JP2880503B2 - 容器内において所定の充填レベルを達成及び／又は監視する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は容器内で所定の充填
レベルを達成及び／又は監視する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の充填レベル制限スイッチは産業
の多くの分野、とりわけ化学及び食品産業で使用されて
いる。このスイッチは制限レベル検出用として、例えば
過充填やポンプの空転の防止に用いられる。

【０００３】ドイツ連邦共和国特許出願第４４１９６１
７号公報には、容器内において所定の充填レベルを達成
及び／又は監視する装置が開示されている。この装置
は、所定の充填レベルの高さに配設された機械的振動構
造体と、電気機械変換器と、評価ユニットと制御ループ
を有し、電気機械変換器は少なくとも１つの送信器と受
信器を有し、送信器には電気的送信信号が送られ、該送
信器により機械的振動構造体が励振されて振動し、受信
器により機械的振動構造体の機械的振動が捕捉されて電
気的受信信号に変換され、評価ユニットは該受信信号を
捕捉してその周波数を測定した後、基準周波数と比較し
て出力信号を形成し、この出力信号は、測定された周波
数が基準周波数よりも低い値を有する時は機械的振動構
造体が充填物で覆われていることを示し、基準周波数よ
りも大きい値を有する時は覆われていないことを示し、
制御ループにより電気的送信信号と電気的受信信号間の
位相差が、振動構造体が共振周波数で振動する一定の値
に制御されるよう構成されている。

【０００４】前記制御ループは例えば、受信信号を増幅
した後、移相器を介して送信信号にフィードバックする
ことにより形成される。

【０００５】ドイツ連邦共和国特許第１９５２３４６１
号公報に開示されている、容器内において所定の充填レ
ベルを達成及び／又は監視するための装置では、機械的
振動構造体が所定の充填レベルに配設され、一個の圧電
素子により励振されて振動を発生する。機械的振動構造
体の振動は該圧電素子により捕捉され、電気受信信号に
変換される。圧電素子は従って、送信器と受信器の両方
の役割を果たし、送信電極と受信電極を有している。

【０００６】これらの公知装置は複雑な振動系であり、
それぞれ機械的振動構造体、電気機械変換器、及び制御
ループから構成されている。個々の構成要素間は完全に
は電気的および機械的に分離されておらず、電気的およ
び機械的結合の両方が存在する。

【０００７】その結果、受信信号には機械的振動構造体
の振動に基づく所望の測定信号のみならず、上記結合に
よる付加的な信号も含まれてしまう。

【０００８】これまでのところ、この種の装置を極めて
粘性の高い媒体や、含水ないし粘性気泡内での測定に使
用することは不可能であった。なぜなら、このような応
用形態では、所望の共振周波数での振動を得るために機
械的振動構造体を精度良く励振することが困難だからで
ある。

【０００９】送信信号と受信信号間の位相差の固定値
は、振動構造体が気体又は液体内で振動する場合には、
振動系の共振に対応する。しかし、装置の振動品質が何
らかの理由で低下すると、位相差の固定値が得られなく
なってしまう。すなわち、機械的振動構造体が零以外の
振幅で振動でき、かつ位相差を固定値に保持することの
できる周波数が存在しなくなってしまう。この位相差は
制御ループにより設定することができないため、結果的
に動作が不正確になる。

【００１０】振動品質の低下は例えば、機械的振動構造
体が粘性媒体や、含水ないし粘性気泡内に浸されたため
に該構造体の動きが減衰された場合に起こる。また振動
品質は装置内のエネルギー損失によっても低下する。こ
の原因は例えば材質疲労や、堆積物の非対称な形成によ
り引き起こされた復元力の非対称性にある。充填物に伝
達された振動エネルギーや、装置の固定部分を介して容
器に伝達された振動エネルギー等、あらゆる種類のエネ
ルギー損失は原則的に振動品質低下の原因となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、容器
内において所定の充填レベルを達成及び／又は監視する
ための装置において、受信信号を可能な限り所望の測定
信号と一致させる、すなわち装置構成要素間の結合から
生ずる付加的な信号を含まないような装置を提供するこ
とである。

【００１２】本発明の別の課題は、上記装置において、
装置の振動品質に関わらず、機械的振動構造体の共振周
波数において送信・受信信号間に一定の位相差を得るこ
とである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題は次のような装
置により解決される。すなわち所定の充填レベル高さに
配設された機械的振動構造体と、該振動構造体を励振し
その振動を捕捉する圧電素子を具備した、容器内におい
て所定の充填レベルを達成及び／又は監視する装置にお
いて、該圧電素子は少なくとも３つの領域を有し、第１
の領域は受信電極を、第２の領域は第１送信電極を、そ
して第３の領域は第２送信電極を有し、前記２つの送信
電極は同じ形状を有し、互いに、及び受信電極に対して
対称的に配設され、圧電素子の第１と第２の領域は、第
３の領域とは逆方向の分極を有し、第１送信電極には第
１送信信号が印加され、第２送信電極には第２送信信号
が印加され、該第１送信信号は第２送信信号と振幅が同
じで位相が逆であるように構成された装置により解決さ
れる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施例では制御ループが
設けられており、該制御ループにより、第１送信信号と
受信信号間の位相差が、機械的構造体が共振周波数で振
動する一定の値に制御される。

【００１５】別の実施例では、基準電位に接続された基
準電極が圧電素子上に配設されている。

【００１６】別の実施例では、圧電素子が円盤形であ
り、受信電極と２個の送信電極が圧電素子の円形表面上
に配設されている。

【００１７】さらに別の実施例では、２個の送信電極が
円分割片の形状を有し、それらは円形表面の直径上に対
向する円分割片上に配設されている。

【００１８】さらに別の実施例では、第１送信信号がイ
ンバータに印加され、第２送信信号が該インバータの出
力信号に等しい。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。各図面において同一の要素は同一の参照符
号で表されている。

【００２０】図１は機械的振動構造体１の一例の長手方
向断面図である。この構造体は基本的に円筒形のハウジ
ング１１を有し、その前部は円形ダイアフラム１２によ
り平面になるよう封鎖されている。ハウジング１１には
ネジ山１３が一体化して形成されており、それによって
容器内の所定の充填レベルに設けられた開口部（図示し
ない）に螺合させることができる。その他の当業者には
公知の取り付け方法、例えばハウジング１１に一体化し
て設けたフランジなども利用できる。

【００２１】ハウジング１１の外側には、２つの振動ロ
ッドが容器内に突出するようにダイアフラム１２上に一
体形成されている。これらの振動ロッドは圧電素子２に
より該ロッドの軸方向と直交して振動させられる。圧電
素子２は円盤形であり、ハウジング１１内部のダイアフ
ラム１２上に配設されている。

【００２２】本発明は２個の振動ロッドを有した機械的
振動装置に限定されるものではなく、１個だけ又はまっ
たく振動ロッドを持たないレベル制限スイッチにも適用
できる。振動ロッドを持たない場合、振動ダイアフラム
のみが容器内の充填物と接触する。

【００２３】本発明ではまた、ハウジングを閉鎖してい
るダイアフラムに平行に第２のダイアフラムを設け、そ
の上に圧電素子２を配設することもできる。この場合、
第２ダイアフラムの振動はハウジングを閉鎖しているダ
イアフラムに伝えられるが、該伝達は例えば、第２のダ
イアフラムの外端部を締着ないし保持し、第２ダイアフ
ラムの中心から他方のダイアフラムの中心に設けた機械
的結合を介して行われる。この結合は例えば、双方のダ
イアフラムを接続するテンションボルト、又は内側のダ
イアフラムに一体形成されたプランジャーである。

【００２４】ハウジング１１が金属製の場合、圧電素子
２をダイアフラム１２上に直接取り付けることにより、
好適には接地されるハウジングを、基準電極として機能
させることができる。

【００２５】他方、ハウジング１１が絶縁体の場合、基
準電極２０をダイアフラム１２と圧電素子２間に配設し
て、基準電位、好適には接地電位に接続する必要があ
る。圧電素子２の構成は図２に示されている。

【００２６】図３に示すように、１個の受信電極２１と
２個の送信電極２２、２３は圧電素子２の、ダイアフラ
ムとは離れた方の円形表面に配設される。受信電極２１
は受信信号線５に接続され、該信号線を介して受信信号
Ｅが取り出される。２個の送信電極２２、２３はそれぞ
れ送信信号線２２１、２３１に接続されている。送信信
号Ｓ_１，Ｓ_２は例えば交流電圧であり、送信信号線２２
１、２３１を介して圧電素子２に印加され、該圧電素子
とそれに固着されたダイアフラム１２を撓み振動させ
る。その結果、端部がダイアフラム１２に一体的に形成
されている振動ロッド１４がその軸と直交する方向に振
動する。

【００２７】逆に、振動ロッド１４の振動により、ダイ
アフラム１２とそれに固着された圧電素子２に撓み振動
が生ずる。

【００２８】受信信号Ｅの振幅Ａは、振動ロッド１４の
機械的振動振幅が大きければ大きいほど、増大する。こ
のことを利用するために、装置は振動振幅が最大となる
共振周波数ｆ_ｒで動作させるのが好適である。

【００２９】調波発振器を理想的振動系とすれば、その
振動振幅は振動周波数の関数として唯一の最大値を持
つ。励起振動と発振器の発生する振動の間の位相差はこ
の最大領域で急激な１８０度の位相変化を呈する。共振
周波数では、振動振幅は最大となり位相差は９０度であ
る。

【００３０】この種の公知の装置では通常、送信電極と
受信電極はそれぞれ１個だけ設けられている。そして、
制御ループにより送信信号と電極信号間の位相差を一定
値に制御することにより、共振周波数ｆ_ｒでの振動を得
ている。

【００３１】調波発振器では、振動品質が減衰ないし低
減されると、共振時の最大振幅が低下する。そのような
場合、周波数の関数としての位相増大は急激でなく連続
的に、より正確には振動品質の減衰ないし低下が大きけ
れば大きい程、より緩慢に進行する。しかし全体的に見
れば、減衰量が非常に大きい場合でも結局は１８０度の
位相変化が起こり、共振周波数では９０度の位相差が存
在する。すなわち共振時の９０度の位相差固定値は常に
存在し、共振周波数において想定される。

【００３２】理想的発振器とは異なり、前記公知の装置
では圧電素子２、送信電極、受信電極、及び機械的振動
構造体間には電気的、機械的結合がある。

【００３３】圧電素子２を１つしか有していない装置の
場合、例えば圧電素子２の取り付けにより発生し得る機
械的結合は無視できる程小さいため、以下の説明では考
慮しない。

【００３４】電気的結合は送信電極と基準電極間、受信
電極と基準電極間、および受信電極と送信電極間に存在
する。これは等価回路図として、それぞれの電極を接続
するコンデンサにより示すことができる。

【００３５】この容量性結合の作用により、振動ロッド
１４が固定されておりダイアフラム１２と圧電素子２が
機械的運動を行っていない場合でも、零でない信号Ｅ_１
が受信電極に生ずる。

【００３６】受信電極に生ずる信号Ｅ_１は２つの部分、
すなわち測定信号Ｅ_Ｍ１と、電気的結合による付加的信
号Ｅ_ｅｌ１から成る。

【００３７】Ｅ_１＝Ｅ_Ｍ１＋Ｅ_ｅｌ１ 測定信号Ｅ_Ｍ１は機械的振動構造体の振動に基づくもの
であり、周波数に依存する振幅Ａ_Ｍ１（ｆ）と周波数に
依存する位相ΔΦ_Ｍ１（ｆ）を有する。ここで位相は測
定信号Ｅ_Ｍ１の位相が電気的送信信号からどれだけずれ
ているかを表す。

【００３８】測定信号Ｅ_Ｍ１の振幅Ａ_Ｍ１（ｆ）と位相
ΔΦ_Ｍ１（ｆ）が、周波数ｆの関数として、それぞれ図
４（ａ）と図４（ｂ）に示されている。これらの曲線は
コンピュータを利用したシミュレーション計算、例えば
有限要素法により計算することができる。

【００３９】これらの値は送信信号線を周波数発生器に
接続し、振動ロッド１４の振動の位相と振幅を周波数発
生器の周波数の関数としてレーザバイブロメータ等を利
用して実験的に測定することもできる。

【００４０】図４（ａ）、（ｂ）のそれぞれにおいて、
実線は振動品質の高い装置に対応し、破線は振動品質の
低い装置に対応する。いずれの場合も、測定信号の振幅
Ａ_{Ｍ １}（ｆ）と位相ΔΦ_Ｍ１（ｆ）の両方共、上記した
ような調波発振器に典型的な波形を有している。

【００４１】付加的信号Ｅ_ｅｌ１は実質的に一定の振幅
Ａ_ｅｌ１と実質的に一定の位相ΔΦ _ｅｌ１を有する。こ
こでも位相は上記測定信号の場合と同様、付加信号の位
相が電気的送信信号からどれだけずれているかを示す。

【００４２】付加的信号Ｅ_ｅｌ１の振幅Ａ_ｅｌ１と位相
ΔΦ_ｅｌ１が、周波数ｆの関数としてそれぞれ図４
（ｃ）の実線と同図（ｄ）の実線で表されている。これ
らの曲線もまた、シミュレーション計算により求ること
ができ、また無分極の圧電素子等を利用して実験的に求
めることもできる。後者の場合、送信信号は何の機械的
運動ももたらさず、結果的に信号Ｅ_１は、電気的結合に
基づく付加的信号Ｅ_ｅｌ１に対応することになる。付加
的信号はオシロスコープにより測定できる。

【００４３】付加的信号Ｅ_ｅｌ１の振幅Ａ_ｅｌ１と位相
ΔΦ_ｅｌ１は、装置の機械的構造及びその電気的特性に
明確に関連付けられている。図４（ａ）ないし同図
（ｆ）に示したような、冒頭に説明した公知の装置の場
合、付加的信号Ｅ_ｅｌ１は位相が０度である。

【００４４】信号Ｅ_１の振幅Ａ_１（ｆ）と位相ΔΦ
_１（ｆ）がそれぞれ図４（ｅ）と（ｆ）に示されてい
る。これら２つの曲線は信号Ｅ_１の前述の２つの部分を
位相と振幅に関して正確に重ね合わせた結果得られたも
のである。

【００４５】Ｅ_１ｅ^ｉΔΦ ＝ Ａ_Ｍ１ｅ^{ｉΔΦＭ１}
＋ Ａ_ｅｌ１ｅ^{ｉΔΦｅｌ１} それぞれの曲線は４つの領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶを
有し、以下に簡単に説明する。

【００４６】外側の領域Ｉ，ＩＶでは付加的信号Ｅ
_ｅｌ１の振幅Ａ_ｅｌ１の方が大きいため、支配的となっ
ている。また、位相ΔΦ_１も実質的に付加的信号ΔΦ
_ｅｌ１の位相に対応している。

【００４７】領域ＩとＩＩでは、２つの信号は位相が揃
っているため加算される。したがってこれらの領域では
振幅Ａ_１が増大し、共振周波数ｆ_ｒにおいて最大とな
る。一方、領域ＩＩＩとＩＶでは信号間の位相が逆にな
る。領域ＩＩＩでは振幅Ａ_１が減少し、上側領域境界で
ゼロとなる。この周波数（以下、逆共振周波数ｆ_ａｒ１
と呼ぶ）において測定信号Ｅ_Ｍ１と付加的信号Ｅ_ｅｌ１
の振幅は等しく、位相が逆である。振幅Ａ_１は領域ＩＶ
において再び増大する。

【００４８】領域Ｉ，ＩＩ，ＩＶでは位相ΔΦ_１は０度
であり、領域ＩＩＩにおいて１８０度である。

【００４９】付加的信号Ｅ_ｅｌ１についての正確な知識
が無ければ、受信電極の信号Ｅ_１から測定信号Ｅ_Ｍ１を
求めることはできない。

【００５０】機械的振動構造体が制振されていたり、振
動品質が低い場合、測定信号の振幅Ａ_Ｍ１（ｆ）と位相
ΔΦ_Ｍ１（ｆ）は図４（ａ），（ｂ）の破線のような波
形を示す。すなわち振幅Ａ_Ｍ１（ｆ）の周波数に伴う上
昇下降は大幅に緩やかであり、最大値も大幅に低い。位
相ΔΦ_Ｍ１（ｆ）には急激な位相変化が無く、周波数に
伴って徐々に上昇する。装置の振動品質が低ければ低い
程、振幅の最大値が小さく、位相の勾配が緩慢になる。
しかし、位相ΔΦ_Ｍ１（ｆ）は常に０度と１８０度の値
に漸近的に達し、共振周波数で９０度である。付加的信
号Ｅ_ｅｌ１は変化しない。

【００５１】このように、振動品質が低い場合の測定信
号と付加的信号の振幅及び位相的に正確な重ね合わせか
ら得られる受信信号Ｅ_１の振幅Ａ_１（ｆ）と位相ΔΦ_１
（ｆ）は、上述の振動品質の低下が無かった場合と異な
る。振幅Ａ（ｆ）の最大値は大幅に小さく、位相Φ
_１（ｆ）は互いに逆方向の１８０度の２つの急激な位相
変化ではなく、互いに逆方向に向けて緩やかに変化して
いる。最大位相差も明らかに１８０度以下である。装置
の振動品質によっては、位相変化は９０度以下の場合も
ある。

【００５２】従って、気泡ないし粘性媒体等の内部にお
ける機械的振動構造体の減衰、又はその他の原因による
装置振動品質の低減があると、電気的送信信号と電気信
号Ｅ _１間の位相差ΔΦ_１は依然として周波数の関数とし
て互いに逆方向の２つの連続的位相変化を有するが、最
大位相差が非常に小さくなることがある。最大位相差
は、共振周波数ｆ_ｒと逆共振周波数ｆ_ａｒｌ間の間隔が
小さい程小さくなる。

【００５３】機械的振動系を励振して共振周波数ｆ_ｒで
振動させる際、公知の制御ループにより送信信号と信号
Ｅ_１間に、共振に対応する固定の位相関係が確立され
る。装置を覆われていない状態で高い振動品質において
動作させるため、図示の例における固定の位相差ΔΦ_Ｒ
は９０度である。

【００５４】充填物の特性又は装置の振動品質の低下が
原因で、前述したような、信号の位相ΔΦ_１（ｆ）が周
波数範囲の全域にわたって前記固定値ΔΦ_Ｒを取らない
状況が起こると、機械的振動装置を高い信頼度において
励振することができなくなり、装置が適切に動作しな
い。

【００５５】これに対して本発明の装置では、所望の測
定信号に忠実な受信信号Ｅが得られるばかりでなく、上
記公知装置が適切に動作しないような状況でも機能させ
ることができる。

【００５６】すなわち本発明によれば、圧電素子２が少
なくとも３つの領域を有し、第１領域Ｉには受信電極２
１が配設され、第２、第３領域ＩＩ，ＩＩＩには送信電
極２２、２３が配設される。圧電素子２は円盤形であ
り、受信電極２１と２個の送信電極２２、２３は該素子
の円形表面上に配設されている。

【００５７】２個の送信電極２２、２３は同じ形状を有
し、互いに、また受信電極２１に対して対称的に配設さ
れる。

【００５８】図３から明らかなように、受信電極２１は
圧電素子２の中心に配設され、円形である。２個の送信
電極２２、２３は円分割片であり、受信電極２１の両側
の対向する円分割片上に配置される。

【００５９】圧電素子２の第１と第２領域Ｉ，ＩＩの分
極は、対称軸に平行である。即ち、圧電素子２の円形表
面に直交している。第３領域ＩＩＩはこれら２つの領域
の分極とは逆方向の分極を有している。分極方向は図２
では矢印により、図３では＋と−の記号により示されて
いる。

【００６０】第１送信信号Ｓ_１は第１送信信号線２２１
を介して第１送信電極２２に印加される。この信号はさ
らにインバータ３に印加される。インバータ３は例えば
トランジスタ、オペアンプ、又はデジタルインバータで
ある。インバータ３の出力は第２送信信号線２３１を介
して第２送信電極２３に結合される。その結果、第２信
号Ｓ_２が第２送信電極２３に印加され、該第２信号Ｓ_２
は、第１送信電極２２に印加される第１送信信号Ｓ_１と
同じ振幅と逆の位相を有している。２個の送信電極２
２、２３は従って出力の位相が逆である。対応する領域
ＩＩ，ＩＩＩは互いに逆の分極を有しているので、上記
の逆位相の励振の結果、圧電素子２とダイアフラム１２
から成る複合素子が均一な撓み振動を起こす。

【００６１】本発明では、位相又は位相差は、受信信号
Ｅと２個の送信信号Ｓ_１又はＳ_２のいずれかとの間の位
相オフセットを表す。２個の送信信号Ｓ_１とＳ_２間には
固定の位相関係が存在するため、いずれの信号も基準信
号をして利用できる。

【００６２】公知技術に関連して既に述べたように、受
信電極２１の受信信号Ｅもまた、測定信号Ｅ_Ｍと、基本
的に容量性結合に基づく付加的信号を含む。個々の領域
Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩの分極方向は、容量性結合に基づく付
加的信号にとって重要でない。図２には圧電素子２の等
価回路が示されている。図示のように、第１送信電極２
１と基準電極２０間にはキャパシタンスＣ_１がある。配
置の対称性により、同じキャパシタンスＣ_１が第２送信
電極２３と基準電極２０間にも存在する。受信電極２１
と基準電極２０間にはキャパシタンスＣ_２がある。送信
電極２２、２３それぞれと受信電極２１間にはキャパシ
タンスＣ^＊がある。この等価回路図は従って圧電素子２
の対称軸に関して対称である。その結果、２つの付加的
信号Ｅ_{ｅ ｌ１}とＥ_ｅｌ２が受信電極２１において重畳さ
れる。これら付加的信号のうち、第１の付加的信号Ｅ
_ｅｌ１は第１送信電極２２の容量性結合に基づき、第２
の付加的信号Ｅ_ｅｌ２は第２送信電極２３の容量性結合
に基づく。配置が対称であるので、これら付加的信号Ｅ
_ｅｌ１，Ｅ_ｅｌ２は振幅が等しい。２個の送信信号
Ｓ _１、Ｓ_２は振幅が等しく、位相が逆であるので、２個
の付加的信号Ｅ_ｅｌ１，Ｅ _ｅｌ２は逆の位相を有する。
２個の付加的信号Ｅ_ｅｌ１，Ｅ_ｅｌ２が重畳される結
果、２個の信号Ｅ_ｅｌ１，Ｅ_ｅｌ２は互いに打ち消し合
う。

【００６３】よって、所望の測定信号に完全に対応し、
付加的信号を全く含まない受信信号Ｅが受信電極２１に
おいて得られる。

【００６４】受信信号Ｅの周波数の関数としての振幅Ａ
と位相ΔΦは、測定信号Ｅ_Ｍ１と全く同様、調波発振器
に典型的な波形を有する。

【００６５】その結果、装置の振動品質に関係無く、第
１送信信号Ｓ_１と受信信号Ｅ間の位相差ΔΦ_Ｒの一定の
固定値が常に、機械的振動構造体の共振周波数ｆ_ｒ上に
得られる。このような受信信号Ｅは従って、第１送信信
号Ｓ_１と受信信号Ｅ間に固定の位相関係ΔΦ_Ｒを設定す
るための制御ループの動作に非常に適している。

【００６６】この種の制御ループの一例を図２に示す。
この例において、受信信号Ｅは受信信号線６、増幅器
７、及び移相器８を介して送信信号にフィードバックさ
れる。移相器８は位相を一定値ΔΦ_Ｒだけ移相する。増
幅器７は、自励条件が満足されるように設計しなければ
ならない。機械的振動構造体は最終的には圧電素子２に
より励振されて共振周波数ｆ_ｒにおいて振動する。

【００６７】振動構造体が充填物で覆われている場合、
振動が妨げられていない場合に較べて共振周波数ｆ_ｒの
値が低下するが、位相差の固定値は、振動構造体が充填
物で覆われているかどうかに左右されない。

【００６８】受信信号Ｅはさらに増幅器７、移相器８、
及びインバータ３を介して評価ユニット９の入力に印加
される。増幅器及びインバータを通さないで受信信号Ｅ
を直接入力することもできる。ただし、増幅された信号
を利用するのが有利である。インバータと移相器の作用
が受信信号の周波数に悪影響を与えることはない。

【００６９】該信号の周波数は周波数測定回路９１によ
り測定されて、測定結果が比較器９２に送られる。比較
器９２は測定周波数を、メモリに記憶された基準周波数
ｆ_Ｒと比較する。測定周波数が基準周波数ｆ_Ｒを下回る
時は、評価ユニット９が出力する信号により機械的振動
構造体が充填物で覆われていることが示される。周波数
の値が基準周波数ｆ_Ｒより大きい場合、評価ユニット９
は、機械的振動構造体が充填物によって覆われていない
ことを示す信号を出力する。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧電素子を有する機械的振動構造体の長手方向
断面図である。

【図２】図１の圧電素子とそれに接続された回路のブロ
ック図である。

【図３】本発明による送信及び受信電極の配置を示す図
である。

【図４】（ａ）は測定信号Ｅ_Ｍ１の振幅を、（ｂ）は同
信号の位相を、周波数の関数として振動品質の高低それ
ぞれの場合について表した図である。（ｃ）は付加的信
号の振幅を、（ｄ）は同信号の位相を、周波数の関数と
して表した図である。（ｅ）は受信信号の振幅を、
（ｆ）は同信号の位相を、周波数の関数として振動品質
の高低それぞれの場合について表した図である。

【符号の説明】

１ 機械的振動構造体 ２ 圧電素子 ３ インバータ ５ 受信信号線 ７ 増幅器 ８ 移相器 ９ 評価ユニット １１ ハウジング １２ ダイアフラム １３ ネジ山 １４ 振動ロッド ２０ 基準電極 ２１ 受信電極 ２２，２３ 送信電極 ９１ 周波数測定回路 ９２ 比較器 ２２１，２３１ 送信信号線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゼルゲイ ロパティン ドイツ連邦共和国 レーラッハ フライ ブルガー シュトラーセ 231−アー (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01F 23/22

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械的振動構造体（１）と圧電素子
   （２）を具備した、容器内において所定の充填レベルを
   達成および／又は監視する装置において、 機械的振動構造体（１）は前記所定の充填レベルに配設
   されており、 圧電素子（２）は振動構造体（１）を励振し振動させる
   と共にその振動を捕捉し、 圧電素子（２）は少なくとも３つの領域を有し、 第１の領域（Ｉ）は受信電極（２１）を有し、第２の領
   域（ＩＩ）は第１の送信電極（２２）を有し、第３の領
   域（ＩＩＩ）は第２の送信電極（２３）を有しており、 前記２つの送信電極（２２，２３）は同一の形状を有
   し、互いに及び受信電極（２１）に対して対称的に配置
   されており、 第１と第２の領域（Ｉ，ＩＩ）は第３の領域（ＩＩＩ）
   とは逆方向の分極を有しており、 第１の送信信号（Ｓ_１）が第１送信電極（２２）に印加
   され、第２の送信信号（Ｓ_２）が第２送信電極（２３）
   に印加され、前記第１送信信号は前記第２送信信号と振
   幅が等しく、位相が逆であるよう構成された、容器内に
   おいて所定の充填レベルを達成および／又は監視する装
   置。
2. 【請求項２】 制御ループが設けられており、該制御ル
   ープにより第１送信信号（Ｓ１）と受信信号（Ｅ）間の
   位相差が特定の一定値（ΔΦ_Ｒ）、すなわち振動構造体
   （１）が共振周波数（ｆ_ｒ）で振動する値に制御される
   よう構成された、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 基準電位に接続された基準電極（２０）
   が圧電素子（２）上に配設されている、請求項１記載の
   装置。
4. 【請求項４】 圧電素子（２）が円盤状であり、受信電
   極（２１）と２個の送信電極（２２，２３）が該素子の
   円形表面上に配設されている、請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】 ２個の送信電極（２２，２３）がそれぞ
   れ円分割片であり、それぞれ円形表面上の直径上に対向
   している円分割片上に配設されている、請求項４記載の
   装置。
6. 【請求項６】 第１送信信号（Ｓ_１）がインバータ
   （３）に印加され、第２送信信号（Ｓ_２）が該インバー
   タ（３）の出力信号に等しい、請求項１記載の装置。