WO2010040581A1 - VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG EINER PROZESSGRÖßE EINES MEDIUMS - Google Patents

VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG EINER PROZESSGRÖßE EINES MEDIUMS Download PDF

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WO2010040581A1
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Franco Ferraro
Sergej Lopatin
Alexander Müller
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Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg
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Definitions

  • the invention relates to a device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium.
  • the medium is in particular a liquid.
  • vibration forks for example EP 0 444 173 B1
  • rods for example WO 2004/094964 A1
  • membrane oscillators are known for determining the fill level and other process variables of a medium.
  • the characteristics of the mechanical vibrations depend on the contact with the medium and also on its properties.
  • the frequency or the amplitude of the oscillations decreases when, in particular, the liquid medium reaches the oscillatable unit and at least partially covers it.
  • the liquid medium acts on the vibrating body of the sensor - i. e.g.
  • the oscillation frequency is also dependent, for example, on the viscosity of the medium (see, for example, EP 1 325 301).
  • the invention has for its object to provide a check on the
  • Vibronik based sensor to allow, in which in particular the mechanically oscillating unit is checked.
  • the Erfundung solves the problem with a device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium, with at least a first sensor unit and a second sensor unit, wherein the first sensor unit and the second sensor unit each have a mechanically oscillatable unit and each one with the respective mechanical having oscillatory unit coupled transducer unit, wherein the transducer units convert mechanical vibrations into electrical signals and electrical signals into mechanical vibrations, and with at least one control unit, wherein the control unit active at least during a test phase, the first sensor unit and the second sensor unit passive, wherein in active operation the converter unit of the actively operated sensor unit is supplied with an electrical signal and the converter unit, starting from the electrical signal, couples the mechanically oscillatable unit coupled to the converter unit t is excited to mechanical vibrations, and wherein in passive operation, the transducer unit of the passively operated sensor unit is free from the application of an electrical signal and the transducer unit receives mechanical vibrations from the coupled to the transducer unit mechanically oscillatable unit mechanical vibrations and an electrical received signal
  • the respective sensor system is thus checked in particular by the transmission of the acoustic waves, in particular by a liquid medium, but also by a gas medium.
  • a sensor unit is operated as an active sensor and the other sensor unit as a passive member, for example, in a constant change first. With valid frequency transformation over the medium or over the air, i. in the case of the absence of the medium, a statement about the function of the entire system is thus possible.
  • the medium is preferably a liquid.
  • a sensor unit is checked by a second sensor unit serving either as a transmitter of the vibrations and the sensor unit to be checked
  • the second sensor unit Receives vibrations or by serving in a second variant, the second sensor unit as a pure receiver of the vibrations of the sensor unit to be checked. It is thus exploited that sends a sensor and the other sensor receives only the vibrations generated and not even actively generated vibrations. In one embodiment, the two sensor units alternate in these tasks or roles.
  • the dual design also increases the availability, since in the event that one sensor fails, the system can continue to operate with the second sensor. In addition, the user is informed of the need for revision.
  • the monitoring into the mechanically oscillatable unit thus permits corrosion monitoring and possibly monitoring of the application.
  • the two sensor units are configured substantially identically. In one embodiment, both sensor units are based on the vibronic principle and both sensor units have the same resonant frequency. In an alternative embodiment, the two sensor units are designed differently, for example, a sensor unit is a pressure sensor. However, for example, different configurations of the vibratable unit of the vibronic-based sensor units may be combined, i. e.g. a tuning fork and a vibrating membrane or a single rod. Care should be taken only that the vibration frequencies or the resonance frequencies match each other, i. E. that the sensor units can also "hear" each other.
  • the actively operated sensor unit is excited to different vibration modes.
  • the actively operated sensor unit oscillates with such a phase that results in a maximum of the oscillation amplitude in the passively operated sensor unit.
  • control unit alternately actively and passively operates the first sensor unit and the second sensor unit during the test phase. That is, in this embodiment, the Sensoreinherelien alternate in active or passive operation and thus allow a mutual review. It comes thus alternately to a role reversal.
  • control unit in case of a deviation of the received signal from at least one predetermined setpoint an alarm signal! generated.
  • first sensor unit and the second sensor unit are configured, coordinated and arranged relative to one another such that, in particular, an acoustic transmission of mechanical vibrations, in particular through the medium, takes place between the first sensor unit and the second sensor unit.
  • the sensor units are at different
  • An embodiment includes that the first sensor unit and the second sensor unit are configured, coordinated and arranged relative to one another in such a way that the transmission of mechanical vibrations between the first sensor unit and the second
  • Sensor unit essentially takes place via acoustic waves in the medium.
  • control unit evaluates the frequency of the received signal of the passively operated sensor unit relative to the frequency of the oscillations of the actively operated sensor unit.
  • the two frequencies are evaluated, for example, in terms of plausibility, so that, if necessary, a statement for the predictive maintenance is possible.
  • At least one mechanically oscillatable unit is a membrane or a single rod or a tuning fork or a pipe.
  • At least one transducer unit has at least one piezoelectric element.
  • An embodiment provides that the medium is located in a container or in a tube.
  • An embodiment includes that the process variable is the fill level, the density or the viscosity of the medium.
  • FIG. 5 shows a fourth arrangement of two sensor units in the form of vibration forks on a flange.
  • FIG. 1 shows two sensor units 1, 2, in which the mechanically oscillatable unit 11, 21 is in each case a so-called. Tuning fork, in which two forks are applied to a membrane.
  • a transducer unit 12, 22 is mechanically coupled to the oscillatable unit 11, 21.
  • These are in each case, for example, one or more piezoelectric elements.
  • These converter units 12, 22 convey jeweiis between electrical signals - so-called excitation signals - and the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable units 1 1, 21. They are either with the excitation signal! acted upon and thus generate the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit 11, 21 or they receive the mechanical vibrations and convert them into received signals.
  • the electrical signals are, in particular, electrical alternating current signals.
  • the two sensor units 1, 2 are arranged here substantially at the same height of a tube 4, in which a - not shown here - is medium.
  • the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable units 11, 21 are dependent on the interaction with the medium, so that from the received signals to the process sizes of the medium, e.g. Level, density or viscosity can be closed.
  • a control unit 3 is provided here as an additional external unit.
  • the control unit 3 is a component of one of the two sensor units 1, 2.
  • the sensor units 1, 2 and the control unit 3 are connected via lines.
  • this can also be done wirelessly or via an identical and correspondingly clocked sequence protocol provided in the two sensor units 1, 2.
  • the control unit 3 is designed in such a way that it activates one sensor actively and the other sensor passively at least during a test phase.
  • the first sensor unit 1 becomes as in the frame operated a normal measurement, ie, the transducer unit 12 is acted upon by an excitation signal and starting from this oscillates the mechanically oscillatable unit 11 of the first sensor unit.
  • the active operation can thus be identical to the normal operation or also different, for example, with respect to the excitation signal, for example, because another excitation frequency, another phase or another vibration mode is excited.
  • the vibrations are transmitted via the medium or via the air to the mechanically oscillatable unit 21 of the second sensor unit 2.
  • This second sensor unit 2 is operated passively, i. the converter unit 22 is not supplied with an excitation signal, but is free from such a signal. Nevertheless, the converter unit 22 of the second sensor unit 2 converts the vibrations of the mechanically oscillatable unit 21 of the second sensor unit 2 into a received signal. Thus, the vibrations are recorded which have been generated by the first sensor unit 1 and transmitted through the space between the two oscillatable units. In other words, the second sensor unit 2 detects the vibrations of the first sensor unit 1.
  • the welcome signal! is received by the test unit 3 and evaluated appropriately. For example, a reference signal is stored. Starting from the excitation signal for the first sensor unit 1, an associated received signal is to be expected in the second sensor unit 2. Dodges the Signa! however, it must be at one of the two
  • Sensor units 1, 2 present an error.
  • Other evaluations of the signals, e.g. also in terms of properties of the medium are also possible.
  • Fig. 3 shows two so-called membrane oscillators, i. the mechanically oscillatable unit consists of only one membrane each. These sensors are mounted substantially at the same height in the pipe 4.
  • the two sensor units are each of the same type. However, it is also possible to combine different types, e.g. Membrane oscillator with vibration or rods.
  • both sensor units 1, 2 are arranged in series with a spacing of approximately less than three spade widths of the sensors one behind the other.
  • the distance between both sensor units 1, 2 should not be substantially larger, since otherwise the acoustic excitation waves of the actively operated sensor unit may become too weak to cause the passively operated sensor unit, i. to stimulate the receiving unit safely.
  • both sensor units are installed on opposite sides of the tube 4.
  • both sensor units 1, 2 can also be fastened on one side. The latter arrangement of the sensors also allows the application of the invention in large containers.
  • FIG. 5 A possible solution for containers with a large distance between the walls is shown in FIG. 5.
  • the two sensor units 1, 2 are arranged on a flange 5.
  • the distance between the two spades or paddles of the sensor units 1, 2 is less than three spade widths of Sensor units 1, 2.
  • the spades or paddles of the two sensor units are aligned parallel to one another. It is advantageous in this embodiment that the measuring system with the two sensor units can be installed on the flange 5 on a container opening. This reduces the installation and maintenance costs of the device.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, mit einer ersten und einer zweiten Sensoreinheit (2), wobei die Sensoreinheiten (1, 2) jeweils eine mechanisch schwingfähige Einheit (11, 21) und eine Wandlereinheit (12, 22) aufweisen, wobei die Wandlereinheiten (12, 22) mechanische Schwingungen in elektrische Signale und elektrische Signale in mechanische Schwingungen umwandeln, und mit einer Steuereinheit (3), die während einer Testphase die erste Sensoreinheit (1) aktiv und die zweite Sensoreinheit (2) passiv betreibt, wobei im aktiven Betrieb die Wandlereinheit (12) mit einem elektrischen Signal beaufschlagt ist und die Wandlereinheit (12) die mechanisch schwingfähige Einheit (11) zu Schwingungen anregt, und wobei im passiven Betrieb die Wandlereinheit (22) frei von der Beaufschlagung mit einem elektrischen Signal ist und die Wandlereinheit (22) von der mechanisch schwingfähigen Einheit (21) mechanische Schwingungen empfängt und in ein elektrisches Empfangssignal umwandelt, und wobei die Steuereinheit (3) das Empfangssignal auswertet und/oder verarbeitet.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums. Bei dem Medium handelt es sich insbesondere um eine Flüssigkeit.
im Stand der Technik sind zur Bestimmung des Füllstands und weiterer Prozessgrößen eines Mediums so genannte Schwinggabeln (z.B. EP 0 444 173 B1 ), Einstäbe (z.B. WO 2004/094964 A1 ) oder auch Membranschwinger bekannt. Ausgenutzt wird bei den jeweiligen Messungen, dass die Kenngrößen der mechanischen Schwingungen (Schwingungsamplitude, Resonanzfrequenz, Phasengang über Frequenz) der schwingfähigen Einheit vom Kontakt mit dem Medium und auch von dessen Eigenschaften abhängen. So nimmt beispielsweise die Frequenz oder die Amplitude der Schwingungen ab, wenn insbesondere das flüssige Medium die schwingfähige Einheit erreicht und zumindest teilweise bedeckt. Das flüssige Medium wirkt auf den schwingenden Körper des Sensors - d.h. z.B. auf die Schwinggabel bzw. den Einstab bzw. die Membran - einerseits als mitbewegte Masse, weshalb die Schwingfrequenz sinkt, und andererseits als mechanischer Dämpfer, weshalb die Schwingungsamplitude abnimmt. Daher lässt sich aus der Abnahme der Schwingungsfrequenz bzw. der Amplitude darauf schließen, dass das Medium einen von der Ausgestaltung und der Position der Anbringung der Vorrichtung abhängigen Füllstand erreicht hat. Weiterhin ist die Schwingungsfrequenz auch beispielsweise von der Viskosität des Mediums abhängig (siehe z.B. EP 1 325 301 ).
Zur Anregung der jeweiligen mechanisch schwingfähigen Einheiten werden oft piezoelektrische Elemente verwendet, weiche umgekehrt auch die mechanischen Schwingungen in elektrische Signale umwandeln. Weiterhin ist für bestimmte Anwendungen auch eine elektromagnetische Anregung der schwingfähigen Einheit möglich. Im Stand der Technik gibt es Ansätze, die Sensoreinheiten einer SeJbstüberwachung zu unterziehen, d.h. zu testen, ob der Sensor bzw. einzelne Bestandteile des Sensors in Ordnung sind. Eine Problematik besteht dabei darin, dass insbesondere die Funktionsfähigkeit der schwingfähigen Einheit, d.h. dem Bestandteil, weiches mit dem Medium in Kontakt tritt und somit den größten Belastungen ausgesetzt ist, in den bekannten Messverfahren nicht überprüft wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überprüfung eines auf der
Vibronik beruhenden Sensors zu ermöglichen, bei welcher insbesondere auch die mechanisch schwingfähige Einheit überprüft wird.
Die Erfändung löst die Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einer ersten Sensoreinheit und einer zweiten Sensoreinheit, wobei die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit jeweils eine mechanisch schwingfähige Einheit und jeweils eine mit der jeweiligen mechanisch schwingfähigen Einheit gekoppelte Wandlereinheit aufweisen, wobei die Wandlereinheiten mechanische Schwingungen in elektrische Signale und elektrische Signale in mechanische Schwingungen umwandeln, und mit mindestens einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit mindestens während einer Testphase die erste Sensoreinheit aktiv und die zweite Sensoreinheit passiv betreibt, wobei im aktiven Betrieb die Wandlereinheit der aktiv betriebenen Sensoreinheit mit einem elektrischen Signal beaufschlagt ist und die Wandlereinheit ausgehend von dem elektrischen Signal die mit der Wandlereinheit gekoppelte mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt, und wobei im passiven Betrieb die Wandlereinheit der passiv betriebenen Sensoreinheit frei von der Beaufschlagung mit einem elektrischen Signal ist und die Wandlereinheit von der mit der Wandlereinheit gekoppelten mechanisch schwingfähigen Einheit mechanische Schwingungen empfängt und in ein elektrisches Empfangssignal umwandelt, und wobei die Steuereinheit das Empfangssignal auswertet und/oder verarbeitet.
Durch die Anordnung zweier Sensoreinheiten wird somit insbesondere durch die Übertragung der akustischen Wellen insbesondere durch ein flüssiges Medium, aber auch durch ein Gasmedium die jeweilige Sensorik überprüft. Dafür wird beispielsweise im stetigen Wechsel zuerst eine Sensoreinheit als aktiver Sensor und die andere Sensoreinheit als passives Glied betrieben. Bei gültiger Frequenztransformation über das Medium bzw. über die Luft, d.h. im Falle der Abwesenheit des Mediums, ist somit eine Aussage über die Funktion des Gesamtsystems möglich. Das Medium ist vorzugsweise eine Flüssigkeit.
Umgekehrt lässt sich somit auch formulieren, dass eine Sensoreinheit überprüft wird, indem eine zweite Sensoreinheit entweder als Sender der Schwingungen dient und die zu überprüfende Sensoreinheit diese
Schwingungen empfängt oder indem in einer zweiten Variante die zweite Sensoreinheit als reiner Empfänger der Schwingungen der zu überprüfenden Sensoreinheit dient. Es wird somit ausgenutzt, dass ein Sensor sendet und der andere Sensor nur die erzeugten Schwingungen empfängt und selbst nicht Schwingungen aktiv erzeugt. In einer Ausgestaltung wechseln die beiden Sensoreinheiten sich in diesen Aufgaben bzw. Rollen ab.
Durch die doppelte Auslegung erhöht sich als Vorteil auch die Verfügbarkeit, da in dem Fall, dass ein Sensor ausfällt, das System mit dem zweiten Sensor weiterhin betrieben werden kann. Zudem wird dem Anwender der Revisionsbedarf gemeldet.
Die Überwachung bis in die mechanisch schwingfähige Einheit hinein erlaubt somit Korrosionsüberwachung und eventuell Ansatzüberwachung.
Weiterhin kann auch aus den Schwingungen der beiden Sensoreinheiten bzw. aus den damit verbundenen elektrischen Signalen ein Maß für die Dämpfung des Mediums und damit ggf. auch eine Aussage über mindestens eine Eigenschaft des Mediums gewonnen werden.
!n einer Ausgestaltung sind die beiden Sensoreinheiten im Wesentlichen identisch ausgestaltet In einer Ausgestaltung basieren beide Sensoreinheiten auf dem Vibronikprinzip und weisen beide Sensoreinheiten die gleiche Resonanzfrequenz auf. In einer alternativen Ausgestaltung sind die beiden Sensoreinheiten unterschiedlich ausgestaltet, wobei beispielsweise eine Sensoreinheit ein Drucksensor ist. Beispielsweise lassen sich jedoch auch unterschiedliche Ausgestaltungen der schwingfähigen Einheit der auf der Vibronik beruhenden Sensoreinheiten kombinieren, d.h. z.B. eine Schwinggabel und eine schwingfähige Membran oder ein Einstab. Es sollte nur darauf geachtet werden, dass die Schwingungsfrequenzen bzw. die Resonanzfrequenzen zueinander passen, d.h. dass die Sensoreinheiten sich auch gegenseitig „hören" können.
in einer weiteren Ausgestaltung wird die aktiv betriebene Sensoreinheit zu unterschiedlichen Schwingungsmoden angeregt.
In einer Ausgestaltung schwingt die aktiv betriebene Sensoreinheit mit einer solchen Phase, dass sich ein Maximum der Schwingungsamplitude bei der passiv betriebenen Sensoreinheit ergibt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit während der Testphase die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit alternierend aktiv und passiv betreibt. D.h. in dieser Ausgestaltung wechseln sich die Sensoreinheäten im aktiven bzw. passiven Betrieb ab und erlauben somit eine gegenseitige Überprüfung. Es kommt somit alternierend zu einem Rollentausch. Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Steuereinheit bei einem Abweichen des Empfangsignals von mindestens einem vorgebbaren Sollwert ein Alarmsigna! erzeugt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit derartig ausgestaltet, aufeinander abgestimmt und relativ zueinander angeordnet sind, dass zwischen der ersten Sensoreinheit und der zweiten Sensoreinheit insbesondere eine akustische Übertragung von mechanischen Schwingungen insbesondere durch das Medium stattfindet. In einer Ausgestaltung werden die Sensoreinheiten an unterschiedlichen
Positionen angebracht, bis eine maximale Empfangsamplitude an der passiv betriebenen Sensoreinheit ermittelt wurde. Insbesondere sollte eine solche Ausrichtung vorgenommen werden, dass der Schall der aktiven Sensoreinheit auf die größtmögliche Angriffsfläche der passiven Sensoreinheit ausgerichtet ist.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit derartig ausgestaltet, aufeinander abgestimmt und relativ zueinander angeordnet sind, dass die Übertragung von mechanischen Schwingungen zwischen der ersten Sensoreinheit und der zweiten
Sensoreinheit im Wesentlichen über akustische Wellen im Medium stattfindet.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit die Frequenz des Empfangssignals der passiv betriebenen Sensoreinheit relativ zur Frequenz der Schwingungen der aktiv betriebenen Sensoreinheit auswertet. Die beiden Frequenzen werden beispielsweise in Hinsicht auf Plausibilität ausgewertet, so dass ggf. auch eine Aussage für das Predictive Maintenance möglich ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit eine Membran oder ein Einstab oder eine Schwinggabel oder ein Rohr ist. Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Wandlereinheit mindestens ein piezoelektrisches Element aufweist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Medium in einem Behälter oder in einem Rohr befindlich ist.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Prozessgröße um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität des Mediums handelt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine erste Anordnung von zwei Sensoreinheiten in Form von Schwinggabeln,
Fig. 2: eine zweite Anordnung von zwei Sensoreinheiten in Form von Schwinggabeln,
Fig. 3: eine Anordnung von zwei Membranschwingern,
Fig. 4: eine dritte Anordnung von zwei Sensoreinheiten in Form von Schwinggabeln, und
Fig. 5: eine vierte Anordnung von zwei Sensoreinheiten in Form von Schwinggabeln auf einem Flansch.
Die Fig. 1 zeigt zwei Sensoreinheiten 1 , 2, bei welchen die mechanisch schwingfähige Einheit 11 , 21 jeweils eine sog. Schwinggabel ist, bei welcher zwei Gabelzinken auf einer Membran aufgebracht sind. Mechanisch mit der schwingfähigen Einheit 11 , 21 gekoppelt ist jeweils eine Wandlereinheit 12, 22. Dabei handelt es sich beispielsweise jeweils um ein oder mehrere piezoelektrische Elemente. Diese Wandlereinheiten 12, 22 vermitteln jeweiis zwischen elektrischen Signalen - sog. Anregungssignalen - und den mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheiten 1 1 , 21. Sie werden entweder mit dem Anregungssigna! beaufschlagt und erzeugen damit die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 11 , 21 oder sie empfangen die mechanischen Schwingungen und wandeln diese in Empfangssignale um. Bei den elektrischen Signalen handelt es sich insbesondere um elektrische Wechseistromsignale.
Die beiden Sensoreinheiten 1 , 2 sind hier im Wesentlichen auf der gleichen Höhe eines Rohres 4 angeordnet, in welchem sich ein - hier nicht dargestelltes - Medium befindet. Die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheiten 11 , 21 sind abhängig von der Wechselwirkung mit dem Medium, so dass aus den Empfangssignalen auf die Prozessgrößen des Mediums, z.B. Füllstand, Dichte oder Viskosität geschlossen werden kann.
Zur einfachen Übertragung der mechanischen Schwingungen zwischen den beiden Sensoreinheiten 1 , 2 sind diese hier derartig ausgestaltet, dass zwei Gabelzinken derartig nebeneinander angeordnet sind, dass die Gabeln sich teilweise umgreifen.
Eine Steuereinheit 3 ist hier als zusätzliche externe Einheit vorgesehen. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Steuereinheit 3 ein Bestandteil einer der beiden Sensoreinheiten 1 , 2. Hier sind zudem die Sensoreinheiten 1 , 2 und die Steuereinheit 3 über Leitungen verbunden. Dies kann jedoch auch kabellos oder über ein in den beiden Sensoreinheit 1 , 2 vorgesehenes identisches und entsprechend getaktetes Ablaufprotokoll erfolgen.
Die Steuereinheit 3 ist derartig ausgestaltet, dass sie zumindest während einer Testphase einen Sensor aktiv und den anderen Sensor passiv betreibt. In der Testphase wird somit beispielsweise die erste Sensoreinheit 1 wie im Rahmen einer normalen Messung betrieben, d.h. die Wandlereinheit 12 wird mit einem Anregungssignal beaufschlagt und davon ausgehend schwingt die mechanisch schwingfähige Einheit 11 der ersten Sensoreinheit. Der aktive Betrieb kann somit identisch sein mit dem normalen Betrieb oder auch z.B. in Bezug auf das Anregungssignal unterschiedlich sein, weil beispielsweise eine andere Anregungsfrequenz, eine andere Phase oder eine andere Schwingungsmode angeregt wird.
Die Schwingungen werden über das Medium oder über die Luft auf die mechanisch schwingfähige Einheit 21 der zweiten Sensoreinheit 2 übertragen. Diese zweite Sensoreinheit 2 wird passiv betrieben, d.h. die Wandlereinheit 22 wird nicht mit einem Anregungssignal beaufschlagt, sondern ist frei von einem solchen Signal. Gleichwohl wandelt die Wandlereinheit 22 der zweiten Sensoreinheit 2 die Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 21 der zweiten Sensoreinheit 2 in ein Empfangssignal um. Es werden somit die Schwingungen aufgenommen, welche von der ersten Sensoreinheit 1 erzeugt und durch den Raum zwischen den beiden schwingfähigen Einheiten übertragen worden sind. Mit anderen Worten: Die zweite Sensoreinheit 2 detektiert die Schwingungen der ersten Sensoreinheit 1.
Das Empfangssigna! wird von der Testeinheit 3 empfangen und passend ausgewertet. Dafür ist beispielsweise ein Referenzsignal hinterlegt. Ausgehend von dem Anregungssignal für die erste Sensoreinheit 1 ist ein zugehöriges Empfangssignal in der zweiten Sensoreinheit 2 zu erwarten. Weicht das Signa! jedoch davon ab, so muss bei einem der beiden
Sensoreinheiten 1 , 2 ein Fehler vorliegen. Andere Auswertungen der Signale, z.B. auch in Hinsicht auf Eigenschaften des Mediums sind ebenfalls mögiich.
Dieser aktive bzw. passive Betrieb wird in einer weiteren Ausgestaltung umgekehrt und mehrfach wiederholt. D.h. die beiden Sensoreinheiten werden abwechseln bzw. gegenseitig überprüft. In der Fig. 2 ist eine andere Anordnung zu sehen, in welcher eine Gabel einen größeren Abstand zwischen den Gabelzinken als die andere Sensoreinheit aufweist. Dies ermöglicht es, dass eine Gabel die andere vollständig umfasst. Auch hier sind die beiden Sensoreinheit im Rohr 4 im Wesentlichen auf der gleichen Höhe (d.h. in Richtung der Senkrechten auf dem hier dargestellten Schnitt) angeordnet.
Die Fig. 3 zeigt zwei sog. Membranschwinger, d.h. die mechanisch schwingfähige Einheit besteht jeweils nur aus einer Membran. Auch diese Sensoren sind im Wesentlichen auf gleicher Höhe im Rohr 4 angebracht.
In den drei gezeigten Ausgestaltungen sind die beiden Sensoreinheiten jeweils vom gleichen Typus. Es lassen sich jedoch auch unterschiedliche Arten miteinander kombinieren, z.B. Membranschwinger mit Schwinggabein oder Einstäben.
Die Fig.4 zeigt eine Anordnung der Sensoren 1 , 2 auf Stimmgabelbasis in einer Rohrleitung 4. Dabei stehen die beiden Sensoreinheiten 1 , 2 in Reihe mit einem Abstand von etwa weniger als drei Spatenbreiten der Sensoren hintereinander. Der Abstand zwischen beiden Sensoreinheiten 1 , 2 sollte im Wesentlichen nicht größer sein, da ansonst die akustischen Anregungswellen der aktiv betriebenen Sensoreinheit zu schwach werden kann, um die passiv betriebene Sensoreinheit, d.h. die Empfangseinheit sicher anzuregen. In der Fig. 4 sind beide Sensoreinheiten auf einander gegenüber liegenden Seiten des Rohres 4 installiert. Alternativ können beide Sensoreinheiten 1 , 2 auch auf einer Seite befestigt werden. Die letztere Anordnung der Sensoren erlaubt auch die Anwendung der Erfindung in großen Behältern.
Eine mögliche Lösung für Behälter mit einem großen Abstand zwischen den Wänden zeigt die Fig. 5. In diesem Fall sind die zwei Sensoreinheiten 1 , 2 auf einem Flansch 5 angeordnet. Der Abstand zwischen den beiden Spaten oder Paddeln der Sensoreinheiten 1 , 2 beträgt weniger als drei Spatenbreiten der Sensoreinheiten 1 , 2. Weiterhin sind die Spaten bzw. Paddel der beiden Sensoreinheiten parallel zueinander ausgerichtet Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, dass das Messsystem mit den zwei Sensoreinheiten auf dem Flansch 5 auf einer Behälteröffnung installiert werden kann. Dies reduziert die Montage- und Wa rtungs kosten des Geräts.
Bezugszeichenliste
Erste Sensoreinheit Zweite Sensoreinheit Steuereinheit Rohr Flansch Mechanisch schwingfähige Einheit der ersten Sensoreinheit Wandiereinheit der ersten Sensoreinheit Mechanisch schwingfähige Einheit der zweiten Sensoreinheit Wandlereinheit der zweiten Sensoreinheit

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einer ersten Sensoreinheit (1 ) und einer zweiten Sensoreinheit
(2), wobei die erste Sensoreinheit (1 ) und die zweite Sensoreinheit (2) jeweils eine mechanisch schwingfähige Einheit (11 , 21 ) und jeweils eine mit der jeweiligen mechanisch schwingfähigen Einheit (11 , 21 ) gekoppelte Wand I e rein he it (12, 22) aufweisen, wobei die Wandiereinheiten (12, 22) mechanische Schwingungen in elektrische Signale und elektrische Signale in mechanische Schwingungen umwandeln, und mit mindestens einer Steuereinheit (3), wobei die Steuereinheit (3) mindestens während einer Testphase die erste Sensoreinheit (1 ) aktiv und die zweite Sensoreinheit (2) passiv betreibt, wobei im aktiven Betrieb die Wandlereinheit (12) der aktiv betriebenen Sensoreinheit (1 ) mit einem elektrischen Signal beaufschlagt ist und die Wandlereinheit (12) ausgehend von dem elektrischen Signal die mit der Wandlereinheit (12) gekoppelte mechanisch schwingfähige Einheit (11 ) zu mechanischen Schwingungen anregt, und wobei im passiven Betrieb die Wandlereinheit (22) der passiv betriebenen Sensoreinheit (2) frei von der Beaufschlagung mit einem elektrischen Signal ist und die Wandlereinheit (22) von der mit der Wandlereinheit (22) gekoppelten mechanisch schwingfähigen Einheit (21 ) mechanische Schwingungen empfängt und in ein elektrisches Empfangssigna! umwandelt, und wobei die Steuereinheit (3) das Empfangssignal auswertet und/oder verarbeitet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) während der Testphase die erste Sensoreinheit {1 ) und die zweite Sensoreinheit (2) alternierend aktiv und passiv betreibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) bei einem Abweichen des Empfangsignals von mindestens einem vorgebbaren Sollwert ein Alarmsignal erzeugt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensoreinheät (1 ) und die zweite Sensoreinheit (2) derartig ausgestaltet, aufeinander abgestimmt und relativ zueinander angeordnet sind, dass zwischen der ersten Sensoreinheit (1 ) und der zweiten Sensoreinheit (2) insbesondere eine akustische Übertragung von mechanischen Schwingungen insbesondere durch das Medium stattfindet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensoreinheit (1 ) und die zweite Sensoreinheit (2) derartig ausgestaltet, aufeinander abgestimmt und relativ zueinander angeordnet sind, dass die Übertragung von mechanischen Schwingungen zwischen der ersten Sensoreinheit (1 ) und der zweiten Sensoreinheit (2) im Wesentiichen über akustische Wellen im Medium stattfindet.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) die Frequenz des Empfangssignals der passiv betriebenen Sensoreinheit (2) relativ zur Frequenz der Schwingungen der aktiv betriebenen Sensoreinheit (1 ) auswertet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit (11 , 21 ) eine Membran oder ein Einstab oder eine Schwinggabel oder ein Rohr ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wandlereinheit mindestens ein piezoelektrisches Element aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium in einem Behälter oder in einem Rohr (4) befindlich ist.
10. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Prozessgröße um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität des Mediums handelt.
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