WO2020035336A1 - MESSEINRICHTUNG ZUR ERMITTLUNG EINER FLUIDGRÖßE - Google Patents

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WO2020035336A1
WO2020035336A1 PCT/EP2019/070966 EP2019070966W WO2020035336A1 WO 2020035336 A1 WO2020035336 A1 WO 2020035336A1 EP 2019070966 W EP2019070966 W EP 2019070966W WO 2020035336 A1 WO2020035336 A1 WO 2020035336A1
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WO
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vibrating
oscillating
housing
fluid
excitation
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/070966
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Ploss
Michael MAYLE
Andreas Benkert
Thomas Sturm
Original Assignee
Diehl Metering Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Diehl Metering Gmbh filed Critical Diehl Metering Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
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    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02836—Flow rate, liquid level

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for determining a fluid size relating to a fluid and / or a fluid flow of the fluid, with a control device, a measuring tube that receives the fluid and / or through which the fluid can flow, and a first vibration transducer arranged on the measuring tube.
  • the invention also relates to a method for producing a measuring device.
  • Ultrasound counters are one way of detecting a flow or other measurement parameters relating to a fluid.
  • at least one ultrasound transducer is used to couple an ultrasound wave into the fluid flowing through the measuring tube, this being guided to a second ultrasound transducer in a straight path or after several reflections on walls or special reflection elements.
  • a flow rate through the measuring tube can be determined from the transit time of the ultrasonic wave between the ultrasonic transducers or from a transit time difference when the transmitter and receiver are interchanged.
  • an excitation of a fashion-guided wave is highly relevant for use in an ultrasonic counter, since the angle at which compression vibrations are radiated into the fluid depends on the phase velocity of the wave being guided. which is typically different in different excitation modes at the same excited frequency. If different modes are excited, this results in different propagation paths for the compression vibrations in the fluid, which can at best be eliminated by means of a complex signal evaluation.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a measuring device which uses guided shafts for the measurement, with a small installation space requirement and a simple construction of the measuring device used to be realized.
  • a measuring device of the type mentioned at the outset the first vibration transducer having a vibrating membrane or a vibrating plate which is coupled directly or via a coupling layer to the measuring tube, the vibrating membrane on the surface facing away from the measuring tube or a respective oscillating element is arranged in the excitation areas spaced apart from one another, the oscillating elements being controllable by the control device in order to jointly excite a shaft guided in the side wall of the measuring tube, the guided shaft directly in the side wall or indirectly via the Fluid can be routed to a second vibration transducer arranged on the measuring tube or back to the first vibration transducer and can be detected there by the control device for determining measurement data, the fluid size being able to be determined by the control device as a function of the measurement data.
  • the use according to the invention of a vibrating membrane or vibrating plate on which the vibrating elements are already arranged in corresponding excitation areas makes it possible in particular to provide the vibrating membrane or vibrating plate with vibrating elements already arranged thereon separately from the measuring tube, which considerably simplifies the manufacture of the measuring device can be.
  • the vibrating diaphragm or vibrating plate can in this case, in particular, seal a housing holding the vibrating elements together with the vibrating diaphragm or vibrating plate toward the measuring tube. This will be explained in detail later.
  • the use of the vibrating membrane or vibrating plate according to the invention thus enables the combination of a relatively simple manufacture with a high degree of accuracy in the positioning of the vibrating elements relative to one another.
  • a vibrating diaphragm or vibrating plate can also be used to protect the vibrating elements together with a housing against environmental influences, with the vibrating diaphragm or vibrating plate nevertheless being able to excite the side wall of the measuring tube.
  • the vibrating elements can be arranged on the surface of the vibrating membrane or vibrating plate in such a way that they are in direct mechanical contact with the vibrating membrane or vibrating plate.
  • a particularly piezoelectric vibrating body and / or at least one electrode of the vibrating element can lie directly on the surface of the vibrating membrane or vibrating plate.
  • the vibrating elements can also be arranged on the surface in such a way that a common coupling layer or a coupling layer for the respective vibrating element is located between the surface and the respective vibrating element.
  • an adhesive layer can be used to glue the respective vibrating element to the surface, or a viscous coupling layer can be provided in order to prevent the vibrating element and the vibrating diaphragm or vibrating plate from being braced against one another and to prevent or differ in temperature expansion to avoid or reduce a coupling of shear modes into the vibrating membrane or vibrating plate.
  • the vibrating membrane or vibrating plate can optionally be coupled to the measuring tube via a, in particular viscous, coupling layer.
  • a vibration membrane for example a film which carries the vibration transducers, since such a vibration membrane can be relatively soft or elastic and thus already the function of one Coupling layer can meet, so in particular a distortion of the vibrating elements and / or which can avoid or at least reduce coupling of shear modes.
  • the vibrating membrane or vibrating plate can form a closed surface which has no holes or at least no holes in the excitation areas or in an intermediate area between the excitation areas.
  • the entire vibrating diaphragm or vibrating plate or at least one vibrating area thereof, which includes the excitation areas and the intermediate area, can have a constant thickness, in particular a constant extension perpendicular to the measuring tube.
  • the thickness of the vibrating membrane or vibrating plate is preferably essential, in particular by at least a factor of 10, less than the wavelength of the guided wave to be excited in the solid.
  • the vibrating membrane or the vibrating plate is acoustically essentially transparent to the excited wave.
  • a thickness can be chosen which is an integral multiple of a quarter of the wavelength of this wave. This also enables an efficient coupling of vibrations through the vibrating diaphragm or vibrating plate.
  • the first vibration transducer can in particular be produced as a separate component that can be attached to a measuring tube, for example by placing the vibration diaphragm or vibration plate on a side wall of the measuring tube.
  • the oscillating elements can or a housing holding the oscillating elements can then be attached to the measuring tube, for example by jamming, gluing or welding.
  • the measurement data can be recorded in various ways in order to determine different fluid sizes.
  • a guided wave can be excited in the side wall, which is suitable for exciting compression vibrations in the fluid, for example a Lamb wave.
  • the compression wave is in turn coupled into the side wall by the fluid directly or after at least one reflection and can be detected there by the second vibration converter.
  • a run time of the guided wave are measured within the side wall, for example, by exciting a Rayleigh wave, in which essentially only the outside of the side wall of the measuring tube vibrates, a Lamb wave, which cannot be coupled into the fluid due to the speed of sound in the fluid, or the like , which essentially only transports the shaft through the side wall.
  • a transit time of the wave to the second vibration converter or along a certain propagation path back to the first vibration converter can be recorded.
  • a large number of further approaches are known in the prior art for determining fluid sizes of a fluid or a fluid flow with the aid of waves guided through the fluid, in particular ultrasound waves.
  • Appropriate configuration or programming of the measuring device according to the invention can be used to adapt which measurement data are recorded and which fluid sizes are determined.
  • the use of several separate oscillation elements in the first or also in the second oscillation transducer is useful not only when exciting guided waves, but also when the oscillation transducer is used to acquire measurement data.
  • the individual oscillating elements can in each case provide measurement signals that describe a partial wave of the received guided wave that is detected by the respective oscillating element.
  • the phase of the measurement signals of individual oscillation elements can be shifted, it can be achieved that partial waves overlap destructively for some wavelengths and constructively for some wavelengths.
  • suppression of certain vibration modes or directional selectivity of the reception can also be achieved within the scope of the reception, that is to say the reception signals can already be filtered by the type of detection via the various oscillation elements.
  • the excitation areas can be arranged such that they are spaced linearly from one another.
  • the vibrating elements and thus the excitation areas can be curved and / or, for example, to be arranged concentrically with one another. be net.
  • a linear spacing is particularly advantageous in the case of rectangular vibrating elements and can in particular serve to emit essentially plane waves.
  • a concentric arrangement can be used, for example, to achieve radially symmetrical radiation or the like.
  • measurements can be carried out on a fluid flow flowing through the measuring tube, but also on a fluid standing in the measuring tube.
  • vibration transport to record fluid properties is known in principle in the prior art.
  • a signal amplitude on the received vibration converter can be evaluated, for example, in order to detect a damping of the vibration during transport through the fluid.
  • Amplitudes can also be evaluated as a function of frequency, and absolute or relative amplitudes of certain spectral ranges can be evaluated in order to record a spectrally different damping behavior in the fluid.
  • Phase positions of different frequency bands can also be evaluated, for example to obtain information about the dispersion behavior of the measuring section.
  • Information about the dispersion behavior of the pressure wave in the fluid and / or the dispersion behavior of the guided wave in the wall can preferably be determined.
  • changes in the spectral composition or the amplitude over time, for example within a measuring pulse, can also be evaluated.
  • a flow rate and / or a flow volume and / or a density, temperature and / or viscosity of the fluid can be determined as fluid quantities. Additionally or alternatively, for example, a speed of sound in the fluid and / or a composition of the fluid, for example a mixing ratio of different components, can be determined.
  • Various approaches for obtaining these fluid sizes from the measurement parameters explained above are known in the prior art and should therefore not be shown in detail. For example, relationships between one or more measurement variables and the fluid size can be determined empirically and, for example, a look-up table or a corresponding formula can be used to determine the fluid size.
  • the vibrating membrane can be formed by a film and / or have a thickness between 3 pm and 300 pm, in particular between 10 pm and 100 pm.
  • a film or thin vibrating membrane is acoustically essentially transparent and can nevertheless serve to hold the vibrating elements robustly or to protect them against environmental influences, for example contamination.
  • the oscillating membrane or the oscillating plate can be fastened to a housing, where the oscillating elements are held by the housing or together by the housing and the oscillating membrane or oscillating plate.
  • the vibrating elements can be arranged loosely in a respective housing receptacle and held there by the vibrating membrane or vibrating plate.
  • the oscillating elements can be clamped between the housing and the oscillating membrane or the oscillating plate and can thereby be fixed.
  • the housing preferably encompasses the side of the oscillating element facing away from the measuring tube.
  • the oscillating elements or each of the oscillating elements can be completely enclosed by the housing and the oscillating membrane together or by the housing and the oscillating plate together.
  • an inner space that accommodates the individual vibrating element or the vibrating elements can be sealed off from the environment with respect to solids or dust, splash water, fluid splashes and the like. This seal can in particular provide protection against foreign bodies that are larger than or equal to one millimeter, or against dust or against dust in damaging amounts.
  • the first code number of the code number according to DIN EN 60529 can thus be at least four, at least five or at least six.
  • the fluid density should also prevent the vibrating element from being moistened by condensate.
  • all-round splash water protection should preferably be achieved.
  • the second code number according to the above standard can thus be at least four.
  • the vibration converter can also be manufactured by injection molding.
  • the oscillating membrane that is to say in particular a film, or the oscillating plate and the oscillating elements, in particular piezo transducers, and optionally further components, for example conductive contact elements for contacting the oscillating elements, are inserted into an injection mold before the injection molding.
  • the housing of the vibration transducer or another component that holds the vibration diaphragm or vibration plate can then be injection molded onto it.
  • the oscillating plate can be formed in that a component of the housing has a smaller thickness in an oscillating region which comprises at least the excitation regions and an intermediate region lying between the excitation regions than in a holding region which adjoins the oscillating region at least on one side.
  • a vibrating plate can be provided, for example, by milling a recess in the component of the housing.
  • the oscillating elements can each be mechanically fixed in the housing and / or electrically contacted by the fact that the oscillating membrane or the oscillating plate exerts a clamping force on the respective oscillating element, by means of which there is between the oscillating membrane or the oscillating plate and the like Housing is clamped.
  • This enables the measuring device to be manufactured in a particularly simple manner, since the vibrating elements can initially be placed loosely in the housing and can only be fixed by attaching the vibrating membrane or vibrating plate.
  • the vibrating membrane or the vibrating plate can consist of plastic and / or an electrically insulating material. This enables simple and inexpensive manufacture of the measuring device or electrical insulation of the vibrating elements on the measuring tube side.
  • the vibrating elements can each comprise a vibrating body and a first electrode, which is arranged on a side surface of the respective vibrating body facing the vibrating membrane or the vibrating plate, and a second electrode, which is arranged on the opposite side surface of the vibrating body the respective first electrode extends to the opposite and / or at least one further side surface of the respective vibrating body. This can in particular ensure that no contact is made from the side of the vibrating diaphragm or
  • Vibrating plate is required, so that the vibrating membrane or vibrating plate can preferably be insulating in order to electrically isolate the vibrating element from the environment.
  • the first electrode can thus be on the side or on the vibrating membrane or side of the vibrating plate facing away from the vibrating plate. It was recognized that a symmetrical design of the electrodes can be advantageous, so that it is possible to pull the second electrode onto the side surface facing the oscillating membrane or the oscillating plate or at least onto one of the further side surfaces. Under certain circumstances, this allows a better mode purity of an oscillation of the oscillating element to be achieved, which overall can lead to excitation with a more pure mode or to a strong filtering when reception of guided waves by the oscillation converter.
  • the control device can be set up to control the first vibration transducer to excite an overall shaft guided through the side wall of the measuring tube, in that the oscillation elements are actuated in order to excite partial waves which are guided in the side wall and which add up to the total in the respective excitation ranges - superimpose wave.
  • the arrangement of the excitation areas with respect to one another can be chosen such that a vibration mode to be damped is at least partially canceled out by destructive interference of the partial waves at least in one direction of propagation. In this way a largely fashion-pure or directional excitation and radiation of the guided wave can be achieved.
  • the oscillation transducers can be arranged on the oscillation membrane or oscillation plate in such a way that the distance between the centers of two excitation areas is equal to half the wavelength or an odd multiple of half the wavelength of the oscillation mode to be damped at the selected excitation frequency, the control device for this purpose is set up to carry out the excitation of the oscillating elements in these excitation areas with the same phase position.
  • the excitation can be carried out with the same course of excitation. If essentially flat partial waves are excited, in particular by using rectangular excitation areas or oscillating elements, then the oscillation mode to be damped can be essentially completely canceled out for them.
  • the wavelength of the excited oscillation modes is predetermined by the dispersion relation of the wall of the measuring tube or that wall section which guides the wave.
  • the procedure described can also be used for excitation in more than two excitation areas, that is to say by more than two oscillating elements.
  • the distance preferably applies their middle corresponds to half the wavelength or an odd multiple of half the wavelength of the vibration mode to be damped.
  • the course of the excitation can describe the time course of the deformation of the vibrating membrane or vibrating plate caused by the excitation and thus the wall or the time course of the forces exerted.
  • the same excitation signal can in particular be used for several vibrating elements in order to implement the same excitation curve.
  • the control device for this purpose is set up to carry out the excitation of the oscillating elements of these excitation areas with a phase offset of 180 ° between the excitation areas or with an excitation course opposite to one another. This also results in destructive interference for the vibration mode to be damped.
  • An opposite course of excitation can be realized, for example, by assigning a respective vibrating element to each of the excitation areas, one excitation signal being fed to one of the vibrating elements and the inverted excitation signal being supplied to the further vibrating element, or by connecting polarity of the vibrating elements or an orientation of the vibrating elements with respect to the side wall of the measuring tube for the different stimulation areas is reversed.
  • excitation can also be used when using several excitation areas, the excitation areas preferably lying linearly one behind the other and for opposite excitation areas preferably an opposite excitation curve or a phase shift of 180 ° is used.
  • a different phase offset can also be expedient.
  • the distance between the excitation areas can initially be chosen arbitrarily, and the phase offset can then be selected such that, at this distance, a certain oscillation mode is damped or canceled at the excitation frequency used.
  • the excitation frequency can be selected such that an excited additional one
  • Vibration mode of the entire shaft has twice or half the wavelength of the vibration mode to be damped.
  • the further vibration mode can be strengthened by superimposing the partial waves. If half the wavelength of the vibration mode to be damped or an odd multiple thereof is chosen as the distance between the centers of the excitation areas and the excitation is in phase or with the same excitation curve, then another vibration mode with half the wavelength is amplified.
  • the wavelength of the vibration mode to be damped or an odd multiple thereof is selected as the distance between the centers of the excitation areas and the excitation follows with a phase offset of 180 ° or with mutually opposite excitation profiles
  • a further oscillation mode with twice the wavelength is amplified
  • An excitation frequency at which an oscillation mode to be damped and an oscillation mode with double or half the wavelength can be excited at the same excitation frequency can be determined from the dispersion relation of the side wall or the wall section of the measuring tube in which the Partial waves are excited.
  • the excitation frequency can be selected such that only the vibration mode to be damped and the further or a further vibration mode are excited.
  • a corresponding frequency can be determined using the dispersion relation of the wall or the wall section. In particular at relatively low excitation frequencies and / or the wall thicknesses, for example, only two branches of the dispersion relation can occur for Lamb waves, in particular the so-called Ao and So branches, which correspond to the basic modes of the antisymmetric and symmetrical Lamb waves.
  • further measurement data can be recorded, with the excitation taking place in two of the excitation areas for recording the measurement data with the same phase and the same excitation curve and for recording the further measurement data with a phase shift of 180 ° or opposite vice versa. It is also possible that when more than two excitation areas are used for parts of the excitation areas, a corresponding phase shift or a corresponding reversal of the excitation curve takes place.
  • An opposite course of excitation can be realized, for example, by the wiring of electrodes of a vibrating element used for an excitation area is reversed or a control signal is inverted.
  • the procedure described can be used to vaporize a first vibration mode and to amplify a second vibration mode to acquire the measurement data, and to amplify the first vibration mode and to vaporize the second vibration mode to capture the further measurement data.
  • This enables mode-selective excitation for two different vibration modes. Since, as explained at the beginning, different propagation paths result for the excited compression vibrations in the fluid for different vibration modes of lamb waves, a measurement of the fluid size with respect to different propagation paths can thus be implemented with little technical effort.
  • the explained coordination of the distance between the centers of the excitation areas and the excitation frequency can be used additionally or alternatively to influence a direction of propagation of the overall wave or to dampen the propagation of the overall wave in one direction.
  • the distance between the centers and the phase position of the excitations can be selected such that an oscillation mode of the partial waves in one direction is essentially extinguished and amplified in the other direction.
  • the oscillating elements can also be arranged on the oscillating membrane or oscillating plate such that the distance between the centers of two excitation areas is equal to a quarter of the wavelength or an odd multiple of a quarter of the wavelength of the oscillation mode to be damped at the selected excitation frequency, the control device is set up to excite the oscillating elements of these excitation areas with a phase offset of 90 ° between the excitation areas.
  • a plane wave When a plane wave is excited, two plane waves are usually excited that run in opposite directions of propagation. The superimposition described above results in a constructive interference for one of these directions of propagation and a destructive interference for the other.
  • l is the wavelength
  • x the distance from the excitation point
  • t the time
  • w the product of 2p and the frequency of the guided wave. Due to the phase offset and the distance between the areas, the following guided wave running in both directions is excited in the second area:
  • the superposition i.e. the sum of the two waves, can be calculated by trigonometric reshaping, which gives the following result:
  • a superimposition of the two guided waves thus results in a guided wave which only propagates in one direction of propagation, since constructive interference results for this direction of propagation and destructive interference for the opposite direction of propagation.
  • the addition of a complete wavelength of the vibration mode to be damped to the distance between the areas of the excitation does not change the result.
  • Adding half a wavelength, ie distances of, for example, 0.75 times, 1.75 times or 2.75 times the distance or a phase shift of -90 ° would lead to a reversal of the remaining direction of propagation.
  • the procedure described thus also makes it possible, through a choice of a phase offset between the excitation areas, for example by separately providing excitation signals for the oscillating elements, which are assigned to the individual attachment areas, to optionally specify one of two possible directions of propagation for the overall wave.
  • the approaches discussed above for suppressing a vibration mode and for suppressing a direction of propagation can be combined.
  • the excitation frequency can be selected such that a first oscillation mode is at least partially canceled out by destructive interference of the partial waves in the direction of propagation and a further oscillation mode in a further direction of propagation opposite to the direction of propagation is at least partially canceled out by destructive interference of the partial waves in the further direction of propagation
  • the partial waves can overlap in such a way that the first oscillation mode is amplified in the further direction of propagation by a constructive interference and the further oscillation mode is amplified in the direction of propagation.
  • the first oscillation mode can be emitted essentially exclusively in the further direction of propagation and the further oscillation mode can essentially be radiated exclusively in the direction of propagation. Different vibration modes are thus emitted in different directions of propagation.
  • a positive integer is m, as explained below, specifies the distance between the centers of the excitation areas and the sign of the phase difference. This relationship can be derived as follows:
  • the distance Dc can, as explained above, be a quarter of the wavelength or an odd multiple of a quarter of the wavelength of the vibration mode to be damped: where m is zero or an integer.
  • the phase offset F can then be selected as follows:
  • the further oscillation mode must interfere destructively, i.e. have a phase offset of 180 ° or of p or an integer odd multiple thereof:
  • the above condition for the ratio of the wavelengths results. If the dispersion relation of the wall is known, then an excitation frequency for which this condition is fulfilled can be selected.
  • the excitation frequency is preferably selected in such a way that exactly two oscillation modes of lamb waves can be excited, the wavelengths of which have the ratio described.
  • P and / or m are preferably each less than or equal to five or less than or equal to three. In this way it can be achieved that the amplitude ratio of the partial waves is approximately one, with which largely complete damping of the respective undesired vibration mode can be achieved.
  • the control device can provide a common control signal for the oscillating elements, provided that an in-phase excitation or a more equal excitation curve is desired.
  • a phase shift of 180 ° or a reversal of the excitation curve can be achieved, for example, by inverting a control signal, by arranging a corresponding vibrating element in reverse on the wall or by exchanging a polarity of the connection of the vibrating element to a control device becomes.
  • the vibrating elements can be piezoelectric vibrating elements. Relatively simple electrode structures are preferably used. For example, only two opposite electrodes can be provided, one of these electrodes being able to be guided in sections around the oscillating element for easier contacting and / or projecting from the oscillating element as a sheet metal electrode. It is also possible to have both electrodes partially around the respective one Guide vibrating element around to achieve a symmetrical structure.
  • a thickness oscillation of the oscillating element is preferably excited perpendicular to the wall of the measuring tube.
  • the dimensions of the respective vibrating element can be chosen such that the selected excitation frequency is a resonance frequency of the vibrating element, in particular a resonance frequency of a thickness vibration.
  • the vibrating elements can extend essentially across the width of the measuring tube.
  • a line-like, straight or curved arrangement of, for example, circular oscillating elements can be used to essentially excite a plane wave in the respective excitation area.
  • Vibration transducers are provided in each case a plurality of the vibration elements, which are arranged at a distance from one another in a transverse direction of the measuring tube.
  • the extension of the vibration elements in the longitudinal direction of the tube or in the direction of the connecting straight line between the centers of the excitation areas can be, for example, the same or less than half the wavelength of the vibration mode to be damped.
  • the control device can be set up to control the oscillating elements with separate excitation signals which have a predetermined or adjustable phase offset from one another.
  • the excitation signals can be provided by separate digital-to-analog converters or an analog phase shifter can be used to specify a phase offset.
  • the phase offset can in particular be adjustable to values other than 0 °, 90 ° and 180 °. This can be expedient, since in this case, for example, extinction or damping of certain oscillation modes can be implemented at any spacing between the oscillation elements by specifying an appropriately selected phase offset.
  • production tolerances can lead to a variation in the distance between the oscillating elements can be compensated for by selecting a suitable phase offset, for example as part of a calibration of the measuring device.
  • the invention relates to a method for producing a measuring device according to the invention, in which the housing or a housing is provided, according to which the oscillating elements are attached to the housing or inserted into recesses in the housing, after which the oscillating membrane or the oscillating plate is attached in this way is attached to the housing in such a way that it mechanically contacts the side surfaces of the oscillating elements facing away from the housing.
  • the oscillating elements can in particular first be placed loosely in the housing and, when the oscillating membrane, ie in particular a film, or the oscillating plate is applied, can be clamped between the housing and the oscillating membrane or oscillating plate.
  • the vibrating membrane or the vibrating plate can be connected to the housing by gluing or by welding, in particular by ultrasonic welding, or by hot stamping. In this way, in particular, a connection can be created which is also tight against small objects and dust and in particular against liquids.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a measuring device according to the invention
  • FIG. 4 shows a vibration converter of an alternative exemplary embodiment of a measuring device according to the invention.
  • the control device 2 can determine a transit time difference between the transit times from a first vibration converter 5 to a second vibration converter 6 and vice versa. This takes advantage of the fact that this transit time depends on a speed component of the fluid parallel to a direction of propagation of an ultrasound beam 8 through the fluid. From this running time, a flow velocity in the direction of the respective ultrasound beam 8 and thus approximately an average flow velocity in the volume traversed by the ultrasound beam 8 can be determined via the path of the respective ultrasound beam 8.
  • the first vibration transducer 5 does not directly generate an ultrasound beam 8, that is to say a pressure wave, induced in the fluid. Instead, a guided wave in the side wall 9 of the measuring tube 3 is excited by the vibration converter 5. The excitation takes place at a frequency which is selected such that a lamb wave is excited in the side wall 9. Such waves can be excited if the thickness 10 of the side wall 9 is comparable to the wavelength of the transverse wave in the solid, which results from the ratio of the speed of sound of the transverse wave in the solid and the excited frequency.
  • the guided wave excited by the vibration transducer 5 in the side wall 9 is shown schematically by the arrow 11. Compression vibrations of the fluid are excited by the guided wave, which are radiated into the fluid along the entire propagation path of the guided wave. This is shown schematically by the ultrasound beams 8 which are offset from one another in the direction of flow. The emitted ultrasound beams 8 are reflected on the opposite side wall 12 and guided back to the side wall 9 via the fluid. There, the incident ultrasound beams 8 again excite a guided wave in the side wall 9, which is shown schematically by the arrow 13 and which can be detected by the vibration converter 6 in order to determine the transit time. As an alternative or in addition, it is possible to detect the emitted ultrasound waves via a vibration converter 15 which is arranged on the side wall 12. In the example shown, the ultrasound beams 8 are on their path to the vibration converter 6, 15 not or only once reflected on the side walls 9, 12. It would of course be possible to use a longer measuring path, the ultrasound beams 8 being reflected several times on the side walls 9, 12.
  • an oscillation converter 5 which comprises a plurality of oscillation elements 17, 18 arranged in spaced excitation areas 21, 22.
  • the vibration transducers 17, 18 are not placed directly on the side wall 9 of the measuring tube 3, but a vibration diaphragm 16 is arranged between the vibration transducers 17, 18 and the side wall 9.
  • a vibrating plate could also be used.
  • the oscillating elements 17, 18 are arranged with their side surfaces 19, 20 facing the measuring tube on the surface of the oscillating membrane 16 facing away from the measuring tube 3 in the excitation areas 21, 22.
  • the vibrating diaphragm 16, together with the housing 26, holds the vibrating elements 17, 18 in such a way that the centers 24, 25 of the excitation regions 21, 22 are at a defined distance 23.
  • the specification of the distance 23 is essential for a mode-pure excitation.
  • the procedure described ensures that the oscillating elements 17, 18 do not have to be arranged individually on the measuring tube 3, as a result of which the distance 23 would have to be exactly maintained within the scope of the arrangement, which complicates the structure of the measuring device.
  • the vibration transducer 5 can be manufactured separately from the measuring tube 3 as a module, which facilitates the manufacture of the measuring device and in particular a sufficiently precise maintenance of the distance 23.
  • the housing 26 and the oscillating membrane 16 can ensure that the oscillating elements 17, 18 are protected against environmental influences, in particular against the accumulation of condensate and / or against contamination.
  • the vibrating membrane 16 is preferably sufficiently thin that it is essentially transparent to the excited guided waves.
  • the thickness of the oscillating membrane 16 can be substantially smaller than the wavelength of the guided wave in the solid body, that is to say in particular in the side wall 9.
  • the thickness could be chosen such that it is an integral multiple of a quarter of this wavelength in order to achieve acoustic matching between the vibration transducers 17, 18 and the side wall 9.
  • an excitation frequency of the oscillation elements 17, 18 and the distance 23 between the centers 24, 25 of the excitation regions 21, 22 vibration modes to be damped in the measuring device 1 or the propagation of these oscillation modes in at least one direction of propagation can be suppressed.
  • an excitation frequency can be used in which the dispersion relation of the side wall 9 of the measuring tube 3 has only two different modes with different wavelengths.
  • the damping of an oscillation mode is possible, for example, if the distance 23 corresponds to an odd multiple of half the wavelength of this oscillation mode at the selected excitation frequency and the excitation in the excitation areas 21, 22 takes place in phase and with the same excitation signal. In this case, the partial waves of this oscillation mode generated in the excitation areas 21, 22 cancel each other out. This result can also be achieved if the excitation in the excitation areas 21, 22 has a phase offset of 180 ° or one the opposite sign takes place, the distance 23 being selected such that it corresponds to an integer multiple of the wavelength of the vibration mode to be damped at the selected excitation frequency.
  • Directional selectivity of the radiation can be achieved, for example, by using an excitation signal with a phase shift of 90 ° for the excitation areas 21, 22, the distance 23 between the centers 24, 25 of the excitation areas 21, 22 being one quarter of the wavelength of the vibration mode to be damped at the selected excitation frequency.
  • FIGS. 2 and 3 show a view of the vibration transducer 5 before the vibration diaphragm 16 is attached to the housing 26.
  • the housing 26 has two recesses 27, 28, in which the vibration elements 17, 18 are inserted, in particular loosely. If the vibrating membrane 16, for example a film with a thickness between 10 pm and 100 pm, is now applied over this area, the vibrating elements 17, 18 are pressed against the housing 26 by a clamping force and are thus held in a fixed position.
  • the vibrating diaphragm 16 can be connected to the housing 26, for example, by gluing, by welding, in particular by ultrasonic welding, or by hot stamping. In particular, the connection takes place exclusively at the edge, as is schematically represented by the connecting line 29.
  • the vibrating elements 17, 18 can thus be completely enclosed together by the housing 25 and the vibrating membrane 16, wherein they are enclosed in a dustproof and fluidtight manner in particular.
  • the vibrating elements 17, 18 can be clamped between the vibrating membrane 16 and the housing 26, and the vibrating elements 17, 18 can also be electrically contacted.
  • the vibrating elements 17, 18 can each comprise a vibrating body 30, a first electrode 31 which is arranged on a side face of the vibrating body 30 facing the vibrating membrane 16, and a second electrode 32 which is arranged on the opposite side face of the vibrating body 30 ,
  • the first electrode 31 can extend onto the side surface of the oscillating body 30 facing away from the oscillating membrane 16 and be contacted via the housing-side electrode 33.
  • the second electrode 32 can be contacted via the housing-side electrode 34.
  • the second electrode 32 can also be drawn up to the side surface of the vibrating body 30 facing the vibrating membrane 16.
  • the vibrating membrane 16 itself preferably consists of an insulated material, for example a plastic.
  • the housing 35 is formed by two housing components 36, 37, the oscillating plate 40 being formed in that the component 37 of the housing in an oscillating region 38 which comprises at least the excitation regions 21, 22 and an intermediate Intermediate region 39 lying between the excitation regions has a smaller thickness than in a holding region which adjoins the oscillating region at least on one side.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 4 only roughly shows a schematic structure in this regard. Features explained above with reference to FIGS. 1 to 3 can be transferred to this exemplary embodiment. In particular, recesses can be provided in the housing component 36, which loosely hold the oscillating elements 17, 18. In addition, contact can be made as explained in relation to FIG. 3.

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Abstract

Messeinrichtung zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Fluidströmung des Fluids betreffenden Fluidgröße mit einer Steuereinrichtung (2), einem das Fluid aufnehmenden und/oder von dem Fluid durchströmbaren Messrohr (3) und einem an dem Messrohr (3) angeordneten, ersten Schwingungswandler (5), wobei der erste Schwingungswandler (5) eine Schwingmembran (16) oder eine Schwingplatte (40) aufweist, die direkt oder über eine Kopplungsschicht mit dem Messrohr (3) gekoppelt ist, wobei an der von dem Messrohr (3) abgewandten Oberfläche der Schwingmembran (16) oder der Schwingplatte (40) in voneinander beabstandeten Anregungsbereichen (21, 22) ein jeweiliges Schwingelement (17, 18) angeordnet ist, wobei die Schwingelemente (17, 18) durch die Steuereinrichtung (2) ansteuerbar sind, um gemeinsam eine in einer Seitenwand (9) des Messrohrs (3) geführte Welle anzuregen, wobei die geführte Welle direkt in der Seitenwand (9) oder indirekt über das Fluid zu einem an dem Messrohr (3) angeordneten zweiten Schwingungswandler (6) oder zurück zu dem ersten Schwingungswandler (5) führbar und dort durch die Steuereinrichtung (2) zur Ermittlung von Messdaten erfassbar ist, wobei die Fluidgröße durch die Steuereinrichtung (2) in Abhängigkeit der Messdaten ermittelbar ist.

Description

Messeinrichtung zur Ermittlung einer Fluidgröße
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Fluidströmung des Fluids betreffenden Fluidgröße mit einer Steuereinrichtung, einem das Fluid aufnehmenden und/oder von dem Fluid durchströmbaren Messrohr und einem an dem Messrohr angeordneten ersten Schwingungswandler. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Messeinrichtung.
Eine Möglichkeit einen Durchfluss oder andere ein Fluid betreffende Messgrößen zu er- fassen, sind Ultraschallzähler. Bei diesen wird wenigstens ein Ultraschallwandler genutzt, um eine Ultraschallwelle in das durch das Messrohr strömende Fluid einzukoppeln, wobei diese auf einem geraden Weg oder nach mehreren Reflexionen an Wänden oder speziel- len Reflexionselementen zu einem zweiten Ultraschallwandler geführt wird. Aus der Lauf- zeit der Ultraschallwelle zwischen den Ultraschallwandlern beziehungsweise aus einem Laufzeitunterschied bei einer Vertauschung von Sender und Empfänger kann eine Durch- flussgeschwindigkeit durch das Messrohr bestimmt werden.
Aus dem Artikel G. Lindner,„Sensors and actuators based on surface acoustic waves propagating along solid-liquid interfaces“, J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 123002, ist es bekannt, zur Anregung von geführten Wellen sogenannte Interdigitaltransducer zu nutzen, bei denen ein piezoelektrisches Element genutzt wird, das kammartig ineinandergreifende Steuerleitungen aufweist, um eine Anregung bestimmter Anregungsmoden geführter Wel- len zu erreichen. Da notwendigerweise Seher-Moden des piezoelektrischen Elements an- geregt werden, werden typischerweise keine hohen Wirkungsgrade der Anregung er- reicht. Zudem ist eine relativ aufwendige, hochgenaue Lithographie erforderlich, um die erforderliche Elektrodenstruktur mit ausreichender Exaktheit aufzubringen, wobei häufig dennoch keine ausreichende Modenreinheit der Anregung erreicht wird.
Eine Anregung einer modenreinen geführten Welle ist jedoch für eine Nutzung in einem Ultraschallzähler hochrelevant, da der Winkel, in dem Kompressionsschwingungen in das Fluid abgestrahlt werden, von der Phasengeschwindigkeit der geführten Welle abhängt, die typischerweise in unterschiedlichen Anregungsmoden bei gleicher angeregter Fre- quenz unterschiedlich ist. Werden verschiedene Moden angeregt, so resultieren verschie- dene Ausbreitungspfade für die Kompressionsschwingungen im Fluid, die allenfalls durch eine aufwendige Signalauswertung herausgerechnet werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung anzugeben, die geführte Wellen zur Messung nutzt, wobei ein geringer Bauraumbedarf und ein einfacher Aufbau der genutzten Messeinrichtung realisiert werden soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messeinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei der erste Schwingungswandler eine Schwingmembran oder eine Schwingplatte aufweist, die direkt oder über eine Kopplungsschicht mit dem Messrohr ge- koppelt ist, wobei an der von dem Messrohr abgewandten Oberfläche der Schwingmemb- ran oder der Schwingplatte in voneinander beabstandeten Anregungsbereichen ein jewei- liges Schwingelement angeordnet ist, wobei die Schwingelemente durch die Steuerein- richtung ansteuerbar sind, um gemeinsam eine in der Seitenwand des Messrohrs geführte Welle anzuregen, wobei die geführte Welle direkt in der Seitenwand oder indirekt über das Fluid zu einem an dem Messrohr angeordneten zweiten Schwingungswandler oder zurück zu dem ersten Schwingungswandler führbar und dort durch die Steuereinrichtung zur Ermittlung von Messdaten erfassbar ist, wobei die Fluidgröße durch die Steuereinrich- tung in Abhängigkeit der Messdaten ermittelbar ist.
Es wird vorgeschlagen, eine Wand eines Messrohrs in mehreren voneinander beabstan- deten Anregungsbereichen durch separate Schwingelemente anzuregen. Durch eine Überlagerung der erzeugten Teilwellen wird eine Gesamtwelle erzeugt, die anschließend zur Messung genutzt werden kann. Hierbei können die Anregungsbereiche und die Anre- gungsfrequenzen derart aufeinander abgestimmt werden, dass eine zu dämpfende Schwingungsmode durch eine destruktive Interferenz zumindest für eine Ausbreitungs- richtung bedämpft wird. Hierdurch kann eine hohe Modenreinheit der Anregung erreicht werden, indem gezielt eine nicht gewünschte Schwingungsmode bedämpft wird. Ergän- zend oder alternativ kann, wie später noch detailliert erläutert werden wird, eine richtungs- abhängige Bedämpfung einer Schwingungsmode erfolgen. Bei Nutzung dieses Anregungsprinzips ist es hochrelevant, dass die Schwingelemente korrekt zueinander positioniert werden. Die erfindungsgemäße Nutzung einer Schwing- membran bzw. Schwingplatte, auf der die Schwingelemente bereits in entsprechenden Anregungsbereichen angeordnet sind, ermöglicht es insbesondere die Schwingmembran bzw. Schwingplatte mit bereits daran angeordneten Schwingelementen separat von dem Messrohr bereitzustellen, wodurch die Herstellung der Messeinrichtung erheblich verein- facht werden kann. Die Schwingmembran bzw. Schwingplatte kann hierbei insbesondere ein die Schwingelemente gemeinsam mit der Schwingmembran bzw. Schwingplatte hal- terndes Gehäuse zum Messrohr hin abschließen. Dies wird später noch im Detail erläutert werden. Die erfindungsgemäße Nutzung der Schwingmembran bzw. Schwingplatte er- möglicht somit die Kombination einer relativ einfachen Herstellung mit einer hohen Ge- nauigkeit der Positionierung der Schwingelemente zueinander. Eine Schwingmembran bzw. Schwingplatte kann zudem dazu dienen, die Schwingelemente gemeinsam mit ei- nem Gehäuse vor Umwelteinflüssen zu schützen, wobei über die Schwingmembran bzw. Schwingplatte dennoch eine Anregung der Seitenwand des Messrohres ermöglicht wird.
Die Schwingelemente können derart an Oberfläche der Schwingmembran bzw. Schwing- platte angeordnet sein, dass sie in direktem mechanischen Kontakt mit der Schwing- membran bzw. Schwingplatte stehen. Beispielsweise können ein insbesondere piezoe- lektrischer Schwingkörper und/oder wenigstens eine Elektrode des Schwingelements un- mittelbar auf der Oberfläche der Schwingmembran bzw. Schwingplatte aufliegen. Alterna- tiv können die Schwingelemente jedoch auch derart an der Oberfläche angeordnet sein, dass sich eine gemeinsame Kopplungsschicht oder eine Kopplungsschicht für das jewei- lige Schwingelement zwischen der Oberfläche und dem jeweiligen Schwingelement befin- det. Beispielsweise kann eine Klebeschicht genutzt werden, um das jeweilige Schwingele- ment an der Oberfläche zu verkleben, oder es kann eine viskose Kopplungsschicht vorge- sehen sein, um eine Verspannung von Schwingelement und Schwingmembran bzw. Schwingplatte gegeneinander aufgund einer unterschiedlichen Temperaturausdehnung zu vermeiden bzw. um eine Einkopplung von Schermoden in die Schwingmembran bzw. Schwingplatte zu vermeiden oder zu reduzieren.
Die Schwingmembran bzw. Schwingplatte kann optional über eine, insbesondere viskose, Kopplungsschicht mit dem Messrohr gekoppelt sein. Dies kann dazu dienen, eine Ver- spannung der Komponenten aufgrund geringfügig unterschiedlicher Temperaturausdeh- nungen zu vermeiden und/oder dazu, eine Einkopplung von Schermoden in das Messrohr zu unterdrücken. Die genannten Vorteile können jedoch bei Nutzung einer Schwing- membran, also beispielsweise einer Folie, die die Schwingungswandler trägt, auch schon ohne eine zusätzliche Kopplungsschicht erreicht werden, da eine solche Schwingmemb- ran relativ weich bzw. elastisch sein kann und somit bereits die Funktion einer Kopplungs- schicht erfüllen kann, also insbesondere eine Verspannung der Schwingelemente und/o- der eine Einkopplung von Schermoden vermeiden oder zumindest reduzieren kann.
Die Schwingmembran bzw. Schwingplatte kann eine geschlossene Fläche bilden, die keine Löcher oder zumindest keine Löcher in den Anregungsbereichen bzw. in einem Zwi- schenbereich zwischen den Anregungsbereichen aufweist. Die gesamte Schwingmemb- ran oder Schwingplatte oder zumindest ein Schwingbereich hiervon, der die Anregungs- bereiche und den Zwischenbereich umfasst, kann eine konstante Dicke, also insbeson- dere eine konstante Ausdehnung senkrecht zum Messrohr, aufweisen. Die Dicke der Schwingmembran oder Schwingplatte ist vorzugsweise wesentlich, insbesondere um we nigstens einen Faktor 10, kleiner als die Wellenlänge der anzuregenden geführten Welle im Festkörper. In diesem Fall ist die Schwingmembran bzw. die Schwingplatte akustisch für die angeregte Welle im Wesentlichen transparent. Alternativ kann eine Dicke gewählt werden, die ein ganzzahliges Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge dieser Welle ist. Auch dies ermöglicht eine effiziente Schwingungseinkopplung durch die Schwingmemb- ran bzw. Schwingplatte hindurch.
Der erste Schwingungswandler kann insbesondere als separate Komponente hergestellt sein, die an einem Messrohr befestigt werden kann, beispielsweise indem die Schwing- membran oder Schwingplatte auf eine Seitenwand des Messrohrs aufgesetzt wird. Die Schwingelemente können oder ein die Schwingelemente halterndes Gehäuse kann dann an dem Messrohr befestigt werden, beispielsweise durch Verklemmen, Verkleben oder Verschweißen.
Die Messdaten können auf verschiedene Weise erfasst werden, um unterschiedliche Flu- idgrößen zu bestimmen. Um beispielsweise die eingangs erwähnte Durchflussmessung zu realisieren kann eine geführte Welle in der Seitenwand angeregt werden, die dazu ge- eignet ist, Kompressionsschwingungen im Fluid anzuregen, beispielsweise eine Lamb- Welle. Die Kompressionswelle wird durch das Fluid direkt oder nach wenigstens einer Re- flexion wiederum in eine Seitenwand eingekoppelt und kann dort durch den zweiten Schwingungswandler erfasst werden. Andererseits kann eine Laufzeit der geführten Welle innerhalb der Seitenwand beispielsweise gemessen werden, indem eine Rayleigh-Welle, bei der im Wesentlichen ausschließlich die Außenseite der Seitenwand des Messrohrs schwingt, eine Lamb-Welle, die aufgrund der Schallgeschwindigkeit im Fluid nicht in die- ses eingekoppelt werden kann, oder Ähnliches angeregt werden, womit die Welle im We- sentlichen ausschließlich durch die Seitenwand transportiert wird. Dies kann beispiels- weise dazu dienen, einen Druck des Fluids zu messen, da ein solcher Druck die Seiten- wand verformen beziehungsweise verspannen und somit die Schallgeschwindigkeiten in der Seitenwand beeinflussen kann. Hierbei kann eine Laufzeit der Welle zu dem zweiten Schwingungswandler oder entlang eines gewissen Ausbreitungspfades zurück zu dem ersten Schwingungswandler erfasst werden.
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl weiterer Ansätze bekannt, um Fluidgrößen eines Fluids oder einer Fluidströmung mit Hilfe von durch das Fluid geführten Wellen, insbeson- dere Ultraschallwellen, zu ermitteln. Durch eine entsprechende Konfiguration beziehungs- weise Programmierung der erfindungsgemäßen Messeinrichtung kann angepasst werden, welche Messdaten erfasst und welche Fluidgrößen bestimmt werden.
Die Nutzung mehrerer separater Schwingelemente im ersten beziehungsweise auch im zweiten Schwingungswandler ist nicht nur bei der Anregung von geführten Wellen zweck- mäßig, sondern auch dann, wenn der Schwingungswandler genutzt wird, um Messdaten zu erfassen. Hierbei können durch die einzelnen Schwingelemente jeweils Messsignale bereitgestellt werden, die eine durch das jeweilige Schwingelement erfasste Teilwelle der empfangenen geführten Welle beschreiben. Durch Addition oder Subtraktion der Messsig- nale der einzelnen Schwingelemente, wobei unter Umständen die Messsignale einzelner Schwingelemente in ihrer Phase verschoben werden können, kann erreicht werden, dass sich Teilwellen für manche Wellenlängen destruktiv und für manche Wellenlängen kon- struktiv überlagern. Somit kann auch im Rahmen des Empfangs eine Unterdrückung be- stimmter Schwingungsmoden beziehungsweise eine Richtungsselektivität des Empfangs erreicht werden, das heißt die Empfangssignale können bereits durch die Art der Erfas- sung über die verschiedenen Schwingelemente gefiltert werden.
Die Anregungsbereiche können derart angeordnet sein, dass sie linear voneinander beab- standet sind. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schwingelemente und somit die Anre- gungsbereiche gekrümmt sind und/oder beispielsweise konzentrisch zueinander angeord- net werden. Eine lineare Beabstandung ist insbesondere bei rechteckigen Schwingele- menten vorteilhaft und kann insbesondere dazu dienen, im Wesentlichen ebene Wellen auszusenden. Andererseits kann eine konzentrische Anordnung beispielsweise genutzt werden, um eine radialsymmetrische Abstrahlung zu erreichen oder Ähnliches.
Durch die erfindungsgemäße Messeinrichtung können Messungen an einer durch das Messrohr strömenden Fluidströmung, jedoch auch an einem in dem Messrohr stehenden Fluid durchgeführt werden. Die Nutzung eines Schwingungstransports zur Erfassung von Fluideigenschaften ist prinzipiell im Stand der Technik bekannt. Neben der bereits erläu- terten Laufzeitmessung kann beispielsweise eine Signalamplitude am empfangenen Schwingungswandler ausgewertet werden, um eine Dämpfung der Schwingung beim Transport durch das Fluid zu erfassen. Amplituden können auch frequenzabhängig aus- gewertet werden und es können absolute oder relative Amplituden bestimmter Spektral- bereiche ausgewertet werden, um ein spektral unterschiedliches Dämpfungsverhalten im Fluid zu erfassen. Auch Phasenlagen unterschiedlicher Frequenzbänder können ausge- wertet werden, um beispielsweise Informationen über das Dispersionsverhalten der Mess- strecke zu gewinnen. Vorzugsweise können Informationen über das Dispersionsverhalten der Druckwelle im Fluid und/oder das Dispersionsverhalten der geführten Welle in der Wand ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend können auch Veränderungen der spekt- ralen Zusammensetzung beziehungsweise der Amplitude über die Zeit, beispielsweise in- nerhalb eines Messpulses, ausgewertet werden.
Durch Auswertung der genannten Größen können als Fluidgrößen beispielsweise eine Durchflussgeschwindigkeit und/oder ein Durchflussvolumen und/oder eine Dichte, Tempe- ratur und/oder Viskosität des Fluids ermittelt werden. Ergänzend oder alternativ können beispielsweise eine Schallgeschwindigkeit im Fluid und/oder eine Zusammensetzung des Fluids, beispielsweise ein Mischungsverhältnis unterschiedlicher Komponenten, ermittelt werden. Verschiedene Ansätze zur Gewinnung dieser Fluidgrößen aus den vorangehend erläuterten Messgrößen sind im Stand der Technik bekannt und sollen daher nicht detail liert dargestellt werden. Beispielsweise können Zusammenhänge zwischen einer oder mehreren Messgrößen und der Fluidgröße empirisch ermittelt werden und es kann bei- spielsweise eine Look-up-Tabelle oder eine entsprechende Formel genutzt werden, um die Fluidgröße zu ermitteln. Die Schwingmembran kann durch eine Folie gebildet werden und/oder eine Dicke zwi- schen 3 pm und 300 pm, insbesondere zwischen 10 pm und 100 pm, aufweisen. Eine Fo- lie bzw. dünne Schwingmembran ist akustisch im Wesentlichen transparent und kann dennoch dazu dienen, die Schwingelemente robust zu haltern bzw. vor Umwelteinflüssen, beispielsweise Verschmutzungen, zu schützen.
Die Schwingmembran oder die Schwingplatte kann an einem Gehäuse befestigt sein, wo bei die Schwingelemente durch das Gehäuse oder gemeinsam durch das Gehäuse und die Schwingmembran oder Schwingplatte gehaltert sind. Insbesondere können die Schwingelemente lose in einer jeweiligen Gehäuseaufnahme angeordnet sein und dort durch die Schwingmembran bzw. Schwingplatte gehaltert werden. Insbesondere können die Schwingelemente zwischen dem Gehäuse und der Schwingmembran bzw. der Schwingplatte eingeklemmt und hierdurch fixiert sein. Das Gehäuse umgreift vorzugs- weise die von dem Messrohr abgewandte Seite des Schwingelements.
Die Schwingelemente können oder jedes einzelne der Schwingelemente kann durch das Gehäuse und die Schwingmembran gemeinsam oder durch das Gehäuse und die Schwingplatte gemeinsam vollständig umschlossen werden. Insbesondere kann ein das einzelne Schwingelement oder die Schwingelemente aufnehmender Innenraum gegen- über der Umgebung dicht bezüglich Festkörpern bzw. Staub, Spritzwasser, Fluidspritzern und Ähnlichem abgedichtet sein. Diese Abdichtung kann insbesondere einen Schutz vor Fremdkörpern, die größer oder gleich einem Millimeter sind, bzw. vor Staub bzw. vor Staub in schädigenden Mengen bereitstellen. Die erste Kennziffer der Kennzahl gemäß DIN EN 60529 kann somit wenigstens vier, wenigstens fünf oder wenigstens sechs sein. Die Fluiddichte soll insbesondere auch verhindern, dass das Schwingelement durch Kon- densat befeuchtet wird. Zudem soll vorzugsweise ein allseitiger Spritzwasserschutz er- reicht werden. Die zweite Kennziffer gemäß der obigen Norm kann somit wenigstens vier sein.
Ein einfaches und robustes Anbringen der Schwingmembran oder der Schwingplatte, wodurch insbesondere auch eine gute Dichtigkeit erreicht werden kann, kann durch Ver- kleben oder Verschweißen dieser Komponente oder durch Aufbringen durch Heißprägen erreicht werden. Alternativ kann der Schwingungswandler auch durch Spritzguss herge- stellt werden. Insbesondere können die Schwingmembran, also insbesondere eine Folie, bzw. die Schwingplatte sowie die Schwingelemente, also insbesondere Piezowandler, und optional weitere Komponenten, z.B. leitfähige Kontaktelemente zur Kontaktierung der Schwingelemente, vor dem Spritzguss in eine Spritzgussform eingelegt werden. Das Ge- häuse des Schwingungswandlers bzw. eine andere Komponente, die die Schwingmemb- ran oder Schwingplatte haltert kann dann an diese angespritzt werden.
Die Schwingplatte kann dadurch gebildet sein, dass eine Komponente des Gehäuses in einem Schwingbereich, der zumindest die Anregungsbereiche und einen zwischen den Anregungsbereichen liegenden Zwischenbereich umfasst, eine geringere Dicke aufweist als in einem wenigstens einseitig an den Schwingbereich angrenzenden Haltebereich. Eine solche Schwingplatte kann beispielsweise durch Fräsen einer Ausnehmung in die Komponente des Gehäuses bereitgestellt werden.
Die Schwingelemente können jeweils dadurch mechanisch in dem Gehäuse fixiert und/o- der elektrisch kontaktiert werden, dass durch die Schwingmembran oder die Schwing- platte eine Klemmkraft auf das jeweilige Schwingelement ausgeübt wird, durch die es zwi- schen die Schwingmembran oder die Schwingplatte und das Gehäuse geklemmt ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Messeinrichtung, da die Schwingele- mente zunächst lose in das Gehäuse gelegt werden können und erst durch das Aufbrin- gen der Schwingmembran bzw. Schwingplatte fixiert werden.
Die Schwingmembran oder die Schwingplatte kann aus Kunststoff und/oder einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Dies ermöglicht eine einfache und günstige Herstellung der Messeinrichtung bzw. eine messrohrseitige elektrische Isolation der Schwingelemente.
Die Schwingelemente können jeweils einen Schwingkörper und eine erste Elektrode, die an einer der Schwingmembran oder der Schwingplatte zugewandten Seitenfläche des je- weiligen Schwingkörpers angeordnet ist, und eine zweite Elektrode, die an der gegen- überliegenden Seitenfläche des Schwingkörpers angeordnet ist, umfassen, wobei sich die jeweilige erste Elektrode auf die gegenüberliegende und/oder wenigstens eine weitere Seitenfläche des jeweiligen Schwingkörpers erstreckt. Hierdurch kann insbesondere er- reicht werden, dass keine Kontaktierung von der Seite der Schwingmembran bzw.
Schwingplatte aus erforderlich ist, so dass die Schwingmembran bzw. Schwingplatte vor- zugsweise isolierend sein kann, um das Schwingelement von der Umgebung elektrisch zu isolieren. Die erste Elektrode kann somit seitlich oder auf der von der Schwingmembran bzw. Schwingplatte abgewandten Seite des Schwingkörpers kontaktiert werden. Es wurde erkannt, dass eine symmetrische Gestaltung der Elektroden vorteilhaft sein kann, so dass es möglich ist, die zweite Elektrode auf die der Schwingmembran oder der Schwingplatte zugewandte Seitenfläche oder zumindest auf eine der weiteren Seitenflächen zu ziehen. Hierdurch kann unter Umständen eine bessere Modenreinheit einer Schwingung des Schwingelements erreicht werden, was insgesamt zu einer modenreineren Anregung bzw. zu einer starken Filterung bei einem Empfang von geführten Wellen durch den Schwingungswandler führen kann.
Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den ersten Schwingungswandler zur Anregung einer durch die Seitenwand des Messrohrs geführten Gesamtwelle anzusteu- ern, indem die Schwingelemente angesteuert werden, um in den jeweiligen Anregungsbe- reichen jeweils in der Seitenwand geführte Teilwellen anzuregen, die sich zu der Gesamt- welle überlagern. Die Anordnung der Anregungsbereiche zueinander kann derart gewählt sein, dass eine zu dämpfende Schwingungsmode durch eine destruktive Interferenz der Teilwellen zumindest in einer Ausbreitungsrichtung zumindest teilweise ausgelöscht wird. Hierdurch kann eine weitgehend modenreine bzw. gerichtete Anregung und Abstrahlung der geführten Welle erreicht werden.
Die Schwingungswandler können derart an der Schwingmembran bzw. Schwingplatte an- geordnet werden, dass der Abstand zwischen den Mitten zweier Anregungsbereiche gleich der halben Wellenlänge oder einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Wel- lenlänge der zu dämpfenden Schwingungsmode bei der gewählten Anregungsfrequenz ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Anregung der Schwingelemente in diesen Anregungsbereichen mit gleicher Phasenlage durchzuführen. Insbesondere kann die Anregung mit gleichem Anregungsverlauf durchgeführt werden. Werden, insbe- sondere durch Nutzung von rechteckigen Anregungsbereichen bzw. Schwingelementen, im Wesentlichen ebene Teilwellen angeregt, so kann für diese die zu dämpfende Schwin- gungsmode im Wesentlichen vollständig ausgelöscht werden. Die Wellenlänge der ange- regten Schwingungsmoden sind bei einer gegebenen Anregungsfrequenz durch die Dis- persionsrelation der Wand des Messrohrs bzw. jenes Wandabschnitts, der die Welle führt, vorgegeben. Das beschriebene Vorgehen kann auch bei einer Anregung in mehr als zwei Anregungsbereichen, das heißt durch mehr als zwei Schwingelemente, genutzt werden. Vorzugsweise gilt hierbei für mehrere Paare von Anregungsbereichen, dass der Abstand ihrer Mitten der halben Wellenlänge oder einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge der zu bedämpfenden Schwingungsmode entspricht.
Der Anregungsverlauf kann den zeitlichen Verlauf der durch die Anregung verursachten Verformung der Schwingmembran bzw. Schwingplatte und somit der Wand bzw. den zeit- lichen Verlauf der ausgeübten Kräfte beschreiben. Bei einer Nutzung gleicher Schwin- gelemente zur Anregung in verschiedenen Anregungsbereichen kann insbesondere das gleiche Anregungssignal für mehrere Schwingelemente genutzt werden, um einen glei chen Anregungsverlauf zu realisieren.
Alternativ ist es möglich, die Schwingelemente bzw. Anregungsbereiche derart anzuord- nen, dass der Abstand zwischen den Mitten zweier Anregungsbereiche gleich der Wellen- länge oder einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge der zu dämpfenden Schwin- gungsmode bei der gewählten Anregungsfrequenz ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Anregung der Schwingelemente dieser Anregungsbereiche mit einem Phasenversatz von 180° zwischen den Anregungsbereichen oder mit zueinander entge- gengesetztem Anregungsverlauf durchzuführen. Auch hieraus resultiert eine destruktive Interferenz für die zu dämpfende Schwingungsmode.
Ein entgegengesetzter Anregungsverlauf kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass jedem der Anregungsbereiche ein jeweiliges Schwingelement zugeordnet ist, wobei einem der Schwingelemente ein Anregungssignal und dem weiteren Schwingelement das invertierte Anregungssignal zugeführt wird oder indem eine Anschlusspolarität der Schwingelemente oder eine Orientierung der Schwingelemente bezüglich der Seitenwand des Messrohrs für die verschiedenen Anregungsbereiche umgekehrt wird.
Auch diese Art der Anregungen kann bei einer Nutzung von mehreren Anregungsberei- chen verwendet werden, wobei die Anregungsbereiche vorzugsweise linear hintereinan- der liegen und für aufeinanderfolgende Anregungsbereiche vorzugsweise jeweils ein ent- gegengesetzter Anregungsverlauf bzw. ein Phasenversatz von 180° genutzt wird. Alterna- tiv kann auch eine Wahl eines anderen Phasenversatzes zweckmäßig sein. Beispiels- weise kann der Abstand der Anregungsbereiche zunächst beliebig gewählt werden und der Phasenversatz kann anschließend so gewählt werden, dass bei diesem Abstand eine bestimmte Schwingungsmode bei der genutzten Anregungsfrequenz bedämpft bezie- hungsweise ausgelöscht wird. Die Anregungsfrequenz kann derart gewählt werden, dass eine angeregte weitere
Schwingungsmode der Gesamtwelle die doppelte oder halbe Wellenlänge der zu dämp- fenden Schwingungsmode aufweist. Die weitere Schwingungsmode kann durch die Über- lagerung der Teilwellen verstärkt werden. Wird die halbe Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingungsmode oder ein ungeradzahliges Vielfaches hiervon als Abstand zwischen den Mitten der Anregungsbereiche gewählt und die Anregung erfolgt phasengleich bzw. mit gleichem Anregungsverlauf, so wird eine weitere Schwingungsmode mit der halben Wellenlänge verstärkt. Wird hingegen die Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingungs- mode oder ein ungeradzahliges Vielfaches hiervon als Abstand zwischen den Mitten der Anregungsbereiche gewählt und die Anregung folgt mit einem Phasenversatz von 180° bzw. mit zueinander entgegengesetzten Anregungsverläufen, so wird eine weitere Schwingungsmode mit der doppelten Wellenlänge verstärkt. Eine Anregungsfrequenz, bei der eine zu dämpfende Schwingungsmode und eine Schwingungsmode mit der doppelten oder halben Wellenlänge bei der gleichen Anregungsfrequenz angeregt werden kann, kann aus der Dispersionsrelation der Seitenwand bzw. des Wandabschnitts des Mess- rohrs ermittelt werden, in der bzw. in dem die Teilwellen angeregt werden.
Die Anregungsfrequenz kann derart gewählt werden, dass ausschließlich die zu dämp- fende und die weitere oder eine weitere Schwingungsmode angeregt werden. Eine ent- sprechende Frequenz kann mithilfe der Dispersionsrelation der Wand bzw. des Wandab- schnitts ermittelt werden. Insbesondere bei relativ niedrigen Anregungsfrequenzen und/o- der Wanddicken können beispielsweise für Lamb-Wellen nur zwei Zweige der Dispersi- onsrelation auftreten, insbesondere die sogenannten Ao- und So-Zweige, die den Grund- moden der antisymmetrischen und symmetrischen Lamb-Wellen entsprechen.
Zur Ermittlung der Fluidgröße oder einer weiteren Fluidgröße können weitere Messdaten erfasst werden, wobei die Anregung in zwei der Anregungsbereichen zur Erfassung der Messdaten mit gleicher Phase und gleichem Anregungsverlauf und zur Erfassung der weiteren Messdaten mit einem Phasenversatz von 180° oder entgegengesetztem Anre- gungsverlauf erfolgt oder umgekehrt. Es ist auch möglich, dass bei der Nutzung von mehr als zwei Anregungsbereichen für Teile der Anregungsbereiche ein entsprechender Pha- senversatz oder eine entsprechende Umkehrung des Anregungsverlaufs erfolgt. Ein ent- gegengesetzter Anregungsverlauf kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Beschaltung von Elektroden eines für einen Anregungsbereich genutzten Schwingele- ments umgekehrt wird oder ein Ansteuersignal invertiert wird.
Durch das beschriebene Vorgehen kann erreicht werden, dass zur Erfassung der Mess- daten eine erste Schwingungsmode bedampft und eine zweite Schwingungsmode ver- stärkt wird und zur Erfassung der weiteren Messdaten die erste Schwingungsmode ver- stärkt wird und die zweite Schwingungsmode bedampft wird. Dies ermöglicht eine moden- selektive Anregung für zwei verschiedene Schwingungsmoden. Da, wie eingangs erläu- tert, für verschiedene Schwingungsmoden von Lamb-Wellen unterschiedliche Ausbrei- tungspfade für die angeregten Kompressionsschwingungen im Fluid resultieren, kann so- mit eine Messung der Fluidgröße bezüglich unterschiedlicher Ausbreitungspfade mit ge- ringem technischen Aufwand realisiert werden.
Die erläuterte Abstimmung des Abstands zwischen den Mitten der Anregungsbereiche und der Anregungsfrequenz kann ergänzend oder alternativ dazu genutzt werden, eine Ausbreitungsrichtung der Gesamtwelle zu beeinflussen bzw. die Ausbreitung der Gesamt- welle in eine Richtung zu bedämpfen. Hierzu können, insbesondere bei einer Anregung von im Wesentlichen ebenen Wellen, der Abstand der Mitten und die Phasenlage der An- regungen so gewählt werden, dass eine Schwingungsmode der Teilwellen in einer Rich- tung im Wesentlichen ausgelöscht und in die andere Richtung verstärkt wird.
Die Schwingelemente können auch derart an der Schwingmembran bzw. Schwingplatte angeordnet sein, dass der Abstand zwischen den Mitten zweier Anregungsbereiche gleich einem Viertel der Wellenlänge oder einem ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingungsmode bei der gewählten Anregungsfre- quenz ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Anregung der Schwin- gelemente dieser Anregungsbereiche mit einem Phasenversatz von 90° zwischen den Anregungsbereichen durchzuführen. Bei der Anregung einer ebenen Welle werden übli- cherweise zwei ebene Wellen angeregt, die in entgegengesetzte Ausbreitungsrichtungen laufen. Durch die vorangehend beschriebene Überlagerung resultiert eine konstruktive In- terferenz für eine dieser Ausbreitungsrichtungen und eine destruktive Interferenz für die andere.
Dies wird im Folgenden an einem Beispiel gezeigt, bei dem der Abstand ein Viertel der Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingungsmode ist und ein Phasenversatz von +90 verwendet wird. In einem ersten Anregungsbereich wird folgende geführte Welle ange- regt:
Figure imgf000015_0001
Hierbei ist l die Wellenlänge, x der Abstand vom Anregungsort, t die Zeit und w das Pro- dukt aus 2p und der Frequenz der geführten Welle. Aufgrund des Phasenversatzes und dem Abstand zwischen den Bereichen wird im zweiten Bereich die folgende in beide Rich tungen laufende geführte Welle angeregt:
Figure imgf000015_0002
Die Überlagerung, also die Summe der beiden Wellen, kann durch trigonometrisches Um- formen berechnet werden, wobei sich das folgende Ergebnis ergibt:
Figure imgf000015_0003
Aus einer Überlagerung der beiden geführten Wellen resultiert somit eine geführte Welle, die sich ausschließlich in eine Ausbreitungsrichtung ausbreitet, da für diese Ausbreitungs- richtung eine konstruktive Interferenz resultiert und für die entgegengesetzte Ausbrei- tungsrichtung eine destruktive Interferenz.
Wie leicht an der obigen Rechnung zu erkennen ist, ändert die Addition einer kompletten Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingungsmode zum Abstand zwischen den Berei- chen der Anregung nichts an dem Ergebnis. Eine Addition einer halben Wellenlänge, also Abstände von beispielsweise dem 0,75-fachen, 1 ,75-fachen oder 2,75-fachen des Abstan- des oder eine Phasenverschiebung von -90° würden zu einer Umkehrung der verbleiben- den Ausbreitungsrichtung führen. Das beschriebene Vorgehen ermöglicht es somit auch durch eine Wahl eines Phasenversatzes zwischen den Anregungsbereichen, beispiels- weise durch ein separates Bereitstellen von Anregungssignalen für die Schwingelemente, die den einzelnen Anbringungsbereichen zugeordnet sind, wahlfrei eine von zwei mögli- chen Ausbreitungsrichtungen für die Gesamtwelle vorzugeben. Die vorangehend diskutierten Ansätze zur Unterdrückung einer Schwingungsmode und zur Unterdrückung einer Ausbreitungsrichtung können kombiniert werden. Hierzu kann die Anregungsfrequenz derart gewählt sein, dass eine erste Schwingungsmode durch eine destruktive Interferenz der Teilwellen in der Ausbreitungsrichtung zumindest teilweise ausgelöscht wird und eine weitere Schwingungsmode in einer zur Ausbreitungsrichtung entgegengesetzten weiteren Ausbreitungsrichtung durch eine destruktive Interferenz der Teilwellen in der weiteren Ausbreitungsrichtung zumindest teilweise ausgelöscht wird. Ins- besondere können sich die Teilwellen derart überlagern, dass die erste Schwingungs- mode in der weiteren Ausbreitungsrichtung durch eine konstruktive Interferenz verstärkt wird und die weitere Schwingungsmode in der Ausbreitungsrichtung verstärkt wird. Insbe- sondere kann die erste Schwingungsmode im Wesentlichen ausschließlich in die weitere Ausbreitungsrichtung und die weitere Schwingungsmode im Wesentlichen ausschließlich in die Ausbreitungsrichtung abgestrahlt werden. Es werden somit unterschiedliche Schwingungsmoden in unterschiedliche Ausbreitungsrichtungen abgestrahlt.
Dies kann erreicht werden, indem die Anregungsfrequenz derart gewählt wird, dass das Verhältnis der Wellenlänge ho der ersten Schwingungsmode zu der Wellenlänge li der
Figure imgf000016_0001
2(2 p + 1) + (-!)"
weiteren Schwingungsmode— ist, wobei m und p jeweils Null oder
K 2m + 1
eine positive ganze Zahl sind m gibt, wie im Folgenden erläutert, den Abstand zwischen den Mitten der Anregungsbereiche und das Vorzeichen des Phasenunterschieds vor. Diese Beziehung kann wie folgt hergeleitet werden:
Soll eine Schwingungsmode mit der Wellenlänge lo gerichtet abgestrahlt werden, so kann, wie obig erläutert, der Abstand Dc ein Viertel der Wellenlänge oder ein ungeradzah- liges Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingungsmode sein:
Figure imgf000016_0002
wobei m Null oder eine ganze Zahl ist. Der Phasenversatz F kann dann folgendermaßen gewählt werden:
Figure imgf000017_0001
Soll die weitere Schwingungsmode in jener Richtung, in der die erste Schwingungsmode verstärkt wird, ausgelöscht werden, so muss die weitere Schwingungsmode destruktiv in- terferieren, also einen Phasenversatz von 180° bzw. von p oder ein ganzzahliges ungera- des Vielfaches hiervon aufweisen:
_ D
(2 p + 1) · 7G = 2p - f
li wobei p gleich Null oder eine ganze Zahl ist. Durch Einsetzen von Dc und F und Umfor- men resultiert die obige Bedingung für das Verhältnis der Wellenlängen. Ist die Dispersi- onsrelation der Wand bekannt, so kann gezielt eine Anregungsfrequenz gewählt werden, für die diese Bedingung erfüllt ist. Vorzugsweise wird die Anregungsfrequenz hierbei so gewählt, dass genau zwei Schwingungsmoden von Lamb-Wellen anregbar sind, deren Wellenlängen das beschriebene Verhältnis aufweisen. Vorzugsweise sind p und/oder m jeweils kleiner oder gleich fünf oder kleiner oder gleich drei. Hierdurch kann erreicht wer- den, dass das Amplitudenverhältnis der Teilwellen ungefähr eins ist, womit eine weitge- hend vollständige Bedämpfung der jeweiligen nicht gewünschten Schwingungsmode er- reicht werden kann.
Für die Schwingelemente kann durch die Steuereinrichtung ein gemeinsames Steuersig- nal bereitgestellt werden, soweit eine phasengleiche Anregung beziehungsweise ein glei chere Anregungsverlauf gewünscht ist. Eine Phasenverschiebung von 180° beziehungs- weise eine Umkehrung des Anregungsverlaufs kann beispielsweise dadurch erreicht wer- den, dass ein Ansteuersignal invertiert wird, ein entsprechendes Schwingelement umge- kehrt an der Wand angeordnet wird oder eine Polarität der Verbindung des Schwingele- ments mit einer Steuereinrichtung vertauscht wird. Die Schwingelemente können piezoe- lektrische Schwingelemente sein. Vorzugsweise werden relativ einfache Elektrodenstruk- turen genutzt. Beispielsweise können nur zwei gegenüberliegende Elektroden vorgesehen sein, wobei eine dieser Elektroden zur leichteren Kontaktierung auch abschnittsweise um das Schwingelement herumgeführt sein kann und/oder als Blechelektrode vom Schwin- gelement abstehen kann. Es ist auch möglich beide Elektroden teilweise um das jeweilige Schwingelement herumzuführen, um einen symmetrischen Aufbau zu erreichen. Vorzugs- weise wird eine Dickenschwingung des Schwingelements senkrecht zur Wand des Mess- rohrs angeregt.
Die Abmessungen des jeweiligen Schwingelements können so gewählt werden, dass die gewählte Anregungsfrequenz eine Resonanzfrequenz des Schwingelements, insbeson- dere eine Resonanzfrequenz einer Dickenschwingung, ist. Die Schwingelemente können sich im Wesentlichen über die Breite des Messrohrs erstrecken. Es ist jedoch auch mög- lich, in einem Anregungsbereich mehrere, insbesondere gemeinsam angesteuerte, Schwingelemente vorzusehen. Beispielsweise kann eine linienartige gerade oder ge- krümmte Anordnung von beispielsweise kreisförmigen Schwingelementen genutzt wer- den, um in dem jeweiligen Anregungsbereich im Wesentlichen eine ebene Welle anzure- gen. Es ist auch möglich, dass sowohl in einem empfangsseitigen als auch in einem sen- deseitigen Schwingungswandler jeweils mehrere der Schwingelemente vorgesehen sind, die in eine Querrichtung des Messrohrs voneinander beabstandet angeordnet sind. Dies ermöglicht es beispielsweise eine Signallaufzeit und/oder andere Messdaten für mehrere in Querrichtung des Messrohrs zueinander versetzten Abschnitte des durchströmten Volu- mens zu erfassen und beispielsweise eine Mittelung über diese Signallaufzeiten bezie- hungsweise anderen Messdaten und/oder wenigstens eine aus diesen ermittelte Fluid größe durchzuführen, um die Messgenauigkeit zu verbessern. Die Ausdehnung der Schwingelemente in Längsrichtung des Rohres beziehungsweise in Richtung der Verbin- dungsgeraden zwischen den Mitten der Anregungsbereiche kann beispielsweise gleich oder kleiner als die halbe Wellenlänge der zu bedämpfenden Schwingungsmode sein.
Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Schwingelemente mit separaten Anregungssignalen anzusteuern, die einen vorgegebenen oder einstellbaren Phasenver- satz zueinander aufweisen. Beispielsweise können die Anregungssignale durch separate Digital-Analog-Wandler bereitgestellt werden oder es kann ein analoger Phasenschieber genutzt werden, um einen Phasenversatz vorzugeben. Der Phasenversatz kann insbe- sondere auf andere Werte als 0°, 90° und 180° einstellbar sein. Dies kann zweckmäßig sein, da in diesem Fall beispielsweise eine Auslöschung beziehungsweise Bedämpfung bestimmter Schwingungsmoden bei beliebigen Abständen zwischen den Schwingelemen- ten durch Vorgabe eines entsprechend gewählten Phasenversatzes realisiert werden kann. Beispielsweise können Produktionstoleranzen, die zu einer Variation des Abstandes zwischen den Schwingelementen führen können, durch eine Wahl eines passenden Pha- senversatzes, beispielsweise im Rahmen einer Kalibrierung der Messeinrichtung, kom- pensiert werden.
Neben der erfindungsgemäßen Messeinrichtung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, wobei das oder ein Gehäuse be- reitgestellt wird, wonach die Schwingelemente an dem Gehäuse angebracht oder in Aus- nehmungen des Gehäuses eingelegt werden, wonach die Schwingmembran oder die Schwingplatte derart an dem Gehäuse angebracht wird, dass sie die von dem Gehäuse abgewandten Seitenflächen der Schwingelemente mechanisch kontaktiert. Die Schwin- gelemente können insbesondere zunächst lose in das Gehäuse eingelegt werden und bei dem Aufbringen der Schwingmembran, also insbesondere eine Folie, oder der Schwing- platte zwischen dem Gehäuse und der Schwingmembran bzw. Schwingplatte einge- klemmt werden.
Die Schwingmembran oder die Schwingplatte kann durch Verkleben oder durch Ver- schweißen, insbesondere durch Ultraschallschweißen, oder durch Heißprägen mit dem Gehäuse verbunden werden. Hierdurch kann insbesondere eine Verbindung geschaffen werden, die dicht auch gegenüber kleinen Gegenständen und Staub und insbesondere gegenüber Flüssigkeiten ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausfüh- rungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung,
Fig. 2 und 3 Detailansichten eines Schwingungswandlers der in Fig. 1 gezeigten Mess- einrichtung, und
Fig. 4 einen Schwingungswandler eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Messeinrichtung 1 zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Fluidströ- mung betreffenden Fluidgröße. Das Fluid wird hierbei in eine durch den Pfeil 7 gezeigte Richtung durch einen Innenraum 4 eines Messrohrs 3 geführt. Um die Fluidgröße, insbe- sondere ein Durchflussvolumen, zu ermitteln, kann durch die Steuereinrichtung 2 eine Laufzeitdifferenz zwischen den Laufzeiten von einem ersten Schwingungswandler 5 zu einem zweiten Schwingungswandler 6 und umgekehrt ermittelt werden. Hierbei wird aus- genutzt, dass diese Laufzeit von einer Geschwindigkeitskomponente des Fluids parallel zu einer Ausbreitungsrichtung eines Ultraschallstrahls 8 durch das Fluid abhängt. Aus die ser Laufzeit kann somit eine über den Pfad des jeweiligen Ultraschallstrahls 8 gemittelte Flussgeschwindigkeit in Richtung des jeweiligen Ultraschallstrahls 8 und somit nähe- rungsweise eine gemittelte Strömungsgeschwindigkeit in dem von dem Ultraschallstrahl 8 durchquerten Volumen ermittelt werden.
Um einerseits eine Anordnung der Schwingungswandler 5, 6 außerhalb des Messrohrs 3 zu ermöglichen und andererseits eine Empfindlichkeit bezüglich unterschiedlicher Strö- mungsgeschwindigkeiten an unterschiedlichen Positionen des Strömungsprofils zu redu- zieren, wird durch den ersten Schwingungswandler 5 nicht direkt ein Ultraschallstrahl 8, also eine Druckwelle, in dem Fluid induziert. Stattdessen wird durch den Schwingungs- wandler 5 eine geführte Welle in der Seitenwand 9 des Messrohrs 3 angeregt. Die Anre- gung erfolgt mit einer Frequenz, die derart gewählt ist, dass eine Lamb-Welle in der Sei- tenwand 9 angeregt wird. Solche Wellen können angeregt werden, wenn die Dicke 10 der Seitenwand 9 vergleichbar mit der Wellenlänge der Transversalwelle im Festkörper ist, welche sich aus dem Verhältnis der Schallgeschwindigkeit der Transversalwelle im Fest- körper und der angeregten Frequenz ergibt.
Die durch den Schwingungswandler 5 in der Seitenwand 9 angeregte geführte Welle ist schematisch durch den Pfeil 1 1 dargestellt. Durch die geführte Welle werden Kompressi- onsschwingungen des Fluids angeregt, die im gesamten Ausbreitungspfad der geführten Welle in das Fluid abgestrahlt werden. Dies ist schematisch durch die in Strömungsrich- tung zueinander versetzten Ultraschallstrahlen 8 dargestellt. Die abgestrahlten Ultra- schallstrahlen 8 werden an der gegenüberliegenden Seitenwand 12 reflektiert und über das Fluid zurück zu der Seitenwand 9 geführt. Dort regen die auftreffenden Ultraschall- strahlen 8 erneut eine geführte Welle in der Seitenwand 9 an, die schematisch durch den Pfeil 13 dargestellt ist und die durch den Schwingungswandler 6 erfasst werden kann, um die Laufzeit zu bestimmen. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, die abgestrahlten Ultraschallwellen über einen Schwingungswandler 15 zu erfassen, der an der Seitenwand 12 angeordnet ist. Im gezeigten Beispiel werden die Ultraschallstrahlen 8 auf ihrem Pfad zum Schwingungswandler 6, 15 nicht bzw. nur einmal an den Seitenwänden 9, 12 reflek- tiert. Es wäre selbstverständlich möglich, eine längere Messstrecke zu nutzen, wobei die Ultraschallstrahlen 8 mehrfach an den Seitenwänden 9, 12 reflektiert werden.
Bei dem geschilderten Vorgehen kann es problematisch sein, dass die Dispersionsrela- tion für Lamb-Wellen in der Seitenwand 9 mehrere Zweige aufweist. Bei einer Anregung mit einer bestimmten durch die Steuereinrichtung 2 vorgegebenen Frequenz wäre es so- mit möglich, dass unterschiedliche Schwingungsmoden für die Lamb-Welle angeregt wer- den, die unterschiedliche Phasengeschwindigkeiten aufweisen. Dies führt dazu, dass die Kompressionswellen in Abhängigkeit dieser Phasengeschwindigkeiten unter unterschiedli- chen Rayleigh-Winkeln 14 abgestrahlt werden. Hieraus resultieren verschiedene Pfade für die Führung der Ultraschallwelle von dem Schwingungswandler 5 zu dem Schwingungs- wandler 6 und umgekehrt, die typischerweise unterschiedliche Laufzeiten aufweisen. Die empfangenen Signale für diese verschiedenen Ausbreitungspfade müssten somit durch eine aufwendige Signalverarbeitung durch die Steuereinrichtung 2 separiert werden, um die Fluidgröße bestimmen zu können. Dies erfordert einerseits eine aufwendige Steuer- einrichtung und ist andererseits nicht in allen Anwendungsfällen robust möglich. Daher soll in dem Schwingungswandler 5 eine möglichst modenreine Anregung von geführten Wellen erfolgen.
Um eine weitgehende modenreine Anregung einer in der Seitenwand 9 geführten Ge- samtwelle zu erreichen, wird ein Schwingungswandler 5 genutzt, der mehrere in beab- standeten Anregungsbereichen 21 , 22 angeordnete Schwingelemente 17, 18 umfasst. Hierbei werden die Schwingungswandler 17, 18 nicht unmittelbar auf die Seitenwand 9 des Messrohrs 3 aufgesetzt, sondern zwischen den Schwingungswandlern 17, 18 und der Seitenwand 9 ist eine Schwingmembran 16 angeordnet. Statt der Schwingmembran 16 könnte auch eine Schwingplatte genutzt werden. Die Schwingelemente 17, 18 sind mit ih- ren dem Messrohr zugewandten Seitenflächen 19, 20 an der von dem Messrohr 3 abge- wandten Oberfläche der Schwingmembran 16 in den Anregungsbereichen 21 , 22 ange- ordnet. Die Schwingmembran 16 haltert gemeinsam mit dem Gehäuse 26 die Schwin- gelemente 17, 18 derart, dass die Mitten 24, 25 der Anregungsbereiche 21 , 22 einen defi nierten Abstand 23 aufweisen. Wie später noch genauer erläutert werden wird, ist die Vor- gabe des Abstands 23 wesentlich für eine modenreine Anregung. Durch das beschriebene Vorgehen wird erreicht, dass die Schwingelemente 17, 18 nicht einzeln an dem Messrohr 3 angeordnet werden müssen, wodurch im Rahmen der Anord- nung der Abstand 23 exakt eingehalten werden müsste, was den Aufbau der Messeinrich- tung erschwert. Stattdessen kann der Schwingungswandler 5 separat von dem Messrohr 3 als Modul hergestellt werden, was die Herstellung der Messeinrichtung und insbeson- dere eine ausreichend genaue Einhaltung des Abstands 23 erleichtert. Zudem kann durch das Gehäuse 26 und die Schwingmembran 16 erreicht werden, dass die Schwingele- mente 17, 18 vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor einer Ansammlung von Kondensat und/oder vor Verschmutzungen, geschützt sind.
Die Schwingmembran 16 ist vorzugsweise ausreichend dünn, dass sie für die angeregten geführten Wellen im Wesentlichen transparent ist. Insbesondere kann die Dicke der Schwingmembran 16 wesentlich kleiner als die Wellenlänge der geführten Welle im Fest- körper, also insbesondere in der Seitenwand 9, sein. Alternativ könnte die Dicke so ge- wählt werden, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches eines Viertels dieser Wellenlänge ist, um ein akustisches Matching zwischen den Schwingungswandlern 17, 18 und der Seiten- wand 9 zu realisieren.
Durch eine entsprechende Wahl der Anregungsfrequenz der Schwingelemente 17, 18 und des Abstands 23 zwischen den Mitten 24, 25 der Anregungsbereiche 21 , 22 können in der Messeinrichtung 1 gezielt zu dämpfende Schwingungsmoden beziehungsweise die Aus- breitung dieser Schwingungsmoden in zumindest eine Ausbreitungsrichtung unterdrückt werden. Um zu einer möglichst modenreinen Anregung zu gelangen, kann hierbei eine Anregungsfrequenz genutzt werden, bei der die Dispersionsrelation der Seitenwand 9 des Messrohrs 3 nur zwei verschiedene Moden mit verschiedenen Wellenlängen aufweist.
Wird nun eine dieser Schwingungsmoden bedämpft, kann für die andere eine im Wesent- lichen modenreine Anregung erzielt werden.
Die Bedämpfung einer Schwingungsmode ist beispielsweise möglich, wenn der Abstand 23 einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge dieser Schwingungsmode bei der gewählten Anregungsfrequenz entspricht und die Anregung in den Anregungsbe- reichen 21 , 22 phasengleich und mit gleichem Anregungssignal erfolgt. In diesem Fall lö- schen sich die in den Anregungsbereichen 21 , 22 erzeugten Teilwellen dieser Schwin- gungsmode gegenseitig aus. Dieses Ergebnis kann auch erreicht werden, wenn die Anre- gung in den Anregungsbereichen 21 , 22 mit einem Phasenversatz von 180° oder einem umgekehrten Vorzeichen erfolgt, wobei der Abstand 23 derart gewählt wird, dass er bei der gewählten Anregungsfrequenz einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingungsmode entspricht.
Eine Richtungsselektivität der Abstrahlung kann beispielsweise erreicht werden, indem ein Anregungssignal mit einem Phasenversatz von 90° für die Anregungsbereiche 21 , 22 genutzt wird, wobei der Abstand 23 zwischen den Mitten 24, 25 der Anregungsbereiche 21 , 22 einem Viertel der Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingungsmode bei der ge- wählten Anregungsfrequenz entspricht.
Der Aufbau des Schwingungswandlers 5 sowie Details zur Herstellung des Schwingungs- wandlers 5 der Messeinrichtung 1 werden im Folgenden mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 erläutert. Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Schwingungswandlers 5 vor einem Anbringen der Schwingmembran 16 an dem Gehäuse 26. Das Gehäuse 26 weist hierbei zwei Ausneh- mungen 27, 28 auf, in die die Schwingelemente 17, 18, insbesondere lose, eingelegt sind. Wird nun über diesen Bereich die Schwingmembran 16, beispielsweise eine Folie mit ei- ner Dicke zwischen 10 pm und 100 pm, angebracht, so werden die Schwingelemente 17, 18 durch eine Klemmkraft gegen das Gehäuse 26 gepresst und somit positionsfest gehal- tert. Die Schwingmembran 16 kann beispielsweise durch Verkleben, durch Verschweißen, insbesondere durch Ultraschallschweißen, oder durch Heißprägen mit dem Gehäuse 26 verbunden werden. Die Verbindung erfolgt insbesondere ausschließlich randseitig, wie schematisch durch die Verbindungslinie 29 dargestellt ist. Die Schwingelemente 17, 18 können somit durch das Gehäuse 25 und die Schwingmembran 16 gemeinsam vollstän- dig umschlossen werden, wobei sie insbesondere staubdicht und fluiddicht umschlossen sind.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann durch die Verklemmung der Schwingelemente 17, 18 zwi- schen Schwingmembran 16 und Gehäuse 26 zudem eine elektrische Kontaktierung der Schwingelemente 17, 18 realisiert werden. Die Schwingelemente 17, 18 können jeweils einen Schwingkörper 30, eine erste Elektrode 31 , die an einer der Schwingmembran 16 zugewandten Seitenfläche des Schwingkörpers 30 angeordnet ist, und eine zweite Elekt- rode 32, die an der gegenüberliegenden Seitenfläche des Schwingkörpers 30 angeordnet ist, umfassen. Die erste Elektrode 31 kann sich zur leichteren Kontaktierung auf die von der Schwingmembran 16 abgewandte Seitenfläche des Schwingkörpers 30 erstrecken und über die gehäuseseitige Elektrode 33 kontaktiert werden. Die zweite Elektrode 32 kann über die gehäuseseitige Elektrode 34 kontaktiert werden.
Um einen Symmetriebruch und somit eine Störung von Eigenschwingungen des Schwing- körpers 30 zu vermeiden, kann die zweite Elektrode 32 zudem bis zu der der Schwing- membran 16 zugewandten Seitenfläche des Schwingkörpers 30 gezogen sein.
Durch das Klemmen des Schwingelements 17, 18 zwischen Schwingmembran 16 und Gehäuse 26 werden die Elektroden 31 , 32 der Schwingelemente 17, 18 auf die gehäuse- seitigen Elektroden 33, 34 gepresst und das Schwingelement wird somit mit geringem Aufwand robust kontaktiert. Die Schwingmembran 16 selbst besteht vorzugsweise aus ei- nem isolierten Material, beispielsweise aus einem Kunststoff.
In einigen Anwendungsfällen kann es gewünscht sein, statt einer dünnen Schwingmemb- ran 16, die beispielsweise aus einer Folie besteht, eine etwas robustere Schwingplatte 40 zu nutzen, wie dies beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist. In dem gezeigten Ausführungs- beispiel wird das Gehäuse 35 durch zwei Gehäusekomponenten 36, 37 gebildet, wobei die Schwingplatte 40 dadurch gebildet ist, dass die Komponente 37 des Gehäuses in ei- nem Schwingbereich 38, der zumindest die Anregungsbereiche 21 , 22 und einen zwi- schen den Anregungsbereichen liegenden Zwischenbereich 39 umfasst, eine geringere Dicke aufweist als in einem wenigstens einseitig an den Schwingbereich angrenzenden Haltebereich. Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt nur grob einen diesbezügli- chen schematischen Aufbau. Vorangehend mit Bezug auf Fig. 1 bis 3 erläuterte Merkmale können auf dieses Ausführungsbeispiel übertragen werden. Insbesondere können in der Gehäusekomponente 36 Ausnehmungen vorgesehen sein, die die Schwingelemente 17, 18 lose haltern. Zudem kann eine Kontaktierung wie zu Fig. 3 erläutert erfolgen.
Bezugszeichenliste
1 Messeinrichtung
2 Steuereinrichtung
3 Messrohr
4 Innenraum
5 Erster Schwingungswandler
6 Zweiter Schwingungswandler
7 Pfeil
8 Ultraschallstrahl
9 Seitenwand
10 Dicke
11 Pfeil
12 Seitenwand
13 Pfeil
14 Rayleigh-Winkel
15 Schwingungswandler
16 Schwingmembran
17 Schwingelement
18 Schwingelement
19 Seitenfläche
20 Seitenfläche
21 Anregungsbereich
22 Anregungsbereich
23 Abstand
24 Mitte
25 Mitte
26 Gehäuse
27 Ausnehmung
28 Ausnehmung
29 Verbindungslinie
30 Schwingkörper
31 Elektrode
32 Elektrode
33 Elektrode 34 Elektrode
35 Gehäuse
36 Gehäusekomponente
37 Gehäusekomponente 38 Schwingbereich
39 Zwischenbereich
40 Schwingplatte

Claims

Patentansprüche
1. Messeinrichtung zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Fluidströmung des Fluids betreffenden Fluidgröße mit einer Steuereinrichtung (2), einem das Fluid aufnehmenden und/oder von dem Fluid durchströmbaren Messrohr (3) und einem an dem Messrohr (3) angeordneten, ersten Schwingungswandler (5), wobei der erste Schwingungswandler (5) eine Schwingmembran (16) oder eine Schwing- platte (40) aufweist, die direkt oder über eine Kopplungsschicht mit dem Messrohr (3) gekoppelt ist, wobei an der von dem Messrohr (3) abgewandten Oberfläche der Schwingmembran (16) oder der Schwingplatte (40) in voneinander beabstandeten Anregungsbereichen (21 , 22) ein jeweiliges Schwingelement (17, 18) angeordnet ist, wobei die Schwingelemente (17, 18) durch die Steuereinrichtung (2) ansteuer- bar sind, um gemeinsam eine in einer Seitenwand (9) des Messrohrs (3) geführte Welle anzuregen, wobei die geführte Welle direkt in der Seitenwand (9) oder indi- rekt über das Fluid zu einem an dem Messrohr (3) angeordneten zweiten Schwin- gungswandler (6) oder zurück zu dem ersten Schwingungswandler (5) führbar und dort durch die Steuereinrichtung (2) zur Ermittlung von Messdaten erfassbar ist, wobei die Fluidgröße durch die Steuereinrichtung (2) in Abhängigkeit der Messda- ten ermittelbar ist.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schwing- membran (16) durch eine Folie gebildet wird und/oder eine Dicke zwischen 3 pm und 300 pm, insbesondere zwischen 10 pm und 100 pm, aufweist.
3. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schwingmembran (16) oder die Schwingplatte (40) an einem Gehäuse (26, 35) befestigt ist, wobei die Schwingelemente (17, 18) durch das Gehäuse (26, 35) o- der gemeinsam durch das Gehäuse (26, 35) und die Schwingmembran (16) oder Schwingplatte (40) gehaltert sind.
4. Messeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingele- mente (17, 18) oder jedes einzelne der Schwingelemente (17, 18) durch das Ge- häuse (26) und die Schwingmembran (16) gemeinsam oder durch das Gehäuse (35) und die Schwingplatte (40) gemeinsam vollständig umschlossen werden.
5. Messeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingplatte (40) dadurch gebildet ist, dass eine Komponente (37) des Gehäu- ses (35) in einem Schwingbereich (38), der zumindest die Anregungsbereiche (21 , 22) und einen zwischen den Anregungsbereichen (21 , 22) liegenden Zwischenbe- reich (39) umfasst, eine geringere Dicke aufweist als in einem wenigstens einseitig an den Schwingbereich (38) angrenzenden Haltebereich.
6. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingelemente (17, 18) jeweils dadurch mechanisch in dem Gehäuse (26, 35) fixiert und/oder elektrisch kontaktiert werden, dass durch die Schwing- membran (16) oder die Schwingplatte (40) eine Klemmkraft auf das jeweilige Schwingelement (17, 18) ausgeübt wird, durch die es zwischen die Schwing- membran (16) oder die Schwingplatte (40) und das Gehäuse (26, 35) geklemmt ist.
7. Messeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schwingmembran (16) oder die Schwingplatte (40) aus Kunst- stoff und/oder einem elektrisch isolierenden Material besteht.
8. Messeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schwingelemente (17, 18) jeweils einen Schwingkörper (30) und eine ersten Elektrode (31 ), die an einer der Schwingmembran (16) oder der Schwingplatte (40) zugewandten Seitenfläche des jeweiligen Schwingkörpers (30) angeordnet ist, und eine zweiten Elektrode (32), die an der gegenüberliegenden Seitenfläche des Schwingkörpers (30) angeordnet ist, umfassen, wobei sich die jeweilige erste Elektrode (31 ) auf die gegenüberliegende und/oder wenigstens eine weitere Seitenfläche des jeweiligen Schwingkörpers (30) erstreckt.
9. Verfahren zur Herstellung einer Messeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder ein Gehäuse (26, 35) bereit- gestellt wird, wonach die Schwingelemente (17, 18) an dem Gehäuse (26, 35) an- gebracht oder in Ausnehmungen (27, 28) des Gehäuses (26, 35) eingelegt wer- den, wonach die Schwingmembran (16) oder die Schwingplatte (40) derart an dem Gehäuse (26, 35) angebracht wird, dass sie die von dem Gehäuse (26, 35) abge- wandten Seitenflächen der Schwingelemente (17, 18) mechanisch kontaktiert.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingmembran (16) oder die Schwingplatte (40) durch Verkleben oder durch Verschweißen, ins- besondere durch Ultraschallschweißen, oder durch Heißprägen mit dem Gehäuse (26, 35) verbunden wird.
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