DE102008050445A1 - Device for determining and / or monitoring a process variable of a medium - Google Patents

Device for determining and / or monitoring a process variable of a medium Download PDF

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Helmut Pfeiffer
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (10), mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit (1), mit mindestens einer Antriebseinheit (2), welche, ausgehend von einem Anregungssignal, die mechanisch schwingfähige Einheit (1) zu mechanischen Schwingungen anregt, und mit mindestens einer Elektronikeinheit (3), welche die Antriebseinheit (2) mit dem Anregungssignal beaufschlagt. Die Erfindung beinhaltet, dass die Elektronikeinheit (3) derartig ausgestaltet ist, dass die Elektronikeinheit (3) zumindest während einer Reinigungsphase die Antriebseinheit (2) mit einem Reinigungsanregungssignal beaufschlagt.The invention relates to a device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium (10), comprising at least one mechanically oscillatable unit (1), with at least one drive unit (2), which, starting from an excitation signal, mechanically oscillates Unit (1) excites to mechanical vibrations, and with at least one electronic unit (3) which acts on the drive unit (2) with the excitation signal. The invention includes that the electronic unit (3) is designed such that the electronic unit (3) at least during a cleaning phase, the drive unit (2) applied to a cleaning excitation signal.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit, mit mindestens einer Antriebseinheit, welche ausgehend von einem Anregungssignal die mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt, und mit mindestens einer Elektronikeinheit, welche die Antriebseinheit mit dem Anregungssignal beaufschlagt. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um Füllstand, Dichte oder Viskosität eines Mediums, welches beispielsweise eine Flüssigkeit oder allgemein ein Fluid ist. Das Medium befindet sich dabei beispielsweise in einem Behälter.The The invention relates to a device for determination and / or monitoring at least one process variable of a medium, with at least one mechanically oscillatable unit, with at least one drive unit, which starting from an excitation signal the mechanically oscillatable unit to mechanical vibrations excites, and with at least one electronic unit, which the drive unit subjected to the excitation signal. At the process size For example, it is level, density or Viscosity of a medium which, for example, a liquid or generally a fluid. The medium is for example in a container.

Im Stand der Technik sind zur Bestimmung des Füllstands und weiterer Prozessgrößen eines Mediums so genannte Schwinggabeln (z. B. EP 0 444 173 B1 ), Einstäbe ( WO 2004/094964 A1 ) oder auch Membranschwinger bekannt. Ausgenutzt wird bei den jeweiligen Messungen, dass die Kenngrößen der mechanischen Schwingungen (Schwingungsamplitude, Resonanzfrequenz, Phasengang über Frequenz) der schwingfähigen Einheit vom Kontakt mit dem Medium und auch von dessen Eigenschaften abhängen. So nimmt beispielsweise die Frequenz oder die Amplitude der Schwingungen ab, wenn das Medium die schwingfähige Einheit erreicht und zumindest teilweise bedeckt. Daher lässt sich aus der Abnahme der Schwingungsfrequenz bzw. der Amplitude darauf schließen, dass das Medium einen von der Ausgestaltung und der Position der Anbringung der Vorrichtung abhängigen Füllstand erreicht hat. Weiterhin ist die Schwingungsfrequenz auch beispielsweise von der Viskosität (siehe z. B. EP 1 325 301 ) und der Dichte des Mediums abhängig.In the state of the art so-called oscillating forks (for example, for determining the fill level and other process variables of a medium) are known. EP 0 444 173 B1 ), Sticks ( WO 2004/094964 A1 ) or membrane transducer known. Is used in the respective measurements that the characteristics of the mechanical vibrations (vibration amplitude, resonance frequency, phase response on frequency) of the oscillatory unit depend on the contact with the medium and also on its properties. For example, the frequency or amplitude of the vibrations decreases as the medium reaches and at least partially covers the vibratable unit. Therefore, it can be concluded from the decrease in the oscillation frequency or the amplitude that the medium has reached a level dependent on the design and the position of the attachment of the device. Furthermore, the oscillation frequency is also for example of the viscosity (see eg. EP 1 325 301 ) and the density of the medium.

Zur Anregung der jeweiligen mechanisch schwingfähigen Einheiten werden oft piezoelektrische Elemente verwendet, welche umgekehrt auch die mechanischen Schwingungen in elektrische Signale umwandeln können. Weiterhin ist für bestimmte Anwendungen auch eine elektromagnetische Anregung der schwingfähigen Einheit möglich.to Excitation of the respective mechanically oscillatable units often piezoelectric elements are used, and vice versa also convert the mechanical vibrations into electrical signals can. Furthermore, for certain applications also an electromagnetic excitation of the oscillatory Unit possible.

Bei Membranschwingern beschränkt sich die mechanisch schwingfähige Einheit auf eine Membran, d. h. es sind insbesondere keine Gabelzinken vorhanden. Bei Messungen in ausgasenden Medien kommt es beispielsweise durch die Ablagerung von Gasblasen auf der Membran zu Verschiebungen der Schwingungsfrequenz in Richtung der frei schwingenden Membran (bezeichnet als Luftresonanzfrequenz der Membran). Außerdem können die sich auf der Membran abgesetzten Gasblasen die schwingfähige Einheit stark dämpfen und somit die Schwingungsamplitude herabsetzen. Daher ergeben sich Messunsicherheiten z. B. bei stark ausgasenden Medien (wie beispielsweise bei Süßwasser kurz vor dem Kochen oder bei Sodawasser).at Membrane vibration is limited to the mechanically oscillatory Unit on a membrane, d. H. In particular, there are no forks available. For example, when measuring in outgassing media the deposition of gas bubbles on the membrane to shifts in the vibration frequency in the direction of the freely oscillating membrane (referred to as the air resonance frequency the membrane). In addition, the on the Membrane settled gas bubbles the oscillatory unit strongly dampen and thus reduce the vibration amplitude. Therefore, measurement uncertainties z. B. at high outgassing Media (such as freshwater short before cooking or with soda water).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung vorzuschlagen, welche auch bei ausgasenden Flüssigkeiten eine zuverlässige Messung erlaubt.Of the Invention has for its object to propose a measuring device which also with outgassing liquids a reliable measurement allowed.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass die Elektronikeinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Elektronikeinheit zumindest während einer Reinigungsphase die Antriebseinheit mit einem Reinigungsanregungssignal beaufschlagt.The Invention solves the problem in that the electronic unit is configured such that the electronic unit at least during a cleaning phase, the drive unit with a Cleaning excitation signal applied.

Für die mechanisch schwingfähige Einheit ist somit eine Reinigungsphase vorgesehen, in welcher von ihr insbesondere Gasblasen des Mediums, welche sich auf der mechanisch schwingfähigen Einheit gebildet haben, abgelöst werden. In der normalen Messphase wird die mechanisch schwingfähige Einheit von der Antriebseinheit ausgehend von einem Anregungssignal zu mechanischen Schwingungen angeregt. Eine Empfangseinheit, die in einer Ausgestaltung eine Einheit mit der Antriebseinheit bildet oder in einer weiteren Ausgestaltung mit der Antriebseinheit identisch ist, empfängt die mechanischen Schwingungen und erzeugt ein Empfangssignal, dessen Kenngrößen – Amplitude, Frequenz, Phase relativ zum Anregungssignal – eine Aussage über die Prozessgröße erlauben. Das Anregungssignal weist dafür während der Messphase eine Messfrequenz und eine Messamplitude auf. Die Amplitude richtet sich beispielsweise danach, mit welcher Energie das Gerät betrieben wird. Die Frequenz ist zumeist die Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit.For the mechanically oscillatable unit is thus a cleaning phase provided in which of them in particular gas bubbles of the medium, which formed on the mechanically oscillatable unit have to be replaced. In the normal measuring phase is the mechanically oscillatable unit of the drive unit excited by an excitation signal to mechanical vibrations. A receiving unit, which in one embodiment is a unit with the drive unit forms or in a further embodiment identical to the drive unit receives the mechanical Oscillations and generates a received signal whose characteristics - amplitude, Frequency, phase relative to the excitation signal - a statement about allow the process size. The excitation signal has a measuring frequency during the measuring phase and a measurement amplitude. The amplitude depends for example according to which energy the device is operated. The Frequency is usually the resonant frequency of the mechanically oscillatable Unit.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Amplitude des Reinigungsanregungssignals im Wesentlichen gleich einer Amplitude des Anregungssignals während einer Messphase ist. Die Reinigungsamplitude ist somit im Wesentlichen gleich der Messamplitude, d. h. in beiden Fällen wird die gleiche Anregungsenergie in Bezug auf die Amplitude verwendet.A Embodiment provides that the amplitude of the cleaning excitation signal substantially equal to an amplitude of the excitation signal during a measuring phase. The cleaning amplitude is thus substantially equal to the measurement amplitude, d. H. in both cases, the same excitation energy used in terms of amplitude.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Amplitude des Reinigungsanregungssignals größer ist als eine Amplitude des Anregungssignals während einer Messphase. Während der Reinigungsphase wird die mechanisch schwingfähige Einheit somit in dieser Ausgestaltung mit einem Reinigungsanregungssignal beaufschlagt, dessen Amplitude oberhalb der Messamplitude liegt. Wird die Antriebseinheit der mechanisch schwingfähigen Einheit mit einer hohen Spannungen angeregt, d. h. wird die Amplitude erhöht, so nehmen die mechanischen Bewegungen der mechanisch schwingfähigen Einheit, bei welcher es sich in einer Ausgestaltung um eine Membran handelt, stark zu. Durch eine entsprechende Wahl der Anregungsfrequenz während der Reinigungsphase ist es möglich, die Gasblasen zu Schwingungen anzuregen. Somit ist beispielsweise die Resonanzfrequenz der Gasblasen vorteilhafterweise als Frequenz der Reinigungsanregungssignale zu verwenden. Übersteigen die Schwingungskräfte die Haltungskräfte, über welche die Gasblasen beispielsweise an der Membran anhaften, so lösen sich die Blasen von der Oberfläche des Messgerätes ab und steigen auf. Weiterhin lässt sich mit einer ausreichenden Energie Kavitation im Medium erzeugen, welche die Gasblasen zerstören und somit die Sensorfläche ebenfalls bereinigen. Insgesamt lässt sich insbesondere in den in Bezug auf die Schwingungen aktiven Bereichen der Membran eine Befreiung von Gasblasen erzeugen. Bei den aktiven Bereichen handelt es sich um die mechanisch am stärksten aus gelenkten Regionen der Membran. Diese aktiven Bereiche sind dabei u. a. abhängig von der Schwingungsmode des Membranschwingers.An embodiment provides that the amplitude of the cleaning excitation signal is greater than an amplitude of the excitation signal during a measurement phase. During the cleaning phase, the mechanically oscillatable unit is thus acted upon in this embodiment with a cleaning excitation signal whose amplitude is above the measurement amplitude. If the drive unit of the mechanically oscillatable unit is excited with a high voltage, ie if the amplitude is increased, the mechanical movements of the mechanically oscillatable unit, which in one embodiment is a membrane, increase sharply. By an appropriate choice of Excitation frequency during the cleaning phase, it is possible to stimulate the gas bubbles to vibrate. Thus, for example, the resonant frequency of the gas bubbles is advantageously to be used as the frequency of the cleaning excitation signals. If the vibrational forces exceed the holding forces by which the gas bubbles adhere to the membrane, for example, the bubbles detach from the surface of the measuring device and rise. Furthermore, it is possible to generate cavitation in the medium with sufficient energy, which destroy the gas bubbles and thus also clean up the sensor surface. Overall, it is possible in particular in the regions of the membrane which are active in relation to the oscillations to produce a liberation of gas bubbles. The active areas are the mechanically most heavily steered regions of the membrane. These active areas are inter alia dependent on the vibration mode of the membrane vibrator.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Frequenz des Reinigungsanregungssignals im Wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz zumindest eines Teiles von im Medium sich bildenden und/oder befindlichen Gasblasen ist.A Embodiment of the device according to the invention includes that the frequency of the cleaning excitation signal in Essentially equal to the resonant frequency of at least one part is of gas bubbles forming and / or in the medium.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die mechanisch schwingfähige Einheit derartig ausgestaltet ist, dass die Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit im Wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz zumindest eines Teiles von im Medium sich bildenden und/oder befindlichen Gasblasen ist.A Design provides that the mechanically oscillatory Unit is designed such that the resonance frequency of the mechanically oscillatable unit substantially the same the resonant frequency of at least part of the medium forming in the medium and / or located gas bubbles.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Elektronikeinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Elektronikeinheit zumindest während der Reinigungsphase die Frequenz des Reinigungsanregungssignals innerhalb eines vorgebbaren Bereichs variiert.A Embodiment of the device according to the invention includes that the electronics unit is designed in such a way that the electronics unit at least during the cleaning phase the frequency of the cleaning excitation signal within a predefinable Range varies.

Die Frequenz ist in einer Ausgestaltung die Resonanzfrequenz der Gasblasen, welche im Medium auftreten können und welche vornehmlich das Schwingungsverhalten der mechanisch schwingfähigen Einheit beeinflusst. In einer weiteren Ausgestaltung wird ein sog. Frequenzsweep vorgenommen, d. h. während der Anregung wird ein Frequenzbereich durchfahren.The Frequency in one embodiment is the resonant frequency of the gas bubbles, which can occur in the medium and which predominantly the vibration behavior of the mechanically oscillatable Unit influenced. In a further embodiment, a so-called. Frequency sweep made, d. H. during the stimulation go through a frequency range.

Bei den auftretenden Signalen – Anregungssignal, Reinigungssignal und Empfangssignal – handelt es sich insbesondere um elektrische Spannungssignale. In einer Ausgestaltung sind die Reinigungssignale rechteckförmig ausgestaltet. In einer Ausgestaltung handelt es sich insbesondere um sinusförmige Signale.at the occurring signals - excitation signal, cleaning signal and receive signal - are in particular electrical Voltage signals. In one embodiment, the cleaning signals are rectangular designed. In one embodiment, in particular around sinusoidal signals.

In einer Ausgestaltung ist die Frequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit im Wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz der Gasblasen, welche den stärksten Einfluss auf das Schwingungsverhalten der mechanisch schwingfähigen Einheit haben. In diesem Fall wird die Energie optimal genutzt, da die Schwingungen maximale Amplitude aufweisen. In dieser Ausgestaltung ist somit das Messgerät auf das Medium und speziell auf dessen ausgasendes Verhalten bzw. den dabei auftretenden Gasblasen abgestimmt.In In one embodiment, the frequency of the mechanically oscillatable Unit substantially equal to the resonant frequency of the gas bubbles, which has the strongest influence on the vibration behavior have the mechanically oscillatable unit. In this Case, the energy is used optimally because the vibrations are maximum Have amplitude. In this embodiment, therefore, the measuring device on the medium and especially on its outgassing behavior or matched the occurring gas bubbles.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Elektronikeinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Elektronikeinheit zumindest während der Reinigungsphase die Frequenz des Reinigungsanregungssignals innerhalb eines vorgebbaren Bereichs variiert. In dem Bereich, welcher durchgesweept wird, befindet sich vorzugsweise die Resonanzfrequenz der Gasblasen des Mediums oder zumindest eines Teils der Gasblasen des Mediums. In einer weiteren Ausgestaltung wird in der Reinigungsphase ein Bereich um 10% bis 20% um die Resonanzfrequenz der schwingfähigen Einheit einem Frequenzsweep unterzogen.In an embodiment is provided that the electronic unit such is configured that the electronics unit at least during the cleaning phase, the frequency of the cleaning excitation signal varies within a predefined range. In the area, which is swept through, is preferably the resonant frequency the gas bubbles of the medium or at least part of the gas bubbles of the medium. In a further embodiment is in the cleaning phase an area around 10% to 20% around the resonant frequency of the oscillatory Unit subjected to a frequency sweep.

Prinzipiell ist es möglich, den Membranschwinger bei seiner Resonanzfrequenz durch einen entsprechenden Schwingkreis, welcher sich durch die Elektronikeinheit ergibt, anzuregen und durch das periodische oder auch dauerhafte Anheben der Sendespannung und somit der Amplitude von Gasblasen zu befreien. Dies ist der Fall, dass die Reinigungsphase mit der Messphase zusammenfällt und dass vorzugsweise insbesondere die Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit gleich der Resonanzfrequenz der Gasblasen ist. In einer weiteren Ausgestaltung wird, um insbesondere eine gasblasenfreie Membranoberfläche – zumindest in den schwingungsaktiven Bereichen – zu gewährleisten, die Antriebseinheit vorzugsweise periodisch mit einem Frequenzsweep bei einer hohen Amplitude und somit einer hohen Spannung angeregt. Der Frequenzsweep umfasst dabei insbesondere den zu erwartenden Messbereich und wird weiterhin vorzugsweise von der jeweils höheren zur tieferen Frequenz durchlaufen.in principle it is possible for the membrane transducer at its resonant frequency by a corresponding resonant circuit, which through the Electronic unit results, to stimulate and through the periodic or also permanent lifting of the transmission voltage and thus the amplitude to get rid of gas bubbles. This is the case that the cleaning phase coincides with the measurement phase and that preferably in particular the resonant frequency of the mechanically oscillatable unit is equal to the resonant frequency of the gas bubbles. In another Embodiment is, in particular a gas bubble-free membrane surface - at least in the vibration-active areas - to ensure that Drive unit preferably periodically with a frequency sweep excited at a high amplitude and thus a high voltage. The frequency sweep includes in particular the expected Measuring range and is preferably further from the respective higher go through to the lower frequency.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die mechanisch schwingfähige Einheit eine schwingfähige Membran ist.A Design provides that the mechanically oscillatory Unit is a vibratable membrane.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Oberfläche der mechanisch schwingfähigen Einheit, welche mit dem Medium in Kontakt kommt, zumindest teilweise im Wesentlichen glatt, insbesondere poliert, ist.A Embodiment of the device according to the invention that includes the surface of the mechanically oscillatable Unit which comes in contact with the medium, at least partially is substantially smooth, in particular polished.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Oberfläche der mechanisch schwingfähigen Einheit, welche mit dem Medium in Kontakt kommt, zumindest teilweise eine Antikorrosionsbeschichtung aufweist.An embodiment includes that the surface of the mechanically oscillatable unit, which comes in contact with the medium, at least partially having an anti-corrosion coating.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Oberfläche der mechanisch schwingfähigen Einheit, welche mit dem Medium in Kontakt kommt, mindestens einen Bereich aufweist, welcher rau ist.A Design provides that the surface of the mechanical oscillatory unit which is in contact with the medium comes, at least one area which is rough.

Der Effekt des Abhebens von Gasblasen wird auf polierten Oberflächen verstärkt, da die Haftfläche auf rauen Oberflächen größer ist als auf polierten. Somit könnte die zur Anregung der Gasblasen nötige Spannung reduziert und somit Energie gespart werden. Weiterhin kann eine „Opferfläche” in Form eines angerauten, z. B. sandgestrahlten Bereichs, beispielsweise in Ringform am Rand der Membran erzeugt werden, an der sich die Gasblasen bevorzugt anordnen.Of the Effect of lifting off gas bubbles is on polished surfaces reinforced because the adhesive surface on rough surfaces is bigger than on polished. Thus could reduces the voltage required to excite the gas bubbles and thus energy can be saved. Furthermore, a "sacrificial surface" in shape a roughened, z. B. sandblasted area, for example are produced in ring form at the edge of the membrane, at which the Arrange gas bubbles preferred.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Oberfläche der mechanisch schwingfähigen Einheit, welche mit dem Medium in Kontakt kommt, zumindest teilweise mit einem Polymer, insbesondere mit einem hydrophoben Kunststoff, beschichtet ist.A Design provides that the surface of the mechanical oscillatory unit which is in contact with the medium comes, at least partially with a polymer, in particular with a hydrophobic Plastic, coated.

In einer Ausgestaltung handelt es sich bei der mechanisch schwingfähigen Einheit um eine Membran mit einer kreisförmigen Umrandung, welche einen Ring mit einer rauen Oberfläche aufweist.In one embodiment is the mechanically oscillatable Unit around a membrane with a circular border, which has a ring with a rough surface.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Antriebseinheit von der mechanisch schwingfähigen Einheit mechanische Schwingungen empfängt und in ein Empfangssignal umwandelt.A Embodiment of the device according to the invention includes that the drive unit of the mechanically oscillating Unit receives mechanical vibrations and into a received signal transforms.

In einer Ausgestaltung umfasst die Antriebseinheit zumindest ein piezoelektrisches Element.In In one embodiment, the drive unit comprises at least one piezoelectric Element.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The Invention will become apparent from the following drawings explained. It shows:

1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messgerätes, 1 : a schematic representation of a measuring device according to the invention,

2: eine Draufsicht auf eine mechanisch schwingfähige Einheit in Gestalt einer Membran, 2 FIG. 4: a plan view of a mechanically oscillatable unit in the form of a membrane, FIG.

3: eine schematische Darstellung der Anwendung eines erfindungsgemäßen Messgerätes zur Messung einer Prozessgröße, und 3 a schematic representation of the application of a measuring device according to the invention for measuring a process variable, and

4: eine Draufsicht auf eine Membran eines erfindungsgemäßen Messgerätes. 4 : A plan view of a membrane of a measuring device according to the invention.

In der 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Messgerät dargestellt. Die mechanisch schwingfähige Einheit 1 ist hier eine Membran, welche derartig auf einer Seite eines Gehäuses 4 angebracht ist, dass das Medium, von dem mindestens eine Prozessgröße zu bestimmen und/oder zu überwachen ist, in Wechselwirkung mit der Membran treten kann. Die Membran ist vorzugsweise kreisförmig ausgestaltet. Auf der Innenseite der Membran befindet sich die Antriebseinheit 2, bei welcher es sich beispielsweise um ein piezoelektrisches Element handelt.In the 1 schematically a measuring device according to the invention is shown. The mechanically oscillatable unit 1 Here is a membrane, which is on one side of a housing 4 it is appropriate that the medium, of which at least one process variable is to be determined and / or monitored, can interact with the membrane. The membrane is preferably designed circular. On the inside of the membrane is the drive unit 2 , which is, for example, a piezoelectric element.

Die Antriebseinheit 2 wird von der Elektronikeinheit 3 mit einem elektrischen Signal beaufschlagt und führt davon ausgehend mechanische Schwingungen aus, die die Membran als mechanisch schwingfähige Einheit 1 zu mechanischen Schwingungen anregen.The drive unit 2 is from the electronics unit 3 subjected to an electrical signal and executes it from mechanical vibrations, the membrane as a mechanically oscillatable unit 1 to stimulate mechanical vibrations.

In einer Ausgestaltung dient ein piezoelektrisches Element der Antriebseinheit 2 auch dem Empfangen der mechanischen Schwingungen der Membran 1, welche in ein Empfangssignal umgewandelt und von der Elektronikeinheit 3 weiterverarbeitet oder ausgewertet werden.In one embodiment, a piezoelectric element of the drive unit is used 2 also receiving the mechanical vibrations of the membrane 1 which is converted into a received signal and received by the electronic unit 3 further processed or evaluated.

Während der Messphase, also der Messung der Prozessgröße – z. B. Füllstand, Dichte oder Viskosität des Mediums – beaufschlagt die Elektronikeinheit 3 die Antriebseinheit 2 mit einem Anregungssignal und während einer Reinigungsphase mit einem Reinigungsanregungssignal. Das Reinigungsanregungssignal hat dabei in einer Ausgestaltung eine vorgegebene, feste Frequenz, welche vorzugsweise der Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 und/oder der Resonanzfrequenz eines Teiles der Gasblasen entspricht, welche sich in dem zu messenden bzw. zu überwachenden Medium befinden bzw. bilden. Vorzugsweise handelt es sich um die Gasblasen, welche am meisten die Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 beeinflussen. In einer alternativen Variante wird die Frequenz des Reinigungsanregungssignals innerhalb eines vorgebbaren Frequenzbereichs variiert, wobei der Frequenzbereich vorzugsweise derartig gewählt wird, dass die Resonanzfrequenzen der im Medium auftretenden Gasblasen in diesem Bereich liegen. Durch das Reinigungsanregungssignal werden die Gasblasen zu Schwingungen angeregt, um sich dadurch von der Membran 1 zu lösen.During the measuring phase, ie the measurement of the process variable - z. B. Level, density or viscosity of the medium - acts on the electronic unit 3 the drive unit 2 with an excitation signal and during a cleaning phase with a cleaning excitation signal. In one embodiment, the cleaning excitation signal has a predetermined, fixed frequency, which preferably corresponds to the resonant frequency of the mechanically oscillatable unit 1 and / or corresponds to the resonant frequency of a portion of the gas bubbles, which are located in the medium to be measured or monitored or form. Preferably, it is the gas bubbles, which are most the vibrations of the mechanically oscillatable unit 1 influence. In an alternative variant, the frequency of the cleaning excitation signal is varied within a predefinable frequency range, wherein the frequency range is preferably selected such that the resonance frequencies of the gas bubbles occurring in the medium are in this range. The cleaning excitation signal excites the gas bubbles to vibrate, thereby moving away from the membrane 1 to solve.

Die Messphase und die Reinigungsphase sind in einer Ausgestaltung identisch, so dass die Schwingungen, welche der Messung dienen, gleichzeitig auch dazu beitragen, dass die Gasblasen abgeschüttelt werden. In einer anderen Ausgestaltung wird zwischen diesen beiden Phasen regelmäßig abgewechselt.The Measuring phase and the cleaning phase are identical in one embodiment, so that the vibrations, which serve the measurement, simultaneously also help to shake off the gas bubbles. In another embodiment, between these two phases regularly alternated.

In der 2 ist eine Draufsicht auf eine kreisförmige Membran 1 dargestellt. Zu sehen ist somit der Anteil, welcher mit dem Medium in Kontakt kommt. Die Membran 1 ist überwiegend glatt ausgestaltet, so dass möglichst wenig Gasblasen an ihr haften bleiben. Am äußeren Rand befindet sich ein Streifen, welcher rau ausgestaltet ist, so dass die Gasblasen sich bevorzugt an diesem Ort niederlassen.In the 2 is a plan view of a circular membrane 1 shown. You can see the proportion that comes in contact with the medium. The membrane 1 is mostly smooth so that as few gas bubbles adhere to it. At the outer edge is a strip which is designed to be rough, so that the gas bubbles settle preferentially at this location.

In der 3 ist die Anwendung eines erfindungsgemäßen Messgerätes zur Messung bzw. Überwachung einer Prozessgröße dargestellt. Bei dem Medium 10 handelt es sich insbesondere um eine Flüssigkeit, welche zum Ausgasen neigt. Das Messgerät ist dabei an der Wandung des Behälters 11 angebracht. Um für die Reinigungsphase eine möglichst große Amplitude der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit zu erhalten, ist beispielsweise die Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit derartig abgestimmt, dass diese Frequenz gleichzeitig auch die Resonanzfrequenz zumindest eines Teils der Gasblasen des Mediums und bevorzugt des Teiles der Gasblasen ist, welche hauptsächlich das Schwingungsverhalten der mechanisch schwingfähigen Einheit beeinflussen. D. h. in Abhängigkeit von der Art des Mediums 10 bzw. in Abhängigkeit vom Ausgasungsverhalten ist ein entsprechender Sensor zu wählen bzw. ist dessen Resonanzfrequenz passend zu gestalten.In the 3 the application of a measuring device according to the invention for measuring or monitoring a process variable is shown. In the medium 10 it is in particular a liquid which tends to outgas. The meter is on the wall of the container 11 appropriate. In order to obtain the largest possible amplitude of the oscillations of the mechanically oscillatable unit for the cleaning phase, for example, the resonance frequency of the mechanically oscillatable unit is tuned such that this frequency is at the same time the resonance frequency of at least part of the gas bubbles of the medium and preferably of the part of the gas bubbles, which mainly influence the vibration behavior of the mechanically oscillatable unit. Ie. depending on the type of medium 10 or depending on the outgassing behavior, a corresponding sensor is to be selected or its resonant frequency is to be designed appropriately.

In der 4 ist eine Draufsicht auf die Unterseite, d. h. der dem Medium bzw. dem Prozess zugewandten Seite einer Membran dargestellt, welche die mechanisch schwingfähige Einheit 1 der Messvorrichtung in dieser Ausgestaltung ist. Gestrichelt ist eine imaginäre Symmetrieachse eingezeichnet. Die Oberfläche der Membran 1 ist in dieser Ausgestaltung hauptsächlich, bzw. in diesem Fall bis auf zwei Stellen, aufgeraut. Die Oberfläche der Membran 1 innerhalb der beiden symmetrisch zur Symmetrieachse angeordneten und gestrichelt umrandeten Ovale ist poliert und dient somit als sensible Membranbereiche. Auf dem rauen Oberflächenbereich kommt es zu einem schnelleren Blasenwachstum, so dass dies eine „Opferoberfläche” ist. Die glatten Bereiche bzw. mit einem anderen Ausdruck: die „Schwingflächen” sind daher weniger von den Gasblasen beaufschlagt.In the 4 is a plan view of the bottom, ie the medium or the process facing side of a membrane shown, which is the mechanically oscillatable unit 1 the measuring device in this embodiment. Dashed lines show an imaginary symmetry axis. The surface of the membrane 1 is in this embodiment mainly, or in this case roughened up to two places. The surface of the membrane 1 Within the two symmetrically arranged to the symmetry axis and outlined by dashed lines ovals is polished and thus serves as sensitive membrane areas. On the rough surface area, faster bubble growth occurs, making this a "sacrificial surface". The smooth areas or with a different expression: the "oscillating surfaces" are therefore less affected by the gas bubbles.

11
Mechanisch schwingfähige EinheitMechanically oscillatory unit
22
Antriebseinheitdrive unit
33
Elektronikeinheitelectronics unit
44
Gehäusecasing
1010
Mediummedium
1111
Behältercontainer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (12)

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (10), mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit (1), mit mindestens einer Antriebseinheit (2), welche ausgehend von einem Anregungssignal die mechanisch schwingfähige Einheit (1) zu mechanischen Schwingungen anregt, und mit mindestens einer Elektronikeinheit (3), welche die Antriebseinheit (2) mit dem Anregungssignal beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (3) derartig ausgestaltet ist, dass die Elektronikeinheit (3) zumindest während einer Reinigungsphase die Antriebseinheit (2) mit einem Reinigungsanregungssignal beaufschlagt.Device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium ( 10 ), with at least one mechanically oscillatable unit ( 1 ), with at least one drive unit ( 2 ), which starting from an excitation signal, the mechanically oscillatable unit ( 1 ) to mechanical vibrations, and with at least one electronic unit ( 3 ), which the drive unit ( 2 ) is supplied with the excitation signal, characterized in that the electronic unit ( 3 ) is configured such that the electronic unit ( 3 ) at least during a cleaning phase, the drive unit ( 2 ) is applied with a cleaning excitation signal. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Reinigungsanregungssignals im Wesentlichen gleich einer Amplitude des Anregungssignals während einer Messphase ist.Device according to claim 1, characterized in that that the amplitude of the cleaning excitation signal substantially equal to an amplitude of the excitation signal during a Measuring phase is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Reinigungsanregungssignals größer ist als eine Amplitude des Anregungssignals während einer Messphase.Device according to claim 1, characterized in that that the amplitude of the cleaning excitation signal is larger is as an amplitude of the excitation signal during a Measurement phase. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Reinigungsanregungssignals im Wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz zumindest eines Teiles von im Medium (10) sich bildenden und/oder befindlichen Gasblasen ist.Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the frequency of the cleaning excitation signal is substantially equal to the resonant frequency of at least a part of in the medium ( 10 ) is forming and / or located gas bubbles. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch schwingfähige Einheit (1) derartig ausgestaltet ist, dass die Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) im Wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz zumindest eines Teiles von im Medium (10) sich bildenden und/oder befindlichen Gasblasen ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mechanically oscillatable unit ( 1 ) is designed such that the resonance frequency of the mechanically oscillatable unit ( 1 ) substantially equal to the resonant frequency of at least a portion of in the medium ( 10 ) is forming and / or located gas bubbles. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (3) derartig ausgestaltet ist, dass die Elektronikeinheit (3) zumindest während der Reinigungsphase die Frequenz des Reinigungsanregungssignals innerhalb eines vorgebbaren Bereichs variiert.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electronic unit ( 3 ) is configured such that the electronic unit ( 3 ) varies at least during the cleaning phase, the frequency of the cleaning excitation signal within a predetermined range. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch schwingfähige Einheit (1) eine schwingfähige Membran ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the mechanically oscillatable unit ( 1 ) is a vibratable membrane. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der mechanisch schwingfähigen Einheit (1), welche mit dem Medium (10) in Kontakt kommt, zumindest teilweise im Wesentlichen glatt, insbesondere poliert, ist.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the surface of the mechanically oscillatable unit ( 1 ), which with the medium ( 10 ) is in contact, at least partially substantially smooth, in particular polished, is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der mechanisch schwingfähigen Einheit (1), welche mit dem Medium (10) in Kontakt kommt, zumindest teilweise eine Antikorrosionsbeschichtung aufweist.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the surface of the mechanically oscillatable unit ( 1 ), which with the medium ( 10 ), at least partially having an anti-corrosion coating. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der mechanisch schwingfähigen Einheit (1), welche mit dem Medium (10) in Kontakt kommt, mindestens einen Bereich aufweist, welcher rau ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the surface of the mechanically oscillatable unit ( 1 ), which with the medium ( 10 ) comes in contact, at least one area which is rough. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der mechanisch schwingfähigen Einheit (1), welche mit dem Medium (10) in Kontakt kommt, zumindest teilweise mit einem Polymer, insbesondere mit einem hydrophoben Kunststoff, beschichtet ist.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the surface of the mechanically oscillatable unit ( 1 ), which with the medium ( 10 ) is in contact, at least partially coated with a polymer, in particular with a hydrophobic plastic. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (2) von der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) mechanische Schwingungen empfängt und in ein Empfangssignal umwandelt.Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the drive unit ( 2 ) of the mechanically oscillatable unit ( 1 ) receives mechanical vibrations and converts them into a received signal.
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