmoment M2 übertragen. Beide Kräfte F1 und F2 sind gleichgerichtet, während die Drehmomente M1 und M2 gegensinnig auftreten. Die beiden Kurzstäbe 3, 4 bewegen sich also beide im gezeigten Moment der Bewegung in Richtung der negativen X-Achse und üben dabei jeweils eine Kraft F1, F2 auf den Punkt aus, an welchem beide Kurzstäbe 3, 4 jeweils mit dem Langstab 2 verbunden sind. Da die beiden Kurzstäbe 3, 4 jedoch gegenphasig schwingen, sind beide Kräfte F1, F2 gleichgerichtet und versuchen quasi jeweils den Einstab 2 an diesen beiden Befestigungspunkten in Richtung der positiven X-Achse zu verschieben. Aufgrund der Massenträgheit m3 des Langstabes 2 wirkt den Beschleunigungskräften F1 und F2 die Massenträgheitskraft F3 entgegen. Da der Langstab 2 am Einspannbereich 6 mit einem entsprechenden – hier nicht gezeigten – Gehäuse für das Messgerät oder mit dem Mediumsbehälter verbunden ist, erfährt der Langstab 2 dadurch eine geringe Krümmung. Der Umkehrpunkt des Krümmungsbauchs zeigt gegenüber dem unverformten Stab (durchgezogene Linie) eine Verschiebung a, die je nach dem Verhältnis der Massen m1, m2, m3 zueinander auf der einen oder anderen Seite des Langstabs 2 liegt. Durch Variation der Massen m1 und m2 lässt sich erreichen, dass der Versatz a zu Null wird und dass auch keine Verschiebung in Y-Richtung, also axial oder in Richtung der Längsachse des Langstabs 2 vorliegt. Genau in diesem Einspannbereich 6 – der Langstab 2 und die beiden Kurzstäbe 3, 4 sind weiterhin rotationssymmetrisch zu verstehen – ist der Langstab 2 kräfte- und momentenfrei während der Schwingungen der beiden Kurzstäbe 3, 4. Über die beiden Zusatzmassen mz1 und mz2 – dabei handelt es sich beispielsweise um die beiden Endbereiche des Langstabs 2 in 1, an welchem die beiden Kurzstäbe 3, 4 befestigt sind – lässt sich zusätzlich die Lage der kräftefreien Stelle des Langstabs 2 in Y- bzw. axialer Richtung verschieben. Erhöht man z.B. die Zusatzmasse mz2 gegenüber der Masse mz1, so wird die kräfte- und momentenfreie Stelle des Langstabs 2 in Richtung der negativen Y-Achse verlagert. Dies ist wichtig, damit der prozessseitige Anteil des Langstabes 2 länger ausgebildet werden kann als der rückseitige und vom Prozess- bzw. vom Medium abgewandte Anteil. Dies ist insofern von Bedeutung, da der rückseitige Stabanteil des Langstabs 2 in einem relativ geringen Einbauvolumen unterzubringen ist.In the 2 are the forces and moments shown in transverse or bending vibrations of the oscillatory unit 1 in 1 occur. Dotted is the mechanically oscillatable unit 1 shown in motion and pulled through in silence. For understanding, an X, Y coordinate system is drawn. The long staff 2 is aligned at rest along the Y-axis, and the clamping area 6 lies along the X-axis. In other words: Due to the rotationally symmetrical design of the long rod forms the Y-axis and the clamping area 6 the X-axis of the system in which the vibrations are to be described. A movement along the X-axis is a radial movement and a movement on the Y-axis is an axial movement. The piezoelectric drive / receiver unit 5 brings the mass m1 of the first short rod 3 - represented here by a mass point - in pendulum movements on the long rod 2 with the total mass m3 - also illustrated by a mass point - translational and rotational acceleration forces F1 and M1 transmits. About the coupling by the long rod 2 will be at the same time on the other side of the long rod 2 fastened and resonant on the drive, which from the drive / receiving unit 5 and the first short rod 3 is formed, coordinated mass m2 of the second short bar 4 the acceleration force F2 and the torque M2 transmitted. Both forces F1 and F2 are rectified, while the torques M1 and M2 occur in opposite directions. The two short bars 3 . 4 Both move in the moment of the movement shown in the direction of the negative X-axis and thereby each exert a force F1, F2 on the point at which both short bars 3 . 4 each with the long rod 2 are connected. Because the two short rods 3 . 4 However, swinging in opposite phase, both forces F1, F2 are rectified and try each other, the one-bar 2 to move at these two attachment points in the direction of the positive X-axis. Due to the mass inertia m3 of the long rod 2 the acceleration forces F1 and F2 counteract the inertia force F3. Because the long rod 2 at the clamping area 6 is associated with a corresponding - not shown here - housing for the meter or with the medium tank, learns the long rod 2 thereby a small curvature. The point of inversion of the curvature belly relative to the undeformed rod (solid line) shows a displacement a which, depending on the ratio of the masses m1, m2, m3 to each other on one or the other side of the long bar 2 lies. By varying the masses m1 and m2 can be achieved that the offset a is zero and that no displacement in the Y direction, ie axially or in the direction of the longitudinal axis of the long rod 2 is present. Exactly in this clamping area 6 - the long staff 2 and the two short bars 3 . 4 are still rotationally symmetric to understand - is the long rod 2 free of forces and moments during the oscillations of the two short rods 3 . 4 , About the two additional masses mz1 and mz2 - this is, for example, the two end portions of the long rod 2 in 1 on which the two short bars 3 . 4 are attached - can be additionally the location of the force-free body of the long bar 2 move in Y or axial direction. If, for example, the additional mass mz2 is increased in relation to the mass mz1, the force-free and torque-free position of the long rod is increased 2 shifted in the direction of the negative Y-axis. This is important, so that the process-side share of the long bar 2 can be formed longer than the back and away from the process or from the medium portion. This is important in that the rear rod portion of the long rod 2 can be accommodated in a relatively small installation volume.

An der 2 lässt sich folgendes zusammenfassend festhalten: Die beiden Kurzstäbe 3, 4 führen transversale Schwingungen aus. Da beide gegenphasig schwingen, erzeugen sie eine Krümmung im Langstab 2, an dem beide Kurzstäbe 3, 4 befestigt sind. Durch einen Abgleich zumindest der Massen m1, m2 der beiden Kurzstäbe 3, 4 aufeinander ist es möglich, dass die Krümmung a zumindest im Einspannbereich 6 des Langstabs 2 Null ist. Es treten somit keine radialen Kräfte im Einspannbereich 6 auf. Durch zwei Zusatzmassen mz1, mz2 am jeweiligen Endbereich des Langstabs 2 lässt sich dieser in Bezug auf die radialen Kräfte freien Einspannbereich 6 in axialer Richtung verschieben. Diese Diskussion bezieht sich dabei auf einen geraden Langstab 2.At the 2 can be summed up the following: The two short bars 3 . 4 execute transverse vibrations. Since both oscillate in antiphase, they create a curvature in the long rod 2 on which both short bars 3 . 4 are attached. By balancing at least the masses m1, m2 of the two short bars 3 . 4 successive it is possible for the curvature a to be at least in the clamping area 6 of the long staff 2 Is zero. There are thus no radial forces in the clamping area 6 on. By two additional masses mz1, mz2 at each end of the long bar 2 can be this with respect to the radial forces free clamping area 6 move in the axial direction. This discussion refers to a straight long rod 2 ,

In der 3 sind entsprechend zur 2 die Kräfte- und Momenteverhältnisse dargestellt, welche sich bei einem gebogenen Langstab 2 ergeben. Durchgezogen der Stab 2 in Ruhe und gepunktet dargestellt die Komponenten der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 in Bewegung. Der Langstab 2 weist in zumindest einem Bereich eine Krümmung gegenüber der Längsachse des geraden Langstabs 2 auf. Die dargestellte Krümmung führt hier dazu, dass der Langstab 2 zwei Abschnitte aufweist, welche im 90° Winkel zueinander stehen. Der 90°-Krümmungswinkel ist hier gewählt, um das Prinzip zu verdeutlichen. Für andere Winkel gilt das Modell entsprechend. Der große Vorteil eines solchen 90°-Winkels besteht darin, dass die schwingfähige Einheit 1 in den Tank/Behälter von der Seite eingebaut werden kann, dass jedoch der sich im Tank befindende Abschnitt ähnlich wie bei einem Einbau vom Boden oder der Decke des Tanks her senkrecht im Tank befindlich ist, und dass somit der Bereich, auf welchem sich Ansatz bilden kann, minimal ist.In the 3 are according to 2 the forces and moment ratios shown, which in a bent long rod 2 result. Pulled through the bar 2 in peace and dotted represented the components of the mechanically oscillatable unit 1 moving. The long staff 2 has in at least one area a curvature with respect to the longitudinal axis of the straight long bar 2 on. The curvature shown here leads to the long rod 2 has two sections which are at 90 ° to each other. The 90 ° angle of curvature is chosen here to illustrate the principle. For other angles, the model applies accordingly. The big advantage of such a 90 ° angle is that the oscillatory unit 1 can be installed in the tank / container from the side, however, that the portion located in the tank is located vertically in the tank, similar to an installation from the bottom or the ceiling of the tank, and thus the area on which approach form can, is minimal.

Die in einem gekrümmten Einstabsystem auftretenden Kräfte und Drehmomente verändern sich gegenüber dem geraden System dadurch, dass der gekrümmte Langstab 2 einschließlich des im Innern befindlichen Antriebs des ersten Kurzstabs 3 zusätzliche axiale Kraftkomponenten – hier in Richtung der Y-Achse – erzeugt. Der gekrümmte Einstab 1, wie in 3 dargestellt, besitzt wie der gerade Stab in 2 eine an einem Stabende befestigte Schwingmasse m1, die mit einem piezoelektrischen Antriebsystem in Pendelbewegungen gebracht wird. Der erste Kurzstab 3 schwingt hier immer noch transversal zum ihn umgebenden Langstab 2. Während der Hin- und Herbewegung des ersten Kurzstabs 3 wirken auf den Bereich der Verbindung zwischen Kurzstab 3 und Langstab 2 die Beschleunigungskraft F1 in Y-Richtung und das Drehmoment M1. Auf der anderen Seite des gekrümmten Langstabs 2 ist die Kompensationsmasse m2 des zweiten Kurzstabs 4 befestigt. Diese Masse m2 führt im Resonanzbetrieb der Masse m1 des ersten Kurzstabs 3 entsprechende gegenphasige Pendelbewegungen durch. Die Massenträgheitsmomente der beiden schwingenden Massen m1 und m2 sind so aufeinander abgestimmt, dass die beiden Drehmomente M1 und M2 gleich groß sind, sich also gegenseitig ausgleichen und nicht zu einem verbleibenden Drehmoment führen. Während der Pendelbewegung der Massen m1 und m2 erfährt der Langstab 2 mit der Masse m3 in den geraden Stabanteilen zu beiden Seiten des Krümmungsbereichs geringe Verbiegungen jeweils in Bewegungsrichtung der pendelnden Massen. In X-Richtung entspricht der Versatz des gebogenen Rohrs des Langstabs 2 gegenüber der unverformten Struktur – wie in 2 – dem Betrag a und in Y- Richtung dem Betrag b. Die Beträge a und b sind abhängig von der Gesamtmasse m3 des Langstabs 2. Die beiden Kurzstäbe 3, 4 schwingen wie in 2 gegenphasig zueinander, im Gegensatz zur 2 sind jedoch die auf die Verbindungsstelle zwischen Kurzstab 3, 4 und Langstab 2 wirkenden Kräfte F1, F2 nicht mehr parallel zueinander, sondern sie bilden einen Winkel zueinander, der sich aus der Krümmung des Langstabs 2 ergibt. Mit anderen Worten: Durch die Krümmung des Langstabs 2 stehen die beiden Kurzstäbe 3, 4 in einem bestimmten Winkel zueinander, der sich auch zwischen den wirkenden Befestigungspunktkräften findet. Erschwert wird die Betrachtung weiterhin dadurch, dass die Kräfte F1, F2 nicht direkt miteinander wirken, sondern dass jeweils auch zunächst das jeweilige System aus einem Kurzstab 3 oder 4 und dem den jeweils betrachteten Kurzstab 3 oder 4 umgebenden „geraden" Abschnitt des Langstabs 2 betrachtet werden muss. Durch den Winkel zwischen den Kräften F1 und F2 ergeben sich somit zwei im Einspannbereich 6 sich durch den Versatz auswirkende Kräfte F3x und F3y. Das Schwingungssystem der „gekrümmten" schwingfähigen Einheit 1 ist somit eine Kombination aus dem Schwingsystem der geraden schwingfähigen Einheit 1 mit dem axialen Versatz, welcher sich aus der Krümmung und dadurch aus dem Winkel zwischen den Kräften F1 und F2 ergibt. Durch die Variation der beiden Massen m1 und m2 sowie den zusätzlich angebrachten Massen mz1 und mz2 lässt sich der Versatz a – wie im „geraden" System in 2 – gegen Null bringen, so dass der Schwinger 1 in dieser Stelle nur noch Bewegungen in Y-Richtung mit Versatz b ausführt. Die Bewegung in Y-Richtung lässt sich mit einem zusätzlichen Schwinger kompensieren, der in jedem Augenblick die entsprechende Gegenkraft in Y-Richtung liefert und somit im Umkehrpunkt des gebogenen Stabanteils in Y- Richtung bewegungsfrei ist.The forces and torques occurring in a curved one-bar system vary from the straight system in that the curved long bar 2 including the internal drive of the first short bar 3 additional axial force components - here in the direction of the Y-axis - generated. The curved one-bar 1 , as in 3 represented, like the straight rod in 2 a vibration mass m1 attached to a rod end, which is oscillated with a piezoelectric drive system. The first short rod 3 Swings here still transversal to the long rod surrounding him 2 , During the reciprocation of the first short bar 3 affect the area of the connection between short rod 3 and long staff 2 the acceleration force F1 in the Y direction and the torque M1. On the other side of the curved long rod 2 is the compensation mass m2 of the second short bar 4 attached. This mass m2 leads in resonance mode the mass m1 of the first short bar 3 corresponding antiphase oscillations by. The moments of inertia of the two oscillating masses m1 and m2 are coordinated so that the two torques M1 and M2 are equal, so compensate each other and do not lead to a residual torque. During the pendulum movement of the masses m1 and m2, the long rod experiences 2 with the mass m3 in the straight rod portions on both sides of the curvature region slight bending respectively in the direction of movement of the oscillating masses. In the X direction corresponds to the offset of the curved tube of the long rod 2 opposite the undeformed structure - as in 2 - the amount a and in the y-direction the amount b. The amounts a and b are dependent on the total mass m3 of the long bar 2 , The two short bars 3 . 4 swing like in 2 in opposite phase to each other, in contrast to 2 However, they are at the junction between short rod 3 . 4 and long staff 2 acting forces F1, F2 no longer parallel to each other, but they form an angle to each other, resulting from the curvature of the long bar 2 results. In other words, by the curvature of the long rod 2 stand the two short bars 3 . 4 at a certain angle to each other, which is also found between the acting attachment point forces. The consideration is further complicated by the fact that the forces F1, F2 do not interact directly with each other, but that in each case first the respective system consists of a short rod 3 or 4 and the considered each short rod 3 or 4 surrounding "straight" section of the long bar 2 must be considered. The angle between the forces F1 and F2 thus results in two in the clamping area 6 F3x and F3y forces acting through the offset. The vibration system of the "curved" oscillatory unit 1 is thus a combination of the oscillating system of the straight oscillating unit 1 with the axial offset, which results from the curvature and thereby from the angle between the forces F1 and F2. Due to the variation of the two masses m1 and m2 as well as the additional masses mz1 and mz2, the offset a - as in the "even" system in 2 - bring to zero, so that the oscillator 1 only moves in the Y direction with offset b in this position. The movement in the Y direction can be compensated with an additional oscillator, which provides the corresponding counterforce in the Y direction at every moment and thus is free of movement at the point of reversal of the curved rod portion in the Y direction.

Ein solcher Kompensator ist in 4 dargestellt. Die Kompensationsmasse 11 mit dem Massenträgheitsmoment mk ist über zwei Membranfedern 12 mit dem Prozessanschluss 7, der hier ein Teil des Gehäuses der Messvorrichtung ist, fest verbunden. Die aufgrund der Schwingungen der um 90° gebogenen schwingfähigen Einheit 1 auftretenden radialen Kräfte in der Ebene des Prozessanschlusses 7 sind durch den Abgleich der beiden Kurzstäbe 3, 4, des Langstabs 2, der beiden Kompensationsmassen 8, 9 und des Einspannbereichs 6 aufeinander im Wesentlichen Null, d.h. es treten keine radialen Bewegungen im Einspannbereich 6 im Prozessanschluss 7 auf, d.h. es gilt: F3x = 0. Ohne die Kompensationsmasse 11 führt die Prozessanschlussmasse 7 aufgrund der von der Antriebs-/Empfangseinheit 5 und der Masse m1 des ersten Kurzstabs 3 übertragenen Beschleunigungskraft F1 Bewegungen in Y-Richtung aus. Um diese axiale Bewegung zu kompensieren, überträgt die der Antriebsmasse m1 des ersten Kurzstabs 3 entgegenwirkende Kompensationsmasse 11 mit der Masse mk die Beschleunigungskraft Fk. Diese Kraft Fk ist gleich groß wie die Beschleunigungskraft F1 des ersten Kurzstabs 3. Da die Kräfte F1 und Fk jedoch einander entgegengerichtet sind, ist der Schwinger 1 im Bereich der Einspannung kräfte- und momentenfrei.Such a compensator is in 4 shown. The compensation mass 11 with the moment of inertia mk is over two diaphragm springs 12 with the process connection 7 , which is a part of the housing of the measuring device, firmly connected. The oscillatory unit bent by 90 ° due to the vibrations 1 occurring radial forces in the plane of the process connection 7 are by balancing the two short bars 3 . 4 , the long staff 2 , the two compensation masses 8th . 9 and the clamping area 6 essentially zero, ie there are no radial movements in the clamping area 6 in the process connection 7 on, ie it applies: F3x = 0. Without the compensation mass 11 leads the process connection ground 7 due to the drive / receiving unit 5 and the mass m1 of the first short bar 3 transmitted acceleration force F1 movements in the Y direction. To compensate for this axial movement, transmits the drive mass m1 of the first short bar 3 counteracting compensation mass 11 with the mass mk the acceleration force Fk. This force Fk is equal to the acceleration force F1 of the first short bar 3 , Since the forces F1 and Fk each but are opposed to each other, is the vibrator 1 free of forces and moments in the area of clamping.

Somit lassen sich die Besonderheiten der gekrümmten mechanisch schwingfähigen Einheit 1 anhand der 4 wie folgt zusammenfassen: Durch die Krümmung treten nicht nur radiale, sondern auch axiale Kräfte im Bereich des Einspannbereichs 6 auf, welche sich auf den Prozessanschluss 7 auswirken. Die axialen Kräfte senkrecht zur Ebene des Prozessanschlusses 7 bzw. des Einspannbereichs 6 werden wie beim geraden Einstab 1 in 1 oder 2 durch den Abgleich der Zusatzmassen 8, 9, der Kurzstäbe 3, 4, des Langstabs 2 und der Wahl des Einspannbereichs 6 zu Null gesetzt. Die axialen Kräfte ergeben sich durch den aus der Krümmung resultierenden Winkel zwischen den beiden Kurzstäben 3, 4. Diese Kräfte lassen sich durch eine zusätzliche Kompensationsmasse 11 ausgleichen.Thus, the special features of the curved mechanically oscillatable unit can be 1 based on 4 summarize as follows: By the curvature occur not only radial but also axial forces in the region of the clamping area 6 on, which is on the process connection 7 impact. The axial forces perpendicular to the process connection plane 7 or the clamping area 6 become like the straight single rod 1 in 1 or 2 by balancing the additional masses 8th . 9 , the short bars 3 . 4 , the long staff 2 and the choice of clamping range 6 set to zero. The axial forces result from the resulting angle of curvature between the two short bars 3 . 4 , These forces can be overcome by an additional compensation mass 11 compensate.

Ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung mit einer Stabkrümmung von 90° ist in 5 zu sehen. Diese Ausführungsform ist für die seitliche Befestigung an dem das Medium 14 umfassenden Behälter 13 mit einem Flansch als Prozessanschluss 7 gedacht. Der Flansch 7 dient gleichzeitig als Halter für den Kompensator 11. Die Darstellung ist nicht maßstabsgemäß. Der erste Kurzstab 3 und die darin integrierte Antriebs-/Empfangseinheit 5 befindet sich im Inneren des Langstabs 2 und ist am dem Prozess bzw. dem Medium zugewandten Ende des Langstabs 2 befestigt. Die Schwingungen des Einstabs 1 erfolgen durch die Hin- und Herbewegung des ersten Kurzstabs 3, der auf den Langstab 2 entsprechend seiner Masse m1 Beschleunigungskräfte überträgt. Führt der erste Kurzstab 3 eine Bewegung nach rechts aus, so erfährt die Gesamtmasse des Einstabs 1 eine Beschleunigungskraft F1 entgegen der Bewegungsrichtung des ersten Kurzstabs 3. Die Kompensationsmasse 11 bewegt sich entgegen der Bewegungsrichtung des ersten Kurzstabs 3, d.h. nach links und überträgt daher eine der Beschleunigungskraft F1 des ersten Kurzstabs 3 entgegen gerichtete Kompensationskraft Fk auf den Prozessanschluss 7. Ist die Kompensationsmasse mk richtig an die Antriebsmasse m1 angepasst, sind beide Kräfte gleich, d.h. es gilt Fk = F1. Dies bedeutet, dass die Einspannung des Prozessanschlusses 7, die mit der schwingfähigen Einheit 1 fest verbunden ist, kräftefrei ist. Somit stellt der Einstab 1 ein in sich energetisch geschlossenes Schwingungssystem dar; sieht man von der inneren Materialreibung ab. Für den in Bezug auf die wirkenden bzw. auftretenden Kräfte und Momente freien Prozessanschluss 7 sind auch die beiden Kompensationsmassen 8, 9 am jeweiligen Verbindungsbereich zwischen dem jeweiligen Kurzstab 3, 4 und dem Langstab 2 vorgesehen. Der zweite Kurzstab 4 umgibt in dieser Ausgestaltung den Langstab 2 koaxial.An embodiment of a measuring device with a rod curvature of 90 ° is in 5 to see. This embodiment is for the lateral attachment to the medium 14 comprehensive container 13 with a flange as process connection 7 thought. The flange 7 serves as a holder for the compensator 11 , The representation is not to scale. The first short rod 3 and the integrated drive / receiver unit 5 is inside the long rod 2 and is at the process or the medium-facing end of the long rod 2 attached. The vibrations of the single rod 1 done by the reciprocation of the first short bar 3 on the long rod 2 according to its mass m1 transmits acceleration forces. Leads the first short rod 3 a movement to the right, so learns the total mass of the single rod 1 an acceleration force F1 against the direction of movement of the first short bar 3 , The compensation mass 11 moves counter to the direction of movement of the first short bar 3 ie, to the left, and therefore transmits one of the acceleration force F1 of the first short bar 3 opposite compensating force Fk on the process connection 7 , If the compensation mass mk is correctly matched to the drive mass m1, then both forces are equal, ie Fk = F1. This means that the clamping of the process connection 7 that with the oscillatory unit 1 is firmly connected, is free of forces. Thus, the one-bar 1 a self-energetic closed vibration system; one looks away from the internal material friction. For the process connection that is free in relation to the acting or occurring forces and moments 7 are also the two compensation masses 8th . 9 at the respective connection area between the respective short rod 3 . 4 and the long staff 2 intended. The second short rod 4 surrounds the long rod in this embodiment 2 coaxial.

11: Mechanisch schwingfähige EinheitMechanically vibratory unit
22: Langstablong staff
33: Erster Kurzstabfirst short stick
44: Zweiter Kurzstabsecond short stick
55: Antriebs-/EmpfangseinheitDriver / receiver unit
66: Einspannbereichclamping
77: Prozessanschlussprocess connection
88th: Erste Zusatzmasse des ersten KurzstabesFirst Additional mass of the first short rod
99: Zweite Zusatzmasse des zweiten KurzstabesSecond Additional mass of the second short rod
1111: Kompensationsmassecompensating mass
1212: Federfeather
1313: Behältercontainer
1414: Mediummedium

Claims

Device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium ( 14 ) in a container ( 13 ), with at least one mechanically oscillatable unit ( 1 ), and with at least one drive / receiving unit (5), which the mechanically oscillatable unit ( 1 ) excites to mechanical vibrations and which the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 1 ), wherein the mechanically oscillatable unit ( 1 ) from at least one long rod ( 2 ) and two short bars ( 3 . 4 ), whereby the two short bars ( 3 . 4 ) with the long rod ( 2 ) at in each case at least one connecting region of the long rod ( 2 ) are mechanically coupled, wherein at least the long rod ( 2 ) at a clamping area ( 6 ) via a process connection ( 7 ) with the container ( 13 ), at least the long rod ( 2 ) has a curvature with a curvature angle on at least one section, so that the two short rods ( 3 . 4 ) at least in their rest position form an angle deviating from 0 ° with each other, wherein at least the two short rods ( 3 . 4 ) and / or the long rod ( 2 ) and / or the clamping area ( 6 ) are designed and matched to one another such that the process connection ( 7 ) is free from radial forces due to the mechanical vibrations, at least one compensation mass ( 11 ) is provided, which with the process connection ( 7 ), which performs mechanical oscillations in the axial direction, and which mechanically with the mechanically oscillatable unit ( 1 ), wherein the direction of movement of the compensation mass ( 11 ) to the normal of the level of the process connection ( 7 ), the compensation mass ( 11 ) and the mechanically oscillatable unit ( 1 ) on each other that the process connection ( 7 ) is free of axial forces due to the mechanical vibrations.

Device according to claim 1, wherein the curvature of the long rod ( 2 ) depending on the position of the process connection ( 7 ) within the container ( 13 ) is designed such that the surface of the long rod ( 2 ), on which medium ( 14 ) as an approach, as minimal as possible.

Device according to claim 1 or 2, wherein the curvature of the long rod ( 2 ) is substantially between 45 ° and 90 °.

Device according to claim 3, wherein the curvature of the long rod ( 2 ) is substantially 90 °.

Apparatus according to claim 1, wherein at least one additional mass ( 8th . 9 ), which in the connection region between a short rod ( 3 . 4 ) and the long rod ( 2 ) is located, and wherein at least the additional mass ( 8th . 9 ) and / or the two short bars ( 3 . 4 ) and / or the long rod ( 2 ) and / or the clamping area ( 6 ) are designed and matched to one another such that the process connection ( 7 ) substantially free from due to the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 1 ) occurring radial forces.

Apparatus according to claim 5, wherein at least two additional masses ( 8th . 9 ) are provided, which in each case in the connection area between the short bars ( 3 . 4 ) and the long rod ( 2 ) are located, and wherein at least the two additional masses ( 8th . 9 ) and / or the two short bars ( 3 . 4 ) and / or the long rod ( 2 ) and / or the clamping area ( 6 ) are designed and matched to one another such that the process connection ( 7 ) substantially free from due to the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 1 ) occurring radial forces.

Apparatus according to claim 1, wherein the long rod ( 2 ) is designed substantially tubular.

Apparatus according to claim 1 or 7, wherein the long rod ( 2 ) at least one short rod ( 3 ) surrounds.

Apparatus according to claim 1, wherein the drive / receiving unit ( 5 ) is a piezoelectric element having at least two segments of substantially opposite polarization.