DE102009044922B3 - Device i.e. vibronic measuring device, for determining and/or monitoring e.g. density of medium at container, has compensation element formed such that resonant frequency of element is mechanically adapted to frequency of oscillating unit - Google Patents

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Abstract

The device i.e. vibronic measuring device (1), has a regulating and/or evaluating unit regulating mechanical oscillations of a mechanically oscillating unit (2). Two oscillating compensation elements (4, 5) are coupled with the oscillating unit. One of the elements is formed such that resonant frequency of the former element is adapted to oscillating frequency of the oscillating unit in air. Another one of the elements is formed such that resonant frequency of the latter element is mechanically adapted to the frequency of the oscillating unit in a medium.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit, mit mindestens einer Antriebs-/Empfangseinheit, welche die mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt und welche von der mechanisch schwingfähigen Einheit mechanische Schwingungen empfängt, mit einer Regel-/Auswerteeinheit, welche die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit regelt und welche die Prozessgröße bestimmt und/oder überwacht, und mit einem ersten, mit der mechanisch schwingfähigen Einheit gekoppelten, schwingfähigen Kompensationselement. Die Prozessgröße ist beispielsweise der Füllstand eines Schüttguts oder einer Flüssigkeit in einem Behälter oder die Viskosität oder die Dichte einer Flüssigkeit.The present invention relates to a device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium, with a mechanically oscillatable unit, with at least one drive / receiving unit, which excites the mechanically oscillatable unit to mechanical vibrations and which of the mechanically oscillatable unit mechanical vibrations receives, with a control / evaluation unit which controls the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit and which determines and / or monitors the process variable, and with a first, with the mechanically oscillatable unit coupled, oscillatory compensation element. The process variable is, for example, the level of a bulk material or a liquid in a container or the viscosity or the density of a liquid.

Eine solche Vorrichtung eignet sich besonders zur Füllstandsmessung eines Mediums im Behälter. Das dahinter stehende Messprinzip ist hierbei, dass die Schwingungen der schwingfähigen Einheit – beispielsweise zwei Schwingstäbedavon abhängig sind, ob die schwingfähige Einheit mit Medium bedeckt ist oder nicht. Bei Bedeckung der schwingfähigen Einheit mit einer Flüssigkeit nimmt beispielsweise die Frequenz der Schwingungen ab, sodass hierdurch das Erreichen des Füllstands, auf dessen Höhe die Vorrichtung im Behälter angeordnet ist, signalisiert wird.Such a device is particularly suitable for level measurement of a medium in the container. The underlying measuring principle here is that the oscillations of the oscillatory unit - for example, two Schwingstäbedavon depend on whether the oscillatory unit is covered with medium or not. By covering the oscillatable unit with a liquid, for example, the frequency of the oscillations decreases, thereby signaling the reaching of the filling level, at the height of which the apparatus is arranged in the container.

Um zu vermeiden, dass Kräfte auf die Einspannung der schwingfähigen Einheit am Messgerät wirken und dem Schwingsystem hierdurch Energie entzogen wird, ist es wichtig derartige Vorrichtungen durch spezielle Konstruktionen zu entkoppeln. Beispielsweise wird dies erreicht, indem zwei identisch ausgestaltete Schwingstäbe auf einer Membran aufgebracht sind, welche durch die Membran zu gegensinnigen Schwingungen angeregt werden. Die wirkenden Kräfte sind einander entgegengesetzt und heben sich somit auf. Sind die Schwingstäbe allerdings nicht senkrecht auf der Membran angeordnet, sondern jeweils um einen bestimmten Winkel nach außen gespreizt, so wirken zusätzliche axiale Kräfte parallel zur Längsachse der Schwingstäbe. Diese sind gleichgerichtet und kompensieren sich nicht gegenseitig.In order to avoid that forces acting on the clamping of the oscillatory unit on the meter and the oscillatory system is thereby deprived of energy, it is important to decouple such devices by special designs. For example, this is achieved by two identically designed oscillating rods are mounted on a membrane, which are excited by the membrane to opposite vibrations. The forces acting on each other are opposite and thus cancel each other out. However, if the oscillating rods are not arranged perpendicularly on the membrane, but spread outward by a certain angle in each case, then additional axial forces act parallel to the longitudinal axis of the oscillating rods. These are rectified and do not compensate each other.

Die Folge ist Energieverlust, was zum Stillstand der schwingfähigen Einheit und somit zum Ausfall der Messfunktion führen kann.The result is energy loss, which can lead to the standstill of the oscillatable unit and thus to the failure of the measurement function.

Aus der Schrift DE 10 2004 036 018 A1 der Anmelderin ist eine Vorrichtung mit einer schwingfähigen Einheit bekannt, welche mit einer Kompensationsmasse gekoppelt ist, um die durch die Schwingungen der schwingfähigen Einheit auf die Einspannung wirkenden Kräfte zu kompensieren. Die Kompensationsmasse ist hierbei derart ausgestaltet, dass sie Schwingungen ausführt, welche im Wesentlichen senkrecht auf der Richtung der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit stehen und somit die axial wirkenden Kräfte kompensiert werden. Die Kompensationsmasse kann jedoch nur auf eine bestimmte Schwingfrequenz oder einen engen Frequenzbereich abgestimmt sein, beispielsweise auf die Schwingfrequenz der schwingfähigen Einheit im Medium oder auf deren Schwingfrequenz in Luft oder einen Kompromiss bilden. Die Entkopplung ist somit nicht jederzeit gewährleistet.From the Scriptures DE 10 2004 036 018 A1 The applicant is a device with a vibratory unit is known, which is coupled with a compensation mass to compensate for the forces acting on the clamping by the vibrations of the oscillatory unit forces. The compensation mass is in this case designed such that it executes vibrations which are substantially perpendicular to the direction of the vibrations of the mechanically oscillatable unit and thus the axially acting forces are compensated. However, the compensation mass can only be tuned to a certain oscillation frequency or a narrow frequency range, for example to the oscillation frequency of the oscillatable unit in the medium or to its oscillation frequency in air or form a compromise. The decoupling is thus not guaranteed at all times.

In der EP 0 848 237 A1 ist eine Vorrichtung mit einer schwingfähigen Einheit beschrieben, die aus zwei sich koaxial umgebenden Schwingstäben besteht und welche ein Kompensationselement aufweist, welches in seiner Position entlang einer Längsachse der Schwingstäbe verstellbar ist. Ändert sich die Schwingfrequenz in Luft des äußeren Stabes z. B. auf Grund von Ansatzbildung, verschiebt eine Steuereinheit das Kompensationselement derart, dass innerer und äußerer Stab wieder mit der gleichen Frequenz schwingen, d. h. die Resonanzfrequenz an die Schwingfrequenz in Luft angepasst ist.In the EP 0 848 237 A1 a device with a vibratory unit is described, which consists of two coaxially surrounding oscillating rods and which has a compensation element which is adjustable in its position along a longitudinal axis of the oscillating rods. If the oscillation frequency changes in air of the outer rod z. B. due to formation of a batch, a control unit displaces the compensation element such that inner and outer rod swing again at the same frequency, that is, the resonance frequency is adapted to the oscillation frequency in air.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit bereit zu stellen, auf deren Einspannung in jedem während der Anwendung auftretenden Zustand keine Reaktionskräfte wirken.The object of the invention is to provide a device with a mechanically oscillatable unit, to the clamping of which no reaction forces act in any state occurring during the application.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das erste Kompensationselement derart ausgestaltet ist, dass dessen Resonanzfrequenz an die Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit in Luft angepasst ist, dass mindestens ein zweites, mit der mechanisch schwingfähigen Einheit gekoppeltes, schwingfähiges Kompensationselement vorgesehen ist, und dass das zweite Kompensationselement derart ausgestaltet ist, dass dessen Resonanzfrequenz an die Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit im Medium angepasst ist.The object is achieved in that the first compensation element is designed such that its resonance frequency is adapted to the oscillation frequency of the mechanically oscillatable unit in air, that at least a second, coupled to the mechanically oscillatable unit, oscillatory compensation element is provided, and that the second Compensation element is designed such that its resonant frequency is adapted to the oscillation frequency of the mechanically oscillatable unit in the medium.

Als Kompensationselement kann prinzipiell jedes Element der Vorrichtung bezeichnet werden, das schwingfähig und zu Resonanzschwingungen anregbar ist, wobei durch die Schwingung der schwingfähigen Einheit auftretende Kräfte zumindest teilweise von den durch die Ausführung der Resonanzschwingungen des Kompensationselements hervorgerufenen Kräfte kompensiert werden. Die Schwingfrequenz des Kompensationselements ist hierbei durch dessen Masse und dessen Steifigkeit gegeben. In der Regel besteht ein aktiv zu Kompensationszwecken in die Vorrichtung eingebrachtes Kompensationselement aus einer Kompensationsmasse und einem Federelement oder einer Membran zur Anregung und/oder Übertragung der Schwingungen der Kompensationsmasse. Beispielsweise wird ein Kompensationselement aus einem ringförmigen Masseelement und aus einer kreisringförmigen Membran gebildet, wobei letztere den Kontakt zwischen dem Masseelement und dem rohrförmigen Gehäuse des Schwingsystems herstellt.As a compensation element, in principle, any element of the device can be referred to, which is oscillatory and excitable to resonant vibrations, which are compensated by the vibration of the oscillatory unit forces occurring at least partially by the forces caused by the execution of the resonant vibrations of the compensation element. The oscillation frequency of the compensation element is given here by its mass and its rigidity. As a rule, a compensating element which is actively introduced into the device for compensation purposes consists of a compensation mass and a spring element or a membrane for excitation and / or transmission of the vibrations of the compensation mass. For example, a compensation element is formed from an annular mass element and from an annular membrane, the latter making contact between the mass element and the tubular housing of the oscillating system.

Durch die Anbringung zweier Kompensationselemente wird erreicht, dass das Schwingsystem sowohl bei der Schwingung in Luft als auch bei der Schwingung im Medium nahezu vollständig entkoppelt ist. Die Anpassung der Resonanzfrequenz der Kompensationselemente an die jeweiligen Resonanzfrequenzen des Schwingsystems in Luft und im Medium erfolgt über die entsprechende Wahl der Masse und der Steifigkeit des Kompensationselements. Bei korrekter Anpassung schwingt dann im Wesentlichen nur dasjenige Kompensationselement, dessen Resonanzfrequenz der aktuellen Schwingfrequenz des Schwingsystems entspricht. Ein Kompensationselement, dessen Resonanzfrequenz nicht mit der Schwingfrequenz des Schwingsystems übereinstimmt schwingt entweder gar nicht oder auf Grund der gegenseitigen Kopplung nur mit einer sehr geringen Amplitude, sodass die Entkopplung des Systems nicht davon beeinflusst wird.By attaching two compensation elements ensures that the vibration system is almost completely decoupled both in the vibration in air and in the vibration in the medium. The adaptation of the resonant frequency of the compensation elements to the respective resonant frequencies of the oscillatory system in air and in the medium takes place via the corresponding selection of the mass and the rigidity of the compensation element. If the adaptation is correct, then essentially only that compensation element whose resonant frequency corresponds to the current oscillation frequency of the oscillating system oscillates substantially. A compensation element whose resonant frequency does not coincide with the oscillation frequency of the oscillating system oscillates either not at all or due to the mutual coupling only with a very small amplitude, so that the decoupling of the system is not affected.

In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist das schwingfähige Kompensationselement derartig ausgestaltet, dass es gegenphasig zu der mechanisch schwingfähigen Einheit schwingt. Hierdurch treten entgegen gesetzte Kräfte auf, die sich bei gleichem Betrag kompensieren.In a first embodiment of the solution according to the invention, the oscillatory compensation element is designed such that it oscillates in phase opposition to the mechanically oscillatable unit. As a result, opposing forces occur, which compensate for the same amount.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein drittes, mit der mechanisch schwingfähigen Einheit gekoppeltes, schwingfähiges Kompensationselement vorgesehen, welches derart ausgestaltet ist, dass dessen Resonanzfrequenz zwischen der Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit in Luft und der im Medium liegt. Ist das schwingfähige Element eine Schwinggabel oder ein Schwingstab, so ist es möglich, dass die schwingfähige Einheit nur teilweise vom Medium bedeckt ist. Die Schwingfrequenz des schwingfähigen Systems liegt dann zwischen der Frequenz in Luft und der Frequenz im Medium. Gleiches gilt, wenn Medium an dem schwingfähigen Element haftet und Ansatz bildet. Die Schwingfrequenz in Luft ist dann verringert, da der Ansatz zusätzlich mitzubewegende Masse bildet. Mindestens ein weiteres Kompensationselement, dessen Resonanzfrequenz im Bereich zwischen diesen beiden Frequenzen liegt, gewährleistet, dass die Entkopplung auch in diesem Frequenzbereich sicher gestellt ist.In a further advantageous embodiment of the invention, at least a third, coupled to the mechanically oscillatable unit, oscillatory compensation element is provided, which is designed such that its resonance frequency between the oscillation frequency of the mechanically oscillatable unit is in the air and in the medium. If the oscillatory element is a tuning fork or a vibrating rod, then it is possible that the oscillatable unit is only partially covered by the medium. The oscillation frequency of the oscillatory system is then between the frequency in air and the frequency in the medium. The same applies if the medium adheres to the vibratable element and forms an attachment. The oscillation frequency in air is then reduced, since the approach additionally forms mitzubewegende mass. At least one further compensation element whose resonant frequency lies in the range between these two frequencies ensures that the decoupling is ensured even in this frequency range.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein viertes, mit der mechanisch schwingfähigen Einheit gekoppeltes, schwingfähiges Kompensationselement vorgesehen, welches derart ausgestaltet ist, dass dessen Resonanzfrequenz derart unterhalb der Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit im Medium liegt, dass sie einer Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit mit Ansatz im Medium oder ohne Ansatz und mit höherer Mediumsdichte entspricht. Bildet sich an der schwingfähigen Einheit Ansatz, welcher auch im Medium an derselben haftet, so führt dies zu einer verringerten Schwingfrequenz. Ein weiteres Kompensationselement, dessen Resonanzfrequenz um einen geringen Prozentsatz unterhalb der Schwingfrequenz der schwingfähigen Einheit im Medium liegt, dient der Entkopplung des Schwingsystems, wenn sich die Schwingfrequenz so weit verringert hat, dass das Kompensationselement, dessen Resonanzfrequenz bei der Schwingfrequenz im Medium liegt, die Entkopplung nicht mehr sicher stellen kann. Das vierte Kompensationselement kann nicht nur bei Ansatzbildung auftretende Kräfte kompensieren, sondern auch zur Kompensation bei Medien mit höherer Dichte dienen.In a further development of the invention, at least a fourth, coupled to the mechanically oscillatable unit, oscillatory compensation element is provided which is designed such that its resonant frequency is below the oscillation frequency of the mechanically oscillatable unit in the medium, that they have a vibration frequency of the mechanically oscillatable unit Approach in medium or without approach and with higher medium density corresponds. Forms at the oscillatory unit approach, which adheres to the same in the medium, this leads to a reduced oscillation frequency. Another compensation element whose resonant frequency is a small percentage below the oscillation frequency of the oscillatable unit in the medium, the decoupling of the oscillating system, when the oscillation frequency has reduced so far that the compensation element, the resonant frequency at the oscillation frequency in the medium, the decoupling can no longer ensure. The fourth compensation element can not only compensate for forces occurring during formation of deposits, but also serve to compensate for media of higher density.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das schwingfähige Kompensationselement aus einer Kompensationsmasse und einem Federelement, wobei die Masse der Kompensationsmasse und die Steifigkeit des Federelements derart gewählt sind, dass die Schwingfrequenz des Kompensationselements der zu kompensierenden Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit entspricht.According to a further embodiment of the invention, the oscillatory compensation element consists of a compensation mass and a spring element, wherein the mass of the compensation mass and the stiffness of the spring element are selected such that the oscillation frequency of the compensation element corresponds to the oscillation frequency to be compensated of the mechanically oscillatable unit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung besteht das schwingfähige Kompensationselement aus einer Kompensationsmasse und einer Membran.According to an advantageous embodiment of the solution according to the invention, the oscillatory compensation element consists of a compensation mass and a membrane.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Kompensationsmasse und die Membran des schwingfähigen Kompensationselements ringförmig ausgestaltet.In an advantageous embodiment, the compensation mass and the membrane of the oscillatory compensation element are designed annular.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass ein Gehäuse vorgesehen ist, dass die mechanisch schwingfähige Einheit mit dem Gehäuse verbunden ist, und dass das schwingfähige Kompensationselement mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Schwingungen der schwingfähigen Einheit werden durch diese Art der Anbringung des Kompensationselements über das Gehäuse an das Kompensationselement übertragen.A further development of the solution according to the invention is that a housing is provided, that the mechanically oscillatable unit is connected to the housing, and that the oscillatory compensation element is connected to the housing. The vibrations of the oscillatable unit are transmitted through this type of attachment of the compensation element via the housing to the compensation element.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Kompensationsmasse über die Membran mit dem Gehäuse verbunden. Durch die Dicke der Membran ist die Steifigkeit des Kompensationselements einstellbar.According to one embodiment, the compensation mass is connected to the housing via the membrane. Due to the thickness of the membrane, the rigidity of the compensation element is adjustable.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der Prozessgröße um den Füllstand, die Dichte und/oder die Viskosität des Mediums handelt. Andere Prozessgrößen sind jedoch ebenfalls möglich. One embodiment provides that the process variable is the fill level, the density and / or the viscosity of the medium. Other process variables are also possible.

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

1 zeigt eine schematische Darstellung einer schwingfähigen Einheit mit zwei Kompensationselementen; 1 shows a schematic representation of a vibratory unit with two compensation elements;

2 zeigt eine schematische Darstellung einer schwingfähigen Einheit an einer Rohrverlängerung mit fünf Kompensationselementen. 2 shows a schematic representation of a vibratory unit on a pipe extension with five compensation elements.

1 zeigt eine schematische Detailansicht eines vibronischen Messgeräts 1, wobei der die schwingfähige Einheit umfassende Teil im Schnitt dargestellt ist. Der Übersicht wegen ist nur ein Schnitt der linken Hälfte dargestellt; um einen vollständigen Schnitt des ausgewählten Bereichs zu erhalten ist die linke Hälfte um die rechte Hälfte zu ergänzen, welche man durch Spiegelung der linken Hälfte an der eingezeichneten Symmetrieachse S erhält. 1 shows a schematic detail view of a vibronic measuring device 1 wherein the part comprising the oscillatable unit is shown in section. For the sake of clarity, only one section of the left half is shown; In order to obtain a complete section of the selected area, the left half is to be supplemented by the right half, which is obtained by mirroring the left half at the symmetry axis S drawn in.

Die schwingfähige Einheit 2 ist hier als Membran dargestellt. Auf der Membran kann jedoch auch eine Schwinggabel, welche aus zwei voneinander beabstandeten Schwingstäben besteht, angebracht sein.The oscillatable unit 2 is shown here as a membrane. On the membrane, however, a tuning fork, which consists of two spaced apart vibrating bars, be mounted.

Die schwingfähige Einheit 2 ist Teil des Gehäuses 8 und schließt dieses in einem Endbereich ab.The oscillatable unit 2 is part of the housing 8th and completes this in an end area.

An der sich im Gehäuse 8 befindenden Innenseite der schwingfähigen Einheit 2 ist die Antriebs-/Empfangseinheit 3 angebracht, welche die schwingfähige Einheit 2 zu resonanten Schwingungen anregt und deren Schwingungssignale empfängt. Bevorzugt handelt es sich bei der Antriebs-/Empfangseinheit 3 um piezoelektrische Elemente, wobei entweder dieselben piezoelektrischen Elemente zum Antrieb und zum Empfang dienen, oder Antriebselemente und separate Empfangselemente vorgesehen sind.At the inside of the case 8th located inside of the oscillatory unit 2 is the drive / receiver unit 3 attached, which is the oscillatory unit 2 excites to resonant vibrations and receives their vibration signals. The drive / receiving unit is preferably used 3 around piezoelectric elements, wherein either the same piezoelectric elements serve to drive and to receive, or drive elements and separate receiving elements are provided.

Im Gehäuse 8 sind ein erstes Kompensationselement 4 und ein zweites Kompensationselement 5 angebracht. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kompensationselemente 4, 5 jeweils aus einer Kompensationsmasse 10 und einer Membran 9 aufgebaut, wobei die Kompensationsmasse 10 über die Membran 9 mit dem Gehäuse 8 verbunden ist. Die Membran ist vorzugsweise kreisringförmig ausgestaltet. Die Steifigkeit der Membran 9 und die Masse der Kompensationsmasse 10 sind hierbei jeweils derart an die schwingfähige Einheit 2 angepasst, dass durch die Schwingung eines Kompensationselements 4, 5 die durch die Schwingungen der schwingfähigen Einheit 2 auf die Einspannung wirkenden Kräfte kompensiert werden.In the case 8th are a first compensation element 4 and a second compensation element 5 appropriate. In this embodiment, the compensation elements 4 . 5 each of a compensation mass 10 and a membrane 9 constructed, with the compensation mass 10 over the membrane 9 with the housing 8th connected is. The membrane is preferably designed annular. The stiffness of the membrane 9 and the mass of the compensation mass 10 are in each case so to the oscillatory unit 2 adapted that by the vibration of a compensation element 4 . 5 due to the vibrations of the oscillatory unit 2 be compensated for acting on the clamping forces.

Da die Reaktionskräfte von der Schwingfrequenz abhängen, sind zwei Kompensationselemente 4, 5 vorgesehen. Das erste Kompensationselement 4 ist an die Schwingfrequenz der schwingfähigen Einheit 2 in Luft, also in freiem Zustand, angepasst, während das zweite Kompensationselement 5 an die Schwingfrequenz im Medium, also im bedeckten Zustand angepasst ist. Da ein bestimmter Frequenzbereich zwischen den beiden Frequenzen liegt, auf welche die beiden Kompensationselemente 4, 5 abgestimmt sind, schwingt jeweils nur dasjenige Kompensationselement, dessen Resonanzfrequenz mit derjenigen der schwingfähigen Einheit 2 im aktuellen Bedeckungszustand übereinstimmt und das jeweils andere ist nahezu in Ruhe. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das vibronische Messgerät 1 sowohl in bedecktem als auch in freiem Zustand nahezu vollständig entkoppelt ist.Since the reaction forces depend on the vibration frequency, there are two compensation elements 4 . 5 intended. The first compensation element 4 is at the oscillation frequency of the oscillatory unit 2 in air, ie in the free state, adjusted while the second compensation element 5 adapted to the oscillation frequency in the medium, ie in the covered state. Since a certain frequency range lies between the two frequencies to which the two compensation elements 4 . 5 are tuned, vibrates only that compensation element whose resonant frequency with that of the oscillatory unit 2 in the current coverage state and the other is almost at rest. In this way it is guaranteed that the vibronic gauge 1 is almost completely decoupled both in covered and in the free state.

Um die unterschiedlichen Steifigkeiten und Massen der Kompensationselemente 4, 5 zu verdeutlichen sind die beiden Membrane 9 und die beiden Kompensationsmassen 10 jeweils unterschiedlich groß dargestellt. Hierbei handelt es sich jedoch lediglich um eine Illustration und keine realitätsgetreue Darstellung; Größen, Dicken und Abstände sind gemäß den jeweiligen kompensations- und konstruktionstechnischen Erfordernissen zu wählen.To the different stiffnesses and masses of the compensation elements 4 . 5 to clarify are the two membranes 9 and the two compensation masses 10 each shown differently sized. However, this is only an illustration and not a realistic representation; Sizes, thicknesses and distances are to be selected according to the respective compensation and construction requirements.

2 offenbart einen Teilausschnitt eines vibronischen Messgeräts mit einer schwingfähigen Einheit 2 und fünf Kompensationselementen 4, 5, 6, 61, 7 in schematischer Darstellung. Neben dem ersten Kompensationselement 4 und dem zweiten Kompensationselement 5 sind in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel drei weitere Kompensationselemente 6, 61, 7 vorhanden. Die Massen und Steifigkeiten der weiteren Kompensationselemente 6, 61, 7 sind hierbei so an die Schwingungen der schwingfähigen Einheit 2 angepasst, dass die Entkopplung auch im Falle von teilweiser Bedeckung mit Medium und Ansatzbildung sichergestellt bleibt. Die Anzahl der Kompensationselemente ist hierbei nur beispielhaft gewählt. Es versteht sich von selbst, dass beliebig viele Kompensationselemente vorhanden sein können. 2 discloses a partial section of a vibronic measuring device with a vibratable unit 2 and five compensation elements 4 . 5 . 6 . 61 . 7 in a schematic representation. Next to the first compensation element 4 and the second compensation element 5 are in this preferred embodiment, three more compensation elements 6 . 61 . 7 available. The masses and stiffnesses of the other compensation elements 6 . 61 . 7 Here are so to the vibrations of the oscillatory unit 2 adapted to ensure decoupling even in the case of partial coverage with medium and formation of deposits. The number of compensation elements is chosen here only as an example. It goes without saying that any number of compensation elements can be present.

Die Schwingfrequenz wird bei Ansatzbildung verringert. Bei steigender Ansatzmenge verringert sich die Schwingfrequenz immer weiter, sodass die Resonanzfrequenz der Kompensationselemente nicht mehr getroffen wird und auch der Nahbereich um die Resonanzfrequenz verlassen wird, sodass das erste Kompensationselement 4 oder das zweite Kompensationselement 5 nicht mehr schwingt.The oscillation frequency is reduced when formation of deposits. As the application rate increases, the oscillation frequency decreases further and further, so that the resonance frequency of the compensation elements is no longer hit and also the near range is left by the resonance frequency, so that the first compensation element 4 or the second compensation element 5 no longer swinging.

Zur Kompensation der bei Schwingung der schwingfähigen Einheit 2 mit einer bestimmten Ansatzmenge in Luft auftretenden Kräfte ist ein drittes Kompensationselement 6 am Gehäuse 8 angebracht, deren Masse und Steifigkeit derart angepasst ist, dass dessen Resonanzfrequenz zwischen den Frequenzen liegt, mit welchen die ansatzfreie schwingfähige Einheit 2 in Luft und im Medium schwingt.To compensate for vibration of the oscillatory unit 2 Forces occurring in air with a certain amount of mixture is a third compensation element 6 on the housing 8th attached, whose mass and rigidity is adjusted so that its resonant frequency between the frequencies, with which the batch-free oscillatory unit 2 vibrates in air and medium.

Zur Kompensation der bei der Schwingung der schwingfähigen Einheit 2 mit einer bestimmten Ansatzmenge im Medium auftretenden Kräfte ist ein viertes Kompensationselement 7 vorgesehen, welches so ausgestaltet ist, dass es mit einer Frequenz schwingt, welche unterhalb der Schwingfrequenz der schwingfähigen Einheit 2 im Medium liegt. An welche Frequenz das vierte Kompensationselement 7 bevorzugt angepasst ist, kann beispielsweise aus Simulationen mit bestimmten typischen Ansatzmengen an der schwingfähigen Einheit bestimmt werden.To compensate for the vibration of the oscillatory unit 2 Forces occurring in the medium with a certain batch amount is a fourth compensation element 7 provided, which is designed so that it oscillates at a frequency which is below the oscillation frequency of the oscillatory unit 2 in the medium. To which frequency the fourth compensation element 7 is preferably adapted, for example, can be determined from simulations with certain typical batch quantities of the oscillatory unit.

Gegebenenfalls ist ein fünftes Kompensationselement 61 am Gehäuse 8 angebracht, dessen Masse und Steifigkeit ähnliche Werte wie bei dem dritten Kompensationselement 6 annehmen, sodass dessen Resonanzfrequenz im Bereich zwischen der Schwingfrequenz in Luft und im Medium ohne Ansatz liegt. Beispielsweise wird der Frequenzbereich zwischen der Schwingfrequenz in Medium und der in Luft durch die Resonanzfrequenzen des dritten Kompensationselements 6 und des fünften Kompensationselements 61 in drei gleich große Intervalle unterteilt. Da ein Kompensationselement nicht nur bei seiner Resonanzfrequenz, sondern ebenfalls in einem Nahbereich um diese Resonanzfrequenz zu Schwingungen angeregt wird, ist hierdurch nicht nur die Kräftekompensation bei einer bestimmten Ansatzdicke sondern über einen bestimmten Bereich von Ansatzdicken gegeben. Der Nahbereich um die Resonanzfrequenz beträgt beispielsweise ein bis zwei Prozent.Optionally, a fifth compensation element 61 on the housing 8th whose mass and rigidity are similar to those of the third compensating element 6 assume that its resonance frequency is in the range between the oscillation frequency in air and in the medium without approach. For example, the frequency range between the oscillation frequency in medium and that in air by the resonance frequencies of the third compensation element 6 and the fifth compensation element 61 divided into three equal intervals. Since a compensation element is excited to vibrate not only at its resonant frequency but also in a near range around this resonant frequency, this not only gives the force compensation at a certain batch thickness but over a certain range of batch thicknesses. The near range around the resonance frequency is for example one to two percent.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vibronisches MessgerätVibronic gauge
22
Mechanisch schwingfähige EinheitMechanically oscillatable unit
33
Antriebs-/EmpfangseinheitDriver / receiver unit
44
Erstes Kompensationselement (Luft)First compensation element (air)
55
Zweites Kompensationselement (Medium)Second compensation element (medium)
66
Drittes Kompensationselement (Luft und Ansatz)Third compensation element (air and neck)
6161
Fünftes Kompensationselement (Luft und Ansatz)Fifth compensation element (air and neck)
77
Viertes Kompensationselement (Medium und Ansatz)Fourth compensation element (medium and approach)
88th
Gehäusecasing
99
Membranmembrane
1010
Kompensationsmassecompensating mass
SS
Symmetrieachseaxis of symmetry

Claims (9)

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit (2), mit mindestens einer Antriebs-/Empfangseinheit (3), welche die mechanisch schwingfähige Einheit (2) zu mechanischen Schwingungen anregt und welche von der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) mechanische Schwingungen empfängt, mit einer Regel-/Auswerteeinheit, welche die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) regelt und welche die Prozessgröße bestimmt und/oder überwacht, mit einem ersten, mit der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) gekoppelten, schwingfähigen Kompensationselement (4), und mit einem zweiten, mit der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) gekoppelten, schwingfähigen Kompensationselement (5), wobei das erste Kompensationselement (4) derart ausgestaltet ist, dass dessen Resonanzfrequenz an die Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) in Luft angepasst ist, und wobei das zweite Kompensationselement (5) derart ausgestaltet ist, dass dessen Resonanzfrequenz an die Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) im Medium angepasst ist.Device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium, having a mechanically oscillatable unit ( 2 ), with at least one drive / receiving unit ( 3 ), which the mechanically oscillatable unit ( 2 ) excites to mechanical vibrations and which of the mechanically oscillatable unit ( 2 ) receives mechanical vibrations, with a control / evaluation unit, which controls the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 2 ) and which determines and / or monitors the process variable, with a first, with the mechanically oscillatable unit ( 2 ) coupled, oscillatory compensating element ( 4 ), and with a second, with the mechanically oscillatable unit ( 2 ) coupled, oscillatory compensating element ( 5 ), wherein the first compensation element ( 4 ) is designed such that its resonant frequency to the oscillation frequency of the mechanically oscillatable unit ( 2 ) is adapted in air, and wherein the second compensation element ( 5 ) is designed such that its resonant frequency to the oscillation frequency of the mechanically oscillatable unit ( 2 ) is adjusted in the medium. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schwingfähige Kompensationselement (4, 5, 6, 61, 7) derartig ausgestaltet ist, dass es gegenphasig zu der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) schwingt.Apparatus according to claim 1, characterized in that the oscillatory compensation element ( 4 . 5 . 6 . 61 . 7 ) is designed such that it is in opposite phase to the mechanically oscillatable unit ( 2 ) vibrates. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes, mit der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) gekoppeltes, schwingfähiges Kompensationselement (6, 61) vorgesehen ist, welches derart ausgestaltet ist, dass dessen Resonanzfrequenz zwischen der Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) in Luft und der im Medium liegt.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least a third, with the mechanically oscillatable unit ( 2 ) coupled oscillatory compensating element ( 6 . 61 ) is provided, which is designed such that its resonant frequency between the oscillation frequency of the mechanically oscillatable unit ( 2 ) in air and in the medium. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein viertes, mit der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) gekoppeltes, schwingfähiges Kompensationselement (7) vorgesehen ist, welches derart ausgestaltet ist, dass dessen Resonanzfrequenz derart unterhalb der Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) im Medium liegt, dass sie einer Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) mit Ansatz im Medium oder ohne Ansatz und mit höherer Mediumsdichte entspricht.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least a fourth, with the mechanically oscillatable unit ( 2 ) coupled oscillatory compensating element ( 7 ) is provided, which is designed such that its resonant frequency is below the oscillation frequency of the mechanically oscillatable unit ( 2 ) in the medium that it is a vibration frequency of the mechanically oscillatable unit ( 2 ) with approach in the medium or without approach and with a higher medium density. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schwingfähige Kompensationselement (4, 5, 6, 61, 7) aus einer Kompensationsmasse (10) und einem Federelement besteht, wobei die Masse der Kompensationsmasse (10) und die Steifigkeit des Federelements derart gewählt sind, dass die Schwingfrequenz des Kompensationselements (4, 5, 6, 61, 7) der zu kompensierenden Schwingfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) entspricht.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the oscillatory compensation element ( 4 . 5 . 6 . 61 . 7 ) from a compensation mass ( 10 ) And a spring element, wherein the mass of Compensation mass ( 10 ) and the stiffness of the spring element are selected such that the oscillation frequency of the compensation element ( 4 . 5 . 6 . 61 . 7 ) of the oscillation frequency of the mechanically oscillatable unit ( 2 ) corresponds. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das schwingfähige Kompensationselement (4, 5, 6, 61, 7) aus einer Kompensationsmasse (10) und einer Membran (9) besteht.Device according to at least one of claims 1-5, characterized in that the oscillatory compensation element ( 4 . 5 . 6 . 61 . 7 ) from a compensation mass ( 10 ) and a membrane ( 9 ) consists. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (8) vorgesehen ist, dass die mechanisch schwingfähige Einheit (2) mit dem Gehäuse (8) verbunden ist, und dass das schwingfähige Kompensationselement (4, 5, 6, 61, 7) mit dem Gehäuse (8) verbunden ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a housing ( 8th ) is provided that the mechanically oscillatable unit ( 2 ) with the housing ( 8th ) and that the oscillatory compensating element ( 4 . 5 . 6 . 61 . 7 ) with the housing ( 8th ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmasse (10) über die Membran (9) mit dem Gehäuse (8) verbunden ist.Apparatus according to claim 6 and 7, characterized in that the compensation mass ( 10 ) over the membrane ( 9 ) with the housing ( 8th ) connected is. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Prozessgröße um den Füllstand, die Dichte und/oder die Viskosität des Mediums handelt.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the process variable is the fill level, the density and / or the viscosity of the medium.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0848237A1 (en) * 1996-12-10 1998-06-17 Endress + Hauser GmbH + Co. Device monitoring a predetermined filling level in a container

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