JPH0260245B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、互いに間隔をおいて縁部で張架され
た膜に取り付けられて容器内に突出する２つの振
動棒を有する機械的振動構造と、該振動棒をそれ
らの縦軸方向を横切る反対方向の振動に励振する
ための励起装置と、少なくとも１つの交流電圧に
よつて励起可能なピエゾ電気素子を有する励起変
換器と、上記機械的振動構造の振動を電気的出力
信号に変換するための少なくとも１つのピエゾ電
気素子を備えた受信変換器と、該受信変換器の出
力信号に依存して表示および／または切換過程を
起動するための評価回路とを備え、容器内の予め
定められた充填レベルを検出および／または監視
するための装置に関する。

従来技術 この種の装置は、西独特許公報第1773815号明
細書から公知である。容器内に突出する唯１つの
振動棒を備えた他の公知の装置と比較して、上記
西独特許明細書に開示されている装置には次のよ
うな利点がある。即ち、各振動棒により張架され
た膜に及ぼされる交番する力は、振動の方向が互
いに反対であるために相殺され、その結果振動エ
ネルギが容器壁への伝達により失われることはな
く、しかもまた膜に生ずる機械的応力もしくは負
荷も小さい。この公知の装置においては、膜に接
続された振動棒の端は、２つの機械的に互いに分
離された橋絡部材に相互に接続されており、各橋
絡部材は膜に当接するヨークと、該ヨークを緊張
する弓状の部材から構成されている。一方の橋絡
部材は励起変換器と、そして他方の標絡部材は受
信変換器と結合されておつて、変換器のピエゾ電
気素子は上記弓状部材とヨークとの間に締着され
ている。励起変換器は増幅器の出力端に接続され
ており、該増幅器の入力端は受信変換器に接続さ
れておつて、それにより機械的振動系の固有共振
周波数で振動の自励が行なわれるようになつてい
る。増幅器の出力端に接続された評価回路は、振
幅の変化に応答するように構成されている。この
装置の動作は、振動棒を充填材内に浸漬した場合
に振動棒の機械的振動が減衰し、それにより振動
振幅が減少し、この振幅減少を評価回路で検出し
て表示装置および／または切換過程を起動するよ
うに実現されている。

この公知の装置は、機械的振動系の構造ならび
にピエゾ電気変換器の配列からして、振幅変化に
対する確実な応答を保証するために充填材による
振動棒の比較的強い減衰を前程条件としている。
したがつてこの装置は、振動棒が高い粘性を有す
るばら材あるいは流体により覆われて強い減衰を
生ぜしめるような充填材の監視にしか使用するこ
とができない。充分な振動振幅を達成するために
は、通常220Vの商用電源電圧の大きさである大
きな励起交流電圧が必要とされ、消費される励起
エネルギは相当に大きい。このように大きな励起
もしくは励振電圧は、爆発の危険がある領域にお
ける装置の使用を困難にする。

唯一の振動棒を備えた充填レベル監視装置にお
いては、振動棒を充填材内に浸漬した際の振幅変
化の代り固有共振周波数の変化を表示および／ま
たは切換過程の起動に利用することも公知であ
る。

発明の目的 本発明の課題は、容器内に突出する２つの振動
棒を、任意の種類の充填材に適するように構成す
ると共に、低い励起もしくは励振交流電圧および
低い励起エネルギで駆動することができ、しかも
高い信頼性を有する冒頭に述べた型の装置を提供
することにある。

発明の構成 上の課題は、膜の振動棒に面しない側で、橋絡
部材を、曲げ弾性を有し各端がそれぞれ１つの振
動棒に接続された棒状の支持部材により膜から間
隔を置いて保持し、そして励起変換器および受信
変換器のピエゾ電気素子をスタツク（重ね構造の
柱）内に配置し、該スタツクを、上記膜を予備緊
張するようにして上記橋絡部材と、２つの振動棒
間に存在する膜の部分との間に張架することによ
り解決される。

機械的振動系の本発明による構成によれば、励
起変換器と機械的振動系との間に大きな変換作用
が達成され、それにより、充分な振動振幅を達成
するのに必要とされるピエゾ電気素子の変形は非
常に小さくてすむ。さらに、この構造によれば随
伴質量の非常に小さな変化で、振動振幅の大きな
減衰が生ずる前に、固有共振周波数が大きく変化
する。この固有共振周波数の変化はまた、振動棒
の振動振幅が非常に小さい場合にも現われる。し
たがつて、評価回路を、振幅変化ではなく、周波
数変化に応答するように構成することによつて、
振動棒の非常に小さい振動振幅で大きな感度およ
び応答の信頼性を達成することができる。このよ
うにして、励起変換器を作動するのには比較的小
さい交流電圧、例えば10V台の大きさの交流電圧
で充分である。励起電圧が低いので、装置は爆発
の危険のある領域で使用するのに特に適してい
る。また、励起電圧が低く且つ振動振幅が小さい
ために所要の励起電力は小さく、それにより電子
回路の構造を簡略化し廉価に実現することができ
る。

本発明による装置の構造の別の大きな利点は、
検出可能な周波数変化を惹起するのに随伴質量の
非常に小さな変化で充分であると言う点にある。
即ち、装置は周囲媒質の密度もしくは濃度の非常
に小さい差に応答する。したがつて、非常に小さ
い密度の充填材料の充填レベルあるいは非常に小
さい密度もしくは濃度差を有する２つの充填材料
間の境界を検出し監視することが可能である。さ
らに、応答点を非常に正確に設定することができ
る。したがつて、例えば、空気と気泡との間、あ
るいは気泡と流体との間の境界の検出が可能であ
る。

さらに振動振幅が非常に小さい場合、固有共振
周波数の変化は充填材の粘性にほとんど左右され
ないことが判明した。このように粘性に依存性が
ないことは、非常に望ましい特性である。と言う
のは、多くの充填材において、充填材の粘性は例
えば温度変動に依存して大きい範囲で変動し得る
からである。その場合、装置が粘性の変動で誤つ
て充填レベルの変化を表示するようなことは等然
許されないことである。

小さい振動振幅で本発明による装置を駆動でき
ることにより、さらに、総ての構成要素が小さい
機械的応力しか受けず、それにより構造を簡素化
し廉価に実現できると言う利点が得られる。

最後に振幅変化の代りに周波数変化を評価する
ことにより装置の信頼性が高揚される。と言うの
は、各駆動状態には、単に周波数だけが異なる振
動が存在するからである。したがつて振動が存在
しなければこれは装置の故障を意味する。

本発明による装置は随伴質量の僅かな密度の変
化に非常に迅速に応答するので、本発明の好まし
い実施態様として、評価装置に応答遅延回路を設
け、該遅延回路により、基準周波数が予め定めら
れた数の周期に亘つて越えられるかまたは下回ら
れた場合に始めて表示または切換過程を開始する
ようにすることができる。

このようにすれば、例えばガス状の流体の場合
振動棒の回りに短時間形成される気泡または空気
あるいは多くの使用例においてそうであるように
人為的に容器内に吹き入れられる空気により惹起
されるようなランダムもしくはスポラデイツクな
密度もしくは濃度の変化に対する応答が回避され
る。

本発明の有利な実施態様および発展態様は特許
請求の範囲第２項以下に記述してある。

本発明のさらに他の利点や特徴は、添付図面に
示した実施例に関する以下の説明から明らかとな
ろう。

実施例 第１図に斜視図で、そして第２図に断面図で示
す予め定められた充填レベルの検出および／また
は監視装置は、次のような主たる構成要素からな
る。即ち、 ねじ込み取付け部１０と、 振動棒系２０と、 電子ヘツド３０と、 変換装置４０である。

ねじ込み部１０は、本装置により充填レベルを
監視しようとする容器の壁に装置を取り付けるの
に用いられる。このねじ込み部１０は、容器壁９
の対応の内ねじが設けられた開口内に螺入される
螺刻部分１１と、シールリング１３を介在して容
器壁９に対しねじ込み部１０をねじ入れるねじ込
み工具を受ける六角形断面のヘツド部１２とを有
する。通常は、装置の組込みは被監視充填レベル
の高さ位置で垂直の容器壁に水平位で行われる
が、しかしながら装置の組込み位置もしくは配位
は任意である。例えば、検出しようとする充填レ
ベルが、容器が完全に充填された状態に対応する
場合には、装置は、容器の上壁に垂直位置で取り
付けることもできる。

ねじ込み取付け部１０の内部空間１４は中空で
あつて、追つて詳細に説明する変換装置４０と収
容する働きをなす。

振動棒系２０は、ねじ込み取付け部１０により
容器内部に面する側で担持される。この振動棒系
２０は、容器の内部に面するねじ込み取付け部１
０の端を閉鎖し縁部が該ねじ込み取付け部に固定
されている膜２１と、互いに間隔をおいて膜２１
に固定連結されている２つの振動棒２２および２
３とからなる。なお、該振動棒の自由端は容器内
に突出している。各振動棒には湾曲部２４もしく
は２５が設けられており、振動棒の本質的に平行
に並置している主要部は、膜２１と連結されてい
る端部分よりも大きな離間間隔を有するようにな
つている。これら湾曲部２４および２５により、
膜２１から伝達される縦モードの振動も、振動棒
に対して横方向に向く振動に変換される。振動棒
の主要部分は円形の断面を有しておつて自由端は
先鋭になつている。第４図の断面図から明らかな
ように、湾曲された部分２４および２５は、膜２
１との接続箇所で大径の円形でない断面図を有す
るように拡大されている。

各振動棒２２もしくは２３の自由端には、振動
棒の軸線を含む平面に対して垂直にパドル２６が
設けられている。各パドル２６は、振動棒の自由
端から比較的大きな長さに渡つて延在している。
この長さは、振動棒の長さの40％と60％の間、そ
して好ましくは振動棒の長さの約50％に相当す
る。これに対して、振動棒の縦軸線に対し垂直な
各パドルの幅は延在長よりも相当に小さい。パド
ル２６のこの幅および湾曲部２４，２５は、パド
ル２６を取り付けた状態で振動棒２２および２３
を、容器壁９に設けられたねじ穴に通すことがで
きるように互いに整合されている。したがつて、
パドル２６の幅が比較的小さいにも拘らず、パド
ルの延在長さが大きいために大きな有効パドル面
積が得られる。

各パドルの縁２７は、その全周に渡り、第５図
の断面図に見られるように刃状に先鋭にされてい
る。

ねじ込み部１０、膜２１、振動棒２２，２３お
よびパドル２６は一体の金属成形品として製作す
るのが好ましい。

電子ヘツド３０は、ねじ込み取付け部１０の振
動棒系２０とは反対側の端に取り付けられておつ
て、組み立てられた状態（第２図）においては容
器の外部に位置する。電子ヘツドは、ハウジング
３１により包入された装置の電子回路部からな
る。ケーブル碍管３２により、給電ならびに信号
伝送に必要とされるケーブルを取り出すことがで
きる。内部の接続ケーブル３３は、ハウジング３
１内に収容されている電子回路を、ねじ込み部１
０の中空の内部空間１４内に収容されている変換
装置４０に接続する。

第３図に示すように、変換装置４０は変換スタ
ツクもしくはコラム（柱状部）４１を有してお
り、この変換コラム４１は膜２１と、該膜２１か
ら間隔をおいて棒状支持部材４２および４３によ
り保持されている橋絡部材４４との間に締着され
ている。橋絡部材４４に螺入された調節ねじ４５
は、球状に形成された端で、または球状の介在部
材を介して、橋絡部材４４側に面する変換器コラ
ム４１の端面に当接し、それにより、変換器コラ
ム４１を膜２１と橋絡部材４４との間で締着し、
膜２１の予備緊張力を調節することができる。

棒状の支持部材４２の橋絡部材４４とは反対側
の端は、振動棒２２と接続された膜２１の平面領
域のほぼ中央部で振動棒２２に固定連結されてい
る。同様にして、棒状の支持部４３も、振動棒２
３と接続された２１の平面領域のほぼ中心部で該
振動棒に固定連結されている。これら２つの棒状
の支持部材４２および４３は曲げ弾性を有するよ
うに形成されておつて、その縦軸線方向に対し横
方向に弾性的に曲がることができるようになつて
いる。

変換器コラム４１の構造は第６図に概略側面図
で、そして第７図に展開斜視図で示されている。
この変換器コラムは、橋絡部材４４側から列挙し
て次のような構成要素のスタツクから成つてい
る。即ち、 金属ステンペルもしくはポスト（柱）５０と、 絶縁円板５１と、 電極５２と、 絶縁円板５３と、 電極５４と、 ピエゾ電気素子５５と、 電極５６と、 絶縁円板５７と、 電極５８と、 ピエゾ電気素子５９と、 電極６０と、 ピエゾ電気素子６１と、 電極６２と、 絶縁円板６３と、 金属ステンペルもしくはポスト６４とである。

上記スタツクの全ての構成要素は、変換器コラ
ムが円筒状になるように、図示の例（第７図）で
は円形である同じ横断面を有するのが好ましい。
しかしながら各電極には、スタツクもしくはコラ
ムから突出したハンダ付け用のラグが一体形成さ
れている。金属ステンペルもしくはポスト５０お
よび６４は、好ましくは真鍮から形成されておつ
て、膜２１と橋絡部材４４との間における変換器
コラムの所要長さを達成するための間隔材として
の働きをなすと共に、コラムの他の構成要素に力
を伝達する働きをなす。特に、金属ステンペルも
しくはポスト５０の機能は、調節ねじ４５によつ
て発生される圧力をピエゾ電気素子５５，５９，
６１に平行に伝達し、非常に破壊し易いピエゾ電
気素子の湾曲を阻止することにある。金属ポスト
６４は、予備緊張力および膜２１の振動により惹
起される曲げ応力をピエゾ電気素子５５，５９，
６１に伝達しないように作用する。このような構
成により、破壊に弱いピエゾ電気素子が曲げ応力
に曝されることは阻止される。さらに、金属ステ
ンペルもしくはポスト６４を使用することにより
膜２１の背面の精密加工を省略することができ
る。このような金属ステンペルが存在しない場合
には、ピエゾ電気素子の破壊の危険性を低減する
ために上記のような膜２１の背面の精密加工が必
要とされるであろう。

変換器コラム４１は、膜２１に面する側の端面
が、振動棒２２および２３の端面間に存在する膜
の自由な部分に当接するように配設されている。
この端面は、その直径Ｄ（第６図）が、振動棒２
２および２３の膜２１に接続されて端間の間隔ｄ
（第４図）よりも大きくならないように選択され
ている。しかしながら、直径Ｄはこの間隔ｄに等
しいかまたはそれより僅かに小さくするのが有利
である。換言するならば、膜２１に当接する金属
ステンペル６４の端面は、振動棒２２および２３
の端間の自由介在領域を完全に緊張するが、振動
棒の端面には重ならないようにする。図示の実施
例においては直径Ｄは円筒状のスタツクの全ての
構成要素の直径に等しく選択されている。スタツ
クもしくはコラムの構成要素が大きいかまたは小
さく、円形でなくまたは不均等な横断面を有する
場合にも、金属ステンペル６４を上に述べたよう
な条件が満されるように形成することは常に可能
である。

ピエゾ電気素子５９および６１は、電極５８，
６０，６２と共に励起変換器もしくはトランスジ
ユーサ６５を形成する。この変換器もしくはトラ
ンスジユーサの機能は、電子回路によつて発生さ
れる交流電圧を振動棒２２および２３の機械的振
動に変換することにある。２つの電極５８および
６２は交流電源の１つの極、好ましくはアースに
接続され、そして電極６０は交流電源の他方の極
に接続されている。ピエゾ電気素子５９および６
１はしたがつて電気的に並列にそして機械的には
直列に接続されている。交流電圧が印加される
と、各ピエゾ電気素子５９および６１は、変換器
コラム４１の軸線方向における変形（厚さの変
化）を受ける。この変形もしくは厚さの変化の大
きさは、印加電圧に比例する。ピエゾ電気素子５
９および６１の機械的変形は互いに加算され、そ
の結果、印加される交流電圧の所与の大きさに対
して変換器コラム４１の長さの変化は２倍に増倍
される。

ピエゾ電気素子５５は、電極５４および５６と
共に受信変換器もしくはトランスジユーサ６６を
形成する。この受信変換器６６の機能は、振動棒
系２０の機械的振動を電気出力信号に変換し、電
子ヘツド３０に含まれている電子回路に供給する
ことにある。電極５２はアースに接続されておつ
て受信変換器もしくはトランスジユーサ６６を遮
蔽する働きをなす。受信変換器６６の他側におけ
る遮蔽は、励起変換器６５の隣接の電極５８が接
地されておつて同時に受信変換器に対し遮蔽電極
として用いることができるという事実により実現
されている。このようにして、受信変換器のこの
側に付加的な遮蔽電極を設ける必要性はなくな
る。

次に変換器装置４０の動作態様に関し、第８
図、第９図および第１０図の略図を参照し説明す
る。なおこれら図には、非常に簡略な形態で、応
力ならびに励起変換器に印加される交流電圧の作
用下における構造の変形および長さ変化が略示し
てある。第８図には、構造部分は休止状態で示さ
れている。調節ねじ４５によつて発生される予備
緊張力により、支持部４２と４３との間で膜２１
は外方に湾曲し、その結果振動棒２２および２３
は外方に揺動し、曲げ弾性を有する棒状の支柱４
２および４３は内向きに湾曲している。このよう
にして、予備緊張力は膜２１ならびに棒状の支持
部材４２および４３によつて弾性的に吸収され、
そしてこれらの部材のばね作用で異つた熱膨張も
補償される。

第９図は、励起変換器５５に対する交流電圧の
印加の結果として、変換器コラム４１の長さが上
述の休止状態における長さに比較し増大された状
態を示す。予備緊張された膜２１は、さらに外方
に湾曲され、それにより振動棒２２および２３も
さらに外方に揺動し、そして棒状の支持部材４２
および４３はさらに内向きに湾曲されることが判
る。

これに対して、交流電圧の他の半周期において
は、変換器柱もしくはコラム４１の長さは休止長
さに対して短縮されるので、振動棒２２および２
３は内向きに振動し、他方、膜２１および曲げ弾
性を有する支持部材４２および４３の湾曲は初期
において取り払われ続けて設定された予備緊張力
に応じ、第１０図に示すように相反する方向に湾
曲される。

なお、第８図、第９図および第１０図に示した
変形は非常に誇張して示されている点に注意され
たい。実際には、これらの変形は非常に小さく、
例えば、数μm台にある。

第８図および第９図から明らかなように、変換コ
ラム４１内の励起変換器の作用により、振動棒２
２および２３は、該振動棒の縦軸線を含む共通の
平面内で該縦軸線を横切る反対の方向に変位せし
められる。図示の構成および構成要素の上に述べ
たような寸法の選択により、大きな変換作用が得
られ、十分な振動振幅を達成するのに要求される
ピエゾ電気素子の変形は非常に小さくてよい。振
動が相反方向に生ずるために、各振動棒により、
張架された膜２１に及ぼされる交番する力は相殺
し合い、したがつてねじ込み部１０および容器壁
９への伝達による振動エネルギの損失は生じな
い。

機械的振動系統の戻しばねとしての作用をなす
ばね系統は、曲げ弾性を有する棒状の支持部材４
２および４３と組合せられた膜２１により形成さ
れる。機械的振動系統の質量は、振動棒２２およ
び２３の質量と、振動運動中に振動棒に随伴する
周囲の媒質の質量とからなる。この随伴質量は、
振動方向を横切つて配設されたパドル２６により
増大される。機械的振動系統の固有共振周波数
は、ばね系のばね定数（一定であると仮定するこ
とができる）ならびに随伴質量に依存して変化し
得る全質量に依存する。振動棒２２および２３が
そのパドルと共に空気中に存在する場合には、空
気の随伴質量は無視することができる。したがつ
て固有共振周波数は実質的に、振動棒の質量によ
つて決定される。これに対して、振動棒がそのパ
ドルと共に充填材内に浸漬している場合には、随
伴質量したがつてまた機械的振動系統の固有共振
周波数が変つてくる。図示のパドルの形態によれ
ば、ねじ込みブロツク１０により予め定められる
幅の制限を考慮して最適な作用が得られる。な
お、パドルを振動棒の長さの60％以上にさらに長
くすることによりパドルの表面積を大きくして
も、周波数変化に関してはそれ以上に良好な改善
が達成されないことが判明した。

機械的振動系統の振動の励起は常にその固有共
振周波数で行なわれ、このことは該固有共振周波
数が変化する場合でも同様である。この振動励起
は、機械的振動系統自体を電気的振動発生器の周
波数決定素子もしくは要素として用いることによ
り従来の方法に従つて実現される。この目的で、
受信変換器の２つの電極５４および５６は、増幅
器の入力に接続され、そして該増幅器の出力端子
を電極５８および６２ならびに励起変換器の電極
６０に接続する。励起変換器に印加される交流電
圧の周波数はしたがつて常に、機械的振動系統の
固有共振周波数に追従する。

上に述べた振動系統２０および変換装置４０の
構成で、随伴質量の変化が非常に小さい場合で
も、顕著な固有共振周波数の変化が生ずることが
判明した。このように顕著な固有共振周波数の変
化は、また、振動棒の非常に小さい振動振幅でも
現れる。したがつて、振動棒系は、本質的に一定
である非常に小さい振動振幅で駆動し、そして受
信変換器の出力信号に依存して制御される表示お
よび／または回路動作のトリガ装置は周波数変化
に応答するように構成するのが好ましい。このよ
うにすれば、下に述べるような数多の大きな利点
が得られる。即ち、 １ 振動棒の非常に小さい振動振幅を発生するた
めには、励起もしくは励起変換器の制御のため
の交流電圧は比較的小さい電圧で十分である。
励起もしくは励振電圧として220Vが要求され
る同じ規模の公知の装置と比較して、上に述べ
た本発明の構成によれば、同じ応答感度を達成
するのに10Vの励起電圧で十分であることが判
明した。このように低い応答電圧は、特に爆発
の危険のある領域で本装置を用いる場合には有
益である。

２ 低い励起電圧ならびに小さい振動振幅と関連
して、所要の励起電力は低く、それにより電子
回路の構成を簡略に且つ廉価に実現することが
できる。

３ 検出可能な周波数変化を達成するためには、
非常に小さい随伴質量の変化で十分であるの
で、装置は周囲媒質の密度の非常に小さい変化
に応答する。このようにして、非常に小さい密
度の充填材の充填レベル或いはまた非常に小さ
い密度の差を有する充填材間の境界を検出し監
視することが可能となる。さらに、応答点を非
常に正確に設定することができる。例えば、空
気と気泡との間または気泡と流体との間の境界
を検出することができる。

４ 他方、また、固有共振周波数の変化は充填材
の粘性に殆んど依存しないことが判明した。こ
の特徴は、先ず第１に、パドル２６の周縁が先
鋭なエツジもしくは刃の形態にあることに帰因
する。この粘性非依存性は、非常に望ましい特
性である。というのは、多くの充填材で、充填
材の粘性は例えば温度変動に依存して大きな範
囲内で変動し得るからである。このように粘性
が変動する場合でも装置が充填レベルの変化を
誤つて表示することは許されないのは言う迄も
ない。

５ さらに、上述の装置を駆動することができる
小さい振動振幅という特徴により、全ての構成
要素が機械的に殆んど応力を受けず、その結果
構造を簡単にし廉価に実現し得るという利点が
得られる。

６ 最後に、周波数変化の評価で装置には非常に
高い信頼性が達成される。というのは、各駆動
状態において、その周波数によつてのみ識別す
ることができる振動が存在するからである。し
たがつて振動の不在が装置の故障の表示とな
る。

第１１図は、電子ヘツド３０内に設けられる電
子回路の１実施例のブロツクダイアグラムを示
す。この回路図にも、ピエゾ電気素子５５および
電極５４，５６を備えた受信変換器６６ならびに
ピエゾ電気素子５９，６１ならびに電極５８，６
０，６２を備えた励起変換器６５が示されてい
る。

受信変換器６６の電極５４および５６は、増幅
器７０の２つの入力端子に接続されている。増幅
器７０の出力端子には低域フイルタ７１が接続さ
れており、該フイルタの通過帯域は、機械的振動
系の振動の基本周波数の領域に対応し、そしてこ
のフイルタ７１はこの基本周波数の高調波成分は
阻止する。このようにして、低域フイルタ７１に
より、振動系は１つの基本周波数だけで励起もし
くは励振することができ、高調波での自励は阻止
される。

低域フイルタ７１の出力端は、電力増幅器７２
の入力端に接続されており、該増幅器７２の出力
端には励起変換器６５が接続されている。したが
つて電力増幅器７２は、励起変換器に対し受信変
換器の出力信号と同じ周波数を有する交流電圧を
供給する。励起変換器は機械的振動系を介して受
信変換器と結合されているので、機械的振動系は
常に該振動系の固有共振周波数で励起もしくは励
振される。

本発明の好ましい実施例によれば、電力増幅器
７２は大きく行過ぎ制御され、それにより該増幅
器７２によつて発生される交流電圧は近似的に矩
形波形状になる。このようにして、励起変換器
は、振動棒が充填材により大きく減衰される場合
でも、常に電圧振幅で制御される。さらに、接続
された回路におけるデイジタル信号処理が容易に
なる。

電力増幅器７２の出力端には、該電力増幅器７
２の出力交流電圧の周波数が、調整可能な基準周
波数より高いか或いは低いかを検出するための周
波数評価回路７３の入力端が接続されている。周
波数評価回路の出力信号は、電力増幅器７２の出
力周波数が設定された基準周波数を超えているか
或いは下回つているかに依存して、２つの値のう
ちの１つの値をとる。このようにして、振動棒が
空気中（もしくは密度の小さい充填材）内にある
かまたは大きな密度の充填材内で振動しているか
が表示される。

周波数評価回路７３の出力端は、最小−最大値
切換回路７４の入力端に接続されている。該回路
７４は最小値監視または最大値監視の何れかに切
換可能である。振動棒系が、或る容器内の最小充
填レベルの監視に用いられるか或いは最大充填レ
ベルの監視に用いられるかに依存して、異なつた
条件が存在する。最大充填レベルの監視の場合に
は、振動棒系は空気中で通常の仕方で振動し、そ
して振動棒系が充填材で覆われた時に臨界状態に
達する。この場合には、振動周波数が設定された
基準周波数以下に落ちた時に切換過程もしくは表
示を起動しなければならない。最小レベル監視の
場合には、振動棒系は正常の仕方で充填材内で振
動する。この場合には、振動棒が充填材で覆われ
なくなつて空気中で振動する時に臨界状態が生ず
る。したがつてこの場合には、振動周波数が設定
された基準周波数を超えた場合に切換過程或いは
表示を起動する必要がある。最小−最大切換回路
７４は、最小または最大値への設定に依存して出
力信号を発生する。

最小−最大切換回路７４の出力信号は、最終段
７６での増幅および安定化後に、負荷回路７７例
えばリレーまたは表示装置に距給される。

第１２図には、周波数評価回路７３の１実施例
がブロツクダイアグラムで詳細に示してある。

電力増幅器７２の出力端から発生され、場合に
より既にほぼ矩形形状になつている交流電圧はパ
ルス整形回路８０に供給される。このパルス整形
回路８０の出力端には分周比１：２を有する分周
器８１が接続されている。分周器８１の出力端に
はしたがつて衝激係数１：２を有するすつきりと
した形の矩形信号が現れ、その周波数は振動棒系
の振動周波数の1/2に等しい。この矩形信号は、
再トリガ可能なモノフロツプ８２のトリガ入力端
に供給される。該モノフロツプの保持時間は、調
整抵抗８３で記号的に示したように調整可能であ
る。モノフロツプ８２の保持時間を調整すること
により、基準周波数が定められる。

再トリガ可能なモノフロツプ８２の出力端は、
Ｄ−フリツプフロツプ８４のＤ入手端に接続され
ている。該フリツプフロツプ８４のクロツク入力
端CLには、分周器８１の出力端から矩形パルス
が供給される。周知のように、クロツク入力端
CLに印加される各クロツクパルスの所定のパル
ス縁に応答してＤフリツプフロツプは、同じ時点
でＤ入力端に印加される信号値を受け取る。した
がつて、Ｄフリツプフロツプ８４は、分周器８１
によつて発生される矩形パルスの繰返し周期が、
モノフロツプ８２に設定されている保持時間によ
つて定められる値を超えているか或いは下回つて
いるかを検出する時間比較回路を形成する。この
繰返し周期が、設定された保持時間よりも小さい
時には、モノフロツプは、分周器８１によつて発
生される各矩形パルスにより、休止状態にリセツ
トされる前に新たにトリガされる。モノフロツプ
８２の出力信号はこの場合持続的に信号値「１」
に留まる。この場合には、Ｄフリツプフロツプの
クロツク入力端CLに印加される各クロツクパル
スでＤ入力端には信号値「１」が印加され、した
がつてフリツプフロツプ８４は常に動作状態（状
態「１」）に留まり、出力端には信号値「０」
が存在し続ける。

分周器８１によつて発生される矩形パルスの繰
返し周期は、再トリガ可能なモノフロツプ８２よ
りも長いために、モノフロツプは次続のトリガパ
ルスが印加される前に休止状態にリセツトされ
る。分周器８１の同じ出力パルスがフリツプフロ
ツプ８４のクロツク入力端CLにも印加されるの
で、このクロツクパルスはＤ入力端で信号値
「０」をとり、したがつてフリツプフロツプ８４
は休止状態（状態「０」）にリセツトされる。そ
の場合、出力端には信号値「１」が発生し、こ
のことは、分周器８１の矩形出力信号の周期が、
モノフロツプ８１に設定されている保持時間より
も大きいことを意味し、そしてこれは、振動棒系
の振動周波数が設定された期準周波数よりも小さ
いことを意味する。

Ｄフリツプフロツプ８４の出力端には、時間
遅延回路８５が接続されており、この回路により
後続の回路装置は直ちにＤフリツプフロツプ８４
の出力信号に応答することはなく、繰返される周
期の所定の最小数に対して設定された基準周波数
が下回つたことが確定された場合に初めて応答す
る。このようにして、スポラジツクな妨害信号に
より、切換過程或いは表示が起動されることは回
避される。このようなスポラジツクな妨害は、例
えば、振動棒の回りに短時間形成されるガス状の
流体或いはまた多くの使用例で遭遇するような容
器内に吹き込まれる空気により形成される空気そ
の他のガスの気泡により惹起されるものである。

第１２図に示す実施例においては、応答遅延回
路８５は抵抗８６およびコンデンサ８７から成る
RC回路によつて形成されている。出力端に信
号値「１」の電圧が現れるとコンデンサ８７は該
RC回路の時定数でこの電圧に充電される。RC回
路の出力端に接続されているトリガ回路８８は、
コンデンサ８７の充填電圧が予め定められた応答
閾値に達した時に応答する。この応答閾値は例え
ば２／3U_Bとすることができる（但しU_Bは電源電
圧である）。コンデンサ８７の充電電圧が、例え
ば１／3U_Bとすることができる低い閾値以下に低
下すると、該トリガ回路８８は不能化される。
RC回路８５の時定数は分周器８１の出力電圧の
複数の周期の期間に渡つて出力端の電圧が値
「１」を有する場合に応答閾値に達するように選
択されている。フリツプフロツプ８４が、コンデ
ンサ８７の充電電圧が応答閾値に達する前に再び
動作状態にセツトされた時には、出力端の電圧
は再び値「０」にリセツトされコンデンサ８７は
再び放電する。

安定な回路機能を達成するために、さらに、ト
リガ回路８８の出力端は再トリガ可能なモノフロ
ツプ８２の入力端に接続されている。トリガ回路
８８が起動されて、その結果、後置接続されてい
る最小−最大値切換回路７４に対する出力電圧が
発生されると、その出力電圧はモノフロツプ８２
に印加され、それにより設定された保持時間は短
縮される。このようにして、分周器８１によつて
発生される矩形波信号の周波数が交番的に僅かに
変動してモノフロツプ８２に設定されている保持
時間を超えたり或いは下回つても、フリツプフロ
ツプ８４の持続的な開閉は阻止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、組込まれていない状態で本発明によ
る装置を示す斜視図、第２図は、容器壁に組込ま
れた装置の部分縦断面図、第３図は第２図の切断
面に対して垂直な切断面における振動棒および変
換装置を備えたねじ込み取り付け部の縦断面図、
第４図は第３図における線Ａ−Ｂに沿う振動棒の
断面図であつて膜およびねじ込み部を頂面図で示
す図、第５図は第２図の線Ｃ−Ｄにおける振動棒
の拡大横断面図、第６図は変換器コラムの略図、
第７図は変換器コラムの構成要素を示す展開斜視
図、第８図は休止状態における振動系を略示する
図、第９図は振動の状態で振動系を略示する図、
第１０図は振動の別の状態における振動系の対応
の略図、第１１図は装置の電子回路部分のブロツ
クダイアグラムを表わす図、そして第１２図は周
波数評価回路の１実施例を示すブロツクダイアグ
ラムを表わす図である。 ９……容器壁、１０……ねじ込み部、１１……
螺刻部分、１２……ヘツド部、１３……シールリ
ング、２０……振動棒系、２１……膜、２２，２
３……振動棒、２４，２５……湾曲部、２６……
パドル、３０……電子ヘツド、３１……ハウジン
グ、３２……ケーブル碍管、３３……接続ケーブ
ル、４０……変換装置、４１……変換コラム（ス
タツク）、４２，４３……支持部材、４４……橋
絡部材、４５……調節ねじ、５０，６４……金属
ステンペル、５１，５３，５７，６３……絶縁円
板、５２，５４，５６，５８，６０，６２……電
極、５５，５９，６１……ピエゾ電気素子、６５
……励起変換器、６６……受信変換器、７０……
増幅器、７１……低域フイルタ、７２……電力増
幅器、７３……周波数評価回路、７４……最小−
最大レベル切換回路、７６……出力段、７７……
負荷回路、８１……分周器、８２……モノフロツ
プ、８３……調整抵抗、８４……フリツプフロツ
プ、８５……応答遅延回路、８６……抵抗、８７
……コンデンサ、８８……トリガ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに間隔をおいて縁部で張架された膜に取
   り付けられて容器内に突出する２つの振動棒を有
   する機械的振動構造と、該振動棒をそれらの縦軸
   方向を横切る反対方向の振動に励振するための励
   振装置と、少なくとも１つの交流電圧によつて励
   起可能なピエゾ電気素子を有する励起変換器と、
   前記機械的振動構造の振動を電気的出力信号に変
   換するための少なくとも１つのピエゾ電気素子を
   備えた受信変換器と、該受信変換器の出力信号に
   依存して表示および／または切換過程を惹起する
   ための評価回路とを備え、容器内の予め定められ
   た充填レベルを検出および／または監視するため
   の装置において、膜２１の前記振動棒２２，２３
   に面しない側で、曲げ弾性を有し各端でそれぞれ
   １つの振動棒２２，２３と固定的に結合された棒
   状の支持部材４２，４３により橋絡部材４４と前
   記膜２１から離間して保持し、そして前記励起変
   換器６５および受信変換器６６のピエゾ電気素子
   ５５，５９，６１をスタツク４１に配設し、該ス
   タツクは、前記橋絡部材４４と、前記振動棒２
   ２，２３間に位置する前記膜２１の部分との間に
   該膜２１の予備緊張下で締着保持されることを特
   徴とする充填レベルの検出／監視装置。 ２ 橋絡部材４４が本質的に固定されている特許
   請求の範囲第１項記載の充填レベルの検出／監視
   装置。 ３ ピエゾ電気素子５５，５９，６１が、該ピエ
   ゾ電気素子５５，５９，６１に当接する金属電極
   ５４，５６，５８，６０，６２ならびに該金属電
   極間に設けられている絶縁部材５３，５７，６３
   と共にスタツク４１に配設されている特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の充填レベルの検
   出／監視装置。 ４ スタツク４１内に、ピエゾ電気素子に当接せ
   ずアース電位が印加される少なくとも１つの別の
   金属電極５２が、受信変換器６６のピエゾ電気素
   子５５のための遮蔽要素として設けられている特
   許請求の範囲第３項記載の充填レベルの検出／監
   視装置。 ５ 両側に当接する金属電極１４，５６を有する
   受信変換器６６のピエゾ素子１５が、励起変換器
   ６５のアース電位が印加される金属電極５８と別
   の金属電極５２との間に絶縁部材５３，５７を介
   在して配設されている特許請求の範囲第４項記載
   の充填レベルの検出／監視装置。 ６ 励起変換器５５が電気的に並列に且つ機械的
   に直列に接続されたピエゾ電気素子５９，６１を
   有している特許請求の範囲第３項ないし第５項の
   いずれかに記載の充填レベルの検出／監視装置。 ７ スタツク４１の各端に金属ポスト５０，６４
   を配設した特許請求の範囲第３項ないし第６項の
   いずれかに記載の充填レベルの検出／監視装置。 ８ スタツク４１の全ての構成要素が実質的に同
   じ横断面積を有する特許請求の範囲第３項ないし
   第７項のいずれかに記載の充填レベルの検出／監
   視装置。 ９ 各金属電極５２，５４，５６，５８，６０，
   ６２に、スタツクから突出するろう付けラグが設
   けられている特許請求の範囲第３項ないし第８項
   のいずれかに記載の充填レベルの検出／監視装
   置。 １０ 振動棒２２，２３の軸線間の接続線に沿つ
   て測定した膜２１に当接するスタツク４１の横断
   寸法が実質的に、前記膜２１と接続された振動棒
   ２２，２３の端間の間隔に等しい特許請求の範囲
   第３項ないし第８項のいずれかに記載の充填レベ
   ルの検出／監視装置。 １１ 膜２１を予備緊張するスタツク４１の緊張
   力を調整するための装置４５を有する特許請求の
   範囲第１項ないし第１０項のいずれかに記載の充
   填レベルの検出／監視装置。 １２ 調整装置４５が、橋絡部材４４に螺入され
   てスタツク４１の端面に当接する調節ねじ４５を
   備えている特許請求の範囲第１１項記載の充填レ
   ベルの検出／監視装置。 １３ 膜２１が、容器壁９の開口内にねじ込まれ
   たねじ込み部１０の底部を形成し、振動棒２２，
   ２３は、それらの自由端部において膜２１と接続
   された端部よりも大きい軸線間間隔を有し、容器
   壁９の開口内に挿入可能である特許請求の範囲第
   １項ないし第１２項のいずれかに記載の充填レベ
   ルの検出／監視装置。 １４ 振動棒２２，２３が湾曲されている特許請
   求の範囲第１３項記載の充填レベルの検出／監視
   装置。 １５ 各振動棒２２，２３に、振動方向を横切つ
   て延在するパドル２６を設け、該パドルの振動棒
   の軸線を横切る方向の幅を、該パドル２６を備え
   た前記振動棒２２，２３が容器壁９の開口を通し
   て挿入可能なように選択し、そして各パドル２６
   が縦軸方向において前記振動棒２２，２３の自由
   端から該振動棒の長さの40ないし60％を越える長
   さに渡り延在して設けられている特許請求の範囲
   第１３項または第１４項記載の充填レベルの検
   出／監視装置。 １６ パドル２６の周縁２７が連続的に先鋭に形
   成されている特許請求の範囲第１５項記載の所定
   の充填レベルの検出／監視装置。 １７ 受信変換器６６が増幅回路７０，７１，７
   ２の入力端に接続され、該増幅回路の出力端に励
   起変換器６５を接続して、機械的振動構造２１，
   ２２，２３をその固有共振周波数での振動で励振
   し、評価回路７３，７４，７６を前記増幅回路７
   ０，７１，７２の出力端に接続して、該増幅回路
   ７０，７１，７２の出力信号の周波数が設定され
   た基準周波数を超えるかまたは下回つた時に表示
   および／または切換過程を起動するように構成さ
   れている特許請求の範囲第１項ないし第１６項の
   いずれかに記載の充填レベルの検出／監視装置。 １８ 増幅回路７０，７１，７２が低域フイルタ
   ７１を備え、該フイルタの通過帯域を、機械的振
   動構造２１，２２，２３の固有共振振動の基本周
   波数の領域に対応させて、高調波に対する振動の
   自励を阻止する特許請求の範囲第１７項記載の充
   填レベルの検出／監視装置。 １９ 増幅回路８０，８１，８２の終段７６が行
   過ぎ制御される特許請求の範囲第１７項または第
   １８項記載の充填レベルの検出／監視装置。 ２０ 評価回路７３が応答遅延回路８５を備え、
   該応答遅延回路は、予め定められた数の周期にわ
   たり基準周波数が越えられるかまたは下回られた
   ことが検出された場合に初めて表示および／また
   は切換過程の起動を可能にする特許請求の範囲第
   １７項ないし第１９項のいずれかに記載の充填レ
   ベルの検出／監視装置。 ２１ 評価回路７３が信号変換回路８０，８１を
   含み、該変換回路は増幅回路７０，７１，７２の
   出力信号を矩形信号に変換し、該矩形信号の周波
   数は増幅回路７０，７１，７２の出力周波数に等
   しく、さらに、前記信号変換回路８０，８１の出
   力端に接続した時間比較回路８２，８３，８４を
   設け、該比較回路は、矩形信号の周期を調整可能
   な基準持続期間と比較して、前記周期期間が前記
   基準期間を下回るか越えた時に電圧を発生し、前
   記応答遅延回路８５は積分RC回路８６，８７を
   有し、該RC回路のコンデンサ８７は抵抗８６を
   介して前記時間比較回路８２，８３，８４の出力
   電圧により充電可能であり、そして積分RC回路
   ８６，８７の出力端に、前記コンデンサ８７の充
   電電圧が予め定められた閾値に達した時に起動さ
   れるトリガ回路８８を接続した特許請求の範囲第
   ２０項記載の充填レベルの検出／監視装置。 ２２ 時間比較回路８２，８３，８４が調整可能
   な保持時間を有する再トリガ可能なモノフロツプ
   ８２を備え、該モノフロツプの起動入力端に、信
   号変換回路８０，８１によつて発生される矩形波
   信号を印加し、さらにＤフリツプフロツプ８４を
   設け、該フリツプフロツプ８４のＤ入力端を再ト
   リガ可能な前記モノフロツプ８２の出力端に接続
   し且つ該フリツプフロツプのクロツク入力端CL
   を前記信号変換回路８０，８１の出力端に接続
   し、そしてRC積分回路８６，８７を前記フリツ
   プフロツプの１つの出力端Ｑ，に接続した特許
   請求の範囲第２１項記載の充填レベルの検出／監
   視装置。 ２３ トリガ回路８８の出力信号を再トリガ可能
   なモノフロツプ８２の入力端に供給し、該モノフ
   ロツプ８２において、調整可能な保持時間を切換
   ヒステリシスが大きくなる方向に変える特許請求
   の範囲第２２項記載の充填レベルの検出／監視装
   置。