JP2000131118A - 容器内の所定の充填状態を検出および／または監視するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容器内の所定の充填状態を検出および／また
は監視するための装置を提供することであり、この装置
は広い適用領域で、すなわち種々異なる多数の媒体で使
用できるようにすることである。 【解決手段】 ケーシング（１）と、容器内に突出する
振動要素と、縁部がケーシングに固定的に懸架されたダ
イヤフラム（５）と、電子機械的変換器とを有し、前記
ダイヤフラム（５）には前記振動要素が固定されてお
り、前記電子機械的変換器は、ダイヤフラム（５）を当
該変換器に入力される送信信号（Ｓ）に依存して振動さ
せ、かつその振動を受信し、電気受信信号（Ｅ）に変換
し、共振周波数（ｆr）を基準にした、共振周波数（ｆ
r）とアンチ共振周波数（ｆar）とのパーセント間隔
が、前記振動要素が空気中で振動する場合には２０％以
上であるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器内の所定の充
填状態を検出および／または監視するための装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤフラムに固定され、容器の突出し
た振動要素を有する装置は公知である。振動要素として
例えばダイヤフラムに固定された１つ以上の振動ロッド
を用いることができる。ダイヤフラムは電子機械的変換
器によって振動され、生じた振動が記録され、電気受信
信号に変換される。ダイヤフラムの振動に基づいて、振
動要素は振動する。取付状態において、振動要素が容器
にある充填物により覆われていれば、振動要素の振動は
減衰される。装置の振動周波数と振動要素の振動振幅変
化する。電気受信信号は評価電子回路に供給され、評価
される。振動周波数および／または振動振幅が所定の基
準値以下に低下すると、これが後置接続された評価電子
回路により識別され、表示され、および／または切換過
程のトリガに使用される。

【０００３】この種の装置は多くの工業分野で使用され
ており、例えば化学工業、食品工業、または水処理領域
での充填物限界値検知器として使用される。ここで装置
は過充填保護のために、またはポンプ空運転保護のため
に使用される。このような装置が動作中に浸沈すること
のある充填物のバンド幅は、水からヨーグルト、インキ
およびラッカーからさらに高粘度の充填物、例えば蜂
蜜、または非常に発泡性の高い充填物、例えばビールま
でに及ぶ。

【０００４】ＤＥ−Ａ４４１９６１７には、所定の充填
状態を検出および／または監視するための装置が記載さ
れている。この装置は、ケーシングと、容器内へ突出し
た２つの振動ロッドと、一方の端部がケーシングに固定
的に懸架されたダイヤフラムと、このダイヤフラムに前
記振動ロッドが相互に間隔をおいて配置されており、ダ
イヤフラムを振動励起するためダイヤフラムに配置され
た圧電励振変換器と、ダイヤフラムの振動を受信し、電
気受信信号に変換するためダイヤフラムに配置された圧
電受信変換器とを有し、ダイヤフラムの振動は振動ロッ
ドをその長手軸に対して垂直に逆相で振動させる。

【０００５】この装置には帰還結合回路が設けられてお
り、この帰還結合回路は入力増幅器、入力増幅器に直列
に接続された移相器、および移相器に直列に接続された
出力増幅器を有する。帰還結合回路の入力端には動作時
に、受信変換器により記録された受信信号が印加され、
この帰還結合回路の出力信号は励振変換器に供給され
る。

【０００６】この装置では機械的振動形成器、電気機械
的変換器、および帰還結合回路からなる複雑な振動シス
テムが取り扱われる。個々の要素は、電気的および機械
的に完全には分離されていない。電気的結合も機械的結
合も両方存在する。

【０００７】その結果、受信信号は、それぞれの機械的
振動形成器の振動による所望の測定信号だけでなく、前
記の結合によって発生した付加的な信号も含んでいる。

【０００８】これまでこの種の装置は、高粘度媒体や水
分を含んだ泡、または粘性に高い泡での測定に使用する
ことはできなかった。装置がこのような媒体で動作する
ように前もって調整すると、別の適用の際に次のような
問題が生じる。すなわち、機械的信号形成器の確実な励
振を保証できないという問題が生じる。

【０００９】移相器により形成される位相差は、例えば
振動形成器が空気中で振動するならシステムの共振に相
当する。しかしシステムの振動的Ｑがいずれかの理由で
減少すると、そのために位相差のこの固定値がもはや存
在しなくなる。機械的に振動形成器が振幅がゼロでない
振動を実行するのに有利な周波数は存在せず、位相差は
この固定値を有する。この位相差は帰還結合会によって
調整することはできない。これにより誤機能が発生す
る。

【００１０】振動的Ｑの減少は例えば、機械的振動形成
器の運動が減衰されると発生する。これは例えば、粘性
媒体、または液体を含有する泡または粘度の高い泡に浸
沈された場合である。

【００１１】欧州特許願９７１０７１５２．７には、容
器中の所定の充填状態を検出および／または監視するた
めの装置が記載されている。この装置は、ケーシング
と、容器に突出した２つの振動ロッドと、その縁部がケ
ーシングに固定的に懸架されたダイヤフラムと、このダ
イヤフラムに振動ロッドが相互に間隔をおいて固定され
ており、ダイヤフラムに配置されたただ１つのディスク
状圧電要素とを有し、この圧電要素はダイヤフラムを振
動励振し、受信し、その振動を電気受信信号に変換する
ためのものであり、このダイヤフラムには２つの同形の
電極がダイヤフラムにある軸に対して対称に配置されて
おり、ダイヤフラムの振動は振動ロッドをその長手軸に
対して垂直に逆相で振動させる。

【００１２】２つの同形の電極は第１と第２の受信器で
ある。第１と第２の受信器の間には別の電極が配置され
ており、この電極は送信器として用いられる。圧電要素
は、それぞれ３つの電極の１つにより覆われた３つのゾ
ーンを有する。第１の受信器により覆われたゾーンは分
極方向を有し、この分極方向は圧電要素に対する面垂線
に平行に延在している。また別の２つのゾーンは、第１
のゾーンの分極方向とは反対に配向された分極方向を有
する。装置を共振周波数で振動励振するために、第１と
第２の受信器により記録された信号の差が形成され、こ
の差に相応する信号が形成され、センサ固有の一定量だ
け位相シフトされ、位相シフトされた信号が送信器に印
加される。個々のゾーンの分極方向が異なるため、ここ
ではどの信号がどの信号から減算されるかが重要であ
る。第１の受信器と第２の受信器の電気端子を間違えて
接続すると、装置は正しく機能しない。このような装置
を製造する際には、大きな注意を払って作業しなければ
ならない。ゾーンの分極方向が異なるため、コストのか
かる圧電素子を使用しなければならず、製造プロセスで
は分極の異なるゾーンを区別し、２つの同形の受信器を
区別し、正しく接続しなければならない。このことは高
い付加的コストとエラー発生源を意味する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、容器
内の所定の充填状態を検出および／または監視するため
の装置を提供することであり、この装置は広い適用領域
で、すなわち種々異なる多数の媒体で使用できるように
することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、ケーシングと、容器内に突出する振動要素と、縁部
がケーシングに固定的に懸架されたダイヤフラムと、電
子機械的変換器とを有し、前記ダイヤフラムには前記振
動要素が固定されており、前記電子機械的変換器は、ダ
イヤフラムを当該変換器に入力される送信信号に依存し
て振動させ、かつその振動を受信し、電気受信信号に変
換し、共振周波数を基準にした、共振周波数とアンチ共
振周波数とのパーセント間隔が、前記振動要素が空気中
で振動する場合には２０％以上であるようにして解決さ
れる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施例によれば、電子機
械的変換器はダイヤフラムに配置され、均等に分極され
たただ１つのディスク状圧電素子であり、この圧電素子
に２つの同形の電極がダイヤフラム面にある軸に対して
対称に配置されており、これら電極のうち一方は送信器
として、他方は受信器として用いられる。

【００１６】実施例によれば、ダイヤフラムと圧電素子
との間に、圧電素子とほぼ同じ剛性の材料からなるディ
スクが配置されている。

【００１７】別の実施例によれば、ダイヤフラムと圧電
素子との間にステアタイトからなるディスクが配置され
ている。

【００１８】別の実施例によれば、圧電素子のダイヤフ
ラム側にアース電極が配置されており、このアース電極
はダイヤフラム反対側に配置された接続電極と電気的に
接続されており、この接続電極はダイヤフラム面にある
軸に対して対称の接続電極である。

【００１９】別の実施例によれば、電極はフレキシブル
基板の心線と電気的に接続されている。

【００２０】別の実施例では、フレキシブル基板には、
表面実装でハンダ付けされた、電圧制限のための多層バ
リスタが配置されている。

【００２１】別の実施例によれば、振動要素はダイヤフ
ラムに相互に間隔をおいて固定された２つの振動ロッド
を有し、これら振動ロッドはダイヤフラムの振動によ
り、それらの長手軸に対して垂直に逆相で振動され、ダ
イヤフラム面に延在する直線の、前記振動ロッドを連結
するラインが前記軸に対して垂直に配置されており、当
該軸を基準にして電極は対称にダイヤフラム上に配置さ
れている。

【００２２】別の実施例によれば、取付スリーブがケー
シングに配置されており、この取付スリーブは第１のダ
イヤフラム側開口部を有し、この第１のダイヤフラム側
開口部は圧電素子によって閉鎖され、さらに第２のダイ
ヤフラム側開口部を有し、この第２のダイヤフラム側開
口部を通ってフレキシブル基板は案内されている。

【００２３】別の構成によれば、取付スリーブにフレキ
シブル基板を固定するための固定装置が設けられてい
る。

【００２４】別の構成によれば、取付スリーブと固定装
置のダイヤフラム反対側にケーシングにはソケットが配
置されており、このソケットにはフレキシブル基板の心
線が電気的に接続されており、ソケットは心線を接触接
続することのできる差込接点を有している。

【００２５】別の改善形態では、帰還結合回路が設けら
れており、この帰還結合回路の入力端に動作時には電子
機械的変換器により記録された受信信号が印加され、そ
の出力端では動作時に送信信号が得られ、この送信信号
はセンサ固有の位相だけずらされた受信信号に等しく、
かつ動作時に電子機械的変換器に印加され、形成された
センサ固有の位相シフトは周波数が周波数領域内にある
入力信号に対してほぼ等しく、この周波数領域は装置が
種々の媒体に浸沈されるときに有する周波数によって定
められる。

【００２６】別の実施例によれば、センサ固有の位相シ
フトは装置により記録された曲線と交差する位相差に等
しく、この曲線は送信信号と受信信号との間の位相差経
過を、種々異なる媒体に浸沈される振動要素に対する送
信信号の周波数に依存して示す。

【００２７】共振周波数ｆrと駆動共振周波数ｆarとの
間のパーセント間隔が共振周波数ｆrを基準にして２０
％より大きくなるようにすることによって、装置が広い
適用領域でも使用可能であることが保証される。本発明
の装置を以下、非常に種々異なる媒体で使用する場合に
ついて詳細に説明する。本発明の装置は、まず水から始
まり、高粘度の媒体、例えば蜂蜜、または非常に粘度の
高い泡まで、調整を変化することなしに使用することが
できる。

【００２８】

【実施例】図１には、容器内の所定の充填状態を検出お
よび／または監視するための本発明の装置の実施例が示
されている。

【００２９】装置は円筒状のケーシング１を有し、この
ケーシングの外側円筒状外套にはねじ３が設けられてい
る。このねじによって装置は、図１に図示しない容器に
配置された開口部に所定の充填状態レベルまで挿入する
ことができる。例えばフランジを用いた別の固定形式を
使用することもできる。

【００３０】ケーシング１の容器側端部は、その縁部に
固定され、ケーシング１に懸架されたダイヤフラム５に
よって閉鎖されている。ダイヤフラム５には容器に突出
した振動要素が固定されている。この振動要素は、図示
の実施例では相互に間隔をおいてダイヤフラム５に固定
され、容器に突出する２つの振動ロッド７，９を有す
る。

【００３１】ダイヤフラム５には電子機械的変換器が配
置されている。図示の実施例ではこの変換器はただ１つ
の圧電素子１１である。図２は圧電素子１１のダイヤフ
ラム反対側の平面図を示し、図３はその円筒状外套面を
示し、図４はそのダイヤフラム側の平面図を示す。

【００３２】圧電素子１１はダイヤフラム５を、圧電素
子１１に印加される送信信号Ｓに依存して振動励振し、
その振動を受信し、電気受信信号Ｅに変換するのに用い
る。

【００３３】圧電素子１１はディスク状であり、均等な
分極を有する。分極方向はダイヤフラム１１の面垂線に
対して平行である。

【００３４】圧電素子１１は、周知のように、分極方向
に印加される電圧差に依存してその厚さを変化させる。
交流電圧が印加されれば、厚さは発振的に変化する。厚
さが増大すると、圧電素子１１の直径は減少し、厚さが
減少すると、直径は相応の増大する。

【００３５】圧電素子１１のこの振動特性に基づき、電
圧差は装置に組み込まれた状態でダイヤフラム５のしな
りに作用する。

【００３６】圧電素子１１の直径の拡大に作用する電圧
差が印加されると、しなりの中心、すなわち固定面に対
して垂直の少なくとも１つの切断点は圧電素子１１のダ
イヤフラム側に来る。また圧電素子の直径の減少に作用
する電圧差が印加されると、しなりの中心は圧電素子の
ダイヤフラム反対側に来る。

【００３７】圧電素子１１に交流電圧が印加され場合、
ダイヤフラム５は振動し、その振動腹部はダイヤフラム
の中心である。

【００３８】ダイヤフラム５に配置された振動ロッド
７，９はダイヤフラム５の振動に基づいて、それらの長
手軸に対して垂直に逆相で振動する。振動ロッド７，９
の偏向は図１に矢印で示されている。この逆相運動によ
り、各振動ロッド７，９によりダイヤフラム５に及ぼさ
れる相互作用が相殺される。このことにより緊張の機械
的負荷が低減し、振動エネルギーがケーシング１に伝達
されることがない。

【００３９】圧電素子１１には２つの同形の電極が配置
されている。これら電極の一方は送信器１３として使用
される。送信器１３に印加される交流電圧により、ダイ
ヤフラム５は振動される。他方の電極は受信器１５とし
て使用される。ダイヤフラム５の振動は、受信器１５を
介して取り出すことのできる受信信号を形成する。

【００４０】送信器１３と受信器１５は、ダイヤフラム
にある軸１７に対して対象に配置されている。軸１７は
圧電素子１１の円形面の対角線に相当する。

【００４１】圧電素子１１のダイヤフラム側には図４に
示されたアース電極１９が配置されている。

【００４２】ケーシング１とダイヤフラム５が導電性材
料からなり、アース電極と電気接続しているならば、圧
電素子１１をダイヤフラム５に導電性接着剤により接着
するか、またはダイヤフラム５にハンダ付けするだけで
十分である。これによりアース電極１９の電気接続と、
ダイヤフラム５と圧電素子１１との間の、振動励起に用
いる機械的結合とが同時に作製される。

【００４３】しかしケーシング１が非導電性材料、例え
ばプラスチックからなる場合、または安全技術上の問題
から圧電素子１１とダイヤフラム５ないしはケーシング
１との間に導電接続が存在すべきでない場合、アース電
極１９の接続は別の手段で行わなければならない。装置
の使用領域および使用国に応じて別の規則が適用され
る。多くの国で、また多くの適用領域に対して頻繁に課
せられる要求は、圧電素子１１の電気接続部も含めて、
装置の電子回路とケーシング１との間に導電分離が存在
しなければならないということである。

【００４４】安全技術上の理由から、ケーシング１ない
しはダイヤフラム５と圧電素子１１との間に導電接続が
存在してはならない場合、ダイヤフラム５と圧電素子１
１との間に絶縁材からなるディスク３１が挿入される。
このようなディスク３１が図５の展開図に示されてい
る。原則的に多数の絶縁材料を使用することができる。
しかし研究により、機械的剛性が圧電素子１１の機械的
剛性にほぼ等しい材料を使用すると有利であることが判
明した。これは、振動伝達特性、とりわけ損失が少ない
点で有利である。相互に相関するパラメータ、例えば弾
性率、圧縮率、撓み剛性および圧縮および引っ張り強度
が材料の剛性に対するそれぞれの尺度である。ディスク
３１の剛性が圧電素子１１の剛性よりも小さければ、振
動励起に使用されるエネルギーの一部が失われてしま
う。なぜなら、ディスク３１が剛性の高い圧電素子１１
によって変形されるからである。ディスク３１の剛性が
圧電素子１１よりも大きければ、ディスク３１は圧電素
子１の振動を阻止し、同じように振動エネルギーが失わ
れてしまう。

【００４５】特に良好な結果はステアタイトからなるデ
ィスク３１によって達成された。ステアタイトは、タル
クおよび水からなるペーストを圧縮し焼結することによ
り得られる材料である。エネルギーバランスの点で良好
な結果は、酸化シリコンベースの磁器によっても達成で
きる。同じように剛性を３０％から５０％のグラスファ
イバにより強化したプラスチック、例えばポリエーテル
エーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはポリエーテルイミド
（ＰＥＩ）も使用可能である。しかしこれらの材料は、
それぞれのグラスファイバ強化プラスチックのガラス移
行温度以下の温度でだけ使用可能である。そのため本発
明の装置が使用できる適用領域が制限される。これに対
して酸化アルミニウム−セラミックは通常あまり適しな
い。なぜなら、酸化アルミニウム−セラミックとの関連
で比較的に厚い圧電素子を使用しなければならないから
である。比較的に厚い圧電素子は比較的に小さいキャパ
シタンスを有し、このことは後続の電子回路にとって不
利である。

【００４６】このことは例として弾性率の比較により明
らかである。鉛ジルコニウムチタン（ＰＺＴセラミッ
ク）からなる圧電素子１１は典型的には約１４０×１０
³Ｎ／ｍｍ²の弾性率を有する。ステアタイトは約１００
×１０³Ｎ／ｍｍ²の弾性率を有する。これに対して酸化
アルミニウムセラミックは３００×１０³Ｎ／ｍｍ²の弾
性率を有する。

【００４７】本発明によれば、アース電極１９はダイヤ
フラム反対側に配置された接続電極２１と導電接続され
ている。このことは有利には、アース電極１９を形成す
る導電層が少なくとも箇所２３で、圧電素子１１の円筒
状の外套面２５を越えて対向するダイヤフラム側に伸長
し、ここで導電層が接続電極２１に移行することによっ
て達成される。図２に示された実施例では、相互に対角
の対向する２つの箇所２３が設けられている。接続電極
２１は、ダイヤフラムにある軸１７に対して対称であ
り、送信器１３と受信器１５との間に配置されている。
接続電極は拡大された菱形の形状を有する。

【００４８】この構成によって、アース電極１９を接続
電極２１を介して圧電素子１１のダイヤフラム反対側で
電気的に接続することができる。このことにより本発明
の装置の製造時に格別の利点が得られる。なぜなら、３
つすべての電極の電気接続がそれぞれ圧電素子１１の同
じ側で行われ、大量のロットを１回で相応のコンベヤに
配置し、同時に処理することができるからである。圧電
素子１１を回転させたり、取り出したりする必要はな
い。

【００４９】電気接続のために有利には、３つの心線２
９を有するフレキシブル基板２７が設けられる。これは
図６に示されている。フレキシブル基板はただ１つの作
業ステップで３つの電極にハンダ付けすることができ
る。このことにより、電極はフレキシブル基板２７の心
線２９と電気接続される。送信器１３と受信器１５は構
造の点で完全に同じであるから、送信器１３と受信器１
５を取り違えることによる誤った取り付けはあり得な
い。接続電極２１の接続の点でも同じようにエラーは発
生し得ない。なぜなら、この電極は別の２つの電極間の
位置によって一義的に示されるからである。

【００５０】安全技術上の理由から有利には、送信器１
３と受信器１５をそれぞれ、正および負の印加される電
圧を制限する素子を介してアースに接続する。有利には
これは多層バリスタであり、寸法が小さいのでフレキシ
ブル基板２６に取り付けられる。有利には表面実装可能
な多層バリスタ、いわゆるＳＭＤ構成素子が使用され
る。この構成素子は機械でフレキシブル基板２７に表面
実装取り付けされ、ハンダ付けすることができる。

【００５１】本発明の装置の製造時にはまず圧電素子１
１がディスク３１に接着される。図５に示すように、デ
ィスク３１は圧電素子１１よりもやや大きな直径を有す
る。従ってディスク３１はリング状の外側自由縁部３３
を有する。次の作業工程でフレキシブル基板２７が送信
器１３，受信器１５および接続電極２１に接続される。
このことは有利には、機械的に実行されるハンダ過程に
よって行い、有利にはフレキシブル基板２７との装着時
に実装し、ハンダ浴から引き上げる。

【００５２】図５に示された取付スリーブ３５が設けら
れており、このスリーブは実質的に円筒状である。取り
付け状態では取付スリーブ３５はケーシング１内に配置
され、第１のダイヤフラム側開口部３７と第２のダイヤ
フラム反対側開口部３９を有する。

【００５３】製造時に取付スリーブ３５は、ダイヤフラ
ム側開口部３７を画定するリング状端面によりディスク
３１の縁部３３に固定される。取付スリーブは例えば接
着される。従って開口部３７は圧電素子１１により閉鎖
される。図５に図示しないフレキシブル基板２７は第２
のダイヤフラム反対側開口部３９を通って案内され、ケ
ーシング１に配置される。

【００５４】フレキシブル基板２７を固定するための固
定装置４１が設けられている。ｋれは図５に示された実
施例では、２つのスナップホック４５を有する支持体４
３であり、このスナップホックにより支持体を取付スリ
ーブ３５に係止することができる。取付スリーブ３５は
相互に対角に対向して開口部３９の縁部に配置された２
つの後部切断部４７を有する。この後部切断部にスナッ
プホック４５が係止する。

【００５５】支持体４３にはそのダイヤフラム反対側に
円筒状のロッド４９が成形されており、フレキシブル基
板は長手方向でその中央に円形状の切欠部５１を有す
る。固定のためにフレキシブル基板２７は固定装置４１
に装着され、その際にロッド４９は切欠部５１を貫通す
る。

【００５６】取付スリーブ３５と固定装置４１のダイヤ
フラム反対側では、ケーシング１にソケット５３が配置
されている。このソケットにはフレキシブル基板２７の
心線が電気的に接続される。ソケット５３は図５に図示
しないソケット接点を有し、このソケット接点を介して
心線２９が、図５に矢印５５で示した方向で上方から接
触接続することができる。

【００５７】固定装置４１にはダイヤフラム反対側の方
向を指す別の２つのスナップホック５７が設けられてい
る。ソケット５３のダイヤフラム反対側端部には、相応
の後部切断部５９が配置されている。この後部切断部に
はスナップホック５７が、ソケット５３を取付スリーブ
３５に固定された固定装置４１に載置する際に係止す
る。

【００５８】図５に示された構成部材：ディスク３１，
圧電素子１１，取付スリーブ３５，固定要素４１，ソケ
ット５３、および図６に示されたフレキシブル基板２７
は１つの構成ユニットを形成する。この構成ユニット
は、前もって完全に組み立てることができ、完成した構
成ユニットとしてケーシング１に取り付け、そこで固定
するだけである。固定は例えば、ケーシング内部を指す
ダイヤフラム表面に接着剤を塗布し、構成ユニットをデ
ィスク３１と共に前もってダイヤフラム５に押圧するこ
とにより行われる。

【００５９】ここで有利には構成ユニットのケーシング
１における配向を次のように選択する。すなわち、ダイ
ヤフラム面に延在し、振動ロッド７，９を直線で接続す
る仮想ラインが軸１７に対して垂直に延在するように
し、この軸を基準にして電極が対称にダイヤフラムに配
置されるように配向するのである。このことによって、
振動ロッド７，９の偏向を、振動ロッドが平衡状態とな
るような平面で形成する振動成分が実質的に発生しな
い。

【００６０】受信器１５により得られる受信信号Ｅは振
幅Ａと位相Δφを有する。位相Δφにより、ここでは受
信信号Ｅと送信器１５に印加される送信信号Ｓとの間の
位相差が示される。

【００６１】振幅Ａは、振動ロッド７，９の機械的振動
振幅が大きくなればなるほど大きくなる。この事実を使
用して、本発明の装置はゆうりにはその共振周波数ｆr
で駆動される。共振周波数ｆrでは機械的振動振幅が最
大である。

【００６２】調和発振器を理想振動系に対する例として
みると、その振動振幅は振動周波数に依存してただ１つ
の最大値を有する。振動励振と発振器の振動との間の位
相差はこの最大値の領域で１８０゜位相跳躍する。共振
周波数で振動振幅は最大であり、位相差は９０゜であ
る。

【００６３】同じ物理的基本原理に基づき、本発明の装
置では共振の場合に送信信号Ｓと受信信号Ｅとの間の固
定の位相関係が生じる。この位相差の固定値は装置の機
械的および電気的振動特性に依存する。測定により、値
は通常±６０゜および±９０゜の間にあることが示され
た。符号は位相状態を検出するための基準点の定義から
得られる。

【００６４】このような装置をその共振周波数ｆrの近
傍で振動させるために、帰還結合回路が設けられてい
る。この帰還結合回路は、電気送信信号Ｓと受信信号Ｅ
との間に発生する位相差を所定の定数値ΔφRに制御す
る。

【００６５】調和発振器では振動的Ｑの減衰または低下
は、共振時の最大振幅の低下に作用する。位相はこのよ
うな場合、周波数に依存して跳躍的にではなく連続的に
増大する。すなわち、振動的Ｑの減衰ないしは低下が大
きければ大きいほど変化は緩慢になる。しかし全体とし
て、減衰が非常に大きい場合には、全体で１８０゜の位
相変化が生じ、共振周波数では９０゜の位相差が生じ
る。共振に相応する位相差の固定値９０゜は常に存在
し、共振周波数ではそのように仮定される。

【００６６】理想発振器とは異なり上に述べた装置で
は、圧電素子１１，送信器１３，受信器１５および機械
的振動形成器との間に電気的および機械的結合が存在す
る。

【００６７】機械的結合は例えば機械的緊張によって発
生するものであり、本発明の装置では無視できるほど小
さく、従って後では考慮しない。

【００６８】電気的結合は、送信器１３とアース電極１
９の間、送信器１３と接続電極２３の間、受信器１３と
アース電極２３の間、受信器１５と接続電極２３の間、
そして送信器１３と受信器１５との間に発生する。これ
らの電気的結合は、等価回路の形態でそれぞれ電極に関
連するキャパシタンスにより表すことができる。

【００６９】この容量的結合は、振動ロッド７，９が固
定的に懸架され、ダイヤフラム５が機械的運動を行わな
い場合でも、受信器１５にゼロとは異なる信号が印加さ
れるように作用する。ここでは送信器１３と受信器１５
との電気的結合が明らかにもっとも大きな成分である。

【００７０】受信器１５に印加される受信信号Ｅは２つ
の成分から合成される。すなわち測定信号ＥMと電気的
結合による付加的信号Ｅelである。

【００７１】Ｅ＝ＥM＋Ｅel 測定信号ＥMは、機械的振動形成器の振動に基づき、周
波数に依存する振幅ＡM（ｆ）と周波数に依存する位相
ΔφM（ｆ）を有する。

【００７２】図７の（Ａ）は測定信号ＥMの振幅ＡM
（ｆ）を、（Ｂ）は位相ΔφM（ｆ）を周波数ｆに依存
して示す。この曲線はシミュレーション計算により、例
えば有限要素計算により定めることができる。

【００７３】実験的にはこの曲線は、送信器１３を周波
数発生器に接続し、振動ロッド７，９の位相と振幅を周
波数発生器（例えばレーザバイブレータによる）の周波
数に依存して検出して測定することができる。

【００７４】図７の（Ａ）と（Ｂ）ではそれぞれ実線が
装置の自由振動に相応し、破線は装置の振動が強く減衰
された場合を示す。測定信号の振幅ＡM（ｆ）も位相Δ
φM（ｆ）も両方の場合で、すでに説明した調和発振器
に対して典型的な経過を有している。

【００７５】付加的信号Ｅelは実質的に一定の振幅Ａel
と実質的に一定の位相Δφelを有する。位相によりここ
では、電気送信信号Ｓを基準にした電気信号Ｅのそれぞ
れの成分の位相ずれが示されている。

【００７６】図８（Ａ）の実線は付加的信号Ｅelの振幅
Ａelを、（Ｂ）の実線は付加的信号Ｅelの位相Δφelを
周波数ｆに依存して示す。これらの曲線もシミュレーシ
ョン計算により求めることができる。実験的には、分極
しない圧電素子を使用して記録することができる。分極
しない圧電素子では送信信号によって機械的運動は形成
されず、信号Ｅはしたがって電気的結合に基づく付加的
信号Ｅelに相応する。これはオシロスコープによって測
定することができる。

【００７７】付加的信号Ｅelの振幅Ａelと位相Δφelは
それぞれの装置の機械的構造およびその電気特性と一義
的な関係にある。図示の実施例では付加的信号Ｅelは１
８０゜の位相を有する。

【００７８】図９（Ａ）は信号Ｅの振幅Ａ（ｆ）を、
（Ｂ）は位相Δφ（ｆ）を示す。２つの曲線は、前に説
明した信号Ｅの２つの成分を振幅および位相で重畳する
ことにより得られる。

【００７９】 Ｅｅ^iΔφ＝Ａ_Mｅ^ｉΔφM＋Ａ_elｅ^ｉΔφel ２つの曲線はそれぞれ４つの領域Ｉ,II,III,IVを有し、
これらは非常に簡単化して示されている。

【００８０】外側領域ＩとIVに付加的信号Ｅelは最大振
幅Ａelを有し、従って優勢である。生じた位相Δφは従
って実質的に付加的信号Δφelの位相に相応する。

【００８１】領域ＩとIIでは信号は逆相である。領域Ｉ
で振幅Ａは降下する。上側領域境界では振幅はゼロであ
る。以下、アンチ共振周波数ｆarと称するこの周波数で
測定値ＥMと付加的信号Ｅelは同じ振幅を有するが、逆
相である。領域IIで振幅Ａは新たに上昇する。領域III
とIVで２つの振動は同相であり、相互に加算される。振
幅Ａは、共振周波数ｆrにおいて領域IIとIIIの間の境界
にある最大値を有し、比較的に高い周波数に向かって次
第に降下する。

【００８２】位相Δφは領域Ｉでは１８０゜であり、領
域IIでは０゜、領域IIIとIVでは再び１８０゜である。

【００８３】機械的振動形成器が減衰される場合が発生
すると、測定信号の振幅ＡM（ｆ）と位相ΔφM（ｆ）は
図７の（Ａ）と（Ｂ）に破線で示した経過を示す。振幅
ＡM（ｆ）は周波数と共に非常に緩慢に上昇し、下降す
る。そして明らかに小さな最大値を有する。位相ΔφM
（ｆ）は位相跳躍を示さず、周波数と共に連続的に上昇
する。減衰が強ければ強いほど、振幅の最大値は小さ
く、位相の勾配も小さい。しかし位相ΔφM（ｆ）は漸
近的に常に値０゜から１８０゜へ達し、共振周波数では
位相は前と同じように９０゜である。付加的信号Ｅelは
変化しないままである。

【００８４】２つの成分を振幅と位相で重畳して得られ
た受信信号Ｅの振幅Ａ（ｆ）と位相Δφ（ｆ）は明らか
に最初の振動的Ｑの低下が存在しない場合とは異なる。
振幅Ａ（ｆ）の最大値はかなり曖昧であり、位相Δφ
（ｆ）はそれぞれ１８０゜の相互に反対方向の２つの位
相跳躍ではなく、相互に反対方向の２つの連続的位相変
化を有する。最大位相差は１８０゜よりも明らかに小さ
い。システムの減衰度に依存して位相差は９０゜よりも
小さくなる。

【００８５】従って機械的振動形成器が泡または粘性媒
体の中で減衰されると、またはシステムの振動的Ｑが何
らかの原因で低下すると、電気送信信号と電気受信信号
Ｅとの間の位相差Δφは周波数に依存して、相互に反対
方向の２つの連続的位相変化を有するが、最大位相差は
非常に小さくなることがある。最大位相差は、共振周波
数ｆrとアンチ共振周波数ｆarとの間隔が小さければ小
さいほど、小さくなる。

【００８６】同じような信号分析を、前に図１〜図６に
基づいて説明した本発明の装置でも行うことができる。
この装置も振動要素と電子機械的変換器を有する。研究
により、共振周波数とアンチ共振周波数との間のパーセ
ント間隔が、本発明の装置を申し分なく使用できる種々
の媒体のバンド幅に対する決め手であることが示され
た。ここで、２０％またはそれ以上のパーセント間隔
が、装置を実際上すべての適用分野で使用可能にするの
に十分であることが示された。パーセント間隔とは、共
振周波数ｆrを基準にした、共振周波数ｆrとアンチ共振
周波数ｆarとの差の値を表す。前に述べたすべての媒体
において同じ装置を使用することができ、変更または媒
体固有の調整を行う必要がない。

【００８７】装置の共振周波数とアンチ共振周波数との
間のパーセント間隔は前に説明したように測定すること
ができ、装置が大きなパーセント間隔を有するように十
分に最適化することができる。この間隔を増大するため
には以下の手段が適する： ａ）振動要素の機械的振動Ｑを例えば形状付与および材
料選択により上昇させる。

【００８８】ｂ）エネルギー損失を例えば対象構造によ
り低減する。

【００８９】ｃ）変換器の振動が媒体に伝達される際、
および反対に伝達される際のエネルギー損失を回避す
る。

【００９０】ｄ）構成部材の数を低減する。

【００９１】ｅ）機械的緊張を回避する。

【００９２】図１から図６に示した本発明の装置は、た
だ１つの圧電素子１１を使用することに基づき、実質的
に機械的緊張が発生しないという利点をもたらすもので
ある。このただ１つの圧電素子は、直接または剛性が最
適に適合された材料からなるディスク３１を介在してダ
イヤフラムに取り付けられる。機械的緊張が発生すれ
ば、共振周波数ｆrとアンチ共振周波数ｆarとの間隔が
減少することとなる。

【００９３】付加的に送信器１３と受信器１５が対称で
あり、均等に分極された圧電素子１１にそれらが配置さ
れていることにより、付加的信号Ｅelの振幅Ａelは測定
信号ＥMの振幅ＡMに比較して非常に小さくなる。接続電
極２３が送信器１３と受信器１５の間に対称に配置され
ていることにより、送信器１３と受信器１５との電気的
結合がさらに低減され、ひいては付加的信号Ｅelの振幅
Ａelがさらに低減される。

【００９４】相応して本発明の装置は、共振周波数ｆr
とアンチ共振周波数ｆarとの間に非常に大きな間隔を有
する。共振周波数ｆrを基準にした、共振周波数ｆrとア
ンチ共振周波数ｆarとの間隔 Δｆ＝（ｆr−ｆar）／ｆr は、空気中では４０％にまでなる。最大位相差Δφは空
気中で１８０゜である。振動ロッド７，９を粘性の高い
泡または高粘度の媒体に浸沈すると、充填物の特性に基
づいて、最大位相差ΔΦが減少する。

【００９５】図１０は、この装置の共振周波数ｆrの近
傍の周波数における位相差ΔΦの経過を示す。ここで、
装置が空気中で振動するときには菱形で示された位相経
過が生じる。四角で示された位相経過は、振動ロッド
７，９が水に浸沈されたときに生じる。三角で示された
位相経過は、振動ロッド７，９が１０００ｍＰａｓの粘
度の液体に浸沈されたときに生じ、ばつで示された位相
経過は、振動ロッド７，９が５０００ｍＰａｓの粘度の
液体に浸沈されたときに生じる。空気中の共振周波数は
ｆr1により示されており、水中の共振周波数はｆr2によ
り示されている。

【００９６】空気中と水中での適用には問題がなく、最
大位相差は１８０゜である。装置の本発明の構造に基づ
き、最大位相差は粘度１０００ｍＰａｓの液体では約１
６０゜であり、粘度５０００ｍＰａｓの液体では約１２
０゜である。図１０には図示されていないが、振動ロッ
ド７，９を泡に浸沈したさらなる測定では、泡の粘性に
よっては比較的大きな位相差が得られることもあった。
従って最大位相差は粘性の泡の場合、粘度５０００ｍＰ
ａｓの媒体の場合とほぼ同じ値である。

【００９７】従って送信信号Ｓと受信信号Ｅとの間で調
整すべきただ１つのセンサ固有の位相差ΔΦRを決める
ことができる。これにより装置は低粘度から高粘度まで
の媒体で問題なしに動作する。有利には個のセンサ固有
の位相差は位相差ΔΦ^*に等しい。位相差ΔΦ^*は図１０
に位相経過の交点として示されている。この交点は図１
０では、装置が空気中で自由に振動するときに発生する
位相の約７０゜下にある。ここに示されたセンサ固有の
位相差ΔΦ^*において、種々異なる媒体に浸沈された状
態での振動周波数は同一である。

【００９８】有利には送信信号Ｓと受信信号Ｅとの間の
位相差ΔΦをこの示されたセンサ固有の値ΔΦ^*に保持
し、受信信号Ｅの周波数を評価する。受信信号Ｅの周波
数ｆが、空気中の共振周波数ｆr1の所定のパーセント成
分（ｆr1−ｆm）／ｆr1だけ空気中の共振周波数ｆr1よ
り小さければ、振動ロッド７，９は充填物により覆われ
ている。このパーセント間隔を以下、切替間隔と称す
る。

【００９９】図１１には、受信信号Ｅの周波数ｆを種々
の媒体における振動ロッド７，９の浸沈深度ｄに依存し
て測定した結果が示されている。周波数ｆはＨｚ、浸沈
深度ｄはｍｍで示されている。菱形により水に浸沈した
場合の曲線が、四角により粘度５０００ｍＰａｓの液体
に浸沈下場合の曲線が、三角により粘度１２５００ｍＰ
ａｓの液体に浸沈した場合の曲線が示されている。これ
らの測定は、水平に引かれたラインにより示された−１
５％の切替間隔において、この切替間隔を下回る浸沈深
度が３つの媒体でも１ｍｍしか異ならないことを示して
いる。

【０１００】本発明の装置は、媒体のバンド幅が非常に
広くても実質的に同じ良好な結果を提供する。その理由
は、共振周波数ｆrを基準にした、共振周波数ｆrとアン
チ共振周波数ｆarとのパーセント間隔が非常に大きいか
らである。この間隔によって、種々異なる媒体に浸沈し
た際に常に達成されるセンサ固有の位相差の存在するこ
とが保証される。センサ固有の位相差が種々異なる媒体
においてもほぼ同じ浸沈深度で切り替わるので本発明の
装置は、このセンサ固有の位相差ΔΦRが前に示された
位相差ΔΦ^*と等しければ非常に正確である。この前に
示した位相差ΔΦ^*とは、周波数の関数としての受信信
号の位相曲線が種々異なる媒体に振動ロッド７，９を浸
沈した際に交差する際の位相差である。

【０１０１】図１２に示された帰還結合回路は、装置を
振動させ、送信信号Ｓと受信信号Ｅとの間のセンサ固有
の位相差を調整するために使用される。

【０１０２】帰還結合回路の入力端６１には、動作時に
受信器１５により記録された受信信号Ｅが印加され、そ
の出力端６３には送信信号Ｓが得られる。送信信号Ｓ
は、一定のセンサ固有の位相差ΔΦrだけずらされた入
力信号Ｅに等しく、動作時に送信器１５に印加される。

【０１０３】帰還結合回路は、非常に大きな周波数領域
で同じ一定のセンサ固有の位相差ΔΦrを送出するよう
に構成されている。周波数領域は、種々異なる媒体に浸
沈した際に入力信号Ｅが有することのできる周波数によ
り定められる。ただしこれは、送信信号Ｓと受信信号Ｅ
との間で一定のセンサ固有の位相差ΔΦrが存在する場
合である。上に述べた本発明の装置の有利な周波数特性
に基づき、本発明の装置が適用可能である領域は相応に
非常に大きい。１つの同じ装置が、空気から始まり高粘
度の媒体および粘性の高い泡までの媒体で申し分なく機
能し、その際に装置の調整変更は必要ない。相応に、発
生する周波数の帯域幅が大きい。図１１に示された測定
では、装置が空気中で振動する際の周波数は１０００Ｈ
ｚ以上であり、また覆われた状態での周波数もまだ約８
００Ｈｚである。

【０１０４】帰還結合回路は、バンドパスフィルタ６
５，これに直列に接続された第１の増幅器６７，第１の
増幅器６７に直列に接続された移相器６９，および移相
器６９に直列に接続された第２の増幅器７１を含む。帰
還結合回路はその全体ユニットにおいて、出力端６３か
ら取り出される送信信号Ｓが入力端６１に印加される受
信信号Ｅの広い周波数領域に対して、所定のセンサ固有
位相差ΔΦRだけずらされたそれぞれの入力信号Ｅに等
しくなるよう構成されている。

【０１０５】図１３は、このような帰還結合回路の実施
例を示す。

【０１０６】バンドパスフィルタ６５は第１の演算増幅
器ＯＰ１を有する。入力端６１は線路７３，入力抵抗Ｒ
１およびこれに直列に第１のコンデンサＣ１を介して、
第１の演算増幅器ＯＰ１の反転入力端に接続されてい
る。第１の演算増幅器ＯＰ１は供給電圧Ｖから給電され
る。第１の演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端は、例えば
供給電圧Ｖの半分であるオフセット電位ＶＯと接続され
ている。第１の演算増幅器ＯＰ１の帰還結合路には相互
に平行に第２の抵抗Ｒ２と第２のコンデンサＣ２が接続
されている。ここで帰還結合路は、第２の抵抗Ｒ２を介
して第１のコンデンサと第１の演算増幅器ＯＰ１の反転
入力端との間で、また第２のコンデンサＣ２を介して入
力抵抗Ｒ１と第１のコンデンサＣ１との間で線路７３と
接続されている。

【０１０７】バンドパスフィルタ６５に直列に第１の増
幅器６７が配置されている。これは非反転型振幅制限増
幅器であり、第２の演算増幅器ＯＰ２を有している。第
１の演算増幅器ＯＰ１の出力端は第２の演算増幅器ＯＰ
２の非反転入力端と接続されている。第２の演算増幅器
ＯＰ２は同じように供給電圧Ｖを介して給電される。第
２の演算増幅器ＯＰ２の出力端は、高抵抗の第３の抵抗
Ｒ３を介して第２の演算増幅器ＯＰ２の反転入力端に接
続されている。さらに、第２の演算増幅器ＯＰ２の反転
入力端は第４の抵抗Ｒ４とこれに直列に接続された第３
のコンデンサＣ３を介してアースに接続されている。第
４の抵抗Ｒ４と第３のコンデンサＣ３は下側帯域限界部
を形成する。この下側帯域限界部により定められる遮断
周波数の上では、第１の増幅器６７の増幅率は実質的に
第３の抵抗Ｒ３と第４の抵抗Ｒ４との比によって定めら
れる。第３の抵抗Ｒ３に並列に第１と第２のダイオード
Ｄ１，Ｄ２が反対の導通方向で相互に平行に配置されて
いる。第１と第２のダイオードＤ１，Ｄ２は、増幅すべ
きほぼ正弦波状の信号の形状を増幅率が高くても保つよ
うにする。

【０１０８】増幅器６７には移相器６９が接続されてい
る。移相器６９はパッシブ型移相器であり、減結合部７
５と、本来の位相シフトに作用する直列に接続された２
つの同じ要素７７からなる。減結合部７５は、第４のコ
ンデンサＣ４およびこれに並列に接続された非常に高抵
抗の第５の抵抗Ｒ５からなる。第５の抵抗Ｒ５は、移相
器６９の全体抵抗が直流において無限大にならないこと
を保証するために用いる。本来の位相シフトに作用する
要素７７はそれぞれ第１の分岐路と第１の分岐路に並列
に接続された第３の分岐路からなる。第１の分岐路には
第６の抵抗Ｒ６と第５のコンデンサＣ５が直列に配置さ
れている。第２の分岐路には第７の抵抗Ｒ７が配置され
ており、この抵抗は第６のコンデンサＣ６を介してアー
スに接続されている。

【０１０９】移相器６９に直列に配置された第２の増幅
器７１は図示の実施例では、直列に接続された２つの部
分回路６７，７９からなる。第１の部分回路６７は第１
の増幅器６７と同じであり、従って図１３では区別のた
めに６７に’が付されている。第２の部分回路７９は第
８の抵抗Ｒ８とこれに直列に接続された第９の抵抗Ｒ９
を有する。第８と第９の抵抗Ｒ８，Ｒ９の間にはタップ
があり、このタップは一方では第３の演算増幅器ＯＰ３
の反転入力端と接続されており、他方では第７のコンデ
ンサＣ７を介してアースに接続されている。第３の演算
増幅器ＯＰ３の非反転入力端にはオフセット電圧ＶＯが
印加され、第３の演算増幅器ＯＰ３には供給電圧Ｖが給
電される。第９の抵抗Ｒ９は帰還結合回路の出力端６３
に直接接続されており、第３の演算増幅器ＯＰ３の出力
端は第１０の抵抗Ｒ１０を介して出力端６３と接続され
ている。

【０１１０】第８の抵抗Ｒ８と第７のコンデンサＣ７は
ローパスフィルタを形成する。このローパスフィルタ
は、超音波周波数領域からのノイズを除去するのに用い
る。部分回路７９の増幅率は実質的に、第９の抵抗と第
８の抵抗Ｒ８，Ｒ９との比によって定められる。

【０１１１】この回路は、帰還結合回路により得られる
位相シフトが所望の値を有するように構成されている。
このことは例えば回路計算、または回路シミュレーショ
ンによって行われる。ここで回路の全要素の位相シフト
の際には、帰還結合回路の出力信号が帰還結合回路の入
力信号を基準にして周波数領域において所望の位相関係
を有することを考慮しなければならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の縦断面図である。

【図２】図１の圧電素子のダイヤフラム反対側の平面図
である。

【図３】図１の圧電素子の円筒状外套面の正面図であ
る。

【図４】図１の圧電素子のダイヤフラム側の平面図であ
る。

【図５】図１のケーシング内部に配置された構成部材の
展開図である。

【図６】フレキシブル基板の概略図である。

【図７】測定信号の振幅と位相の経過を示す線図であ
る。

【図８】付加的信号の振幅と位相の経過を示す線図であ
る。

【図９】入力信号の振幅と位相の経過を示す線図であ
る。

【図１０】入力信号の位相経過を周波数に依存して、振
動ロッドが種々異なる媒体に浸沈された場合について示
す線図である。

【図１１】入力信号の周波数経過を振動ロッドの浸沈深
度に依存して、種々異なる場合対の場合で示す線図であ
る。

【図１２】帰還結合回路のブロック回路図である。

【図１３】図１２の帰還結合回路の実施例を示す回路図
である。

【符号の説明】

１ ケーシング ３ ねじ ５ ダイヤフラム ７，９ 振動ロッド １１ 圧電素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セルゲイ ロパティン ドイツ連邦共和国 レルラッハ フライブ ルガー シュトラーセ 321−アー (72)発明者 ヘルムート プファイファー ドイツ連邦共和国 シュタイネン キルヒ シュトラーセ 26／５ (72)発明者 アレクサンダー ミュラー ドイツ連邦共和国 シュタイネン アム ヴァイエラッカー 18 (72)発明者 フォルカー ドライヤー ドイツ連邦共和国 レルラッハ ゼーゲマ ットシュトラーセ ６ (72)発明者 ヴォルフガング ブルッチン ドイツ連邦共和国 ショプフハイム エア レンヴェーク ４

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内の所定の充填状態を検出および／
   または監視するための装置において、 ケーシング（１）と、容器内に突出する振動要素と、縁
   部がケーシングに固定的に懸架されたダイヤフラム
   （５）と、電子機械的変換器とを有し、 前記ダイヤフラム（５）には前記振動要素が固定されて
   おり、 前記電子機械的変換器は、ダイヤフラム（５）を当該変
   換器に入力される送信信号（Ｓ）に依存して振動させ、
   かつその振動を受信し、電気受信信号（Ｅ）に変換し、 共振周波数（ｆr）を基準にした、共振周波数（ｆr）と
   アンチ共振周波数（ｆar）とのパーセント間隔が、前記
   振動要素が空気中で振動する場合には２０％以上であ
   る、ことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 電子機械的変換器は、ダイヤフラム
   （５）に配置され、均等に分極するディスク状のただ１
   つの圧電素子（１１）であり、 該圧電素子には２つの同形の電極が、ダイヤフラム内の
   軸（１７）に対して対称に配置されており、 当該電極の一方は送信器（１３）として、他方は受信器
   （１５）として用いられる、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 ダイヤフラム（５）および圧電素子（１
   １）にはディスク（３１）が配置されており、 該ディスクの材料は、圧電素子（１１）の剛性にほぼ等
   しい機械的剛性を有する、請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 ダイヤフラム（５）と圧電素子（１１）
   との間には、ステアタイトからなるディスク（３１）が
   配置されている、請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 圧電素子（１１）のダイヤフラム側には
   アース電極が配置されており、 該アース電極はダイヤフラム反対側に配置された接続電
   極（２１）と導電接続しており、 該接続電極（２１）はダイヤフラム内の軸（１７）に対
   して対称である、請求項２記載の装置。
6. 【請求項６】 電極はフレキシブル基板（２７）の心線
   （２９）に導電接続している、請求項２記載の装置。
7. 【請求項７】 フレキシブル基板（２７）には、電圧制
   限に用いる多層バリスタ（２８）が配置されており、該
   多層バリスタは表面実装でハンダ付けされる、請求項６
   記載の装置。
8. 【請求項８】 振動要素は、相互に間隔をおいてダイヤ
   フラムに固定された２つの振動ロッド（７，９）を有
   し、 該振動ロッドは、ダイヤフラムの振動によって、該ダイ
   ヤフラムの長手軸に対して垂直に逆相で振動され、 ダイヤフラム面に延在し、振動ロッド（７，９）を直線
   で結ぶラインが軸（１７）に対して垂直に延在し、 当該軸を基準にして電極は対称にダイヤフラム（５）に
   配置されている、請求項２記載の装置。
9. 【請求項９】 取付スリーブ（３５）がケーシング
   （１）に配置されており、 該取付スリーブは第１のダイヤフラム側開口部（３７）
   と第２のダイヤフラム反対側開口部（３９）とを有し、 前記第１の開口部は圧電素子（１１）によって閉鎖さ
   れ、 前記第２の開口部を通ってフレキシブル基板（２７）は
   案内される、請求項２から６までのいずれか１項記載の
   装置。
10. 【請求項１０】 取付スリーブ（３５）には、フレキシ
    ブル基板（２７）を固定するための固定装置（４１）が
    設けられている、請求項９記載の装置。
11. 【請求項１１】 取付スリーブ（３５）と固定装置（４
    １）のダイヤフラム反対側にはケーシング（１）内にソ
    ケット（５３）が配置されており、 該ソケットにはフレキシブル基板（２７）の心線が導電
    接続され、かつソケット接点を有し、 該ソケット接点を介して心線（２９）は接触接続され
    る、請求項１０記載の装置。
12. 【請求項１２】 帰還結合回路が設けられており、 該帰還結合回路の入力端には動作時に、電子機械的変換
    器により記録された受信信号（Ｅ）が印加され、 当該変換器の出力端には動作時に送信信号（Ｓ）が取り
    出され、 該送信信号（Ｓ）は、センサ固有の位相（ΔΦR）だけ
    ずらされた受信信号（Ｅ）に等しく、 該入力信号は動作時に電子機械的変換器に印加され、 形成されたセンサ固有の位相シフト（ΔΦR）は、周波
    数領域内にある入力信号（Ｅ）に対してはほぼ等しく、 前記周波数領域は、装置が種々異なる媒体に浸沈された
    際に有する周波数により決められる、請求項１記載の装
    置。
13. 【請求項１３】 センサ固有の位相シフトは、装置によ
    り記録された曲線が交差する位相差に等しく、 前記曲線は、送信信号（Ｓ）と受信信号（Ｅ）との間の
    位相差の経過を、送信信号（Ｓ）の周波数に依存して、
    種々異なる媒体に振動要素を浸沈した場合について示
    す、請求項１２記載の装置。