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CN102257368B - 用于确定和/或监测过程变量的装置 - Google Patents

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CN102257368B CN200980151464XA CN200980151464A CN102257368B CN 102257368 B CN102257368 B CN 102257368B CN 200980151464X A CN200980151464X A CN 200980151464XA CN 200980151464 A CN200980151464 A CN 200980151464A CN 102257368 B CN102257368 B CN 102257368B
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Abstract

本发明涉及一种用于确定和/或监测介质(20)的至少一个过程变量的装置，具有：至少一个机械可振动单元(1)，其至少部分与介质(20)接触；至少一个换能器单元(2)，其激励机械可振动单元(1)进行机械振动并从机械可振动单元(1)接收机械振动；和至少一个壳体(3)。根据本发明，设计至少一个限制元件(10)，该限制元件(10)至少部分地包围机械可振动单元(1)，并且由此得到的包围机械可振动单元(1)的体积的减少提高了装置的测量灵敏度。此外本发明涉及限制元件(10)。

Description

用于确定和/或监测过程变量的装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定和/或监测介质的至少一个过程变量的装置，具有：至少一个机械可振动单元，其至少部分与介质接触；至少一个换能器单元，其激励机械可振动单元振动并从机械可振动单元接收机械振动；和至少一个壳体。进一步，本发明涉及一种用于确定和/或监测介质的至少一个过程变量的装置的限制元件，其中该装置具有至少一个机械可振动单元，该机械可振动单元至少部分地与介质接触，并且该装置具有至少一个壳体。过程变量例如是介质的物位、密度或者粘度，该介质例如是液体、气体或松散材料。
背景技术
现有技术中已知用于确定介质物位和其它过程变量的所谓振动叉(例如EP 0 444 173 B1)，单杆(例如WO 2004/094964 A1)或者膜振动器。在各测量中广泛应用的，可振动单元的机械振动的参数(振幅、谐振频率、频率的相变)与介质的接触和介质的特性相关。当特别地流动的介质到达可振动单元并至少部分的覆盖时，这样例如振动的频率或振幅会减小。流动介质作用于传感器的振动的本体(即，例如作用于振动叉或者单杆或者膜)，一方面作为引起振动频率下降的随动的质量，另一方面作为引起振幅降低的机械减振器。因此振动频率或振幅的降低的结论是，介质到达与装置安装的设计和位置相关的物位。接下来，振动频率也举例的与介质的粘度相关(见例如EP 1 325301)。该类测量设备主要借助具有谐振频率的电子机械换能器而被激励振动。
前面所述的传感器经常作为限位开关使用。如果过程变量例如是物位，那么传感器产生信号，该信号显示达到还是低于通过传感器的设计和安装位置所预设的物位。
当振动叉应用在具有较低密度的液体中(例如小于0.5g/cm3，像液化气)时，在空气中的振动频率和在浸入状态的振动频率之间的频率差一般来说对于可靠的评价太小。温度和过程压力特别的对振动频率的影响在近似的数量级上如同介质密度改变带来的频率改变。换句话说：相比于像温度或密度这样的干扰影响，传感器的密度灵敏度在这种情况下太小。
发明内容
因此本发明的任务在于，特别是对于利用很轻的液体的应用，提高振动传感器的密度灵敏度。
本发明一方面通过用于确定和/或监测介质的至少一个过程变量的装置解决该任务。此外，本发明通过用于确定和/或监测介质的至少一个过程变量的装置的限制元件解决该任务。利用依据本发明的限制元件，能例如将根据现有技术的装置改进为依据本发明的装置。
本发明通过用于确定和/或监测介质的至少一个过程变量的装置解决该任务，该装置具有：至少一个机械可振动单元，其至少部分与介质接触；至少一个换能器单元，其激励机械可振动单元振动并从机械可振动单元接收机械振动；和至少一个壳体。此时，设计该装置，提供至少一个限制元件，并且设计和布置限制元件，使其至少部分包围机械可振动单元，并且由此产生的包围机械可振动单元的体积的减小提高了装置的测量灵敏度。限制元件在这里可以是固定安装的限制元件或必要时只是临时可固定的元件，该临时可固定的元件例如可安装在一个已完成的和现有技术相应的测量设备上。该装置是开始时现有技术描述的测量设备，例如振动叉、单杆、或膜振动器。
振动元件周围的体积通过限制元件减少。由此通过在壁和振动元件之间附加的、在缝隙中产生的、相互影响力提高频率变化(＝由于过程变量变化产生的频率变化)。通过将包围机械可振动单元的体积有意识地限制到或者至少减少到明确规定的范围内，依据本发明提高了测量灵敏度。换一种表达方式，通过限制在机械可振动单元周围的体积而提高随动的质量并由此影响可振动单元的谐振关系。
由DE 3878473 T3公知用于液体的具有叉形可振动单元的换能器，该换能器可选具有厚重的或者由线网构造的圆柱形保护套管，该套管包围可振动单元。此处描述的保护套管与依据本发明的限制元件相比然而只是用于在液体中存在的颗粒之前保护可振动单元，这些颗粒会损坏可振动单元。传感器的灵敏度用另一种方式解决，例如通过在叉钉中的可重入表面。
依据本发明的一种设计方案，机械可振动单元具有至少两个叉钉。可振动单元因此是振动叉，其中在膜上安装了两个叉钉，通过膜优选发生至换能器单元的振动传递，该换能器单元例如具有至少一个压电元件。
依据本发明的装置的一种设计方案，机械可振动单元具有至少一个膜。在该设计方案中，机械可振动单元是例如单纯的膜振动器，即，机械可振动单元只由膜组成，或者膜与其它的元件(例如两个之前所述的叉钉)机械地联接。
依据本发明的装置的一种设计方案，机械可振动单元具有至少一个桨叶。在一些设计方案中单杆或者振动叉在它们的杆或者叉上具有桨叶，桨叶是平面元件并提高了有效面积。
依据本发明的装置的一种设计方案，限制元件具有至少一个板，该板布置在机械可振动单元的至少两个叉钉之间。该板因此在一个方向上限制与可振动单元接触的介质。根据设计方案的不同给出分隔壁的方式。
依据本发明的装置的一种设计方案，限制元件具有至少一个罐状元件，其具有至少在一个侧面上打开的内部空间，罐状元件的内部空间包围机械可振动单元的至少一部分。在该实施方案中，可振动单元被限制元件部分地围绕，使得至少在某些区域，包围可振动单元的液量由罐状元件的内部空间确定。
依据本发明的装置的一种设计方案，罐状元件的内部空间至少包围机械可振动单元的桨叶。在该设计方案中，可振动单元的区域至少被罐状元件围绕，该区域由于桨叶形状而具有特别大的作用面积。
依据本发明的装置的一种设计方案，罐状元件具有至少一个贯穿的凹口。贯穿的凹口用于介质流，使得介质能够深入到罐状元件的内部空间并在可能的情况下被新的介质代替。这里也可以有多个凹口，它们实现流入或流出。该一个或多个凹口可以是孔或槽，它们位于罐状元件的侧面上或在底面里。
依据本发明的装置的一种设计方案，限制元件如下方式设计并与壳体连接，使得机械可振动单元基本上不直接机械接触限制元件。
依据本发明的装置的一种设计方案，限制元件至少部分安装在侧边缘上。因为限制元件应基本不影响实际机械振动，所以限制元件这里安装在膜的振动活动区域的外面。
依据本发明的装置的一种设计方案，限制元件的板如下方式设计并如下方式与膜的侧边缘连接，使得膜不与板直接机械接触。
此外，本发明的任务通过用于确定和/或监测介质的至少一个过程变量的装置的限制元件解决，其中装置具有至少一个机械可振动单元，该机械可振动单元至少部分地与介质接触，并且装置具有至少一个壳体。依据本发明的限制元件的特征在于，限制元件如下设计并相对于机械可振动单元布置，使得限制元件至少部分地包围机械可振动单元并引起装置的测量灵敏度提高。本发明的任务因此通过限制元件解决，该限制元件几乎作为附加元件用于现有技术的测量设备的改进。通过该限制元件限制了机械可振动单元周围的区域。此外，其它上面实施的说明和相应的设计方案这里也适用。通过限制元件，因此产生可能的明确规定的测量体积围绕在机械可振动单元的周围。限制元件此时例如被设计为使其可应用于已经存在的测量装置或者在制造测量装置时就得到安装。
依据本发明的装置的一种设计方案，限制元件具有至少一个板。
依据本发明的装置的一种设计方案，限制元件具有至少一个罐状元件，该罐状元件具有至少在侧面上打开的内部空间。
依据本发明的装置的一种设计方案，限制元件如下方式设计并与壳体连接，使得机械可振动单元基本上不与限制元件直接机械接触。
依据本发明的装置的一种设计方案，限制元件至少部分地安装在膜的侧边缘上。
依据本发明的装置的一种设计方案，限制元件的板如下方式设计并且限制元件与膜的侧边缘如下方式连接，使得该膜不与板直接机械接触。
附图说明
本发明根据随后的附图进一步描述。
其中：
图1示出了限位开关的应用的示意图；
图2示出了依据本发明的振动叉的立体图；
图3a)和3b)示出了由图2示出的振动叉的两个截面图；
图4a)、4b)和4c)示出了依据本发明的振动叉的另一个设计方案的三个截面图，和
图5a)、5b)和5c)示出了依据本发明的振动叉的另一个设计方案的三个截面图。
具体实施方式
图1举例示出了作为限位开关使用的传感器。机械可振动单元1此时称作振动叉，即，两个叉钉在一个膜上固定。两个叉钉此时插入到容器21的内部空间，在容器21内部装有介质20，介质例如是液体。需要指出的是，本发明在示出的振动叉之外还涉及到具有单杆或膜振动器的测量设备作为机械可振动单元。该类测量设备由申请人多样性地提供和销售。如果介质20到达机械可振动单元1，那么介质影响机械可振动单元1的振动，例如表现为频率和/或振幅的改变。在介质20和机械可振动单元1之间的相互影响由此例如使得能够确定或者监测例如密度或粘度这样的过程变量，其中在这些测量中介质的覆盖程度应该是已知的。
壳体3位于容器21的外部，在壳体3中有换能器单元2并且举如还有负责反馈和处理振动的电子器件。这里，换能器单元2由激励信号激励机械可振动单元1振动并且从机械可振动单元1接收机械振动，换能器单元2将机械振动转换为接收信号。
图2中示出了依据本发明的测量设备的一部分。为了提高测量准确性，例如为确定和/或监测介质的密度，这里设计了限制元件10，限制元件10作为板11布置在两个叉钉4之间。两个叉钉4固定在膜5上，使得在叉钉4和膜5之间产生直接的机械耦合。然而板11优选以如下方式与壳体3或与膜5的外边缘连接，使得基本上在板11和膜5之间不存在机械耦合。为此，板11在这里还具有一个截面，板11通过该截面位于膜5的内表面的上方。
在图3a)和b)中示出了图2的方案的两个截面。图3a)中可看到，板11如何作为在两个叉钉4之间的分隔进行布置。图3b)示出了垂直于在图3a)中以虚线示出的轴的截面。可以看到，板11基本上只与膜5的边缘机械地接触。通过板11的凹口来阻止在膜5的内表面的上方的机械接触。
在图4a)、b)和c)中示出了改进方案，其中在板11的上方设计了罐状元件12。这个罐状元件12与板11一起形成限制元件10并且还相对于板11限制在叉钉周围的介质。叉钉4因此近似由限制元件10围上。为了介质能够到达内部空间并因此与叉钉4接触，限制元件10被侧向打开。在侧面截面图a)的下方示出了另一个截面图c)，其中可以看到，罐状元件12这里基本圆柱形地设计。此时，罐状元件12形成的圆柱体分别具有半径的削平部分，罐状元件12在那里面向叉钉4的宽面。
为了明显提高测量灵敏度，设置罐状元件12相对于叉钉4具有很小的距离，其中距离d如下选择，使得一方面叉钉4不会被罐状元件12妨碍实施振动，另一方面由叉钉4带动的质量明显地提高。为了实现这个目标，在叉钉4和罐状元件12之间的距离优选小于在两个叉钉4之间的距离的一半。
图5a)、b)和c)示出了附加方案的三个截面图。罐状元件12这里基本上只位于叉钉的远离膜5的端部的高度处，桨叶大多位于那里。图5b)中可以看出，罐状元件12包括齿和由此特别地在齿端部安装的(但是这里没有示出的)桨叶，桨叶产生加大的相互影响面积。在另一个设计方案中，罐状元件12是限制元件的唯一组成部分。在另一个设计方案中，罐状元件12不围绕叉钉的上端，而是围绕叉钉靠近膜的一端。该设计方案中，限制元件几乎只由一个空心圆柱体组成。如果例如是膜振动器，那么限制元件在一个设计方案中由一种提高的盖子构成，该盖子具有用于介质流动的凹口。
附图标记
1 机械可振动单元
2 换能器单元
3 壳体
4 叉钉
5 膜
6 桨叶
10 限制元件
11 板
12 罐状元件
20 介质
21 容器

Claims (16)

1.用于确定和/或监测介质(20)的至少一个过程变量的装置，具有：
至少一个机械可振动单元(1)，其至少部分地与所述介质(20)接触，
至少一个换能器单元(2)，其激励所述机械可振动单元(1)机械振动并从所述机械可振动单元(1)接收机械振动，和
至少一个壳体(3)，
其特征在于，
提供至少一个限制元件(10)，
设计和布置所述限制元件(10)，使得所述限制元件(10)至少部分地包围所述机械可振动单元(1)，并且由此得到的包围所述机械可振动单元(1)的体积的减少提高了所述装置的测量灵敏度。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械可振动单元(1)具有至少两个叉钉(4)。
3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械可振动单元(1)具有至少一个膜(5)。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械可振动单元(1)具有至少一个桨叶(6)。
5.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述限制元件(10)具有至少一个板(11)，并且所述板(11)设置在所述机械可振动单元(1)的至少两个叉钉(4)之间。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限制元件(10)具有至少一个罐状元件(12)，该罐状元件具有至少在侧面打开的内部空间，并且所述罐状元件(12)的内部空间至少包围所述机械可振动单元(1)的一部分。
7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，所述罐状元件(12)的内部空间至少包围所述机械可振动单元(1)的所述桨叶(6)。
8.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，设计所述限制元件(10)并将其与所述壳体(3)连接，使得所述机械可振动单元(1)基本上不与所述限制元件(10)直接机械接触。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述限制元件(10)至少部分安装在所述膜(5)的侧边缘上。
10.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述限制元件(10)至少部分安装在所述膜(5)的侧边缘上，设计所述限制元件(10)的所述板(11)并且将所述限制元件(10)与所述膜(5)的所述侧边缘连接，使得所述膜(5)不与所述板(11)直接机械接触。
11.用于确定和/或监测介质(20)的至少一个过程变量的装置的限制元件(10)，其中所述装置具有至少一个机械可振动单元(1)，所述机械可振动单元(1)至少部分地与所述介质(20)接触，并且其中所述装置具有至少一个壳体(3)，
其特征在于，
设计所述限制元件(10)并且将其相对于所述机械可振动单元(1)布置，使得所述限制元件(10)至少部分地包围所述机械可振动单元(1)并且提高了所述装置的测量灵敏度。
12.按照权利要求11所述的限制元件，其特征在于，所述限制元件(10)具有至少一个板(11)。
13.按照权利要求11或12所述的限制元件(10)，其特征在于，所述限制元件(10)具有至少一个罐状元件(12)，该罐状元件具有至少在侧面打开的内部空间。
14.按照权利要求11所述的限制元件(10)，其特征在于，设计所述限制元件(10)并且将其与所述壳体(3)连接，使得所述机械可振动单元(1)基本上不与所述限制元件(10)直接机械接触。
15.按照权利要求11所述的限制元件(10)，其特征在于，所述限制元件(10)至少部分地安装在所述膜(5)的侧边缘上。
16.按照权利要求12所述的限制元件(10)，其特征在于，设计所述限制元件(10)的所述板(11)并且将所述限制元件(10)与所述膜(5)的所述侧边缘连接，使得所述膜(5)不与所述板(11)直接机械接触。
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