[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE102022133730A1 - Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums Download PDF

Info

Publication number
DE102022133730A1
DE102022133730A1 DE102022133730.8A DE102022133730A DE102022133730A1 DE 102022133730 A1 DE102022133730 A1 DE 102022133730A1 DE 102022133730 A DE102022133730 A DE 102022133730A DE 102022133730 A1 DE102022133730 A1 DE 102022133730A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piezoelectric element
unit
wall
mechanically oscillatable
oscillating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022133730.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Dötsch
Laura Mignanelli
Sergey Lopatin
Jan Schleiferböck
Tobias Brengartner
Markus Franzke
Peter Wimberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Priority to DE102022133730.8A priority Critical patent/DE102022133730A1/de
Priority to PCT/EP2023/083249 priority patent/WO2024126024A1/de
Publication of DE102022133730A1 publication Critical patent/DE102022133730A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2966—Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves
    • G01F23/2967—Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves for discrete levels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0655—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element of cylindrical shape
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G01N2009/006—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis vibrating tube, tuning fork

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums (2) umfassend eine Elektronikeinheit (3) und eine Sensoreinheit (4) mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit (5) und mindestens einem ersten rohrförmigen piezoelektrischen Element (6),wobei die Vorrichtung (1) dazu ausgestaltet ist, die mechanisch schwingfähige Einheit (5) mittels eines ersten Anregesignals zu mechanischen Schwingungen in einer ersten Schwingungsmode anzuregen und die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) in der ersten Schwingungsmode zu empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umzuwandeln,wobei die Elektronikeinheit (3) dazu eingerichtet ist, aus dem Empfangssignal die zumindest eine Prozessgröße zu ermitteln, undwobei die mechanische schwingfähige Einheit (5) in einem Endbereich (7) mindestens eine erste zylindrische Bohrung (8) aufweist, in welche das mindestens erste piezoelektrische Element (6) zumindest teilweise eingebracht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums.
  • Vibronische Sensoren finden vielfach Anwendung in der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik. Im Falle von Füllstandsmessgeräten weisen sie zumindest eine mechanisch schwingfähige Einheit, wie beispielsweise eine Schwinggabel, einen Einstab oder eine Membran auf. Diese wird im Betrieb mittels einer Antriebs-/Empfangseinheit, häufig in Form einer elektromechanischen Wandlereinheit, zu mechanischen Schwingungen angeregt, welche wiederum beispielsweise ein piezoelektrischer Antrieb oder ein elektromagnetischer Antrieb sein kann. Entsprechende Feldgeräte werden von der Anmelderin in großer Vielfalt hergestellt und beispielsweise unter der Bezeichnung LIQUIPHANT oder SOLIPHANT vertrieben. Die zugrundeliegenden Messprinzipien sind im Prinzip aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Die Antriebs-/Empfangseinheit regt die mechanisch schwingfähige Einheit mittels eines elektrischen Anregesignals zu mechanischen Schwingungen an. Umgekehrt kann die Antriebs-/Empfangseinheit die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umwandeln. Bei der Antriebs-/Empfangseinheit handelt es sich entsprechend entweder um eine separate Antriebseinheit und eine separate Empfangseinheit, oder um eine kombinierte Antriebs-/Empfangseinheit.
  • Dabei ist die Antriebs-/Empfangseinheit in vielen Fällen Teil eines rückgekoppelten elektrischen Schwingkreises, mittels welchem die Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit zu mechanischen Schwingungen erfolgt. Beispielsweise muss für eine resonante Schwingung die Schwingkreisbedingung, gemäß welcher der Verstärkungsfaktor ≥1 ist und alle im Schwingkreis auftretenden Phasen ein Vielfaches von 360° ergeben, erfüllt sein. Zur Anregung und Erfüllung der Schwingkreisbedingung muss eine bestimmte Phasenverschiebung zwischen dem Anregesignal und dem Empfangssignal gewährleistet sein. Deshalb wird häufig ein vorgebbarer Wert für die Phasenverschiebung, also ein Sollwert für die Phasenverschiebung zwischen dem Anregesignal und dem Empfangssignal eingestellt. Hierfür sind aus dem Stand der Technik unterschiedlichste Lösungen, sowohl analoge als auch digitale Verfahren, bekannt geworden, wie beispielsweise in den Dokumenten DE102006034105A1 , DE102007013557A1 , DE102005015547A1 , DE102009026685A1 , DE102009028022A1 , DE102010030982A1 oder DE00102010030982A1 beschrieben.
  • Sowohl das Anregesignal als auch das Empfangssignal sind charakterisiert durch ihre Frequenz ω, Amplitude A und/oder Phase Φ. Entsprechend werden Änderungen in diesen Größen üblicherweise zur Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße herangezogen. Bei der Prozessgröße kann es sich beispielsweise um einen Füllstand, einen vorgegebenen Füllstand, oder auch um die Dichte oder die Viskosität des Mediums, sowie um den Durchfluss handeln. Bei einem vibronischen Grenzstandschalter für Flüssigkeiten wird beispielsweise unterschieden, ob die schwingfähige Einheit von der Flüssigkeit bedeckt ist oder frei schwingt. Diese beiden Zustände, der Freizustand und der Bedecktzustand, werden dabei beispielsweise anhand unterschiedlicher Resonanzfrequenzen, also anhand einer Frequenzverschiebung, unterschieden.
  • Die Antriebs-/Empfangseinheit ist üblicherweise als piezoelektrisches Element in Form einer rechteckigen Scheibe ausgeführt und wird in einen taschenartigen Hohlraum der schwingfähigen Einheit eingebracht. Anschließend wird der Hohlraum mit einem Vergussmaterial gefüllt, so dass die Antriebs-/Empfangseinheit kraftschlüssig mit einer Wandung des Hohlraums verbunden ist. Das Vergussmaterial wird bevorzugt so gewählt, dass eine sehr gute Kraftkopplung zwischen der Antriebs-/Empfangseinheit und der schwingfähigen Einheit nach dem Vergießen erhalten wird. Eine solche Antriebs-/Empfangseinheit ist beispielsweise in der DE102012100728A1 beschrieben. Zur Herstellung des Hohlraums wird der für den Hohlraum vorgesehene Bereich der schwingfähigen Einheit in der Regel mittels eines funkenerosiven Abtragungsverfahrens erodiert. Derartige Abtragungsverfahren sind jedoch aufwändig und kostenintensiv.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei welcher die Antriebs-/Empfangseinheit auf einfache Weise in die schwingfähige Einheit einbringbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums umfassend eine Elektronikeinheit und eine Sensoreinheit mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit und mindestens einem ersten rohrförmigen piezoelektrischen Element,
    wobei die Vorrichtung dazu ausgestaltet ist, die mechanisch schwingfähige Einheit mittels eines ersten Anregesignals zu mechanischen Schwingungen in einer ersten Schwingungsmode anzuregen und die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit in der ersten Schwingungsmode zu empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umzuwandeln,
    wobei die Elektronikeinheit dazu eingerichtet ist, aus dem Empfangssignal die zumindest eine Prozessgröße zu ermitteln, und
    wobei die mechanische schwingfähige Einheit in einem Endbereich mindestens eine erste zylindrische Bohrung aufweist, in welche das mindestens erste piezoelektrische Element zumindest teilweise eingebracht ist.
  • Das mindestens erste piezoelektrische Element ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in die erste zylindrische Bohrung eingebracht. Solche Bohrungen sind erheblich leichter zu fertigen als taschenförmige Hohlräume, die zur Aufnahme von piezoelektrischen Elementen dienen, wie sie aus dem oben beschriebenen Stand der Technik bekannt sind. Statt aufwändiger erosiver Fertigungsverfahren können einfachere und kostengünstigere spanende Fertigungsverfahren, z.B. Bohren, genutzt werden.
  • Zudem werden durch den Einsatz des mindestens ersten rohrförmigen piezoelektrischen Elements thermomechanische Spannungen im Bereich des mindestens ersten rohrförmigen piezoelektrischen Elements reduziert. In der Regel weichen die Wärmeausdehnungskoeffizienten von mechanisch schwingfähiger Einheit, dem mindestens ersten piezoelektrischen Element und ggf. einem Vergussmaterial, mittels dem das mindestens erste piezoelektrische Element mit der mindestens ersten zylindrischen Bohrung verbunden ist, voneinander ab, so dass unter dem Einfluss von Temperatur Spannungen im Bereich des mindestens ersten piezoelektrischen Elements auftreten. Aufgrund der rohrförmigen Ausgestaltung des mindestens ersten piezoelektrischen Elements dehnt sich dieses insbesondere in Richtung seiner Längsachse aus. Herkömmliche scheiben- oder plättchenförmige piezoelektrische Elemente dehnen sich sowohl radial als auch axial aus, wodurch im Vergleich zu rohrförmigen piezoelektrischen Elementen größere thermomechanische Spannungen entstehen. Das mindestens erste piezoelektrische Element ist in Form eines Rohrs oder eines Rohrabschnitts ausgestaltet.
  • Bei der mechanisch schwingfähigen Einheit handelt es sich beispielsweise um eine Membran, einen Einstab, eine Anordnung von zumindest zwei Schwingelementen, oder um eine Schwinggabel. Das mindestens erste piezoelektrische Element kann einerseits als Antriebs-/Empfangseinheit zur Erzeugung der mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit dienen, welche mittels des Anregesignals erzeugt werden. Die mechanischen Schwingungen wiederum werden im Falle, dass die schwingfähige Einheit von Medium bedeckt ist, von den Eigenschaften des Mediums beeinflusst, so dass anhand des Empfangssignals, welches die Schwingungen der schwingfähigen Einheit repräsentiert, eine Aussage über die zumindest eine Prozessgröße generierbar ist.
  • In eine Ausgestaltung weist die Sensoreinheit mindestens ein zweites rohrförmiges piezoelektrisches Element auf,
    wobei die mechanisch schwingfähige Einheit eine Schwinggabel mit einem ersten Schwingelement und einem zweiten Schwingelement ist,
    wobei das mindestens erste piezoelektrische Element zumindest teilweise in eine erste zylindrische Bohrung des ersten Schwingelements und das mindestens zweite piezoelektrische Element zumindest teilweise in eine zweite zylindrische Bohrung des zweiten Schwingelements eingebracht ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung einen Temperatursensor. Die Temperatur hat Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Sensoreinheit und unterschiedlichste Prozessgrößen des Mediums. Durch eine zusätzliche Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur kann die Messgenauigkeit der Vorrichtung demnach deutlich verbessert und die Funktionalität der Vorrichtung erweitert werden. Insbesondere ist der Temperatursensor ein Thermoelement oder ein Widerstandselement.
  • In einer Weiterbildung ist der Temperatursensor in die mindestens erste zylindrische Bohrung eingebracht. Durch die Einbringung des Temperatursensors in die mindestens erste zylindrische Bohrung zusammen mit dem mindestens ersten piezoelektrischen Element wird Platz gespart und die Prozesstemperatur optimal ausgewertet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist der Temperatursensor in einem vom mindestens ersten piezoelektrischen Element eingeschlossenen Hohlraum angeordnet. Der Temperatursensor befindet sich also im Rohrinneren des mindestens ersten piezoelektrischen Elements und ist somit auf besonders platzsparende Art und Weise angeordnet.
  • Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass der Temperatursensor in einem Endbereich des mindestens ersten piezoelektrischen Elements angeordnet ist. Bevorzugterweise ist der Temperatursensor in einem von der mechanisch schwingfähigen Einheit abgewandten Endbereich des mindestens ersten piezoelektrischen Elements angeordnet.
  • In einer Weiterbildung ist das mindestens erste piezoelektrische Element mittels eines leitfähigen Klebers oder einer Lötstelle elektrisch mit dem Endbereich der mechanisch schwingfähigen Einheit verbunden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Außenwandung des mindestens ersten piezoelektrischen Elements zumindest in einem ersten Abschnitt als erste leitfähige Elektrode und eine Innenwandung des mindestens ersten piezoelektrischen Elements zumindest in einem zweiten Abschnitt als zweite leitfähige Elektrode ausgestaltet. Die erste und die zweite leitfähige Elektrode sind somit teilweise oder vollständig durch die Außenwandung und die Innenwandung gebildet.
  • In einer Weiterbildung weist das mindestens erste piezoelektrische Element einen Umkontakt auf, welcher derart ausgestaltet ist, dass die erste leitfähige Elektrode mittels eines dritten Abschnitts der Innenwandung elektrisch kontaktierbar ist oder dass die zweite leitfähige Elektrode mittels eines vierten Abschnitts der Außenwandung elektrisch kontaktierbar ist. Der Umkontakt sorgt dafür, dass sowohl die erste leitfähige Elektrode als auch die zweite leifähige Elektrode entweder auf der Innenwandung oder der Außenwandung kontaktierbar sind. Ist die erste leitfähige Elektrode zumindest im ersten Abschnitt durch die Außenwandung gebildet, so kann der erste Abschnitt derart in Richtung der Innenwandung gezogen werden, dass dieser einen dritten Abschnitt im Bereich der Innenwandung bildet. Alternativ kann der zweite Abschnitt derart in Richtung der Außenwandung gezogen werden, dass dieser einen vierten Abschnitt der Außenwandung bildet, wenn die zweite leitfähige Elektrode zumindest durch den zweiten Abschnitt der Innenwandung gebildet ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das mindestens erste piezoelektrische Element mittels der Außenwandung und/oder der Innenwandung mit einem elektrischen Anschlusselement elektrisch verbunden. Insbesondere ist das elektrische Anschlusselement ein Kabel oder eine Leiterplatte. Der ggf. vorhandene Temperatursensor kann ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet sein.
  • Bevorzugterweise ist die mechanisch schwingfähige Einheit mittels ihres Endbereichs mit einem Gehäuse verbunden.
  • Vorteilhafterweise berührt das mindestens erste piezoelektrische Element zumindest teilweise eine Wandung der mindestens ersten zylindrischen Bohrung.
  • Die Erfindung wird im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren 1-7 näher erläutert werden. Sie zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche an einem Behältnis angebracht ist.
    • 2: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Sensoreinheit.
    • 3: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Sensoreinheit.
    • 4a: eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform der Sensoreinheit.
    • 4b: eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsform der Sensoreinheit.
    • 5: eine Detailansicht des mindestens ersten piezoelektrischen Elements.
    • 6: eine erste Ausführungsform des Umkontakts.
    • 7: eine zweite Ausführungsform des Umkontakts.
  • In 1 ist eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einer Elektronikeinheit 3 und einer Sensoreinheit 4 gezeigt. Die Vorrichtung 1 ist an einem Behältnis 30 angebracht, wie beispielsweise einem Rohr oder einem Tank. In dem Behältnis 30 ist ein Medium 2 eingebracht. Die Sensoreinheit 4 umfasst eine mechanisch schwingfähige Einheit 5 und mindestens ein erstes piezoelektrisches Element 6 (hier vom Gehäuse 28 der Vorrichtung 1 verdeckt). Die Vorrichtung 1, insbesondere die Elektronikeinheit 3, ist dazu ausgestaltet ist, die mechanisch schwingfähige Einheit 5 mittels eines ersten Anregesignals zu mechanischen Schwingungen in einer ersten Schwingungsmode anzuregen und die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 5 in der ersten Schwingungsmode zu empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umzuwandeln. Die Elektronikeinheit 3 ist ferner dazu ausgestaltet, aus dem Empfangssignal die zumindest eine Prozessgröße des Mediums 2 zu ermitteln. Die Prozessgröße des Mediums 2 ist beispielsweise ein Füllstand, eine Dichte oder eine Viskosität.
  • 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Sensoreinheit. Die mechanisch schwingfähige Einheit 5 weist in einem Endbereich 7 mindestens eine erste zylindrische Bohrung 8 auf, in welche das mindestens erste piezoelektrische Element 6 zumindest teilweise eingebracht ist. Beispielsweise ist das mindestens erste piezoelektrische Element 6 mittels eines leitfähigen Klebers oder einer Lötstelle elektrisch mit dem Endbereich 7 der mechanisch schwingfähigen Einheit 5 verbunden. Typischerweise weisen piezoelektrische Elemente einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 6·10-6 K-1 auf. Die mechanisch schwingfähige Einheit kann beispielsweise aus Edelstahl mit einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von (16-18)·10-6 K-1 gefertigt sein. Ein herkömmlicher Kleber als Vergussmaterial weist typischerweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von (40-60)·10-6 K-1 auf. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten kommt es thermomechanischen Spannungen. Durch die rohrförmige Ausgestaltung des mindestens ersten piezoelektrischen Elements 6 werden diese gegenüber einer scheiben- oder plättchenförmigen Ausgestaltung des mindestens ersten piezoelektrischen Elements reduziert, da lediglich in axialer Richtung große Flächen vorliegen, die sich ausdehnen, nicht aber in radialer Richtung.
  • Die mechanisch schwingfähige Einheit 5 ist optional in ihrem Endbereich 7 mit einem Gehäuse 28 verbunden. Die Vorrichtung 1 kann optional einen Temperatursensor 14 umfassen. Der Temperatursensor 14 kann in die mindestens eine erste zylindrische Bohrung 8 eingebracht und beispielsweise in einem Endbereich 16 des mindestens ersten piezoelektrischen Elements 6 angeordnet sein, wie in 2 gezeigt. Bevorzugt ist der Temperatursensor 14 in einem der mechanisch schwingfähigen Einheit 5 abgewandten Endbereich 16 des mindestens ersten piezoelektrischen Elements 6 angeordnet, wie in 3 dargestellt.
  • 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Sensoreinheit 4. In diesem Beispiel umfasst die Sensoreinheit 4 eine Schwinggabel 10 mit einem ersten Schwingelement 11 und einem zweiten Schwingelement 12. Das erste Schwingelement 11 weist die erste zylindrische Bohrung 8 auf, in welche das mindestens erste piezoelektrische Element 6 eingebracht ist. Das zweite Schwingelement 12 weist eine zweite zylindrische Bohrung 13 auf, in welche ein mindestens zweites piezoelektrisches Element 9 eingebracht ist. Das mindestens erste piezoelektrische Element 6 und das mindestens zweite piezoelektrische Element 9 sind bevorzugt so angeordnet, dass sie jeweils eine Wandung 29 der jeweiligen zylindrischen Bohrung 8,13 zumindest teilweise berühren. In 3 ist lediglich in dem ersten Schwingelement 11 ein Temperatursensor 14 vorgesehen. Es kann aber auch ein zweiter, redundanter Temperatursensor, insbesondere in der zweiten zylindrischen Bohrung 13, vorgesehen sein.
  • Alternativ kann der Temperatursensor 14 auch in einem vom mindestens ersten piezoelektrischen Element 6 eingeschlossenen Hohlraum 15 angeordnet sein, wie in 4a-b dargestellt. Für diese Alternative muss der Temperatursensor 14 derartig bemessen sein, dass er in mindestens zwei Dimensionen kleiner ist als ein Innenradius des mindestens ersten piezoelektrischen Elements 6.
  • 5 zeigt eine Detailansicht eines beispielhaften ersten piezoelektrischen Elements 6. Das mindestens erste piezoelektrische Element 6 weist eine Außenwandung 17 und eine Innenwandung 20 auf. Zumindest ein erster Abschnitt 18 der Außenwandung 17 ist als erste leitfähige Elektrode 19 ausgestaltet. Zumindest ein zweiter Abschnitt 21 der Innenwandung 20 ist als zweite leitfähige Elektrode 22 ausgestaltet. Im gewählten Beispiel ist die Innenwandung 20 vollständig als zweite leitfähige Elektrode 22 und die Außenwandung 17 vollständig als erste leitfähige Elektrode 19 ausgestaltet.
  • Zur einfachen elektrischen Kontaktierung kann das mindestens erste piezoelektrische Element 6 einen Umkontakt 23 aufweisen, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt. Der Umkontakt ist beispielsweise so ausgestaltet, dass die zweite leitfähige Elektrode 22 mittels eines vierten Abschnitts 25 der Außenwandung 17 elektrisch kontaktierbar ist (s. 6). Die elektrische Kontaktierung der ersten leitfähigen Elektrode 19 und der zweiten leitfähigen Elektrode 20 kann vonseiten der Außenwandung 17 mittels eines elektrischen Anschlusselements 26 (nicht gezeigt) geschehen.
  • Alternativ kann der Umkontakt 23 so ausgestaltet sein, dass die erste leitfähige Elektrode 19 mittels eines dritten Abschnitts 24 der Innenwandung 20 elektrisch kontaktierbar ist, wie in 7 dargestellt. In diesem Fall kann die erste leitfähige Elektrode 19 und die zweite leitfähige Elektrode 20 auf einfache Weise mit einem elektrischen Anschlusselement 26, beispielsweise einem Kabel oder einer Leiterplatte, elektrisch verbunden werden. Im Falle der Verwendung einer Leiterplatte als elektrisches Anschlusselement 26 kann der Temperatursensor 14 ebenfalls auf dieser angeordnet sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Medium
    3
    Elektronikeinheit
    4
    Sensoreinheit
    5
    mechanisch schwingfähige Einheit
    6
    erstes piezoelektrisches Element
    7
    Endbereich der mechanisch schwingfähigen Einheit
    8
    erste zylindrische Bohrung
    9
    zweites piezoelektrisches Element
    10
    Schwinggabel
    11
    erstes Schwingelement
    12
    zweites Schwingelement
    13
    zweite zylindrische Bohrung
    14
    Temperatursensor
    15
    Hohlraum
    16
    Endbereich des ersten piezoelektrischen Elements
    17
    Außenwandung des ersten piezoelektrischen Elements
    18
    erster Abschnitt
    19
    erste leifähige Elektrode
    20
    Innenwandung des ersten piezoelektrischen Elements
    21
    zweiter Abschnitt
    22
    zweite leitfähige Elektrode
    23
    Umkontakt
    24
    dritter Abschnitt
    25
    vierter Abschnitt
    26
    elektrisches Anschlusselement
    28
    Gehäuse
    29
    Wandung der ersten zylindrischen Bohrung
    30
    Behältnis
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006034105 A1 [0003]
    • DE 102007013557 A1 [0003]
    • DE 102005015547 A1 [0003]
    • DE 102009026685 A1 [0003]
    • DE 102009028022 A1 [0003]
    • DE 102010030982 A1 [0003]
    • DE 00102010030982 A1 [0003]
    • DE 102012100728 A1 [0005]

Claims (14)

  1. Vorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums (2) umfassend eine Elektronikeinheit (3) und eine Sensoreinheit (4) mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit (5) und mindestens einem ersten rohrförmigen piezoelektrischen Element (6), wobei die Vorrichtung (1) dazu ausgestaltet ist, die mechanisch schwingfähige Einheit (5) mittels eines ersten Anregesignals zu mechanischen Schwingungen in einer ersten Schwingungsmode anzuregen und die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) in der ersten Schwingungsmode zu empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umzuwandeln, wobei die Elektronikeinheit (3) dazu eingerichtet ist, aus dem Empfangssignal die zumindest eine Prozessgröße zu ermitteln, und wobei die mechanische schwingfähige Einheit (5) in einem Endbereich (7) mindestens eine erste zylindrische Bohrung (8) aufweist, in welche das mindestens erste piezoelektrische Element (6) zumindest teilweise eingebracht ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinheit (4) mindestens ein zweites rohrförmiges piezoelektrisches Element (9) aufweist, wobei die mechanisch schwingfähige Einheit (5) eine Schwinggabel (10) mit einem ersten Schwingelement (11) und einem zweiten Schwingelement (12) ist, wobei das mindestens erste piezoelektrische Element (6) zumindest teilweise in eine erste zylindrische Bohrung (8) des ersten Schwingelements (11) und das mindestens zweite piezoelektrische Element (9) zumindest teilweise in eine zweite zylindrische Bohrung (13) des zweiten Schwingelements (12) eingebracht ist.
  3. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-2, wobei die Vorrichtung (1) einen Temperatursensor (14) umfasst.
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei der Temperatursensor (14) in die mindestens erste zylindrische Bohrung (8) eingebracht ist.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3-4, wobei der Temperatursensor (14) in einem vom mindestens ersten piezoelektrischen Element (6) eingeschlossenen Hohlraum (15) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3-4, wobei der Temperatursensor (14) in einem Endbereich (16) des mindestens ersten piezoelektrischen Elements (6) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3-6, wobei der Temperatursensor (14) ein Thermoelement oder ein Widerstandselement ist.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das mindestens erste piezoelektrische Element (6) mittels eines leitfähigen Klebers oder einer Lötstelle elektrisch mit dem Endbereich (7) der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) verbunden ist.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei eine Außenwandung (17) des mindestens ersten piezoelektrischen Elements (6) zumindest in einem ersten Abschnitt (18) als erste leitfähige Elektrode (19) und eine Innenwandung (20) des mindestens ersten piezoelektrischen Elements (6) zumindest in einem zweiten Abschnitt (21) als zweite leitfähige Elektrode (22) ausgestaltet ist.
  10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei das mindestens erste piezoelektrische Element (6) einen Umkontakt (23) aufweist, welcher derart ausgestaltet ist, dass die erste leitfähige Elektrode (19) mittels eines dritten Abschnitts (24) der Innenwandung (20) elektrisch kontaktierbar ist oder dass die zweite leitfähige Elektrode (22) mittels eines vierten Abschnitts (25) der Außenwandung (17) elektrisch kontaktierbar ist.
  11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9-10, wobei das mindestens erste piezoelektrische Element (6) mittels der Außenwandung (17) und/oder der Innenwandung (20) mit einem elektrischen Anschlusselement (26) elektrisch verbunden ist.
  12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei das elektrische Anschlusselement (26) ein Kabel oder eine Leiterplatte ist.
  13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-12, wobei die mechanisch schwingfähige Einheit (5) mittels des Endbereichs (7) mit einem Gehäuse (28) verbunden ist.
  14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-13, wobei das mindestens erste piezoelektrische Element (6) eine Wandung (29) der ersten zylindrischen Bohrung (8) zumindest teilweise berührt.
DE102022133730.8A 2022-12-16 2022-12-16 Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums Pending DE102022133730A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022133730.8A DE102022133730A1 (de) 2022-12-16 2022-12-16 Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums
PCT/EP2023/083249 WO2024126024A1 (de) 2022-12-16 2023-11-28 VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG ZUMINDEST EINER PROZESSGRÖßE EINES MEDIUMS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022133730.8A DE102022133730A1 (de) 2022-12-16 2022-12-16 Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022133730A1 true DE102022133730A1 (de) 2024-06-27

Family

ID=89029997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022133730.8A Pending DE102022133730A1 (de) 2022-12-16 2022-12-16 Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022133730A1 (de)
WO (1) WO2024126024A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005015547A1 (de) 2005-04-04 2006-10-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102006034105A1 (de) 2006-07-20 2008-01-24 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102007013557A1 (de) 2006-08-02 2008-02-14 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102009026685A1 (de) 2009-06-03 2010-12-09 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes, einer Phasengrenze oder der Dichte eines Mediums
DE102009028022A1 (de) 2009-07-27 2011-02-03 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer pysikalischen Prozessgröße eines Mediums
DE102010030982A1 (de) 2010-07-06 2012-01-12 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Regelung der Phase in einem Schwingkreis
DE102012100728A1 (de) 2012-01-30 2013-08-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0247126B1 (de) * 1985-11-30 1990-05-02 FERRANTI INTERNATIONAL plc Rohrförmiger, akustischer sender
EP0903563B1 (de) * 1997-09-22 2006-11-02 Endress + Hauser GmbH + Co. KG Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter
DE10260088A1 (de) * 2002-12-19 2004-08-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer physikalischen Größe mit einem Piezoantrieb zur Schwingungserregung und -detektion
DE102009029490B4 (de) * 2009-09-16 2023-09-28 Endress+Hauser SE+Co. KG Füllstandsmessgerät

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005015547A1 (de) 2005-04-04 2006-10-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102006034105A1 (de) 2006-07-20 2008-01-24 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102007013557A1 (de) 2006-08-02 2008-02-14 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102009026685A1 (de) 2009-06-03 2010-12-09 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes, einer Phasengrenze oder der Dichte eines Mediums
DE102009028022A1 (de) 2009-07-27 2011-02-03 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer pysikalischen Prozessgröße eines Mediums
DE102010030982A1 (de) 2010-07-06 2012-01-12 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Regelung der Phase in einem Schwingkreis
DE102012100728A1 (de) 2012-01-30 2013-08-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024126024A1 (de) 2024-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3983760B1 (de) Vibronischer multisensor
EP3329227B1 (de) Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung zumindest einer prozessgrösse
EP3877732B1 (de) Vibronischer multisensor
EP3983762B1 (de) Vibronischer multisensor
EP4111144B1 (de) Vibronischer multisensor
EP3983761B1 (de) Vibronischer multisensor
EP4168757B1 (de) Vibronischer multisensor
DE4431511A1 (de) Schallschwingungswandler
EP4323787A1 (de) Magnetfeldsensor und sensoranordnung
EP3213041A1 (de) Vibronischer sensor
DE102022133730A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums
EP4168759A1 (de) Symmetrierung eines vibronischen sensors
DE102019109487A1 (de) Zustandsüberwachung eines vibronischen Sensors
EP3881035B1 (de) Vibronischer sensor mit temperaturkompensation
WO2023247153A1 (de) Modularer vibronischer multisensor
DE102022110405B3 (de) Vibronischer Grenzstandsensor mit Schalldetektor
DE102022115594A1 (de) Modularer vibronischer Multisensor
DE102022115591A1 (de) Modularer vibronischer Multisensor
DE102021126093A1 (de) Entkopplungseinheit für einen vibronischen Sensor
DE102022120466A1 (de) Hochfrequenz-basierte Feuchte-Messung
DE102023107892A1 (de) Anordnung zur Temperaturkompensation einer Komponente eines Bauteils
DE102021126092A1 (de) Vibronischer Multisensor
WO2023030755A1 (de) Vibronischer multisensor
WO2004088266A1 (de) Hochfrequenzresonator für drucksensoren
WO2015061825A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der longitudinalen viskosität einer flüssigkeit

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified