DE102004003460A1

DE102004003460A1 - Method of manufacture of a vibrating measurement device, e.g. a fork device for liquid level measurements, whereby the measurement device is set vibrating and forces and moments acting on its clamping mounting are measured

Info

Publication number: DE102004003460A1
Application number: DE102004003460A
Authority: DE
Inventors: Sergej Dr. Lopatin; Burkhard Lutterbeck
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-07-28
Also published as: CN1894564A; CN100416235C; ATE528624T1

Abstract

Method for manufacture of a vibrating measurement device, e.g. a measurement fork, for measuring a physical variable of a system, e.g. the liquid level in a tank. According to the method, the mechanical vibration capable unit is set in vibration and the reaction forces and reaction moments caused by the vibration of the mechanical unit against its clamping support. If the forces and or moments exceed a defined limit, then a warning is generated and the vibration properties of the device are changed. The invention also relates to a corresponding device for manufacturing a measurement device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Messvorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter, mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit, die über eine Einspannung an einem Sensor-Gehäuse und/oder an dem Behälter befestigbar ist, und mit einer Antriebs-/Empfangseinheit, die die mechanisch schwingfähige Einheit zu Schwingungen anregt, bzw. die Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit empfängt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Messvorrichtung und auf eine Messvorrichtung selbst. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität des Mediums in dem Behälter. Bei der mechanisch schwingfähigen Einheit kann es sich beispielsweise um eine Schwinggabel oder um einen Einstab handeln.The The invention relates to a method of manufacturing a measuring device for determination and / or monitoring a process variable of a Medium in a container, with a mechanically oscillatable Unit that over a clamping on a sensor housing and / or fastened to the container is, and with a drive / receiving unit, which is the mechanical vibratory Unit excites to vibrations, or the vibrations of the mechanical vibratory Unit receives. Furthermore, the invention relates to an apparatus for production such a measuring device and on a measuring device itself. At the process size is For example, it is the level, the density or viscosity of the medium in the container. In the mechanically oscillatable unit For example, it can be a tuning fork or a single rod act.

Von der Anmelderin werden unter der Bezeichnung „Liquiphant" Füllstandsmessgeräte hergestellt und vertrieben. Diese Messgeräte weisen eine Schwinggabel mit zwei Zinken als mechanisch schwingfähige Einheit auf, die über eine Membran durch ein piezoelektrisches Element als Antriebs-/Empfangseinheit zu mechanischen Schwingungen angeregt werden. Dabei schwingen die beiden Gabelzinken gegensinnig zueinander. Kommt das Medium, dessen Füllstand überwacht werden soll, in Kontakt mit der schwingfähigen Einheit, so führt dies zu einer Änderung der Frequenz und/oder der Amplitude der Schwingungen. Somit lässt sich also das Erreichen eines Füllstands detektieren. Entsprechend ist es auch möglich, das Unterschreiten eines Füllstands zu bestimmen, d.h. wenn die Schwinggabel zunächst vom Medium bedeckt ist und dann der Pegel sinkt. Die Membran, an der die schwingfähige Einheit befestigt ist und über die sie zu Schwingungen angeregt wird, bzw. über die die Schwingungen empfangen werden, ist über eine Einspannung mit einem Gehäuse des Gerätes oder mit einer Behälterwand verbunden. Weiterhin ist üblicherweise in dem Messgerät noch eine Verstärkungseinheit vorgesehen, die die empfangenen Signale verstärkt und rückkoppelt.From the Applicant are manufactured under the name "Liquiphant" level gauges and distributed. These meters have a tuning fork with two prongs as a mechanically oscillatable unit on that over a membrane by a piezoelectric element as a drive / receiving unit be excited to mechanical vibrations. The swinging two forks in opposite directions to each other. Comes the medium whose Level monitored is to be in contact with the vibratory unit, this will result to a change the frequency and / or the amplitude of the vibrations. Thus, it is possible the achievement of a level detect. Accordingly, it is also possible to fall below a level to be determined, i. when the tuning fork is initially covered by the medium and then the level drops. The membrane on which the oscillatory unit is attached and over which it is excited to vibrate, or via which receive the vibrations is about is one Clamping with a housing of the device or with a container wall connected. Furthermore, it is usually in the meter another reinforcement unit provided that amplifies the signals received and fed back.

Wichtig bei den Schwinggabeln, aber auch bei allen sonstigen mechanisch schwingfähigen Einheiten, die in Feldgeräten/Messgeräten Anwendung finden, ist die Symmetrie der schwingfähigen Einheit. So muss bei der Schwinggabel gewährleistet sein, dass beide Zinken derartig gegensinnig schwingen, dass Reaktionskräfte und -momente, die auf die Einspannung wirken, möglichst minimal sind. Dafür ist es z.B. erforderlich, dass beide Zinken gleiche Massenträgheitsmomente, also auch gleiche Drehmomente aufweisen. Die schwingfähige Einheit ist also dann symmetrisch aufgebaut, wenn ihre Schwingungen nicht zu Reaktionskräften und -momenten an der Einspannung führen, wenn es also Teileinheiten der mechanisch schwingfähigen Einheit – z.B. die erwähnten Zinken der Gabel – gibt, deren Schwingungen derartig aufeinander abgestimmt sind, dass sich die Kräfte und Momente in der Einspannung gerade gegenseitig aufheben, so dass die verbleibenden Reaktionskräfte und -momente möglichst ausgeglichen sind. Ist eine Unsymmetrie gegeben – ist also beispielsweise ein Zinken schwerer als der andere –, so kann nicht mehr gewährleistet werden, dass sich die auf die Einspannung wirkenden Kräfte und Momente kompensieren. Eine solche Kompensation ist u.a. wichtig, um zu verhindern, dass über die Einspannung Energie verloren geht. Ein Energieverlust führt dazu, dass die Schwingungsamplitude abnimmt. Weiterhin kann eine Asymmetrie dazu führen, dass die Schwingungsfrequenz zufallsbedingt zwischen zwei Werten wechselt, was die Messung verfälschen kann.Important in the swinging forks, but also in all other mechanical vibratory Units used in field devices / measuring instruments, is the symmetry of the oscillatory Unit. So it must be ensured with the tuning fork that both Prongs swing in opposite directions in such a way that reaction forces and moments that act on the clamping are as minimal as possible. That's it e.g. requires that both tines have equal mass moment of inertia, So also have the same torque. The oscillatable unit So it is symmetrical if its vibrations are not to reaction forces and moments at the clamping, so if it is subunits the mechanically oscillatable Unit - e.g. the mentioned Tines of the fork - there, whose vibrations are so coordinated with each other that the personnel and moments in the clamping just cancel each other, so that the remaining reaction forces and moments as possible are balanced. Is an asymmetry given - so is for example a Tines heavier than the other -, so can not be guaranteed anymore be that the forces acting on the clamping forces and Compensate for moments. Such compensation is i.a. important, to prevent over the clamping energy is lost. An energy loss causes that the oscillation amplitude decreases. Furthermore, an asymmetry cause that the oscillation frequency happens to be between two values changes, which can falsify the measurement.

Eine Methode im Stande der Technik, die Symmetrie einer Schwinggabel zu messen, besteht darin, die Schwingfrequenz jedes Zinken einzeln zu bestimmen. Treten Unterschiede auf, die größer als ein vorgegebener Toleranzbereich sind, so wird z.B. das Gewicht oder die Steifigkeit der Zinken geändert, z.B. verkleinert. Dieses Messen der Frequenzen ist sehr aufwendig. Dies bezieht sich auf die Herstellung der Feldgeräte. In der Anwendung im Feld ist es vor allem kaum möglich, die Schwingfrequenzen der einzelnen Zinken zu bestimmen.A Method in the art, the symmetry of a tuning fork to measure, is the oscillation frequency of each tine individually to determine. If differences occur that are greater than a specified tolerance range are, e.g. the weight or rigidity of the tines is changed, e.g. reduced. This measurement of frequencies is very expensive. This refers to the manufacture of field devices. In the application in the field Above all, it is hardly possible to determine the vibration frequencies of the individual tines.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Asymmetrien in mechanisch schwingfähigen Einheiten von Messgeräten zu erkennen.Of the Invention is therefore the object of asymmetries in mechanical oscillatory units of measuring devices to recognize.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung einer Messvorrichtung, so dass die schwingfähige Einheit der Messvorrichtung symmetrisch ist. Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe mit einem Messvorrichtung selbst, wodurch des möglich wird, die Symmetrie auch während der Anwendung der Messvorrichtung, also nach der Installation zu überwachen. Durch die Erfindung ist es zum einen möglich, eine Asymmetrie bei der Herstellung einer Messvorrichtung zu verhindern und zum anderen lässt sich durch die Erfindung die Symmetrie und damit verbunden die Messgenauigkeit während der Messungen überwachen.The Invention solves this object with a method and an apparatus for production a measuring device, so that the oscillatory unit of the measuring device is symmetrical. Continue to solve the Invention the task with a measuring device itself, which possible is the symmetry also during the application of the measuring device, so to monitor after installation. By the invention makes it possible, to prevent asymmetry in the manufacture of a measuring device and on the other leaves the symmetry and, associated therewith, the measuring accuracy while monitor the measurements.

Die Erfindung löst die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung einer Messvorrichtung dadurch, dass die mechanisch schwingfähige Einheit zu Schwingungen angeregt wird, dass Reaktionskräfte und/oder Reaktionsmomente detektiert werden, welche durch die Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit auf die Einspannung wirken, dass eine Meldung ausgegeben wird, wenn die Reaktionskräfte und/oder Reaktionsmomente vorgebbare Grenzwerte übersteigen, und dass im Falle einer Meldung die mechanisch schwingfähige Einheit in ihren Eigenschaften in Bezug auf die Schwingungen verändert wird. Die Idee der Erfindung ist also, dass die Kräfte und Momente, die sich durch Asymmetrien ergeben, dazu benutzt werden, dass diese „Unausgeglichenheiten" der schwingfähigen Einheit – die „Unwucht" – bei der Fertigung ausglichen werden.The invention solves the problem in terms of the method for producing a measuring device in that the mechanically oscillatable unit is excited to vibrate that Reak tion forces and / or reaction moments are detected, which act on the clamping by the vibrations of the mechanically oscillatable unit, that a message is issued when the reaction forces and / or reaction moments exceed predetermined limits, and that in case of a message the mechanically oscillatable unit in their Properties with respect to the vibrations is changed. The idea of the invention is thus that the forces and moments resulting from asymmetries are used to compensate for these "imbalances" of the oscillatory unit - the "imbalance" - during manufacturing.

Durch Fertigungstoleranzen ist es immer möglich, dass die mechanisch schwingfähigen Einheiten nicht immer optimal ausgeglichen sind. Liegt diese „Unwucht" oberhalb eines bestimmten und vorgebbaren Bereiches, unterscheiden sich beispielsweise die Frequenzen mehr als ein vorgebbares Prozentsatz voneinander, so sind die Messungen nicht mehr genau und zuverlässig, bzw. sie können sogar unmöglich werden. Daher wird die Symmetrie kontrolliert, indem auftretende Kräfte und Momente detektiert werden, die aus einer Asymmetrie resultieren. Liegen diese Kräfte und/oder Momente über bestimmten Werten, so liegen entsprechende Unterschiede in den Bestandteilen der schwingfähigen Einheit – die Zinken bei der Gabel oder die einzelnen Schwingelemente beim Einstab – vor, die dadurch ausgeglichen werden, dass die schwingfähige Einheit bearbeitet wird. Es wird z.B. ein Zinken schwerer gemacht oder die Steifigkeit wird verändert usw. Die Grenzwerte sind so vorzugeben, dass keine Messfehler auftreten, dass sie aber auch im Rahmen einer üblichen Fertigungsmethode einzuhalten sind.By Manufacturing tolerances, it is always possible that the mechanical vibratory Units are not always optimally balanced. Is this "imbalance" above a certain and predeterminable range, for example, the differ Frequencies more than a specifiable percentage of each other, so the measurements are no longer accurate and reliable, or they may even become impossible. Therefore, the symmetry is controlled by occurring forces and Moments are detected that result from an asymmetry. Lie these forces and / or moments about certain values, there are corresponding differences in the components the oscillatory unit - the tines at the fork or the individual oscillating elements at the single rod - before, the be compensated by the oscillatable unit is processed. It is e.g. a tine made heavier or the stiffness becomes changed etc. The limit values are to be specified in such a way that no measuring errors occur, but that they also comply with the usual production method are.

Die Erfindung löst die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung zur Herstellung einer Messvorrichtung dadurch, dass eine Vorrichtung zum Einspannen der Messvorrichtung vorgesehen ist, und dass mindestens eine Kraftdetektionseinheit vorgesehen ist, die derartig mit der Einspannung gekoppelt ist, dass sie Reaktionskräfte und/oder Reaktionsmomente detektiert, die auf die Einspannung einwirken und die sich aus den Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit ergeben. Die mechanisch schwingfähige Einheit wird also ein eine geeignete Vorrichtung eingespannt. Dadurch entstehen beispielsweise keine Effekte aus einer ungünstigen Positionierung der Messvorrichtung. Weiterhin kann so auch der Einfluss von Fremdvibrationen gesteuert werden. Anschließend werden durch die Kraftdetektionseinheit Kräfte und/oder Momente gemessen, die aus einer Asymmetrie resultieren. Eine entsprechende Auswerteeinheit zur Auswertung der detektierten Kräfte und Momente der Kraftdetektionseinheit ist nahe liegend und dürfte der fachlich qualifizierten Person keine Schwierigkeiten bereiten.The Invention solves the task with regard to the device for producing a measuring device in that a device for clamping the measuring device is provided, and that at least one force detection unit is provided, which is coupled to the clamping in such a way that they reaction forces and / or reaction moments acting on the restraint and arising from the vibrations of the mechanically oscillatable unit result. The mechanically oscillatable Unit is thus clamped a suitable device. Thereby For example, no effects arise from an unfavorable Positioning the measuring device. Furthermore, so can the influence be controlled by external vibrations. Subsequently, by the force detection unit personnel and / or moments resulting from asymmetry. A corresponding evaluation unit for evaluating the detected forces and Moments of the force detection unit is obvious and should be the professionally qualified person.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Kraftübertragungseinheit vorgesehen ist, die derartig mit der Einspannung und/oder mit dem Sensor-Gehäuse und mit der Kraftdetektionseinheit gekoppelt ist, dass die Kraftdetektionseinheit auf die Einspannung einwirkende Reaktionskräfte und/oder Reaktionsmomente über die Kraftübertragungseinheit detektiert. In dieser Ausgestaltung werden also die Reaktionskräfte und -momente, die aus der Schwingungsasymmetrie resultieren, über eine Kraftübertragungseinheit übertragen, so dass z.B. die Kraftdetektionseinheit weiter entfernt von der mechanisch schwingfähigen Einheit befindlich sein kann. Dies ist z.B. vorteilhaft bei der Herstellung der Messgeräte bzw. der mechanisch schwingfähigen Einheiten, da so die Symmetrie auch dann überprüft werden kann, wenn die schwingfähige Einheit geringere Dimensionen aufweisen, wenn also nicht ausreichend Platz vorhanden ist, um die Kraftdetektionseinheit direkt mit der schwingfähigen Einheit zu verbinden. Weiterhin dient die Kraftübertragungseinheit bei der Anwendung der Erfindung bei der Herstellung/Ausgangskontrolle der mechanisch schwingfähigen Einheit bzw. der Messvorrichtungen auch zur Einspannung der Messvorrichtung bei der Messung der Symmetrie.A advantageous embodiment includes that at least one power transmission unit is provided, the so with the clamping and / or with the Sensor housing and coupled to the force detection unit is that the force detection unit acting on the clamping reaction forces and / or reaction moments on the power transmission unit detected. In this embodiment, therefore, the reaction forces and moments resulting from vibrational asymmetry over one Transfer power transmission unit, so that e.g. the force detection unit farther away from the mechanical vibratory Unit can be located. This is e.g. advantageous in the Production of measuring instruments or the mechanically oscillatable Units, because this way the symmetry can be checked even if the oscillatory unit have smaller dimensions, so if not enough space is present to the force detection unit directly with the oscillatory unit connect to. Furthermore, the power transmission unit is used in the Application of the invention in the production / output control of mechanically oscillatable Unit or the measuring devices also for clamping the measuring device in the measurement of symmetry.

Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass es sich bei der Kraftübertragungseinheit um einen Flansch handelt. Ein solcher Flansch ist relativ zur Messvorrichtung meist auch schwer genug, so dass die Vorrichtung sicher und fest eingespannt ist.A Embodiment of the device provides that it is in the power transmission unit is a flange. Such a flange is relative to the measuring device usually heavy enough so that the device is secure and firm is clamped.

Die Erfindung löst die Aufgabe hinsichtlich der Messvorrichtung dadurch, dass mindestens eine Kraftdetektionseinheit vorgesehen ist, die derartig mit der Einspannung gekoppelt ist, dass sie Reaktionskräfte und/oder Reaktionsmomente detektiert, die auf die Einspannung einwirken und die sich aus den Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit ergeben. Die Idee besteht also darin, auszunutzen, dass durch Asymmetrien Kräfte und Momente von der schwingfähigen Einheit nach außen auf die Einspannung übertragen werden. In der Erfindung werden also die Folgen der Asymmetrie zu ihrer Erkennung ausgenutzt. Dabei ist die Kraftdetektionseinheit hier im Gegensatz zum obigen Verfahren und zur obigen Vorrichtung, die sich auch auf Messgeräte bzw. Messvorrichtung ohne ständige Überwachung der Symmetrie bezogen, ein fester Bestandteil der Messvorrichtung, um auch während der Anwendung der Messvorrichtung im Feld die Symmetrie der mechanisch schwingfähigen Einheit zu bestimmen oder zu überwachen. Im Einsatz der Messvorrichtung dient diese Kraftdetektionseinheit auch der predictive maintenance. Dadurch, dass die Symmetrie nach der Installation im Betrieb überwacht wird, wird permanent sichergestellt, dass die Qualität der Messungen nicht unter einer verminderten Symmetrie leidet. Bei der advanced diagnostics kann somit auch durch die Auswertung des zeitlichen Verhaltens der Symmetrie im voraus bestimmt werden, ob und wann ein Austausch – bei Korrosion oder Abrasion als Ursache der verminderten Symmetrie – oder eine Reinigung – bei Ansatz – der schwingfähigen Einheit ansteht. Für die Bestimmung der Symmetrie sind auch Toleranzen vorzugeben. Dies bezieht sich auf die Fertigung, aber auch auf die Anwendung im Feld. Ein Problem besteht darin, dass sich auch Kräfte und Momente durch Schwingungen der Umgebung ergeben, dass z.B. durch Rührwerke die Behälterwand vibriert. Die Kräfte und Momente aus diesen Bewegungen müssen gegen die Reaktionskräfte und -momente abgegrenzt werden, z.B. durch eine Frequenzanalyse oder durch Vergleich mit den Schwingungen der schwingfähigen Einheit.The invention solves the problem with regard to the measuring device in that at least one force detection unit is provided, which is coupled with the clamping in such a way that it detects reaction forces and / or reaction moments which act on the clamping and which result from the vibrations of the mechanically oscillatable unit , The idea is therefore to take advantage of the fact that forces and moments are transmitted from the oscillatable unit outwards to the clamping by asymmetries. In the invention, therefore, the consequences of the asymmetry are exploited for their detection. In this case, in contrast to the above method and the above device, which also relates to measuring devices or measuring device without constant monitoring of the symmetry, the force detection unit is an integral part of the measuring device in order to maintain the symmetry of the mechanically oscillatable even during application of the measuring device in the field Unit to determine or monitor. When using the measuring device, this force detection unit also serves predictive maintenance. The fact that the symmetry is monitored after installation during operation ensures permanently that the quality of the measurements does not suffer from reduced symmetry. In the advanced diagnostics can thus also by the Evaluation of the temporal behavior of the symmetry can be determined in advance whether and when an exchange - in case of corrosion or abrasion as a cause of reduced symmetry - or a cleaning - at approach - the oscillatory unit is pending. For the determination of the symmetry also tolerances are to be specified. This refers to the production, but also to the application in the field. One problem is that forces and moments also result from oscillations in the environment, such as the container wall vibrates due to agitators. The forces and moments from these movements must be delimited against the reaction forces and moments, eg by a frequency analysis or by comparison with the oscillations of the oscillatory unit.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Kraftdetektionseinheit derartig angeordnet ist, dass sie Reaktionskräfte und/oder Reaktionsmomente längs einer Achse detektiert, die im Wesentlichen mit der Schwingungsachse der mechanisch schwingfähigen Einheit zusammenfällt. Durch diese Anordnung ergibt sich eine sehr große Empfindlichkeit, wodurch die Symmetrie genauer und besser bestimmt werden kann. Ursache dafür ist, dass bei Abweichungen von der Symmetrie die Energie bevorzugt in Richtung der Schwingungsachse auf die Einspannung übertragen wird. Allgemein sollte die Kraftdetektionseinheit derartig relativ zur mechanisch schwingfähigen Einheit angeordnet sein, dass die Empfindlichkeit möglichst hoch ist.A Embodiment provides that the force detection unit such is arranged that they reaction forces and / or reaction moments along one Axis detected that substantially with the axis of vibration of the mechanically oscillatable unit coincides. This arrangement results in a very high sensitivity, whereby the Symmetry can be determined more accurately and better. Cause is that in the case of deviations from the symmetry, the energy is preferred in the direction the vibration axis is transmitted to the clamping. General should arranged the force detection unit relative to the mechanically oscillatable unit be that the sensitivity as high as possible is.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Kraftdetektionseinheit um einen Beschleunigungssensor handelt. Es sollte dabei ein möglichst empfindlicher Sensor benutzt werden.A Embodiment includes that it is in the force detection unit is an acceleration sensor. It should be as sensitive as possible Sensor can be used.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der mechanisch schwingfähigen Einheit um eine Schwinggabel handelt. Solche werden von der Anmelderin unter den Bezeichnungen „Liquiphant" und „Soliphant" hergestellt und vertrieben.A Embodiment provides that it is the mechanically oscillatory unit is a tuning fork. Such are under the name of the applicant the designations "Liquiphant" and "Soliphant" and distributed.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der mechanisch schwingfähigen Einheit um einen Einstab handelt. Einstäbe haben beispielsweise den Vorteil, dass so der Kontakt mit dem Medium verringert ist und dass das Problem der Gabeln vermieden wird, dass sich Materialien zwischen den Zinken verklemmen.A Embodiment provides that it is the mechanically oscillatory unit is about a one-rod. Einstäbe For example, have the advantage that so the contact with the medium is reduced and that the problem of forks is avoided that jam materials between the prongs.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der mechanisch schwingfähigen Einheit um einen Einstab mit drei Schwingkörpern handelt, und dass mindestens ein Schwingkörper an einem Verbindungsbereich mit der Einspannung verbunden ist. Siehe hierzu die Anmeldung zum Patent der Anmelderin beim Deutschen Patent- und Markenamt und der Nummer 103 31 730.9. Solche Einstäbe haben in der Anwendung Schwierigkeiten mit Ansatz, der üblicherweise asymmetrisch ist, und mit Korrosion, die ebenfalls meist asymmetrisch auftritt. In der Anwendung der Messvorrichtungen kann es also bei Einstäben dazu kommen, dass die Symmetrie der mechanisch schwingfähigen Einheit durch den Prozess, bzw. durch das Medium aufgehoben wird.A further embodiment includes that it is in the mechanical vibratory Unit is a one-bar with three vibrating bodies, and that at least a vibrating body is connected at a connection region with the clamping. Please refer the application for a patent of the Applicant to the German Patent and Trademark Office and number 103 31 730.9. Have such bars in the application difficulties with approach, usually is asymmetric, and with corrosion, which is also mostly asymmetrical occurs. In the application of the measuring devices, so it can with bars to it come that symmetry of the mechanically oscillatable unit is lifted by the process, or by the medium.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings.

Es zeigt:It shows:

1: eine schematische Darstellung einer Schwinggabel als Messvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, 1 : a schematic representation of a tuning fork as a measuring device according to the prior art,

2: einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Messvorrichtung, 2 FIG. 2: a section through an apparatus according to the invention for producing a measuring device, FIG.

3: eine Sicht von oben auf die Umsetzung der 2, und 3 : a view from above on the implementation of the 2 , and

4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung eines zweiten Typs – hier ein Einstab im Gegensatz zur Schwinggabel in den 1 bis 3 – im Betrieb. 4 : A schematic representation of a measuring device according to the invention of a second type - here a single rod in contrast to the tuning fork in the 1 to 3 - operational.

1 zeigt die Messvorrichtung 1. Es besteht aus einem Sensorgehäuse 15, in welchem sich die Antriebs-/Empfangseinheit 25 – z.B. eine piezoelektrische Einheit – befindet. Diese Antriebs-/Empfangseinheit 25 regt über die Membran 10, die über die Einspannung 20 am Gehäuse 15 befestigt ist, die mechanisch schwingfähige Einheit 5, die hier eine Schwinggabel 7 ist, zu Schwingungen an, bzw. detektiert deren Schwingungen. Die beiden Zinken der Schwinggabel 7 schwingen entlang der Schwingungsachse 6 gegensinnig zueinander. Weisen beide Zinken gleiche Trägheitsmomente auf oder sind sie allgemein symmetrisch zueinander, so kompensieren sich die einzelnen Kräfte und Momente, die durch die Schwingungen an der Einspannung 20 der Membran 10 am Gehäuse 15 auftreten. Unterscheiden sich die Zinken – ist die mechanisch schwingfähige Einheit 5 also asymmetrisch –, so treten verbleibende Reaktionskräfte und -momente an der Einspannung 20 auf. Dadurch kann Schwingungsenergie verloren gehen, was sich auch in einer verminderten Empfindlichkeit der Messvorrichtung 1 äußert. Der Verlust an Schwingungsenergie hängt u.a. davon ab, wie fest die Messvorrichtung 1 am Gehäuse 15 befestigt ist und ob Behälterteile – graphisch nicht dargestellt – mitschwingen. Ein stärkeres Problem als der Energieverlust stellt der Fall dar, dass die Schwingfrequenz aufgrund einer Asymmetrie zufällig zwischen zwei Werte hin- und herspringt. In diesem Fall schwingt nur eine Zinke und die andere ist in Ruhe. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn eine Schwinggabel eine Asymmetrie größer als 4-5% in den Frequenzen der beiden Zinken aufweist und die Messvorrichtung in einem massiven Flansch befestigt ist. 1 shows the measuring device 1 , It consists of a sensor housing 15 in which is the drive / receiver unit 25 - Eg a piezoelectric unit - is located. This drive / receiver unit 25 excites over the membrane 10 that about the clamping 20 on the housing 15 is fixed, the mechanically oscillatable unit 5 here's a tuning fork 7 is to vibrate, or detects their vibrations. The two prongs of the tuning fork 7 swing along the oscillation axis 6 in opposite directions. If both tines have equal moments of inertia or are generally symmetrical to one another, then the individual forces and moments, which are compensated by the vibrations at the clamping, are compensated 20 the membrane 10 on the housing 15 occur. Distinguish the tines - is the mechanically oscillatable unit 5 ie asymmetric -, so remaining reaction forces and moments occur at the clamping 20 on. As a result, vibration energy can be lost, which also results in a reduced sensitivity of the measuring device 1 manifests. The loss of vibration energy depends, among other things, on how firm the measuring device is 1 on the housing 15 is fixed and whether container parts - graphically not shown - resonate. A more serious problem than energy loss is the case that due to an asymmetry the oscillation frequency randomly jumps between two values. In this Case swings only one prong and the other is at rest. This can occur, for example, when a tuning fork has an asymmetry greater than 4-5% in the frequencies of the two prongs and the measuring device is mounted in a solid flange.

In der 2 ist das Gehäuse 15 der Messvorrichtung 1 durch das Eigengewicht der Kraftübertragungseinheit 35 eingespannt zwischen einer Auflage 42 und der Kraftübertragungseinheit 35, die beispielsweise ein Flansch ist. Die Messvorrichtung 1 muss möglichst stabil festgehalten werden, so dass nur die aus einer Asymmetrie der mechanisch schwingfähigen Einheit 5 resultierenden Reaktionskräfte und -momente gemessen werden und keine Kräfte, die z.B. auf eine instabile Positionierung der Messvorrichtung 1 zurückgehen. Für diesen Zweck ruht auch die Auflage 42 über Dämpfungskissen 41 auf einem Untergrund 40. Somit können umgekehrt keine äußeren Kräfte während der Symmetrie-Messung auf die Messvorrichtung 1 wirken. Die Schwinggabel 7 schwingt im hier dargestellten Fall längs der Schwingungsachse 6. Sind die beiden Zinken nicht symmetrisch zueinander, so werden Reaktionskräfte und Momente auf die Einspannung 20 und über die Kraftübertragungseinheit 35 auf die Kraftdetektionseinheit 30.1 übertragen. Bei der Kraftdetektionseinheit 30.1 handelt es sich beispielsweise um einen Beschleunigungssensor. Der in dieser 2 dargestellte Fall bezieht sich also auf die Fertigung der Messvorrichtungen 1, bei welcher die Symmetrie einfach und sicher überprüft werden kann.In the 2 is the case 15 the measuring device 1 by the weight of the power transmission unit 35 clamped between an edition 42 and the power transmission unit 35 which is, for example, a flange. The measuring device 1 must be held as stable as possible, so that only those from an asymmetry of the mechanically oscillatable unit 5 resulting reaction forces and moments are measured and no forces, for example, on an unstable positioning of the measuring device 1 decline. For this purpose also rested the edition 42 over damping cushions 41 on a surface 40 , Conversely, no external forces can be applied to the measuring device during the symmetry measurement 1 Act. The tuning fork 7 oscillates in the case shown here along the oscillation axis 6 , If the two prongs are not symmetrical to each other, then reaction forces and moments are on the clamping 20 and via the power transmission unit 35 on the force detection unit 30.1 transfer. In the force detection unit 30.1 it is for example an acceleration sensor. The one in this 2 The case illustrated thus relates to the manufacture of the measuring devices 1 in which the symmetry can be easily and safely checked.

In der 3 ist eine Draufsicht auf den Aufbau in 2 dargestellt. Zu sehen ist die Kraftübertragungseinheit 35 mit der Membran 10 und der mechanisch schwingfähigen Einheit 5 in der Mitte. Die Schwinggabel 7 schwingt längs der Achse 6. In dieser Richtung befindet sich auch die Detektionsachse 31.1 der Kraftdetektionseinheit 30.1, die somit die optimale Empfindlichkeit für die Messung der Symmetrie aufweist. Wird eine zusätzliche, zweite Kraftdetektionseinheit – nicht dargestellt – verwendet, so kann auch detektiert werden, welcher Zinken leichter, welcher schwerer ist.In the 3 is a top view of the construction in 2 shown. You can see the power transmission unit 35 with the membrane 10 and the mechanically oscillatable unit 5 in the middle. The tuning fork 7 swings along the axis 6 , In this direction is also the detection axis 31.1 the force detection unit 30.1 , which thus has the optimum sensitivity for the measurement of symmetry. If an additional, second force detection unit (not shown) is used, it can also be detected which tine is lighter, which is heavier.

Die Figuren 2 und 3 zeigen den Fall, dass die Erfindung bei der Herstellung der Messvorrichtung eingesetzt wird. In der 4 wird eine Messvorrichtung dargestellt, in welcher während des Betriebes die Symmetrie überwacht wird. Durch die Erfindung kommt also eine Sicherheitskomponente hinzu, die zuverlässige Messwerte gewährleistet bzw. die eine Vorhersage über den Zustand der Messvorrichtung erlaubt.The figures 2 and 3 show the case that the invention is used in the manufacture of the measuring device. In the 4 a measuring device is shown in which the symmetry is monitored during operation. The invention thus adds a safety component which ensures reliable measured values or which allows a prediction of the state of the measuring device.

4 zeigt einen Einstab 8 als mechanisch schwingfähige Einheit 5 einer Messvorrichtung 1. Diese Messvorrichtung 1 lässt sich also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellen, sie zeichnet sich aber darüber hinaus dadurch aus, dass sie auch während des Betriebes hinsichtlich der Symmetrie überwacht wird. Dieser Einstab 8 besteht aus drei Schwingkörpern 8.1, wobei die inneren Schwingkörper jeweils gegensinnig schwingen. Im Verbindungsbereich 8.2 befindet sich die Einspannung 20, mit der in diesem Fall die Messvorrichtung 1 mit dem Behälter 2 verbunden ist, in welchem sich das zu messende oder zu überwachende Medium – nicht dargestellt – befindet. Hier wird die Erfindung also bei einer Anwendung der Messvorrichtung 1 im Feld umgesetzt. Bildet sich durch das Medium Ansatz am Einstab 8 oder ist das Medium korrosiv oder abrasiv, so sind die drei Schwingkörper 8.1 und die Lage des Verbindungsbereichs 8.2 nicht mehr optimal aufeinander abgestimmt und es wird Energie an den Behälter 2 übertragen. Dies wird durch die Kraftdetektionseinheit 35 detektiert. Je nach Ausgestaltung der Kraftdetektionseinheit 35 können bereits sehr kleine Abweichungen von der Symmetrie der mechanisch schwingfähigen Einheit 5 detektiert werden. Dadurch kann beispielsweise für besondere Medien die Empfindlichkeit der Messvorrichtung 1 konstant und sehr hoch gehalten werden, indem z.B. 4 shows a single bar 8th as a mechanically oscillatable unit 5 a measuring device 1 , This measuring device 1 Therefore, it can be produced with the method according to the invention and the device according to the invention, but it is also distinguished by the fact that it is also monitored during operation in terms of symmetry. This one-bar 8th consists of three oscillating bodies 8.1 , wherein the inner oscillating body oscillate in opposite directions. In the connection area 8.2 is the clamping 20 , in which case the measuring device 1 with the container 2 is connected, in which the medium to be measured or monitored - not shown - is. Here, the invention is thus implemented in an application of the measuring device 1 in the field. Forms through the medium approach at the single rod 8th or if the medium is corrosive or abrasive, then the three vibrating bodies 8.1 and the location of the connection area 8.2 no longer optimally matched and it gets energy to the container 2 transfer. This is done by the force detection unit 35 detected. Depending on the embodiment of the force detection unit 35 already very small deviations from the symmetry of the mechanically oscillatable unit 5 be detected. As a result, for example, the sensitivity of the measuring device for special media 1 be kept constant and very high by eg

Ansatz und der damit einhergehende Empfindlichkeitsverlust bereits sehr früh erkannt wird. Dafür kann z.B. eine Auswertung der zeitlichen Entwicklung der Signale der Kraftdetektionseinheit 35 erforderlich sein, um z.B. das Anwachsen eines Ansatzes oder den Verlust durch Abrasion oder Korrosion zu bestimmen.Approach and the associated loss of sensitivity is detected very early. For example, an evaluation of the temporal evolution of the signals of the force detection unit 35 be necessary to determine, for example, the growth of a batch or the loss of abrasion or corrosion.

11: Messvorrichtungmeasuring device
22: Behältercontainer
55: Mechanisch schwingfähige EinheitMechanically vibratory unit
66: Schwingungsachse der mechanisch schwingfähigen Einheitaxis of oscillation the mechanically oscillatable unit
77: Schwinggabeltuning fork
88th: Einstabsingle rod
8.18.1: Schwingkörperoscillating body
8.28.2: Verbindungsbereichconnecting area
1010: Membranmembrane
1515: Sensor-GehäuseSensor housing
2020: Einspannungclamping
2525: Antriebs-/EmpfangseinheitDriver / receiver unit
30.130.1: KraftdetektionseinheitPower detection unit
31.131.1: Detektionsachsedetection axis
3535: KraftübertragungseinheitPower transmission unit
4040: Untergrundunderground
4141: Dämpfungskissencushioning pad
4242: Auflageedition

Claims

Method for producing a measuring device tion ( 1 ) for determining and / or monitoring a process variable of a medium in a container ( 2 ), with a mechanically oscillatable unit ( 5 ), which have a clamping ( 20 ) on a sensor housing ( 15 ) and / or on the container ( 2 ) is attachable, and with a drive / receiving unit ( 25 ), the mechanically oscillatable unit ( 5 ) to vibrations, or the vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 5 ), characterized in that the mechanically oscillatable unit ( 5 ) is excited to vibrate, that reaction forces and / or reaction moments are detected, which by the vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 5 ) on the clamping ( 20 ) that a message is issued when the reaction forces and / or reaction moments exceed predeterminable limits, and that in case of a message the mechanically oscillatable unit ( 5 ) is changed in their vibration properties.

Device for producing a measuring device ( 1 ) according to the method of claim 1, characterized in that a device ( 35 . 42 ) for clamping the measuring device ( 1 ) is provided, and that at least one force detection unit ( 30.1 ) provided in such a way with the clamping ( 20 ) is detected such that it detects reaction forces and / or reaction moments which are due to the clamping ( 20 ) and which result from the vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 5 ).

Apparatus according to claim 2, characterized in that at least one power transmission unit ( 35 ) provided in such a way with the clamping ( 20 ) and / or with the sensor housing ( 15 ) and with the force detection unit ( 30.1 ) that the force detection unit ( 30.1 ) on the clamping ( 20 ) acting reaction forces and / or reaction moments via the power transmission unit ( 35 ) detected.

Apparatus according to claim 3, characterized in that it is in the power transmission unit ( 35 ) is a flange.

Measuring device ( 1 ) for determining and / or monitoring a process variable of a medium in a container ( 2 ), with a mechanically oscillatable unit ( 5 ), which have a clamping ( 20 ) on a sensor housing ( 15 ) and / or on the container ( 2 ) and with a drive / receiving unit (25), which the mechanically oscillatable unit ( 5 ) to vibrations, or the vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 5 ), characterized in that at least one force detection unit ( 30.1 ) provided in such a way with the clamping ( 20 ) is detected such that it detects reaction forces and / or reaction moments which are due to the clamping ( 20 ) and which result from the vibrations of the mechanically oscillatable unit ( 5 ).

Measuring device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the force detection unit ( 30.1 ) is arranged such that it has reaction forces and / or reaction moments along an axis ( 31.1 ) substantially coincident with the axis of oscillation ( 6 ) of the mechanically oscillatable unit ( 5 ) coincides.

Measuring device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that it is in the force detection unit ( 30.1 ) is an acceleration sensor.

Measuring device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that it is in the mechanically oscillatable unit ( 5 ) around a tuning fork ( 7 ).

Measuring device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that it is in the mechanically oscillatable unit ( 5 ) around a single rod ( 8th ).

Measuring device ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the mechanically oscillatable unit is a single rod ( 8th ) with three vibrating bodies ( 8.1 ), and that at least one vibrating body ( 8.1 ) at a connection area ( 82 ) with the clamping ( 20 ) connected is.