DE3336991A1

DE3336991A1 - Vorrichtung zur feststellung und/oder ueberwachung eines vorbestimmten fuellstands in einem behaelter

Info

Publication number: DE3336991A1
Application number: DE19833336991
Authority: DE
Inventors: Volker 7850 Lörrach Dreyer; Helmut Dipl.-Ing. Pfeiffer; Martin 7853 Steinen Pfändler
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 1983-10-11
Filing date: 1983-10-11
Publication date: 1985-05-02
Also published as: FR2553189A1; JPH0260245B2; GB2150292B; CH665904A5; DE3336991C2; IT8422948A0; IT1178538B; FR2553189B1; US4594584A; GB2150292A; GB8424743D0; IT8422948A1; JPS6098315A; NL8403090A

Description

PRINZ, LEISER, SUNKE K: PARTNER Patentanwälte · E*j.rof>ean Peiemi* Attorneys

München % Stuttgart ooouoo ι

11. Oktober 1983

Endress u. Hauser GmbH u. Co.

Hauptstraße 1

7867 Maulburg

Unser Zeichen: E 1193

Vorrichtung zur Feststellung und/oder überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter, mit einem mechanischen Schwingungsgebilde, das zwei in den Behälter ragende Schwingstäbe aufweist, die im Abstand voneinander an einer am Rand eingespannten Membran befestigt sind, einer Erregungsanordnung, die die Schwingstäbe in gegensinnige Schwingungen quer zu ihrer Längsrichtung versetzt und einen Erregungswandler mit wenigstens einem von einer Wechselspannung erregbaren piezoelektrischen Element enthält, einem Empfangswandler mit wenigstens einem piezoelektrischen Element, der die Schwingungen des mechanischen Schwingungsgebildes in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt, und mit einer Auswerteschaltung zur Auslösung von Anzeige- und/oder Schaltvorgängen in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Empfangswandlers.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-AS 17 73 815 bekannt. Im Vergleich zu anderen bekannten Vorrichtungen mit einem einzigen in den Behälter ragenden Schwingstab ergibt sie den Vorteil/ daß sich die von jedem Schwingstab auf die Einspannung der Membran ausgeübten Wechselkräfte infolge der Gegensinnigkeit der Schwingungen gegenseitig aufheben, so daß keine Schwingungsenergie durch übertragung auf die Behälterwand verlorengeht und auch die Einspannung mechanisch weniger belastet wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die mit der Membran verbundenen Enden der Schwingstäbe durch zwei mechanisch voneinander entkoppelte Brücken miteinander verbunden, von denen jede aus einem auf der Membran aufliegenden Joch und einem das Joch überspannenden Bügel besteht. Die eine Brücke ist mit dem Erregungswandler und die andere Brücke mit dem Empfangswandler dadurch gekoppelt, daß das piezoelektrische Element des Wandlers zwischen den Bügel und das Joch eingespannt ist. Der Erregungswandler ist an den Ausgang eines Verstärkers angeschlossen, dessen Eingang mit dem Empfangswandler verbunden ist, so daß eine Selbsterregung von Schwingungen mit der Eigenresonanzfreguenz des mechanischen Schwingungsgebildes erfolgt. Die an den Ausgang des Verstärkers angeschlossene Auswerteschaltung ist so ausgebildet, daß sie auf Amplitudenänderungen anspricht. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung beruht darauf, daß die mechanischen Schwingungen der Schwingstäbe beim Eintauchen in das Füllgut gedämpft werden, so daß sich eine Verringerung der Schwingungsamplitude ergibt, die von der Auswerteschaltung festgestellt wird und die Auslösung eines Anzeige- und/oder Schaltvorgangs verursacht.

Es hat sich gezeigt, daß diese bekannte Vorrichtung infolge der Ausbildung des mechanischen Schwingungsgebildes und der Anordnung der piezoelektrischen Wandler eine

verhältnismäßig starke Bedämpfung der Schwingstäbe durch das Füllgut voraussetzt, damit ein sicheres Ansprechen auf die Amplitudenänderungen gewährleistet ist. Diese Vorrichtung kann daher nur zur überwachung von Füllgütern verwendet werden, die bei Bedeckung der Schwingstäbe eine starke Bedämpfung verursachen, wie Schüttstoffe oder Flüssigkeiten hoher Viskosität. Zur Erzielung einer ausreichenden Schwingungsamplitude ist eine große Erregungs-Wechselspannung erforderlich, die gewöhnlich in der Größenordnung der Netzwechselspannung von 220 V liegt, und auch die aufzuwendende Erregungsenergie ist beträchtlich. Die große Erregungs-Wechselspannung erschwert die Verwendung der Vorrichtung in explosionsgefährdeten Bereichen.

Bei Füllstandsüberwachungsvorrichtungen mit einem einzigen Schwingstab ist es auch bekannt, anstelle der Amplitudenänderungen die Änderungen der Eigenresonanzfrequenz beim Eintauchen des Schwingstabs in das Füllgut zur Auslösung der Anzeige- und/oder Schaltvorgänge auszunutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art mit zwei in den Behälter ragenden Schwingstäben so auszubilden, daß sie für Füllgüter beliebiger Art geeignet ist, mit einer niedrigen Erregungs-Wechselspannung und geringer Erregungsenergie betrieben werden kann und eine große Eigensicherheit aufweist.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß auf der den Schwingstäben abgewandten Seite der Membran eine Brücke durch biegeelastische, am einen Ende jeweils

starr mit einem Schwingstab verbundene stabförmige Stützen im Abstand von der Membran gehalten ist, und daß die piezoelektrischen Elemente des Erregungswandlers und des Empfangswandlers in einem Stapel angeordnet sind, der unter Vorspannung der Membran zwischen der Brücke und dem zwischen den Schwingstäben liegenden Teil der Membran eingespannt ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des mechanischen Schwingungsgebildes ergibt eine große Übersetzungswirkung zwischen dem Erregungswandler und dem mechanischen Schwingungsgebilde, so daß die zur Erzielung einer ausreichenden Schwingungsamplitude erforderliche Verformung der piezoelektrischen Elemente sehr klein ist. Ferner ergibt diese Ausbildung bereits bei sehr geringfügigen Änderungen der mitgeführten Masse eine ausgeprägte Änderung der Eigenresonanzfrequenz, bevor noch eine merkliche Bedämpfung der Schwingungsamplitude eintritt. Diese ausgeprägte Änderung der Eigenresonanzfrequenz tritt auch bei sehr kleinen Schwingungsamplituden der Schwingstäbe auf. Wenn daher die Auswerteschaltung so ausgebildet ist, daß sie nicht auf Amplitudenänderungen, sondern auf Frequenzänderungen anspricht, wird bereits mit sehr kleinen Schwingungsamplituden der Schwingstäbe eine große Empfindlichkeit und Ansprechsicherheit erzielt. Daher genügt eine verhältnismäßig kleine Wechselspannung zur Ansteuerung des Erregungswandlers, die beispielsweise in der Größenordnung von 10V liegen kann. Infolge der niedrigen Anregungsspannung ist die Vorrichtung für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen besonders gut geeignet. Infolge der niedrigen Anregungsspannung und der geringen Schwingungsamplitude ist auch die erforderliche Anregungsleistung klein, wodurch der Aufbau der elektronischen Schaltungen vereinfacht und verbilligt wird.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, daß für die Erzielung einer erkennbaren Frequenzänderung schon sehr geringe Änderungen der mitgeführten Masse genügen. Daher spricht die Vorrichtung bereits auf sehr kleine Unterschiede der Dichte des Umgebungsmediums an. Es ist dadurch möglich, Füllstände von Füllgütern sehr geringer Dichte oder auch Übergänge zwischen zwei Füllgütern mit sehr kleinen Dichteunterschieden zu erkennen und zu überwachen. Ferner kann der Ansprechpunkt sehr genau eingestellt werden. So ist es beispielsweise möglich, den übergang zwischen Luft und einem Schaum oder zwischen einem Schaum und einer Flüssigkeit zu detektieren.

Außerdem hat es sich gezeigt, daß die Änderungen der Eigenresonanzfrequenz, insbesondere bei sehr kleinen Schwingungsamplituden, weitgehend unabhängig von der Viskosität des Füllguts sind. Die Viskositätsunabhängigkeit ist eine sehr erwünschte Eigenschaft, weil sich bei vielen Füllgütern die Viskosität des Füllguts, beispielsweise in Abhängigkeit von TemperatürSchwankungen, in weiten Grenzen ändern kann, wobei es natürlich nicht zulässig ist, daß die Vorrichtung bei Viskositätsänderungen irrtümlich eine Änderung des Füllstands anzeigt.

Die kleinen Schwingungsamplituden, mit denen die erfindungsgemäße Vorrichtung betrieben werden kann, ergeben weiterhin den Vorteil, daß alle Bestandteile mechanisch wenig beansprucht werden, was die Konstruktion vereinfacht und verbilligt.

Schließlich ergibt die Auswertung der Frequenzänderungen anstelle der Amplitudenänderungen eine erhöhte Eigensicherheit der Vorrichtung, weil in jedem Betriebszustand

Schwingungen vorhanden sind, die sich lediglich durch ihre Frequenz unterscheiden. Ein Aussetzen der Schwingungen zeigt daher einen Ausfall der Vorrichtung an.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr schnell auf geringfügige Dichteänderungen der mitgeführten Masse anspricht, besteht eine bevorzugte Ausgestaltung darin, daß die Auswerteschaltung eine Ansprechverzögerungsschaltung enthält, die die Auslösung eines Anzeige- und/ oder Schaltvorgangs erst dann zuläßt, wenn das überschreiten bzw. Unterschreiten der Referenzfrequenz während einer vorbestimmten Anzahl von Perioden festgestellt worden ist.

Dadurch wird ein Ansprechen auf sporadische Dichteänderungen vermieden, wie sie beispielsweise durch Luft- oder Gasblasen verursacht werden, die sich in gasenden Flüssigkeiten kurzzeitig um die Schwingstäbe bilden, oder auch durch Luftblasen, die künstlich in den Behälter eingeblasen werden, wie es bei manchen Anwendungsfällen vorkommt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im nicht eingebauten Zustand,

Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt durch die in eine Behälterwand eingebaute Vorrichtung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Einschraubstück mit den Schwingstäben und der Wandleranordnung, wobei die Schnittebene senkrecht zur Schnittebene von Fig. 2 steht,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Membran und das Einschraubstück im Schnitt durch die Schwingstäbe längs der Schnittlinie A-B von Fig. 3,

Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt durch einen Schwingstab längs der Schnittlinie C-D von Fig. 2,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Wandlersäule,

Fig. 7 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Bestandteile der Wandlersäule,

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Schwingungssystems im Ruhezustand,

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Schwingungssystems in einem Zustand während des Schwingens,

Fig. 10 eine entsprechende schematische Darstellung des Schwingungssystems in einem anderen Zustand während des Schwingens,

Fig. 11 das Blockschaltbild der elektronischen Schaltung der Vorrichtung und

Fig. 12 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Frequenzauswerteschaltung.

-Λ -

Die in Fig. 1 in perspektivischer Darstellung und in Fig. 2 im Schnitt dargestellte Vorrichtung zur Feststellung und/oder überwachung eines vorbestimmten Füllstands besteht aus den folgenden Hauptbestandteilen:

- einem Einschraubstück 10;

- einem Schwingstabsystem 20;

- einem Elektronikkopf 30;

-: einer Wandleranordnung 40.

Das Einschraubstück 10 dient zur Befestigung der Vorrichtung in der Wand des Behälters, dessen Füllstand mit der Vorrichtung überwacht werden soll. Es hat einen Gewindeabschnitt 11, der in die mit einem entsprechenden Innengewinde versehene Öffnung der Behälterwand 9 (Fig. 2) eingeschraubt wird/ und einen Sechskantkopf 12, der zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels dient, mit dem das Einschraubstück 10 unter Einfügung eines Dichtungsrings 13 gegen die Behälterwand 9 festgezogen werden kann, üblicherweise erfolgt der Einbau der Vorrichtung in horizontaler Lage an einer vertikalen Behälterwand auf der Höhe des zu überwachenden Füllstands, doch ist die Einbaulage der Vorrichtung beliebig; sie kann beispielsweise auch in vertikaler Lage an der Oberseite eines Behälters montiert werden, wenn der zu erfassende Füllstand der vollständigen Füllung des Behälters entspricht.

Der Innenraum 14 des EinschraubStücks 10 ist hohl und dient zur Aufnahme der Wandleranordnung 40, wie später noch im einzelnen erläutert wird.

Das Schwingstabsystem 20 wird vom dem Einschraubstück 10 auf der dem Behälterinneren zugewandten Seite getragen. Es besteht aus einer Membran 21, die das dem Behälterinneren zugewandte Ende des EinschraubStücks 10 verschließt

und deren Rand fest mit dem Einschraubstück verbunden ist, und zwei Schwingstäben 22, 23, die am einen Ende im Abstand nebeneinander fest mit der Membran 21 verbunden sind, während ihre freien Enden in den Behälter ragen. Jeder Schwingstab ist mit einer Kröpfung 24 bzw. 25 versehen, so daß die im wesentlichen parallel nebeneinanderliegenden Hauptteile der Schwingstäbe einen größeren Abstand voneinander haben als die mit der Membran 21 verbundenen Enden. Durch die Kröpfungen 24, 25 wird bewirkt, daß von der Membran 21 noch mitübertragene Reste von longitudinalen Schwingungen ebenfalls in quer zu den Schwingstäben gerichtete Schwingungen umgewandelt werden. Die Hauptteile der Schwingstäbe haben einen runden Querschnitt und sind an den freien Enden zugespitzt. Die gekröpften Abschnitte 24, 25 verbreitern sich zu einem größeren, unrunden Querschnitt an der Verbindungsstelle mit der Membran 21, wie aus der Schnittansicht von Fig. 4 erkennbar ist.

Am freien Ende jedes Schwingstabs 22, 23 ist ein Paddel 26 senkrecht zu der die Achsen der Schwingstäbe enthaltenden Ebene angebracht. Jedes Paddel 26 erstreckt sich vom freien Ende des Schwingstabs über eine verhältnismäßig große Länge, die zwischen 40 und 60% der Länge des Schwingstabs beträgt und vorzugsweise bei etwa 50% dieser Länge liegt. Dagegen ist die Breite jedes Paddels senkrecht zur Längsachse des Schwingstabs wesentlich kleiner als die Längsausdehnung. Diese Breite der Paddel 26 und die Kröpfungen 24, 25 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Schwingstäbe 22, 23 mit den daran angebrachten Paddeln 26 durch die in der Behälterwand 9 angebrachte Gewindeöffnung hindurchgeführt werden können. Trotz der dadurch bedingten, verhältnismäßig geringen Breite der Paddel 26 ergibt sich infolge der großen Längsausdehnung der Paddel eine große wirksame Paddelfläche.

Der Rand 27 jedes Paddels ist um den ganzen Umfang herum schneidenartig zugeschärft, wie aus der Schnittansicht von Fig. 5 erkennbar ist.

Vorzugsweise sind das Einschraubstück 10, die Membran 21, die Schwingstäbe 22, 23 und die Paddel 26 als einstückiges metallisches Formteil hergestellt.

Der Elektronikkopf 30 ist an dem dem Schwingstabsystem 20 entgegengesetzten Ende des Einschraubstücks angebracht, so daß er im Einbauzustand (Fig. 2) außerhalb des Behälters liegt. Er enthält die elektronische Schaltung der Vorrichtung, die von einem Gehäuse 31 umschlossen ist. Eine Kabeldurchführung 32 ermöglicht die Durchführung des für die Stromversorgung und Signalübertragung erforderlichen Kabels. Ein inneres Verbindungskabel 33 verbindet die im Gehäuse 31 untergebrachte elektronische Schaltung mit der im hohlen Innenraum 14 des Einschraubstücks 10 untergebrachten Wandleranordnung 4 0.

Wie Fig. 3 zeigt, enthält die Wandleranordnung 4 0 eine Wandlersäule 41, die zwischen der Membran 21 und einer durch stabförmige Stützen 42, 43 im Abstand von der Membran 21 gehaltenen Brücke 44 eingespannt ist. Eine in die Brücke 44 eingeschraubte Einstellschraube 45 liegt mit ihrem ballig ausgebildeten Ende oder über ein balliges Zwischenstück an der der Brücke 44 zugewandten Stirnfläche der Wandlersäule 41 an, wodurch die mechanische Vorspannung der Membran 21 einstellbar ist, mit der die Wandlersäule 41 zwischen der Membran 21 und der Brücke 44 eingespannt ist.

Das der Brücke 44 entgegengesetzte Ende der stabförmi-

gen Stütze 42 ist etwa in der Mitte des mit dem Schwingstab 22 verbundenen Flächenbereichs der Membran 21 starr mit dem Schwingstab 22 verbunden. In gleicher Weise ist die stabförmige Stütze 43 etwa in der Mitte des mit dem Schwingstab 23 verbundenen Flächenbereichs der Membran 21 starr mit dem Schwingstab verbunden. Die beiden stabförmigen Stützen 42 und 43 sind biegeelastisch ausgebildet, so daß sie sich quer zu ihrer Längsrichtung elastisch durchbiegen können.

Der Aufbau der Wandlersäule 41 ist in Fig. 6 in einer schematischen Seitenansicht und in Fig. 7 in einer auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung gezeigt. Sie besteht aus einem Stapel aus den folgenden Bestandteilen, beginnend an der Brücke 44:

- einem Metallstempel 50;

- einer Isolierscheibe 51;

- einer Elektrode 52;

- einer Isolierscheibe 53;

- einer Elektrode 54;

- einem piezoelektrischen Element 55;

- einer Elektrode 56;

- einer Isolierscheibe 57;

- einer Elektrode 58;

- einem piezoelektrischen Element 59;

- einer Elektrode 60;

- einem piezoelektrischen Element 61;

- einer Elektrode 62;

- einer Isolierscheibe 63;

- einem Metallstempel

Alle Bestandteile des Stapels haben vorzugsweise den gleichen Querschnitt, der bei dem dargestellten Beispiel (Fig. 7) kreisrund ist, so daß die Wandlersäule zylindrisch ist. An jeder Elektrode ist jedoch eine

aus dem Stapel herausragende Lötfahne angeformt. Die Metallstempel 50 und 64 bestehen vorzugsweise aus Messing und dienen einerseits als Abstandsstücke zur Erzielung der erforderlichen Länge der Wandlersäule zwischen der Membran 21 und der Brücke 44 und andererseits zur übertragung der Kräfte auf die übrigen Bestandteile des Stapels. Insbesondere besteht die Aufgabe des Metallstempels 50 darin, daß der von der Einstellschraube 45 erzeugte Flächendruck parallel auf die piezoelektrischen Elemente 55, 59, 61 übertragen wird, damit eine Biegung der sehr bruchempfindlichen piezoelektrischen Elemente ausgeschlossen wird. Der Metallstempel 64 bewirkt, daß die von der Vorspannung und den Schwingungen stammenden Verbiegungen der Membran 21 nicht auf die piezoelektrischen Elemente 55, 59, 61 übertragen werden; auch diese Maßnahme verhindert, daß die bruchempfindlichen piezoelektrischen Elemente auf Biegung beansprucht werden. Außerdem kann durch die Verwendung des Metallstempels 64 auf eine präzise Bearbeitung der Rückseite der Membran 21 verzichtet werden, die sonst ebenfalls zur Verringerung der Bruchgefahr der piezoelektrischen Elemente notwendig wäre.

Die Wandlersäule 41 ist so angeordnet, daß die der Membran 21 zugewandte Stirnfläche an dem zwischen den Endflächen der Schwingstäbe 22 und 23 liegenden freien Teil der Membran anliegt. Diese Stirnfläche ist so bemessen, daß ihr Durchmesser D (Fig. 6) nicht größer ist als der Abstand d zwischen den mit der Membran 21 verbundenen Enden der Schwingstäbe 22 und 23 (Fig. 4) -_r vorzugsweise ist der Durchmesser D jedoch gleich diesem Abstandd oder nur wenig kleiner. Mit anderen Worten: Die an der Membran 21 anliegende Stirnfläche des Metallstempels 64 soll den freien Zwischenraum zwischen den Enden der Schwingstäbe und 23 möglichst vollständig überspannen, die Endflächen

der Schwingstäbe jedoch nicht überlappen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser D gleich dem Durchmesser aller Bestandteile des zylindrischen Stapels. Bei größeren, kleineren, unrunden oder ungleichförmigen Querschnitten der Stapelbestandteile ist es jedoch stets möglich, den Metallstempel 64 so zu formen, daß die vorstehende Bedingung erfüllt ist.

Die piezoelektrischen Elemente 59 und 61 bilden zusammen mit den Elektroden 58, 60, 62 den Erregungswandler 65, der die Aufgabe hat, eine von der elektronischen Schaltung gelieferte Wechselspannung in mechanische Schwingungen der Schwingstäbe 22 und 23 umzuwandeln. Die beiden Elektroden 58 und 62 sind mit dem einen Pol der Wechselspannungsquelle, vorzugsweise Masse, verbunden, und die Elektrode 60 ist an den anderen Pol der Wechselspannungsquelle angeschlossen. Die piezoelektrischen Elemente 59 und 61 sind daher elektrisch parallel und mechanisch in Serie geschaltet. Infolge der angelegten Wechselspannung erfährt jedes der piezoelektrischen Elemente 59 und 61 eine Verformung (Dickenänderung) in der Achsrichtung der Wandlersäule 41, die der angelegten Spannung proportional ist. Die mechanischen Verformungen der piezoelektrischen Elemente 59 und 61 addieren sich, so daß für eine gegebene Größe der angelegten Wechselspannung eine Verdoppelung der Längenänderung der Wandlersäule 41 erzielt wird.

Das piezoelektrische Element 55 bildet zusammen mit den Elektroden 54 und 56 den Empfangswandler 66, der die Aufgabe hat, die mechanischen Schwingungen des Schwingstabsystems 20 in ein elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln, das der im Elektronikkopf 30 enthaltenen elektronischen Schaltung zugeführt wird. Die Elektrode 52 liegt

an Masse und dient zur Abschirmung des Empfangswandlers 66. Zur Abschirmung des Empfangswandlers 66 auf der anderen Seite wird die Tatsache ausgenutzt, daß die benachbarte Elektrode 58 des Erregungswandlers 65 an Masse liegt und somit zugleich als Abschirmelektrode für den Empfangswandler verwendet werden kann. Dadurch erübrigt sich die Anbringung einer zusätzlichen Abschirmelektrode auf dieser Seite des Empfangswandlers.

Die Funktionsweise der Wandleranordnung 40 soll anhand der stark schematisierten Darstellungen von Fig. 8, 9 und 10 erläutert werden. Diese Figuren zeigen sehr vereinfacht und übertrieben die Verformungen und Lageänderungen der Teile unter der Einwirkung der Vorspannung und der an den Erregungswandler angelegten Wechselspannung. In Fig. 8 sind die Teile im Ruhezustand gezeigt. Infolge der durch die Einstellschraube 45 erzeugten Vorspannung ist die Membran 21 zwischen den Stützen 42 und 4 3 nach außen durchgebogen, wodurch die Schwingstäbe 22 und 23 nach außen verschwenkt und die biegeelastischen stabförmigen Stützen 42 und 43 etwas nach innen durchgebogen sind. Die Vorspannkraft wird somit von der Membran 21 und den stabförmigen Stützen 42 und 43 elastisch aufgenommen, und die Federwirkung dieser Teile gleicht auch unterschiedliche Wärmeausdehnungen aus.

Fig. 9 zeigt den Zustand der Teile, wenn die Länge der Wandlersäule 41 infolge der an den Erregungswandler 55 angelegten Wechselspannung gegenüber ihrer Ruhelänge vergrößert ist. Die vorgespannte Membran 21 ist noch weiter nach außen durchgebogen, wodurch die Schwingstäbe 22 und 23 weiter nach außen verschwenkt und die stabförmigen Stützen 42 und 43 stärker nach innen durchgebogen werden.

Wenn dagegen in der anderen Halbperiode der Wechselspannung die Länge der Wandlersäule 41 gegenüber ihrer Ruhelänge verkürzt ist, können die Schwingstäbe 22 und 23

nach innen schwingen, während die Durchbiegungen der Membran 21 und der biegeelastischen Stützen 42 und 43 zunächst zurückgehen und dann, je nach der eingestellten Vorspannung, in entgegengesetzte Durchbiegungen übergehen können, wie in Fig. 10 dargestellt ist.

Es ist zu beachten, daß die Verformungen in den Figuren 8, 9 und 10 sehr übertrieben dargestellt sind; sie sind in Wirklichkeit sehr klein und können beispielsweise in der Größenordnung von einigen μΐη liegen.

Die Darstellungen von Fig. 8 und 9 lassen erkennen, daß durch die Wirkung des Erregungswandlers in der Wandlersäule 41 die Schwingstäbe 22 und 23 in gegensinnige Schwingungen quer zu ihren Längsachsen in der diese Längsachsen enthaltenden gemeinsamen Ebene versetzt werden. Die dargestellte Ausbildung und Bemessung der Teile ergibt eine große Übersetzungswirkung, so daß die zur Erzielung einer ausreichenden Schwingungsamplitude erforderliche Verformung der piezoelektrischen Elemente sehr klein ist. Infolge der Gegensinnigkeit der Schwingungen heben sich die von jedem Schwingstab auf die Einspannung der Membran 21 ausgeübten Wechselkräfte gegenseitig auf, so daß keine Schwingungsenergie durch übertragung auf das Einschraubstück 10 und die Behälterwand 9 verlorengeht.

Das als Rückholfeder dienende Federsystem des mechanischen Schwingungssystems ist durch die Membran 21 in Verbindung mit den biegeelastischen stabförmigen Stützen 42 und 43 gebildet. Die Masse des mechanischen Schwingungssystems besteht einerseits aus der Masse der Schwingstäbe 22 und 23 und andererseits aus der von den Schwingstäben bei der Schwingbewegung mitgenommenen Masse des umgebenden Mediums. Diese mitgenommene Masse wird durch die quer zu der Schwingungsrichtung angeordneten Paddel 26 vergrößert. Die Eigenresonanzfrequenz des mechanischen Schwingungssystems hängt einerseits von der Feder-

konstante des Federsystems ab, die als konstant angenommen werden kann, und andererseits von der Gesamtmasse, die in Abhängigkeit von der mitgeführten Masse veränderlich ist. Wenn sich die Schwingstäbe 22, 23 mit ihren Paddeln in Luft befinden, ist die mitgeführte Masse der Luft vernachlässigbar, und es stellt sich eine Eigenresonanzfrequenz ein, die im wesentlichen durch die Masse der Schwingstäbe bestimmt ist. Wenn dagegen die Schwingstäbe mit ihren Paddeln in ein Füllgut eintauchen, ändert sich die mitgeführte Masse und damit die Eigenresonanzfrequenz des mechanischen Schwingungssystems. Die dargestellte Form der Paddel ergibt unter Berücksichtigung der durch das Einschraubloch vorgegebenen Beschränkung der Breite die optimale Wirkung. Es hat sich gezeigt, daß die durch eine weitere Verlängerung der Paddel über 60% der Schwingstablänge hinaus erzielte Flächenvergrößerung keine wesentliche Verbesserung hinsichtlich der Frequenzänderung mehr ergibt.

Die Erregung der Schwingungen des mechanischen Schwingungssystems erfolgt stets mit seiner Eigenresonanzfrequenz, auch wenn diese sich ändert. Dies geschieht nach einem üblichen Verfahren dadurch, daß das mechanische Schwingungssystem selbst als frequenzbestimmendes Glied eines elektrischen Schwingungserzeugers dient. Zu diesem Zweck sind die beiden Elektroden 54 und 56 des Empfangswandlers mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden, an dessen Ausgangsklemmen einerseits die Elektroden 58, und andrerseits die Elektrode 60 des Erregungswandlers angeschlossen sind. Die Frequenz der an den Erregungswandler angelegten Wechselspannung folgt daher stets der Eigenresonanzfrequenz des mechanischen Schwingungssystems.

Es hat sich gezeigt, daß sich mit dem beschriebenen Aufbau des Schwingstabsystems 20 und der Wandleranordnung 40 bereits bei sehr geringfügigen Änderungen der mitgeführten Masse eine ausgeprägte Änderung der Eigenreso-

-Vl-

nanzfequenz ergibt. Diese ausgeprägte Änderung der Eigenresonanzfrequenz tritt auch bei sehr kleinen Schwingungsamplituden der Schwingstäbe auf. Das Schwingstabsystem wird daher vorzugsweise mit einer sehr kleinen Schwingung Samplitude betrieben, die im wesentlichen konstant bleibt, und die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Empfangswandlers gesteuerte Einrichtung zur Auslösung von Anzeige- und/oder Schaltvorgängen ist so ausgebildet, daß sie auf Frequenzänderungen anspricht. Dadurch ergibt sich eine Reihe von beträchtlichen Vorteilen:

1. Um die sehr kleinen Schwingungsamplituden der Schwingstäbe zu erzeugen, genügt eine verhältnismäßig kleine Wechselspannung zur Ansteuerung des Erregungswandler. Es hat sich gezeigt, daß im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen gleicher Größenordnung, für die eine Anregungsspannung von 220 V erforderlich war, mit der beschriebenen Ausbildung eine Anregungsspannung von 10V zur Erzielung der gleichen Ansprechempfindlichkeit genügt. Die niedrige Anregungsspannung ist insbesondere bei Anwendungen in explosionsgefährdeten Bereichen vorteilhaft.

2. Verbunden mit der niedrigen Anregungsspannung und der kleinen Schwingungsamplitude ist eine geringe erforderliche Anregungsleistung, die den Aufbau der elektronischen Schaltungen vereinfacht und verbilligt.

3. Da für die Erzielung einer erkennbaren Frequenzänderung schon sehr geringe Änderungen der mitgeführten Masse genügen, spricht die Vorrichtung auf sehr kleine Änderungen der Dichte des Umgebungsmediums an. Dadurch ist es möglich, Füllstände von Füllgütern sehr geringer Dichte oder Übergänge zwischen Füllgütern mit sehr kleinen Dichteunterschieden zu erkennen und zu überwachen. Ferner kann der Ansprechpunkt sehr genau eingestellt werden. So ist es beispielsweise möglich,

den Übergang zwischen Luft und einem Schaum oder zwischen einem Schaum und einer Flüssigkeit zu detektieren.

4. Auf der anderen Seite hat es sich gezeigt, daß die Änderungen der Eigenresonanzfrequenz weitgehend unabhängig von der Viskosität des Füllguts sind. Dies beruht in erster Linie auf der zugeschärften Form der Umfangskanten der Paddel 26. Die Viskositätsunabhängigkeit ist eine sehr erwünschte Eigenschaft, weil sich bei vielen Füllgütern die Viskosität des Füllguts, beispielsweise in Abhängigkeit von Temperaturschwankungen, in weiten Grenzen ändern kann; es ist natürlich nicht zulässig, daß die Vorrichtung bei Viskositätsänderungen irrtümlich eine Änderung des Füllstands anzeigt.

5. Die kleinen Schwingungsamplituden, mit denen die beschriebene Vorrichtung betrieben werden kann, ergeben weiterhin den Vorteil, daß alle Bestandteile mechanisch wenig beansprucht werden, was die Konstruktion vereinfacht und verbilligt.

6. Schließlich ergibt die Auswertung der Frequenzänderungen eine erhöhte Eigensicherheit der Vorrichtung, weil in jedem Betriebszustand Schwingungen vorhanden sind, die sich lediglich durch ihre Frequenz unterscheiden. Ein Aussetzen der Schwingungen zeigt daher einen Ausfall der Vorrichtung.

Fig. 11 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der im Elektronikkopf 30 angeordneten elektronischen Schaltung. In diesem Schaltbild ist wieder der

Empfangswandler 66 mit dem piezoelektrischen Element 55 und den Elektroden 54 und 56 sowie der Erregungswandler 65 mit den piezoelektrischen Elementen 59, 61 und den Elektroden 58, 60, 62 dargestellt.

Die Elektroden 54, 56 des Empfangswandlers 66 sind mit den beiden Eingangsklemmen eines Verstärkers 70 verbunden. An den Ausgang des Verstärkers 70 ist ein Tiefpaß 71 angeschlossen, dessen Durchlaßbereich dem Bereich der Grundfrequenzen der Schwingungen des mechanischen Schwingungssystems entspricht, während er Harmonische dieser Grundfrequenzen sperrt. Der Tiefpaß 71 stellt sicher, daß sich das Schwingungssystem nur auf einer Grundfrequenz erregen kann, und verhindert eine Selbsterregung auf einer Harmonischen.

Der Ausgang des Tiefpasses 71 ist mit dem Eingang eines Leistungsverstärkers 72 verbunden, an dessen Ausgang der Erregungswandler 65 angeschlossen ist. Der Leistungsverstärker 72 liefert somit zum Erregungswandler eine Wechselspannung, die die gleiche Frequenz wie das Ausgangssignal des Empfangswandlers hat. Da der Erregungswandler über das mechanische Schwingungssystem mit dem Empfangswandler gekoppelt ist, erregt sich das Schwingungssystem stets mit der Eigenresonanzfrequenz des mechanischen Schwingungssystems.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Leistungsverstärker 72 stark übersteuert, so daß die von ihm abgegebene Wechselspannung nahezu rechteckförmig ist. Dadurch wird der Erregungswandler stets mit der gleichen Spannungsamplitude angesteuert, auch wenn die Schwingstäbe durch ein Füllgut stark bedämpft sind. Außderdem wird die digitale Signalverarbeitung in den angeschlossenen Schaltungen erleichtert.

An den Ausgang des Leistungsverstärkers 72 ist der Eingang einer Frequenzauswerteschaltung 73 angeschlossen, die feststellt, ob die Frequenz der Ausgangswechselspannung des Leistungsverstärkers 72 über oder unter einer einstellbaren Referenzfrequenz liegt. Das Ausgangssignal der Frequenzauswerteschaltung 73 nimmt den einen oder den anderen von zwei Werten an, je nachdem, ob die Ausgangsfrequenz des Leistungsverstärkers 72 über oder unter der eingestellten Referenzfrequenz liegt. Dadurch wird angezeigt, ob die Schwingstäbe in Luft (bzw. einem Füllgut geringer Dichte) oder in einem Füllgut größerer Dichte schwingen.

Der Ausgang der Frequenzauswerteschaltung 73 ist mit dem Eingang einer Minimum-Maximum-Umschaltanordnung 74 verbunden, die entweder auf Minimum-Überwachung oder auf Maximumüberwachung umschaltbar ist. Je nachdem, ob das Schwingstabsystem zur Überwachung des minimalen oder des maximalen Füllstands in einem Behälter verwendet wird, bestehen nämlich unterschiedliche Bedingungen. Bei der Überwachung des maximalen Füllstands schwingt das Schwingstabsystem normalerweise in Luft, und der kritische Zustand wird erreicht, wenn das Schwingstabsystem vom Füllgut bedeckt wird. In diesem Fall muß daher ein Schaltvorgang oder eine Anzeige ausgelöst werden, wenn die Schwingungsfrequenz unter die eingestellte Referenzfrequenz fällt. Bei der Minimum-Überwachung schwingt das Schwingstabsystem normalerweise im Füllgut, und der kritische Zustand tritt ein, wenn die Schwingstäbe nicht mehr vom Füllgut bedeckt sind und in Luft schwingen. In diesem Fall muß daher ein Schaltvorgang oder eine Anzeige ausgelöst werden, wenn die Schwingungsfrequenz die eingestellte Referenzfrequenz übersteigt. Die Minimum-Maximum-Umschaltanordnung 74 ist so aufgebaut, daß sie je nach

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ihrer Einstellung im einen oder im anderen Fall ein Ausgangs signal abgibt.

Das Ausgangssignal der Minimum-Maximum-Umschaltanordnung 74 wird nach Verstärkung und Stabilisierung in einer Endstufe 76 einem Verbraucher 77 zugeführt, beispielsweise einem Relais oder einer Anzeigevorrichtung.

In Fig. 12 ist das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Frequenzauswerteschaltung 73 in näheren Einzelheiten dargestellt.

Die vom Ausgang des Leistungsverstärkers 72 kommende, gegebenenfalls bereits nahezu rechteckförmige Wechselspannung wird einem Impulsformer 80 zugeführt, an dessen Ausgang ein Frequenzteiler 81 mit dem Teilerverhältnis 1:2 angeschlossen ist. Am Ausgang des Frequenzteilers besteht somit ein sauberes Rechtecksignal mit dem Tastverhältnis 1:2, dessen Frequenz gleich der Hälfte der Schwingungsfrequenz des Schwingstabsystems ist. Dieses Rechtecksignal wird dem Auslöseeingang eines wiedertriggerbaren Monoflops 82 zugeführt, dessen Haltezeit einstellbar ist, wie symbolisch durch einen Einstellwiederstand 83 angedeutet ist. Durch die Einstellung der Haltezeit des Monoflops 82 wird die Referenzfrequenz definiert.

Der Ausgang des wiedertriggerbaren Monoflops 82 ist mit dem D-Eingang eines D-Flipflops 84 verbunden, das an seinem Takteingang CL die Rechteckimpulse vom Ausgang des Frequenzteilers 81 empfängt. Bekanntlich übernimmt ein D-Flipflop bei einer bestimmten Impulsflanke jedes an den Takteingang CL angelegten Taktimpulses den im gleichen Zeitpunkt am D-Eingang anliegenden Signalwert.

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Das D-Flipflop 84 bildet daher eine Zeitvergleichsschaltung, die feststellt/ ob die Folgeperiode der vom Frequenzteiler 81 abgegebenen Rechteckimpulse über oder unter einem Wert liegt, der durch die im Monoflop 82 eingestellte Haltezeit bestimmt ist. Wenn nämlich diese Folgeperiode kürzer als die eingestellte Haltezeit ist, wird das Monoflop durch jeden vom Frequenzteiler 81 abgegebenen Rechteckimpuls neu getriggert, bevor es in den Ruhezustand zurückgekehrt ist. Das Ausgangssignal des Monoflops 82 bleibt dann dauernd auf dem Signalwert "1". In diesem Fall liegt bei jedem dem Takteingang CL des D-Flipflops zugeführten Taktimpuls am D-Eingang der Signalwert "1" an, so daß das Flipflop 84 stets im Arbeitszustand (oder Zustand "1") bleibt, in welchem am Ausgang Q der Signalwert "0" besteht.

Wenn dagegen die Folgeperiode der vom Frequenzteiler 81 abgegebenen Rechteckimpulse langer ist als die Haltezeit des wiedertriggerbaren Monoflops 82, kehrt das Monoflop vor dem Eintreffen des nächsten Auslöseimpulses in den Ruhezustand zurück. Da der gleiche Ausgangsimpuls des Frequenzteilers 81 auch dem Takteingang CL des Flipflops 84 zugeführt wird, findet dieser Taktimpuls am D-Eingang den Signalwert "0" vor, so daß das Flipflop 84 in den Ruhezustand (oder Zustand "0") zurückgestellt wird. Am Ausgang Q besteht dann der Signalwert "1", der anzeigt, daß die Periode des Rechteck-Ausgangssignals des Frequenzteilers 81 größer als die im Monoflop 82 eingestellte Haltezeit ist, was gleichbedeutend damit ist, daß die Schwingungsfrequenz des Schwingstabsystems unter der eingestellten Referenzfrequenz liegt.

An den Ausgang Q des D-Flipflops 84 ist eine Zeitverzögerungsschal· tung 85 angeschlossen, die bewirkt, daß die

nachgeschalteten Anordnungen nicht sofort auf das erste Ausgangssignal des D-Flipflops 84 ansprechen, sondern erst dann, wenn das Unterschreiten der eingestellten Referenzfrequenz für eine bestimmte Mindestanzahl von aufeinanderfolgenden Perioden festgestellt worden ist. Dadurch soll verhindert werden, daß durch sporadische Störungen Schaltvorgänge oder Anzeigen ausgelöst werden. Solche sporadischen Störungen werden beispielsweise durch Luft- oder Gasblasen verursacht, die sich in gasenden Flüssigkeiten kurzzeitig um die Schwingstäbe bilden, oder auch durch Luftblasen, die künstlich in den Behälter eingeblasen werden, wie es bei manchen Anwendungsfällen vorkommt.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 12 ist die Ansprechverzögerungsschaltung 85 durch ein RC-Glied mit einem Widerstand 86 und einem Kondensator 87 gebildet. Wenn am Ausgang Q eine Spannung mit dem Signalwert "1" erscheint, lädt sich der Kondensator 87 mit der Zeitkonstante des RC-Glieds auf diese Spannung auf. Ein an den Ausgang des RC-Glieds angeschlossener Trigger 88 spricht an, wenn die Ladespannung des Kondensators 87 einen vorbestimmten Ansprech-Schwellenwert erreicht, der beispielsweise 2/3 LL· betragen kann (U_R = Stromversorgungsspannung) , und er fällt wieder ab, wenn die Ladespannung des Kondensators 87 unter einen niedrigeren Abfall-Schwellenwert fällt, der beispielsweise 1/3 U betragen kann. Die Zeitkonstante des RC-Glieds 85 ist so gewählt, daß der Ansprech-Schwellenwert erst dann erreicht wird, wenn die Spannung am Ausgang Q für die Dauer mehrerer Perioden der Ausgangsspannung des Frequenzteilers 81 den Wert "1" hatte. Wenn das Flipflop wieder in den Arbeitszustand geht, bevor die Ladespannung am Kondensator 87 den Ansprech-Schwellenwert erreicht hat, geht die Spannung am Ausgang Q wieder auf den Wert "0" zurück, und der Kondensator 87 entlädt sich wieder.

-Ah-

Zur Erzielung eines stabilen Schaltverhaltens ist ferner der Ausgang des Triggers 88 mit einem Eingang des wiedertriggerbaren Monoflops 82 verbunden. Wenn der Trigger 88 ausgelöst wird, so daß er eine Ausgangsspannung zu der nachgeschalteten Minimum-Maximum-Umschaltanordnung 74 liefert, gelangt diese Ausgangsspannung auch zum Monoflop 82, in welchem sie eine Verkürzung der eingestellten Haltezeit bewirkt. Dadurch wird verhindert, daß geringfügige FrequenzSchwankungen des vom Frequenzteiler 81 abgegebenen Rechtecksignals abwechselnd zu einer Überschreitung und zu einer Unterschreitung der am Monoflop 8 2 eingestellten Haltezeit und somit zu einem dauernden Hin- und Herschalten des Flipflops 84 führen.

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Claims

Endress u. Hauser GmbH u. Co,

Hauptstraße 1

7867 Maulburg

Unser Zeichen: E 1193

Patentansprüche

( fT) Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter, mit einem mechanischen Schwingungsgebilde, das zwei in den Behälter ragende Schwingstäbe aufweist, die im Abstand voneinander an einer am Rand eingespannten Membran befestigt sind, einer Erregungsanordnung, die die Schwingstäbe in gegensinnige Schwingungen quer zu ihrer Längsrichtung versetzt und einen Erregungswandler mit wenigstens einem von einer Wechselspannung erregbaren piezoelektrischen Element enthält, einem Empfangswandler mit wenigstens einem piezoelektrischen Element, der die Schwingungen des mechanischen Schwingungsgebildes in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt, und mit einer Auswerteschaltung zur Auslösung von Anzeige- und/ oder Schaltvorgängen in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Empfangswandlers, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den Schwingstäben (22, 23) abgewandten Seite der Membran (21) eine Brücke (44) durch biegeelastische, am einen Ende jeweils starr mit einem Schwingstab (22, 23)

Lei/Gl

verbundene stabförmige Stützen (42, 43) im Abstand von der Membran (21) gehalten ist/ und daß die piezoelektrischen Elemente (55, 59, 61) des Erregungswandlers (65) und des Empfangswandlers (66) in einem Stapel (41) angeordnet sind, der unter Vorspannung der Membran (21) zwischen der Brücke (44) und dem zwischen den Schwingstäben (22, 23) liegenden Teil der Membran (21) eingespannt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke (44) im wesentlichen starr ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente (55, 59, 71) in dem Stapel (41) zusammen mit an den piezoelektrischen Elementen (55, 59, 61) anliegenden Metallelektroden (54, 56, 58, 60, 62) und zwischen den Metallelektroden liegenden Isolierteilen (53, 57, 63) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stapel (41) wenigstens eine weitere, nicht an einem piezoelektrischen Element anliegende, auf Massepotential· liegende Metallelektrode (52) als Abschirmung für das piezoelektrische Element (55) des Empfangswandlers (66) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (55) des Empfangswandlers (66) mit seinen auf beiden Seiten anliegenden Metallelektroden (54, 56) unter Einfügung von Isolierteilen (53, 57) zwischen einer auf Massepotential liegenden Metallelektrode (58) des Erregungswandlers (65) und einer weiteren Metallelektrode (52) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregungswandler (55) zwei elektrisch parallel und mechanisch in Serie geschaltete piezoelektrische Elemente (59, 61) enthält.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Stapels (41) ein Metallstempel (50, 64) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bestandteile des Stapels (41) im wesentlichen den gleichen Querschnitt haben.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Metallelektrode (52, 54, 56, 58, 60, 62) eine aus dem Stapel herausragende Lötfahne angebracht ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die entlang der Verbindungslinie zwischen den Achsen der Schwingstäbe (22, 23) gemessene Querabmessung der an der Membran (21) anliegenden Stirnfläche des Stapels (41) im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den mit der Membran (21) verbundenen Enden der Schwingstäbe (22, 23) ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (45) zur Einstellung der die Membran (21) vorspannenden Einspannkraft des Stapels (41).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung eine in die Brücke (44) eingeschraubte, an der Stirnfläche des Stapels (41) angreifende Einstellschraube (45) aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet! daß die Membran (21) den Boden eines in eine Öffnung der Behälterwand (9) einschraubbaren Einschraubstücks (10) bildet, und daß die Schwingstäbe (22, 23) derart geformt und mit der Membran (21) verbunden sind, daß sie an ihren freien Enden einen größeren Achsabstand haben als an ihren mit der Membran verbundenen Enden, jedoch noch durch die Öffnung der Behälterwand (9) einführbar sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingstäbe (22, 23) gekröpft sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Schwingstab (22, 23) ein sich quer zur Schwingungsrichtung erstreckendes Paddel (26) angebracht ist, dessen Breite quer zur Schwingstabachse so bemessen ist, daß die Schwingstäbe (22, 23) mit ihren Paddeln (26) durch die Öffnung der Behälterwand (9) einführbar sind, und daß sich jedes Paddel (26) in der Längsrichtung vom freien Ende des Schwingstabs (22, 23) über 40 bis 60% der Länge des Schwingstabs erstreckt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsränder (27) der Paddel (26) schneidenartig spitz zulaufend ausgebildet sind.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangswandler (66) mit dem Eingang einer Verstärkerschaltung (70, 71, 72) verbunden ist, an deren Ausgang der Erregungswandler (65) angeschlossen ist, so daß das mechanische Schwingungsgebilde (21, 22, 23) zu Schwingungen mit seiner Eigenresonanzfrequenz erregt wird, und daß die Auswerteschaltung (73, 74, 76) an den Ausgang der Verstärkerschaltung

(70, 71, 72) angeschlossen ist und so ausgebildet ist, daß sie einen Anzeige- und/oder Schaltvorgang auslöst, wenn die Frequenz des Ausgangssignals der Verstärkerschaltung (70, 71, 72) eine eingestellte Referenzfrequenz entweder überschreitet oder unterschreitet.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung (70, 71, 72) ein Tiefpaßfilter (71) enthält, dessen Durchlaßbereich dem Bereich der Grundfrequenzen der Eigenresonanzschwingungen des mechanischen Schwingungsgebildes (21, 22, 23) entspricht, damit eine Selbsterregung von Schwingungen auf einer Harmonischen verhindert wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe (82) der Verstärkerschaltung (80, 81, 82) übersteuert ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (73) eine Ansprechverzögerungsschaltung (85) enthält, die die Auslösung eines Anzeige- und/oder Schaltvorgangs erst dann zuläßt, wenn das überschreiten bzw. Unterschreiten der Referenzfrequenz während einer vorbestimmten Anzahl von Perioden festgestellt worden ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (73) eine Signalumwandlungsschaltung (80, 81) enthält, die das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung (70, 71, 72) in ein Rechtecksignal umwandelt, dessen Frequenz der Ausgangsfrequenz der Verstärkerschaltung (70, 71, 72) proportional ist, sowie eine an den Ausgang der Signalumwandlungsschaltung (80, 81) angeschlossene Zeitvergleichsschaltung (82, 83, 84),

die die Periodendauer des Rechtecksignals mit einer einstellbaren Referenzzeitdauer vergleicht und eine Spannung abgibt, wenn die Periodendauer die ReferenzZeitdauer entweder unterschreitet oder überschreitet, daß die Ansprechverzögerungsschaltung (85) ein integrierendes RC-Glied (86, 87) enthält, dessen Kondensator (87) über einen Widerstand (86) durch die Ausgangsspannung der Zeitvergleichsschaltung (82, 83, 84) aufladbar ist, und daß an den Ausgang des integrierenden RC-Glieds (86, 87) eine Triggerschaltung (88) angeschlossen ist, die ausgelöst wird, wenn die Ladespannung des Kondensators (87) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitvergleichsschaltung (82, 83, 84) ein wiedertriggerbares Monoflop (82) mit einstellbarer Haltezeit enthält, an dessen Auslöseeingang das von der Signalumwandlungsschaltung (80, 81) erzeugte Rechtecksignal angelegt ist, sowie ein D-Flipflop (84), dessen D-Eingang an den Ausgang des wiedertriggerbaren Monoflops (82) und dessen Takteingang (CL) an den Ausgang der Signalumwandlungsschaltung (80, 81) angeschlossen ist, und daß das integrierende RC-Glied (86, 87) an einen Ausgang (Q/ Q) des D-Flipflops angeschlossen ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Triggerschaltung (88) einem Eingang des wiedertriggerbaren Monoflops (82) zugeführt wird und in diesem eine Veränderung der eingestellten Haltezeit im Sinne einer Vergrößerung der Schalthysterese bewirkt.