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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter. Die Vorrichtung umfasst eine mechanisch schwingfähige Einheit, eine Antriebs-/Empfangseinheit mit zumindest einer Spule, und eine Elektronikeinheit. Die Prozessgröße ist beispielsweise gegeben durch den Füllstand oder den Durchfluss des Mediums oder auch durch dessen Dichte oder Viskosität. Das Medium befindet sich beispielsweise in einem Behälter, einem Tank, oder auch in einer Rohrleitung. Unter dem Begriff Behälter seien im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei unter anderen sowohl Rohrleitungen als auch Tanks, Container o.ä. verstanden. Das Medium selbst wiederum ist beispielsweise gegeben durch eine Flüssigkeit, eine Gas, oder ein Schüttgut.
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Vibronische Sensoren finden vielfach Anwendung in der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik. Im Falle von Füllstandsmessgeräten weisen sie zumindest eine mechanisch schwingfähige Einheit, wie beispielsweise eine Schwinggabel, einen Einstab oder eine Membran auf. Diese wird im Betrieb mittels einer Antriebs-/Empfangseinheit, häufig in Form einer elektromechanischen Wandlereinheit zu mechanischen Schwingungen angeregt, welche wiederum beispielsweise ein piezoelektrischer Antrieb oder ein elektromagnetischer Antrieb sein kann. Die mechanisch schwingfähige Einheit kann im Falle von Durchflussmessgeräten, wie beispielsweise in einem nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Messgerät, aber auch als schwingfähiges Rohr ausgebildet sein, welches von dem jeweiligen Medium durchflossen wird.
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Entsprechende Feldgeräte werden von der Anmelderin in großer Vielfalt hergestellt und im Falle von Füllstandsmessgeräten beispielsweise unter der Bezeichnung LIQUIPHANT oder SOLIPHANT vertrieben. Die zugrundeliegenden Messprinzipien sind im Prinzip aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Die Antriebs-/Empfangseinheit regt die mechanisch schwingfähige Einheit mittels eines elektrischen Anregesignals zu mechanischen Schwingungen an. Umgekehrt kann die Antriebs-/Empfangseinheit die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umwandeln. Bei der Antriebs-/Empfangseinheit handelt es sich entsprechend entweder um eine separate Antriebseinheit und eine separate Empfangseinheit, oder um eine kombinierte Antriebs-/Empfangseinheit.
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Dabei ist die Antriebs-/Empfangseinheit in vielen Fällen Teil eines rückgekoppelten elektrischen Schwingkreises, mittels welchem die Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit zu mechanischen Schwingungen erfolgt. Beispielsweise muss für eine resonante Schwingung die Schwingkreisbedingung, gemäß welcher der Verstärkungsfaktor ≥1 ist und alle im Schwingkreis auftretenden Phasen ein Vielfaches von 360° ergeben, erfüllt sein. Zur Anregung und Erfüllung der Schwingkreisbedingung muss eine bestimmte Phasenverschiebung zwischen dem Anregesignal und dem Empfangssignal gewährleistet sein. Deshalb wird häufig ein vorgebbarer Wert für die Phasenverschiebung, also ein Sollwert für die Phasenverschiebung zwischen dem Anregesignal und dem Empfangssignal eingestellt. Hierfür sind aus dem Stand der Technik unterschiedlichste Lösungen, sowohl analoge als auch digitale Verfahren, bekannt geworden, wie beispielsweise in den Dokumenten
DE102006034105A1 ,
DE102007013557A1 , oder
DE102005015547A1 beschrieben. Die Einstellung einer vorgebbaren Phasenverschiebung ist außerdem mittels eines sogenannten Frequenzsuchlaufs, wie beispielsweise in der der
DE102009026685A1 ,
DE102009028022A1 , und
DE102010030982A1 offenbart, oder auch auf Basis einer Phasenregelschleife (engl. Phase-Locked-Loop, PLL) möglich. Ein auf einer PPL basierendes Anregungsverfahren ist beispielsweise Gegenstand der
DE00102010030982A1 .
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Sowohl das Anregesignal als auch das Empfangssignal sind charakterisiert durch ihre Frequenz ω, Amplitude
A und/oder Phase Φ. Entsprechend werden Änderungen in diesen Größen üblicherweise zur Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße herangezogen, wie beispielsweise ein vorgegebener Füllstand eines Mediums in einem Behälter, oder auch die Dichte und/oder Viskosität eines Mediums oder der Durchfluss eines Mediums durch ein Rohr. Im Falle eines vibronischen Grenzstandschalters für Flüssigkeiten wird beispielsweise unterschieden, ob die schwingfähige Einheit von der Flüssigkeit bedeckt ist oder frei schwingt. Diese beiden Zustände, der Freizustand und der Bedecktzustand, werden dabei beispielsweise anhand unterschiedlicher Resonanzfrequenzen, also einer Frequenzverschiebung, unterschieden. Die Dichte und/oder Viskosität wiederum lassen sich mit einem derartigen Messgerät nur ermitteln, wenn die schwingfähige Einheit vom Medium bedeckt ist. Verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Viskosität und/oder der Dichte eines Mediums sind beispielsweise in den Dokumenten
DE10050299A1 ,
DE102007043811A1 ,
DE10057974A1 , oder auch
DE102015102834A1 bekannt geworden.
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Für die Antriebs-/Empfangseinheit selbst werden insbesondere piezoelektrische und/oder elektromagnetische Antriebs-/Empfangseinheiten verwendet. Bei auf dem piezoelektrischen Effekt basierenden Antriebs-/Empfangseinheiten kann in der Regel ein vergleichsweise hoher Wirkungsgrad erzielt werden. Dabei sei unter dem Begriff Wirkungsgrad die Effizienz der Umwandlung der elektrischen in mechanische Energie verstanden. Als Materialien kommen hier häufig piezokeramische Werkstoffe auf PZT-Basis (Bleizirkonattitanat) zum Einsatz. Diese eignen sich normalerweise allerdings nur für einen begrenzten Temperaturbereich von bis zu ca. 300°C. Zwar gibt es piezokeramische Werkstoffe, die auch bei Temperaturen oberhalb von 300°C ihre piezoelektrischen Eigenschaften bewahren; diese haben jedoch den Nachteil, dass sie deutlich ineffektiver sind als die Werkstoffe auf PZT-Basis. Für den Einsatz in vibronischen Sensoren sind diese Hochtemperaturwerkstoffe darüber hinaus aufgrund der großen Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metallen und keramischen Stoffen nur bedingt geeignet. Wegen ihrer Funktion als Kraftgeber zur Anregung der mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit muss das jeweilige piezoelektrische Element kraftschlüssig mit der schwingfähigen Einheit verbunden sein. Insbesondere bei hohen Temperaturen kommt es aber vermehrt zu großen mechanischen Spannungen, die einen Bruch des piezoelektrischen Elements und damit einhergehend einen Totalausfall des Sensors zur Folge haben können.
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Eine Alternative, welche für den Einsatz bei hohen Temperaturen besser geeignet sein kann, stellen sogenannte elektromagnetische Antriebs-/Empfangseinheiten dar, wie beispielsweise in den Druckschriften
WO 2007/113011 ,
WO 2007/114950 A1 ,
DE102015104533A1 oder auch in der bisher unveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102016112308.0 beschrieben. Die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie erfolgt hierbei über ein Magnetfeld. Eine entsprechende elektromechanische Wandlereinheit umfasst zumindest eine Spule und einen Permanentmagneten. Mittels der Spule wird ein den Magnet durchsetzendes magnetisches Wechselfeld erzeugt und über den Magneten eine periodische Kraft auf die schwingfähige Einheit übertragen. Eine derartige Antriebs-/Empfangseinheit ist je nach verwendeten Materialien beispielsweise für einen Temperaturbereich zwischen -200°C und 500°C einsetzbar.
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Grundsätzlich können beim Betreiben eines vibronischen Sensors die jeweils vorherrschenden Prozessbedingungen, wie beispielsweise Druck oder Temperatur des Mediums, einen großen Einfluss auf die Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße haben. Beispielsweise weist die Frequenz des von der schwingfähigen Einheit erhaltenen Empfangssignals eine Abhängigkeit von der Temperatur auf. Um diesen Einfluss zu kompensieren, ist es aus der
DE102006007199A1 oder
DE102009029490A1 bekannt geworden, ein vibronisches Messgerät mit einem zusätzlichen Temperatursensor zu versehen. Die Integration eines weiteren Sensors in ein Messgerät ist allerdings grundsätzlich mit einem gewissen konstruktiven Aufwand verbunden. Eine geeignete Platzierung und Dimensionierung muss gewährleistet werden. Elektrische Kontaktierungen müssen integriert werden, und die Elektronikeinheit ist entsprechend auszugestalten.
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Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vibronisches Messgerät bereitzustellen, mittels welchem die Temperatur des Mediums auf möglichst einfache Weise bestimmbar ist. Es soll also mit möglichst geringem Aufwand eine zusätzliche Temperaturmessung ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 3.
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Bezüglich des Verfahrens wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Mediums in einem Behälter mittels eines vibronischen Sensors, wobei
- - eine mechanisch schwingfähige Einheit durch eine Antriebs-/Empfangseinheit mit zumindest einer Spule mittels eines elektrischen Anregesignals zu mechanischen Schwingungen angeregt wird,
- - die mechanischen Schwingungen von der schwingfähigen Einheit empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umgewandelt werden, und
- - ausgehend vom Empfangssignal das Anregesignal erzeugt und aus dem
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Empfangssignal die zumindest eine Prozessgröße ermittelt wird. Erfindungsgemäße wird zumindest eine elektrische Kenngröße der Spule ermittelt, und zumindest anhand der Kenngröße die Temperatur des Mediums bestimmt.
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Vorteilhaft bedarf es für die vorliegende Erfindung keines zusätzlichen Sensors, insbesondere eines Temperatursensors, in dem Messgerät. Vielmehr werden ohnehin bestehende Komponenten des Messgeräts zur Bestimmung der Temperatur herangezogen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung handelt es sich bei der elektrischen Kenngröße der Spule um einen ohmschen Widerstand. Eine Spule umfasst einen aufgewickelten elektrisch leitfähigen Draht, dessen ohmscher Widerstand grundsätzlich von der Temperatur abhängt. Über den temperaturabhängigen Widerstand dieses Drahtes kann also auf die Temperatur am Ort der Spule geschlossen werden.
Der Sensor ist zum Zeitpunkt der Temperaturbestimmung jeweils mit der Umgebung, in der Regel Luft, oder mit dem Medium in Kontakt. Es stellt sich ein thermisches Gleichgewicht ein, so dass die Temperatur am Ort der Spule ein Maß für die Temperatur der Umgebung bzw. des Mediums darstellt.
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Bezüglich der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter, umfassend
- - eine mechanisch schwingfähige Einheit,
- - eine Antriebs-/Empfangseinheit mit zumindest einer Spule, welche dazu ausgestaltet ist, die mechanisch schwingfähige Einheit mittels eines elektrischen Anregesignals zu mechanischen Schwingungen anzuregen und die mechanischen Schwingungen von der schwingfähigen Einheit zu empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umzuwandeln, und
- - eine Elektronikeinheit, welche dazu ausgestaltet ist, ausgehend vom Empfangssignal das Anregesignal zu erzeugen, und aus dem
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Empfangssignal die zumindest eine Prozessgröße zu ermitteln. Erfindungsgemäß ist die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet, zumindest eine elektrische Kenngröße der Spule zu ermitteln, und zumindest anhand der Kenngröße die Temperatur des Mediums zu bestimmen.
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In einer Ausgestaltung der Vorrichtung handelt es sich bei der schwingfähigen Einheit um eine Membran, um einen Einstab oder um eine Schwinggabel.
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Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung beinhaltet, dass es sich bei der Prozessgröße um einen, insbesondere vorgebbaren, Füllstand, um die Dichte oder die Viskosität des Mediums handelt.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Spule einen Draht umfasst, welcher Draht einen Durchmesser von kleiner gleich 0,5mm aufweist.
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Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Spule einen Draht umfasst, welcher Draht eine Länge von mindestens 1m aufweist.
Bevorzugt umfasst die Spule einen Draht, welcher Draht aus vernickeltem Kupfer, aus Nickel, Platin, oder Silber besteht.
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Entsprechende Dimensionierungen des Drahtes gewährleisten eine zuverlässige Temperaturbestimmung. Handelt es sich bei der Kenngröße um den ohmschen Widerstand, so gilt, dass der Widerstand des Drahtes sowohl von dessen Länge als auch von dessen Querschnittsfläche abhängt.
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Schließlich umfasst die Spule in einer Ausgestaltung einen Träger, welcher Träger aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 1W/mK, vorzugsweise zumindest 30W/mK besteht. Der Draht der Spule ist hierbei um den Träger herum aufgewickelt. Die hohe Wärmeleitfähigkeit des Trägers gewährleistet eine gute Wärmeübertragung vom Prozess bzw. Medium zum Draht der Spule.
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Es ist von Vorteil, wenn die Vorrichtung eine Einheit zur thermischen Kopplung der Spule an das Medium umfasst. Hierbei kann es sich beispielsweise um thermisch leitfähige Verbindungselemente handeln, welche einen Wärmetransport vom Medium zur Spule oder umgekehrt ermöglichen.
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Alternativ ist es in einer anderen Ausgestaltung vorgesehen, dass zumindest eine Komponente der Vorrichtung dazu ausgestaltet ist, eine thermische Kopplung der Spule an das Medium zu gewährleisten.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung Mittel zur Bestimmung des ohmschen Widerstands der Spule. Es ist von Vorteil, wenn diese Mittel zumindest einen Spannungsteiler umfassen. Gleichermaßen kann aber auch ein beliebiges anderes dem Fachmann wohlbekanntes Verfahren eingesetzt werden, welches zur Bestimmung des Widerstands eines Drahtes geeignet ist. Die Mittel zur Bestimmung des Widerstands sind dann entsprechend ausgestaltet.
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Die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen sind mutatis mutandis auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung anwendbar und umgekehrt.
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Die Erfindung sowie ihre vorteilhaften Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der Figuren 1 - 3 näher beschrieben. Es zeigt:
- 1: eine schematische Skizze eines vibronischen Sensors gemäß Stand der Technik,
- 2: zwei mögliche Ausgestaltungen eines vibronischen Sensors mit einer elektromagnetischen Antriebs-/Empfangseinheit, und
- 3 ein Diagramm des ohmschen Widerstands eines Drahtes einer Spule als Funktion der Temperatur.
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In 1a ist ein vibronisches Füllstandsmessgerät 1 gezeigt. Eine Sensoreinheit 2 mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit 3 in Form einer Schwinggabel taucht teilweise in ein Medium 4 ein, welches sich in einem Behälter 5 befindet. Die schwingfähige Einheit 3 wird mittels der Antriebs-/Empfangseinheit 6, in der Regel einer elektromechanischen Wandlereinheit, zu mechanischen Schwingungen angeregt, und kann beispielsweise ein piezoelektrischer Stapel- oder Bimorphantrieb, aber auch eine elektromagnetische oder auch magnetostriktive Antriebs-/Empfangseinheit sein. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch andere Ausgestaltungen eines vibronischen Füllstandsmessgeräts möglich sind. Weiterhin ist eine Elektronikeinheit 7 dargestellt, mittels welcher die Signalerfassung, -auswertung und/oder -speisung erfolgt.
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1b zeigt nochmal eine detailliertere Ansicht einer schwingfähigen Einheit 3 in Form einer Schwinggabel, wie sie beispielsweise für den LIQUIPHANT eingesetzt wird. Zu sehen ist eine Membran 8, und ein damit verbundene Schwingelement 9. Das Schwingelement 9 weist zwei Schwingstäbe 10a, 10b auf, an welchen endseitig jeweils ein Paddel 11a, 11b angeformt ist. Im Betrieb führt die Schwinggabel 3 Schwingungsbewegungen entsprechend der Schwingungsmode, mit welcher sie angeregt wird, aus. Jeder der beiden Schwingstäbe 10a, 10b verhält sich im Wesentlichen wie ein sogenannter Biegeschwinger. In der Grundschwingungsmode schwingen die beiden Schwingstäbe 10a, 10b beispielsweise gegenphasig zueinander.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf vibronische Sensoren
1 mit einer elektromagnetischen Antriebs-/Empfangseinheit
6. Solche Antriebs-/Empfangseinheiten umfassen zumindest eine Spule. Obgleich zahlreiche unterschiedliche Ausgestaltungen für eine derartige Antriebs-/Empfangseinheit bekannt geworden sind, welche allesamt unter die vorliegende Erfindung fallen, beschränkt sich die nachfolgende Beschreibung der Einfachheit halber auf eine Antriebs-/Empfangseinheit
6, wie sie in der
DE102015104533A1 oder auch in der bisher unveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102016112308.0 beschrieben ist. Auf beide Patentanmeldungen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vollumfänglich Bezug genommen.
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In 2a ist eine schematische Ansicht einer derartigen Antriebs-/Empfangseinheit 6 gezeigt. Ein Gehäuse 13 schließt im unteren Bereich mit einer In der unteren Wandung mit einer Membran 8 ab, welche der schwingfähigen Einheit 3 zuzuordnen ist. Für die hier gezeigte Ausgestaltung ist das Gehäuse 13 zylinderförmig und die scheibenförmige Membran hat eine kreisrunde Querschnittsfläche A. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch andere Geometrien denkbar sind und unter die vorliegende Erfindung fallen. Senkrecht zur Grundfläche A der Membran 8 und ins Innere des Gehäuses 13 hineinreichend sind drei Stangen 15a, 15b, 15c an der Membran 8,14 befestigt. Dabei handelt es sich insbesondere um eine kraftschlüssige Verbindung. Die Grundfläche A der Membran 8,14 liegt dann in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Stangen 15a, 15b, 15c. Beispielsweise sind die Stangen 15a, 15b, 15c gleichwinklig entlang einer gedachten Kreislinie um den Mittelpunkt M der Grundfläche A der Membran 8 angeordnet.
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In dem der Membran 8 abgewandten Endbereich der Stangen 15a, 15b, 15c ist jeweils ein Magnet 16a, 16b, 16c, insbesondere ein SmCo- oder Alnico-Magnet, befestigt. Die Magnete 16a, 16b, 16c sind bevorzugt alle gleich ausgerichtet bzw. orientiert. Andere Ausgestaltungen beinhaltet 2 Stangen 15a und 15b sowie zwei Magnete 16a und 16b oder auch vier 15a-15d oder mehr Stangen und vier 16a-16d oder mehr Magnete. Bei einer geraden Anzahl von Magneten 16a-16d können die Magnete auch paarweise gleich ausgerichtet sein.
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Oberhalb der Magnete 16a, 16b, 16c ist wiederum eine Spule 17 angeordnet, welche einen um den Kern 18 gewickelten Draht umfasst. Der Kern 18 der Spule 17 ist Teil einer topfförmigen Ankereinheit 19 mit einem Boden 20 sowie einer Umfangswandung 21. Beispielsweise kann der Boden 20 ebenso wie die Grundfläche A der Membran 8 eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Vom Boden 20 der topfförmigen Ankereinheit 19 reicht der Kern 18 der Spule 17 in Form eines Stutzens zentrisch ins Innere der Ankereinheit 19. Die Umfangswandung 21 hat in diesem Falle dann die Funktion einer magnetischen Feldrückführung inne. Die Stangen 15a-15c mit den Magneten 16a-16c berühren die Spule 17 und den Kern 18 nicht. Die Spule 17 wird im fortlaufenden Betrieb zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes mit einem Wechselstromsignal beaufschlagt. Hierzu verfügt die Spule über zwei in 2a nicht gezeigte Anschlussdrähte.
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Aufgrund dieses Wechselfeldes werden die Stangen 15a-15c über die Magnete 16a-16c horizontal, d. h. senkrecht oder quer zu ihrer Längsachse, ausgelenkt derart, dass sie in Schwingungen versetzt werden. Einerseits haben die Stangen 15a-15c dann eine Hebelwirkung, durch welche die durch die horizontale Auslenkung erzeugte Biegung der Stangen 15a-15c auf die Membran 8 übertragen wird derart, dass die Membran 8,14 in Schwingungen versetzt wird. Andererseits handelt es sich bei der Kombination aus den beiden Stangen 15a-15c und der Membran 8 aber um einen eigenen Resonator. Die Anregung der Membran 8 zu mechanischen Schwingungen erfolgt also mittels eines magnetischen Wechselfeldes.
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Über die beiden Anschlussdrähte können darüber hinaus verschiedene, insbesondere temperaturabhängige Kenngrößen der Spule 17 ermittelt werden, anhand derer die Temperatur am Ort der Spule 17, welche ein Maß für die Temperatur T des Mediums 4 ist, ermittelt werden. Beispielsweise kann der ohmsche Widerstand R des Drahtes der Spule 17 ermittelt werden. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn der Draht einen Durchmesser von kleiner gleich 0,5mm und eine Länge von mind. 1m aufweist. Als Materialien eignen sich insbesondere solche Materialien, bei denen eine Abhängigkeit von der jeweils vorherrschenden Temperatur T besteht. Beispielsweise kommen vernickeltes Kupfer, Nickel, Platin, oder auch Silber in Frage.
Entweder wird im Rahmen der Temperaturbestimmung davon ausgegangen, dass die ermittelte Temperatur T der Spule 17 direkt der Temperatur T des Mediums 4 entspricht. Alternativ kann aber auch ein Modell bezüglich der Wärmeleitung innerhalb des vibronischen Sensors 1 berücksichtigt werden, um etwaige Temperaturunterschiede zwischen der Spule 17, dem Medium 4 bzw. dem Behälter 5 und der Umgebung des Sensors und dadurch hervorgerufenen Wärmetransport zu berücksichtigen.
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In der in 2b gezeigten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Gehäuse 8 um ein metallisches Gehäuse. Die Ankereinheit 19 ist derart dimensioniert, dass ein metallischer, und damit ein thermischer, Kontakt zwischen einer Umfangswandung der Ankereinheit 19 und der Wandung des Gehäuses 8 im Bereich von dessen Mantelfläche besteht. Auf diese Weise kann eine gute thermische Wärmeleitung zwischen einer ebenfalls metallischen schwingfähigen Einheit 3 und der Spule 17 gewährleistet werden. Es ist grundsätzlich von Vorteil, wenn für eine derartige Ausgestaltung eine Kontaktfläche zwischen der jeweiligen Komponente, hier der Ankereinheit, und der Komponente des Sensors, in diesem Falle dem Gehäuse, möglichst groß ist. In einer anderen nicht gezeigten Ausgestaltung kann der vibronische Sensor auch über eine separate Einheit zur Gewährleistung einer guten thermischen Wärmeleitung zwischen dem Medium 4 und der Spule 17 bereitgestellt werden, beispielsweise in Form von, insbesondere metallischen, Verbindungselementen.
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In 3 ist schließlich ein Diagramm des Ohm'schen Widerstands R als Funktion der Temperatur T für einen Spulendraht gezeigt. Der funktionale Zusammenhang zwischen dem Widerstand R und der Temperatur ist nahezu linear und damit ähnlich wie im Falle eines herkömmlichen und häufig eingesetzten Widerstandstemperatursensors. Anhand des Widerstands des Spulendrahtes kann also zuverlässig die Temperatur am Ort der Spule 17, welche bei Vorliegen thermischen Gleichgewichts der Prozesstemperatur T entspricht, bestimmt werden. Die Elektronikeinheit 7 verfügt in diesem Falle über Mittel [nicht gezeigt] zur Bestimmung des ohmschen Widerstand R des Drahtes der Spule 17. Zur Bestimmung des Widerstands R eines Drahtes sind dabei aus dem Stand der Technik verschiedenste Möglichkeiten bekannt geworden, welche allesamt unter die vorliegende Erfindung fallen. Bevorzugt wir der Widerstand R der Spule 17 mittels eines Spannungsteilers mithilfe eines Referenzwiderstands anhand einer Spannung ermittelt.
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Zusammenfassend ermöglicht die vorliegende Erfindung für einen vibronischen Sensor 1 mit einer elektromagnetischen Antriebs-/Empfangseinheit 6 ohne eine Integration weiterer Komponenten eine Bestimmung der Temperatur T des Mediums 4. Die ermittelte Temperatur T kann dann im fortlaufenden Betrieb des Sensors 1 zur Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße, etwa einem vorgebbaren Füllstand, der Dichte oder Viskosität des Mediums, berücksichtigt werden, was wiederum vorteilhaft in Bezug auf die Messgenauigkeit der Vorrichtung ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vibronischer Sensor
- 2
- Sensoreinheit
- 3
- Schwingfähige Einheit
- 4
- Medium
- 5
- Behältnis
- 6
- Antriebs-/Empfangseinheit
- 7
- Elektronikeinheit
- 8
- Membran der schwingfähigen Einheit
- 9
- Schwingelement
- 10a, 10b
- Schwingsäbe
- 11a, 11b
- Paddel
- 12
- elektromechanische Wandlereinheit
- 13
- Gehäuse der elektromechanischen Wandlereinheit
- 15a-15d
- Stangen
- 16a-16d
- Magnete
- 17
- Spule
- 18
- Kern der Spule
- 19
- topfförmige Ankereinheit
- 20
- Boden
- 21
- Umfangsbewandung
- A
- Grundfläche der Membran
- R
- Ohm'scher Widerstand des Spulendrahtes
- T
- Temperatur des Mediums
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006034105 A1 [0004]
- DE 102007013557 A1 [0004]
- DE 102005015547 A1 [0004]
- DE 102009026685 A1 [0004]
- DE 102009028022 A1 [0004]
- DE 102010030982 A1 [0004]
- DE 00102010030982 A1 [0004]
- DE 10050299 A1 [0005]
- DE 102007043811 A1 [0005]
- DE 10057974 A1 [0005]
- DE 102015102834 A1 [0005]
- WO 2007/113011 [0007]
- WO 2007/114950 A1 [0007]
- DE 102015104533 A1 [0007, 0030]
- DE 102016112308 [0007, 0030]
- DE 102006007199 A1 [0008]
- DE 102009029490 A1 [0008]
