DE102010030332A1 - Device for determining border level, density and viscosity of liquid in pipeline of food industry, has drive unit with piezoelectric elements displaced by bending vibration in measuring tube from which oscillation signals are received - Google Patents

Device for determining border level, density and viscosity of liquid in pipeline of food industry, has drive unit with piezoelectric elements displaced by bending vibration in measuring tube from which oscillation signals are received Download PDF

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Abstract

The device has a measuring tube (1) and a drive unit which comprises several outer piezoelectric elements (6) or electro-dynamic actuating elements arranged in a planar side surface (7) of measuring tube, where the piezoelectric elements are displaced by bending vibration in planar side surface. A reception unit comprising intermediate piezoelectric elements or electro-dynamic receiving elements, receives the signals of oscillation at the planar side surface of measuring tube. An evaluation unit evaluates and processes the oscillation signals of reception unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Grenzfüllstands, der Dichte und/oder der Viskosität eines Mediums in einer Rohrleitung.The present invention relates to a device for determining and / or monitoring the limit level, the density and / or the viscosity of a medium in a pipeline.

Zur Grenzstandmessung in Behältern oder Rohrleitungen haben sich zwei Typen von Messgeräten etabliert, vibronische und kapazitive Füllstandsmessgeräte.For level measurement in tanks or pipelines, two types of measuring instruments have been established, vibronic and capacitive level gauges.

Die Wirkungsweise eines vibronischen Füllstandsmessgeräts beruht darauf, dass sich die Frequenz eines in Schwingung versetzten Schwingstabes (meist zwei paddelförmige Stäbe in Form einer Schwinggabel) beim Übergang von der Schwingung in Luft zur Schwingung in einem fluiden Medium ändert. Befindet sich der Schwingstab im Medium, so muss er zusätzliche Masse mitbewegen, was zu einer Abnahme der Schwingfrequenz führt. Zudem üben viskose Medien Dämpfungskräfte auf den Schwingstab aus, was ebenfalls zur Frequenzabnahme führt. Die Frequenzänderung wird zur Erzeugung elektrischer Signale verwendet, welche zur Auslösung von Schaltvorgängen oder Anzeigen genutzt werden können.The operation of a vibronic level gauge is based on the fact that the frequency of a vibrating vibrating rod (usually two paddle-shaped rods in the form of a tuning fork) changes when moving from vibration in air to vibration in a fluid medium. If the vibrating rod is in the medium, it must move along additional mass, which leads to a decrease in the oscillation frequency. In addition, viscous media exert damping forces on the vibrating rod, which also leads to the frequency decrease. The frequency change is used to generate electrical signals that can be used to trigger switching operations or displays.

In Anwendungen, welche hohe hygienische Standards erfüllen müssen, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, führt diese invasive Messmethode zu dem Problem, dass sich Rückstände an dem Schwingstab ansetzen können, was eine häufige Reinigung desselben erforderlich macht. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Schwingstab einen mechanischen Widerstand darstellt, was bei der Anwendung des Messgeräts in einer von einem Medium durchflossenen Rohrleitung meist nicht erwünscht ist.In applications which have to meet high hygienic standards, for example in the food industry, this invasive measuring method leads to the problem that residues can start on the vibrating bar, which necessitates frequent cleaning thereof. Another disadvantage is that the vibrating rod is a mechanical resistance, which is usually not desirable when using the meter in a pipe through which a medium flows.

Die Wirkungsweise eines kapazitiven Füllstandsmessgeräts beruht auf der Änderung der Kapazität eines Kondensators, wenn ein Dielektrikum an Stelle von Luft zwischen den Kondensatorplatten eingebracht wird. Das sich in einem Behälter oder in einer Rohrleitung befindende Medium, das für diese Messmethode nicht oder nur geringfügig leitfähig sein darf, stellt hierbei das Dielektrikum dar. Der Kondensator wird entweder aus Behälter- oder Rohrleitungswand und einer in Form einer Sonde in den Behälter oder die Rohrleitung eingebrachten Elektrode gebildet, oder es wird eine Sonde, welche zwei Elektroden aufweist, in den Behälter oder die Rohrleitung eingebracht. Da lange Sonden in Rohrleitungen einen für das fließende Medium unerwünschten mechanischen Widerstand darstellen, werden für dieses Anwendungsgebiet meist kompakte, zwei Messelektroden aufweisende Sonden verwendet, bei welchen sich das elektrische Feld im Bereich der Sondenspitze ausbildet. Derartige Sonden werden über einen Anschlussstutzen an der Rohrleitung befestigt. Der Nachteil hierbei ist, dass sich selbst bei frontbündigem Einbau ein Totraum bildet, der sich negativ auf die Messgenauigkeit auswirkt. Zudem ist die Herstellung von Sonden für Anwendungen, welche hohe hygienische Standards erfüllen müssen, aufwendig, da die einzelnen Bestandteile der Sonde sehr gut gegeneinander abgedichtet werden müssen, um ein Eindringen und Ablagern des Messmediums zu vermeiden.The operation of a capacitive level gauge relies on changing the capacitance of a capacitor when a dielectric is introduced in place of air between the capacitor plates. The medium which is located in a container or in a pipeline and which may not be conductive or only slightly conductive for this measurement method, constitutes the dielectric. The condenser is either made up of a container or pipeline wall and one in the form of a probe into the container Tube formed electrode formed, or it is a probe, which has two electrodes, introduced into the container or the pipeline. Since long probes in pipelines represent a mechanical resistance which is undesirable for the flowing medium, compact probes having two measuring electrodes, in which the electric field forms in the region of the probe tip, are usually used for this field of application. Such probes are attached via a connecting piece to the pipeline. The disadvantage here is that even with flush mounting a dead space forms, which has a negative effect on the measurement accuracy. In addition, the production of probes for applications that must meet high hygienic standards, consuming, since the individual components of the probe must be very well sealed against each other to prevent ingress and deposition of the medium to be measured.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung bereit zu stellen, mit welcher Grenzstandmessung in Rohrleitungen auf nicht invasive Art und Weise möglich ist, wobei die Vorrichtung leicht zu reinigen ist und sich kein Totraum im für die Messung sensitiven Bereich der Vorrichtung bildet.The object of the invention is therefore to provide a device with which level measurement in pipelines in a non-invasive manner is possible, the device is easy to clean and no dead space is formed in the sensitive for the measurement range of the device.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für die Vorrichtung ein Messrohr vorgesehen ist, dessen Querschnitt von einer kreisrunden Form abweicht, dass das Messrohr eine ungerade Anzahl an ebenen Seitenflächen aufweist, dass eine Antriebseinheit mit mindestens einem Piezoelement oder einem elektrodynamischen Antriebselement vorgesehen ist, welche die mindestens eine ebene Seitenfläche in Biegeschwingungen versetzt, dass eine Empfangseinheit mit mindestens einem Piezoelement oder einem elektrodynamischen Empfangselement vorgesehen ist, welche die Schwingungssignale der mindestens einen ebenen Seitenfläche des Messrohrs empfängt, und dass eine Regel-/Auswerteeinheit vorgesehen ist, welche die Schwingungssignale der Empfangseinheit auswertet und verarbeitet.The object is achieved in that a measuring tube is provided for the device, the cross section deviates from a circular shape, that the measuring tube has an odd number of flat side surfaces that a drive unit is provided with at least one piezoelectric element or an electrodynamic drive element, which the at least one flat side surface offset in bending vibrations that a receiving unit is provided with at least one piezoelectric element or an electrodynamic receiving element which receives the vibration signals of the at least one planar side surface of the measuring tube, and that a control / evaluation unit is provided which the vibration signals of the receiving unit evaluates and processes.

Das der Erfindung zu Grunde liegende Messprinzip unterscheidet sich gänzlich von den bisher zur Füllstandsmessung genutzten Prinzipien. Mindestens ein Teilbereich der Wandung des Messrohrs wird zu Schwingungen angeregt, wobei die Auslenkung senkrecht zur Längsachse des Messrohrs erfolgt. Jeder zu Schwingungen angeregte Teilbereich ist als ebene Fläche ausgebildet. Bevorzugt weist das Messrohr nur eine ebene Seitenfläche auf. Die Querschnittsfläche des Messrohres weist also mindestens eine gerade Seite auf. Gegenüber einem Rohr mit kreisrundem Querschnitt wird die Steifigkeit hierdurch herabgesetzt, sodass niedrigere Anregungsfrequenzen notwendig sind, um den Teilbereich zu Biegeschwingungen anzuregen. Die Querschnittsfläche ist beispielsweise oval oder elliptisch mit einer geraden Seite. Durch die Auswertung der Frequenz, mit welcher das Messrohr bzw. die mindestens eine ebene Seitenfläche schwingt, kann darauf geschlossen werden, ob das Messrohr leer bzw. mit Luft gefüllt ist, oder ob sich Medium darin befindet. Zusätzlich zur Füllstandsmessung bietet die Vorrichtung bei mit Flüssigkeit gefülltem Messrohr die Möglichkeit zur Bestimmung der Viskosität oder der Dichte des sich im Messrohr befindenden Mediums.The measuring principle on which the invention is based differs entirely from the principles previously used for level measurement. At least a portion of the wall of the measuring tube is excited to vibrate, wherein the deflection is perpendicular to the longitudinal axis of the measuring tube. Each excited to vibrate portion is formed as a flat surface. Preferably, the measuring tube has only a flat side surface. The cross-sectional area of the measuring tube thus has at least one straight side. Compared to a tube with a circular cross-section, the stiffness is thereby reduced, so that lower excitation frequencies are necessary to stimulate the partial region to bending vibrations. The cross-sectional area is, for example, oval or elliptical with a straight side. By evaluating the frequency with which the measuring tube or the at least one flat side surface oscillates, it can be concluded whether the measuring tube is empty or filled with air, or whether there is medium in it. In addition to level measurement, the device offers the possibility of determining the viscosity or the density of the medium located in the measuring tube when the measuring tube is filled with liquid.

Die Vorrichtung besteht aus wenigen Elementen und erfordert weniger aufwändige Fertigungsschritte, wie sie beispielsweise zur Abdichtung der mehrere Elektroden umfassenden kapazitiven Sonden nötig sind. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung kostengünstig hergestellt werden kann. The device consists of a few elements and requires less complex manufacturing steps, as they are necessary, for example, for sealing the capacitive probes comprising a plurality of electrodes. This results in the advantage that the device according to the invention can be produced inexpensively.

Da nur das Messrohr mit dem Medium in Kontakt kommt, bietet sich dem Medium keine Angriffsfläche, wie zum Beispiel Ritzen, in die es eindringen und schwer zu entfernenden Ansatz bilden könnte. Zur Reinigung des Messrohrs muss dieses nicht ausgebaut werden; es genügt, es zusammen mit der Rohrleitung auszuspülen. Durch diese Vorteile ist die Vorrichtung optimal für Anwendungen mit hohen hygienischen Standards geeignet.Since only the measuring tube comes into contact with the medium, the medium offers no attack surface, such as cracks, in which it could penetrate and form difficult to remove approach. To clean the measuring tube, it does not have to be removed; it is sufficient to rinse it together with the pipeline. These advantages make the device ideal for applications with high hygienic standards.

In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Messrohr an beiden Endbereichen Übergangsbereiche zum Anschluss an die Rohrleitung auf, welche in ihrem Querschnitt an den Querschnitt der Rohrleitung angepasst sind. Die Übergangsbereiche und das Messrohr sind bevorzugt aus einem Stück gefertigt.In a first embodiment of the solution according to the invention, the measuring tube has at both end regions transition areas for connection to the pipeline, which are adapted in their cross section to the cross section of the pipeline. The transition areas and the measuring tube are preferably made of one piece.

Da der Querschnitt der Rohrleitung in der Regel kreisförmig ist, weisen die Übergangsbereiche an der zu der Rohrleitung weisenden Seite bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt auf. Prinzipiell sind aber auch andere Ausgestaltungen möglich.Since the cross-section of the pipeline is generally circular, the transition regions on the side facing the pipeline preferably have a circular cross-section. In principle, however, other embodiments are possible.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind Flansche vorgesehen, über welche das Messrohr und/oder die Übergangsbereiche mit der Rohrleitung verbindbar ist/sind. Durch die Flansche kann das Messrohr auf einfache Art mit nahezu jeder Rohrleitung verbunden werden, da es sich bei Flanschen um Standardverbindungen handelt. Die Verbindung über Flansche gewährleistet zudem eine absolut dichte Verbindung.In a further development of the invention, flanges are provided, via which the measuring tube and / or the transition regions can be connected to the pipeline. Due to the flanges, the measuring tube can be easily connected to almost any pipeline, since flanges are standard connections. The connection via flanges also ensures an absolutely tight connection.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Antriebseinheit derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Schwingung der mindestens einen ebenen Seitenfläche des Messrohrs in einer Eigenmode des Systems erfolgt. Das die Schwingfrequenz definierende System wird hierbei aus dem Messrohr mit je nach Ausgestaltung vorhandenen Übergangsbereichen, der Antriebs-/Empfangseinheit, und den Anschlussbereichen zur Verbindung mit der Rohrleitung gebildet, obgleich letztendlich im Wesentlichen nur die mindestens eine ebene Seitenfläche schwingt. Idealerweise besteht das System nur aus der ebenen Seitenfläche, bzw. aus der ebenen Seitenfläche und der Antriebs-/Empfangseinheit, falls diese direkt auf der ebenen Seitenfläche angeordnet ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Messrohrs ist mindestens ein Feder-Masse-System an und/oder auf dem Messrohr angebracht, welches zur Entkopplung der mindestens einen ebenen Seitenfläche von der Umgebung dient. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinheit derart ausgestaltet und angeordnet, dass die mindestens eine ebene Seitenfläche in der ersten Eigenmode des Systems schwingt. Diese Mode ist besonders vorteilhaft, weil sie eine geringe Anregungsfrequenz benötigt.A further development of the solution according to the invention consists in that the drive unit is configured and arranged in such a way that the oscillation of the at least one flat side surface of the measuring tube takes place in an eigenmode of the system. In this case, the system defining the oscillation frequency is formed from the measuring tube with transition regions, the drive / receiving unit, and the connection regions for connection to the pipeline, depending on the embodiment, although ultimately only the at least one flat side surface essentially oscillates. Ideally, the system consists only of the flat side surface, or the flat side surface and the drive / receiving unit, if this is arranged directly on the flat side surface. In an advantageous embodiment of the measuring tube, at least one spring-mass system is attached to and / or on the measuring tube, which serves for decoupling of the at least one flat side surface of the environment. In an advantageous embodiment of the invention, the drive unit is designed and arranged such that the at least one flat side surface oscillates in the first eigenmode of the system. This mode is particularly advantageous because it requires a low excitation frequency.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist für die Antriebseinheit und/oder Empfangseinheit ein Bimorphantrieb für den Einsatz der Vorrichtung bei Temperaturen unterhalb einer Grenztemperatur von ca. 150°C vorgesehen. Ein Bimorphantrieb wird beispielsweise im Produkt „Liquiphant M” der Anmelderin verwendet. Die Elemente eines Bimorphantriebs können auch sowohl Antriebs- als auch Empfangselemente sein. Für den Einsatz der Vorrichtung bei Temperaturen oberhalb der Grenztemperatur ist ein Stapelantrieb vorgesehen. Ein Stapelantrieb besteht aus mehreren Lagen von Piezoelementen und wird beispielsweise in der zum Einsatz bei hohen Temperaturen geeigneten Variante des „Liquiphant” der Anmelderin genutzt.In a further development of the device according to the invention, a bimorph drive for the use of the device at temperatures below a limit temperature of about 150 ° C is provided for the drive unit and / or receiving unit. A bimorph drive is used, for example, in Applicant's "Liquiphant M" product. The elements of a bimorph drive can also be both drive and receive elements. For the use of the device at temperatures above the limit temperature, a stack drive is provided. A stack drive consists of several layers of piezo elements and is used for example in the suitable for use at high temperatures variant of the "Liquiphant" of the applicant.

Eine weitere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Bimorphantrieb in einem der Bereiche des Messrohrs angebracht ist, welche die höchste Biegespannung erfahren.A further development of the invention is that the bimorph drive is mounted in one of the regions of the measuring tube, which experience the highest bending stress.

Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Stapelantrieb in einem der Bereiche des Messrohrs angebracht ist, welche die geringste Deformation erfahren.A further development of the invention provides that the stack drive is mounted in one of the areas of the measuring tube, which experience the slightest deformation.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Messrohr aus einem korrosionsbeständigen Material gefertigt. Beispielsweise handelt es sich hierbei um Edelstahl. Es ist gleichermaßen denkbar, dass das Messrohr aus einem nicht korrosionsbeständigen Material besteht, zum Schutz vor Korrosion jedoch zumindest auf der Innenseite, welche mit dem Messmedium in Kontakt kommt, beschichtet ist. Es ist ebenfalls möglich, dass Messrohre aus korrosionsbeständigem Material eine zusätzliche Beschichtung aufweisen. Beispielsweise ist für manche Anwendungen eine Beschichtung aus Gummi, PFA oder PTFE vorteilhaft. Es kommen aber auch durch Emaillierung, Verzinkung oder Eloxieren erzeugte Beschichtungen in Frage. Es versteht sich von selbst, dass die Wahl des Materials des Messrohrs, sowie des Materials der Beschichtung von dem jeweiligen Anwendungsgebiet abhängen und auch andere Materialien zum Einsatz kommen können. Bei allen Beschichtungsarten ist es für eine präzise Messung notwendig, eine gute Haftung zwischen Messrohr und Beschichtung zu gewährleisten.According to a further development of the solution according to the invention, the measuring tube is made of a corrosion-resistant material. For example, this is stainless steel. It is equally conceivable that the measuring tube is made of a non-corrosion-resistant material, but to protect against corrosion, at least on the inside, which comes into contact with the measuring medium, coated. It is also possible that measuring tubes made of corrosion-resistant material have an additional coating. For example, a coating of rubber, PFA or PTFE is advantageous for some applications. But there are also coatings produced by enamelling, galvanizing or anodizing in question. It goes without saying that the choice of the material of the measuring tube, as well as the material of the coating depend on the particular field of application and also other materials can be used. For all types of coatings it is necessary to ensure a good adhesion between the measuring tube and the coating for a precise measurement.

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 den Schnitt durch eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Messrohrs, 1 shows the section through an embodiment of a measuring tube according to the invention,

1a zeigt den Querschnitt des Messrohrs nach 1, 1a shows the cross section of the measuring tube 1 .

2 zeigt ein Anordnungsbeispiel der Antriebselemente auf dem Messrohr nach 1, 2 shows an arrangement example of the drive elements on the measuring tube 1 .

3 zeigt den Schnitt durch ein in der ersten Eigenmode schwingendes Messrohr nach 2. 3 shows the section through a vibrating in the first eigenmode measuring tube 2 ,

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Messrohrs 1 dargestellt, dessen Querschnittsfläche oval mit einer geraden Seite ist und welches Übergangsbereiche 3 mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt aufweist. Der Abschnitt des Messrohrs 1, dessen Querschnitt oval mit einer geraden Seite ist, wird im Folgenden als Flach-Ovalrohr 2 bezeichnet. Der Querschnitt des Flach-Ovalrohrs 2 entlang einer Schnittebene A-A ist in der 1a dargestellt.In 1 is an embodiment of a measuring tube 1 whose cross-sectional area is oval with a straight side and which transition areas 3 having a substantially circular cross-section. The section of the measuring tube 1 , whose cross section is oval with a straight side, is hereinafter referred to as flat oval tube 2 designated. The cross section of the flat oval tube 2 along a sectional plane AA is in the 1a shown.

Das Messrohr 1 weist also genau eine flache bzw. ebene Seitenfläche 7 auf. Ein Rohr dieser Querschnittsform wird beispielsweise durch Kraftausübung auf ein gewöhnliches zylindrisches Rohr erhalten. Gegenüber dem zylindrischen Rohr mit kreisrundem Querschnitt weisen Rohre dieser Ausgestaltung eine geringere Steifigkeit auf, sodass das deformierte Rohr mit niedrigeren Frequenzen zu resonanten Schwingungen anregbar ist. Das Flach-Ovalrohr 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer gemeinsamen Längsachse 11 zwischen den Übergangsbereichen 3 angeordnet. Eine exzentrische Anordnung ist ebenfalls denkbar.The measuring tube 1 thus has exactly one flat or even side surface 7 on. A tube of this cross-sectional shape is obtained, for example, by applying force to an ordinary cylindrical tube. Compared to the cylindrical tube with a circular cross-section, tubes of this embodiment have a lower rigidity, so that the deformed tube can be excited to resonant vibrations at lower frequencies. The flat oval tube 2 is in this embodiment with a common longitudinal axis 11 between the transition areas 3 arranged. An eccentric arrangement is also conceivable.

In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist der Querschnitt des Messrohrs 1 im Wesentlichen elliptisch mit einer geraden Seite. In wieder anderen Ausgestaltungen weist der Querschnitt des Messrohrs 1 weitere gerade Seiten auf, wobei die Gesamtzahl an geraden Seiten ungerade ist. Die Grundform kann hierbei auch ein Vieleck sein.In an alternative advantageous embodiment, the cross section of the measuring tube 1 essentially elliptical with a straight side. In still other embodiments, the cross section of the measuring tube 1 more straight sides, where the total number of even pages is odd. The basic form can also be a polygon.

2 zeigt eine beispielhafte Anordnung von piezoelektrischen Antriebselementen an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Messrohr 1 besteht in dieser Ausgestaltung aus einem Flach-Ovalrohr 2 und Übergangsbereichen 3 mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt. Der Anschluss an die Rohrleitung erfolgt beidseitig über entsprechend dimensionierte Flansche 5. Auf der ebenen Seitenfläche 7 des Messrohrs 1 sind drei Piezoelemente 6 aufgebracht. 2 shows an exemplary arrangement of piezoelectric drive elements on a device according to the invention. The measuring tube 1 consists in this embodiment of a flat oval tube 2 and transition areas 3 with a substantially circular cross-section. The connection to the pipeline is made on both sides via appropriately dimensioned flanges 5 , On the flat side surface 7 of the measuring tube 1 are three piezo elements 6 applied.

Bei den in dieser Figur gezeigten Piezoelementen 6 handelt es sich um einen Bimorphantrieb. Die äußeren Piezoelemente 6 gehören zur Antriebseinheit, während das in der Mitte angeordnete Piezoelemente 6 sowohl der Antriebseinheit als auch der Empfangseinheit zugeordnet ist. Die Verwendung eines Bimorphantriebs als Antriebselement und als Empfangselement lässt sich beispielsweise durch eine Zweiteilung der Elektrode des Piezoelements erreichen. In anderen Ausgestaltungen ist ein Anteil der vorhandenen Piezoelemente nur der Antriebseinheit und der andere Anteil der vorhandenen Piezoelemente nur der Empfangseinheit zugeordnet. Die Anzahl der vorhandenen Piezoelemente 6 sowie deren Zuordnung zur Antriebs- oder Empfangseinheit sind je nach Ausgestaltung verschieden. Durch geschickte Anordnung der Piezoelemente 6 sind bestimmte Schwingungsmoden unterdrückbar bzw. erzwingbar. Die Piezoelemente 6 des Bimorphantriebs sind in Bereichen höchster Biegespannung angeordnet. Der hier nicht dargestellte Stapelantrieb ist in Bereichen geringster Deformation, beispielsweise in den Übergangsbereichen 3 oder Randbereichen der ebenen Seitenfläche 7, angeordnet. Die in anderen Ausgestaltungen vorgesehenen elektrodynamischen Antriebselemente sind in Bereichen, welche die höchste Deformation erfahren, angebracht. Übliche elektrodynamische Antriebselemente ermöglichen eine kontaktlose Schwingungsanregung des Messrohrs. Beispielsweise ist ein Kontaktelement aus einem magnetostriktiven oder elektrisch leitenden Material auf dem Messrohr angebracht oder das Messrohr besteht selbst aus einem magnetostriktiven oder elektrisch leitenden Material. Bei Einkopplung eines magnetischen Feldes, üblicherweise durch eine Spule, oder eines elektrischen Feldes wird in dem Kontaktelement die magnetische oder elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt und das Messrohr zu Schwingungen angeregt.In the piezo elements shown in this figure 6 it is a bimorph drive. The outer piezo elements 6 belong to the drive unit, while the piezoelectric elements arranged in the middle 6 is assigned to both the drive unit and the receiving unit. The use of a bimorph drive as a drive element and as a receiving element can be achieved, for example, by a bipartition of the electrode of the piezoelectric element. In other embodiments, a portion of the existing piezoelectric elements only the drive unit and the other portion of the existing piezoelectric elements is assigned only to the receiving unit. The number of available piezo elements 6 and their assignment to the drive or receiving unit are different depending on the configuration. By clever arrangement of the piezo elements 6 Certain vibration modes can be suppressed or enforced. The piezo elements 6 of the bimorph drive are arranged in areas of highest bending stress. The stack drive not shown here is in areas of least deformation, for example in the transition areas 3 or peripheral areas of the flat side surface 7 arranged. The electrodynamic drive elements provided in other embodiments are mounted in areas experiencing the highest deformation. Conventional electrodynamic drive elements allow contactless vibration excitation of the measuring tube. For example, a contact element made of a magnetostrictive or electrically conductive material is mounted on the measuring tube or the measuring tube itself consists of a magnetostrictive or electrically conductive material. When coupling a magnetic field, usually by a coil, or an electric field, the magnetic or electrical energy is converted into mechanical energy in the contact element and excited the measuring tube to vibrate.

In dieser Figur nicht dargestellt ist die Regel-/Auswerteeinheit, welche die Signale der Empfangseinheit verarbeitet und welche die Antriebseinheit steuert. Die Regel-/Auswerteeinheit befindet sich beispielsweise in einem Gehäuse, welches vom Messrohr 1 entkoppelt und nur über Kontaktierungen mit diesem verbunden ist. Beispielsweise ist das Gehäuse im Bereich der Einspannung des Messrohrs 1 angebracht.Not shown in this figure is the control / evaluation unit, which processes the signals of the receiving unit and which controls the drive unit. The control / evaluation unit is located for example in a housing, which from the measuring tube 1 decoupled and connected only via contacts with this. For example, the housing is in the region of the clamping of the measuring tube 1 appropriate.

In 3 ist die Schwingung eines Messrohrs 1 nach 2 in der ersten Eigenmode dargestellt. Der Bereich maximaler Auslenkung befindet sich in der Mitte der flachen Seitenfläche 7, während die Übergangsbereiche 3 vollständig oder nahezu ruhen. Übersteigt die umliegende Masse diejenige der ebenen Seitenfläche deutlich, treten durch die Schwingungen keine oder nur geringe Kopplungseffekte auf, d. h. es werden keine oder nur geringe Kräfte auf die Übergangsbereiche und Flansche 5 übertragen. Somit schwingt im Wesentlichen nur die ebene Seitenfläche 7.In 3 is the vibration of a measuring tube 1 to 2 represented in the first eigenmode. The maximum deflection area is in the middle of the flat side surface 7 while the transition areas 3 completely or almost resting. If the surrounding mass clearly exceeds that of the flat side surface, no or only slight coupling effects occur due to the vibrations, ie there are no or only small forces on the transition regions and flanges 5 transfer. Thus, essentially only the flat side surface vibrates 7 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Messrohrmeasuring tube
22
Flach-OvalrohrFlat-oval tube
33
ÜbergangsbereichTransition area
55
Flanschflange
66
Piezoelementpiezo element
77
Ebene SeitenflächePlane side surface
1111
Längsachselongitudinal axis

Claims (9)

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Grenzfüllstands, der Dichte und/oder der Viskosität eines Mediums in einer Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messrohr (1) vorgesehen ist, dessen Querschnitt von einer kreisrunden Form abweicht, dass das Messrohr (1) eine ungerade Anzahl an ebenen Seitenflächen (7) aufweist, dass eine Antriebseinheit mit mindestens einem Piezoelement (6) oder einem elektrodynamischen Antriebselement vorgesehen ist, welche die mindestens eine ebene Seitenfläche (7) in Biegeschwingungen versetzt, dass eine Empfangseinheit mit mindestens einem Piezoelement (6) oder einem elektrodynamischen Empfangselement vorgesehen ist, welche die Schwingungssignale der mindestens einen ebenen Seitenfläche (7) des Messrohrs (1) empfängt, und dass eine Regel-/Auswerteeinheit vorgesehen ist, welche die Schwingungssignale der Empfangseinheit auswertet und verarbeitet.Device for determining and / or monitoring the limit level, the density and / or the viscosity of a medium in a pipeline, characterized in that a measuring tube ( 1 ) is provided, whose cross section deviates from a circular shape that the measuring tube ( 1 ) an odd number of flat side surfaces ( 7 ), that a drive unit with at least one piezoelectric element ( 6 ) or an electrodynamic drive element is provided which the at least one flat side surface ( 7 ) in bending oscillations that a receiving unit with at least one piezoelectric element ( 6 ) or an electrodynamic receiving element is provided which the vibration signals of the at least one flat side surface ( 7 ) of the measuring tube ( 1 ), and that a control / evaluation unit is provided which evaluates and processes the vibration signals of the receiving unit. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (1) an beiden Endbereichen Übergangsbereiche (3) zum Anschluss an die Rohrleitung aufweist, welche in ihrem Querschnitt an den Querschnitt der Rohrleitung angepasst sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring tube ( 1 ) at both end regions transition areas ( 3 ) for connection to the pipeline, which are adapted in their cross section to the cross section of the pipeline. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Flansche (5) vorgesehen sind, über welche das Messrohr (1) und/oder die Übergangsbereiche (3) mit der Rohrleitung verbindbar ist/sind.Device according to claim 1 or 2, characterized in that flanges ( 5 ) are provided, via which the measuring tube ( 1 ) and / or the transition areas ( 3 ) is / is connectable to the pipeline. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Schwingung der mindestens einen ebenen Seitenfläche (7) des Messrohrs (1) in einer Eigenmode des Systems erfolgt.Device according to at least one of claims 1-3, characterized in that the drive unit is designed and arranged such that the oscillation of the at least one flat side surface ( 7 ) of the measuring tube ( 1 ) takes place in a eigenmode of the system. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass die mindestens eine ebene Seitenfläche (7) des Messrohrs (1) in der ersten Eigenmode schwingt.Apparatus according to claim 4, characterized in that the drive unit is arranged and configured such that the at least one flat side surface ( 7 ) of the measuring tube ( 1 ) oscillates in the first eigenmode. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Antriebseinheit und/oder Empfangseinheit mindestens ein Bimorphantrieb oder mindestens ein Stapelantrieb vorgesehen ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one bimorph drive or at least one stack drive is provided for the drive unit and / or receiving unit. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bimorphantrieb in einem der Bereiche des Messrohrs (1) angebracht ist, welche die höchste Biegespannung erfahren.Apparatus according to claim 6, characterized in that the bimorph drive in one of the areas of the measuring tube ( 1 ), which experience the highest bending stress. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapelantrieb in einem der Bereiche des Messrohrs (1) angebracht ist, welche die geringste Deformation erfahren.Apparatus according to claim 6, characterized in that the stack drive in one of the areas of the measuring tube ( 1 ), which experience the slightest deformation. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (1) aus einem korrosionsbeständigen Material gefertigt ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring tube ( 1 ) is made of a corrosion resistant material.
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