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Vorrichtung zur Feststellung
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eines vorbestimmten Füllstandes Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur Feststellung eines vorbestimmten Füllstandes mit einem an einer
Stelle zwischen seinen Enden eingespannten Schwingstab, der in solcher Höhe angeordnet
ist, daß er von dem Füllgut wenigstens teilweile bedeckt ist, wenn dieses den vorbestimmten
Füllstand erreicht, einer Erregeranordnung zur Erregung von Schwingungen in dem
Schwingstab und mit einer Anzeigeanordnung, die anspricht, wenn die Amplituden der
Schwingungen des Schwingstabs einen vorbestimmten Grenzwert unterschreiten.
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Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der GB-PS 821 148
bekannt. Ihre Wirkungsweise beruht darauf, daß der Schwingstab unter der Wirkung
der Erregeranordnung Schwingungen beträchtlicher Amplitude ausführen kann, wenn
er nicht in das Füllgut eintaucht; diese Schwingungen werden von der Anzeigeanordnung
festgestellt und als Kriterium dafür gewertet,
daß der Füllstand
unter dem durch die Einbauhöhe des Schwingstabs festgelegten Wert liegt. Sobald
dagegen der Schwingstab in das Füllgut eintaucht, werden seine Schwingungen gedämpft;
das Unterschreiten der vorbestimmten Schwingungsamplitude bzw.
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das vollständige Aussetzen der Schwingungen wird von der Anzeigeanordnung
festgestellt und zeigt an, daß der vorbestimmte Füllstand erreicht oder überschritten
ist.
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Die Erregung des Schwingstabs erfolgt bei dieser bekannten Anordnung
durch eine den Schwingstab koaxial umgebende Spule, die den Schwingstab in Longitudinalschwingungen
versetzt, und zur Abnahme der Schwingungen des Schwingstabs sind an dessen dem Füllgut
abgewandten Ende Induktionsspulen angeordnet. Die Induktionsspulen sind mit dem
Eingang eines Verstärkers verbunden, an dessen Ausgang die Erregungsspule angeschlossen
ist, so daß das aus den Spulen und dem Schwingstab bestehende System im Rückkopplungskreis
des Verstärkers liegt. Der auf diese Weise gebildete Oszillator erregt sich mit
einer Frequenz, die der natürlichen Eigenfrequenz der Longitudinalschwingungen des
Schwingstabs entspricht, wenn der Schwingstab nicht in das Füllgut eintaucht. Wenn
dagegen der Schwingstab ganz oder teilweise vom Füllgut bedeckt ist, werden die
Schwingungen gedämpft, so daß ihre Amplitude kleiner wird oder die Schwingungen
ganz abreißen.
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Die Empfindlichkeit einer Vorrichtung dieser Art ist umso größer,
je größer die Dämpfung durch das Füllgut ist, je größer also die Leistung ist, die
dem schwingenden System vom Füllgut im Verhältnis zur Leerlaufleistung entzogen
wird. Um die Leerlaufleistung klein zu halten und dennoch eine ausreichende Empfindlichkeit
zu erzielen, wird der Schwingstab bei den bekannten Vorrichtungen so aufgehängt,
daß
möglichst wenig Schwingungsenergie über die Aufhängung an die Umgebung abgegeben
wird. Zu diesem Zweck erfolgt die Aufhängung durchwegs im Schwingungsknoten der
Grundschwingung der im Schwingstab erzeugten Longitudinalschwingungen.
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Bei einem vollkommen homogenen und symmetrischen Schwingstab, der
in seiner natürlichen Eigenschwingung erregt wird, liegt dieser Schwingungsknoten
in der Mitte des Schwingstabs. Bei dieser Art der Aufhängung ergibt dann schon eine
geringfügige Bedeckung des Schwingstabs mit dem Füllgut, auch wenn dieses nur schwach
dämpfend ist, eine so starke Dämpfung der Schwingungen des Schwingstabs, daß die
Schwingungen abreißen oder zumindest ihre Amplitude unter den Grenzwert fällt und
dadurch das Erreichen des vorbestimmten Füllstand angezeigt wird. Es besteht jedoch
andrerseits der Nachteil, daß Ansatzbildungen durch am Schwingstab haftendes Füllgut
bereits eine so starke Dämpfung verursachen können, daß Fehlmeldungen ausgelöst
werden, weil die Anzeigevorrichtung fälschlicherweise eine Bedeckung des Schwingstabs
mit dem Füllgut anzeigt.
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Es ist beispielsweise aus der GB-PS 813 497 auch bekannt, für die
Erregung und Abnahme von Longitudinalschwingungen in einem Schwingstab anstelle
von Spulen piezoelektrische Wandler zu verwenden. Bei dieser bekannten Vorrichtung
wird aber nicht die Bedämpfung der Schwingungen durch das Füllgut für die Anzeige
des Füllstandes verwendet, sondern das Prinzip der Schallschranke. Zu diesem Zweck
sind zwei Schwingstäbe derart im Abstand voneinander angeordnet, daß die vom einen
Schwingstab erzeugten Schall- oder Ultraschallschwingungen zum anderen Schwingstab
übertragen werden, wenn sich zwischen den einander zugewandten Enden der Schwingstäbe
Füllgut befindet, während die Ubertragung unterbleibt, wenn der Zwischenraum mit
Luft gefüllt ist. Diese Vorrichtung eignet sich nur für Füllgüter, die Schall- oder
Ultraschallschwingungen besser
übertragen als Luft; ferner dürfen
diese Füllgüter die Schwingungen der Schwingstäbe nicht wesentlich dämpfen. Diese
Bedingungen werden in erster Linie nur von Flüssigkeiten erfüllt.
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Ferner ist die Verwendung von zwei getrennten, als Sender bzw.
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Empfänger wirkenden Schwingstäben aufwendig, und der Einbau solcher
Schwingstäbe in der erforderlichen gegenseitigen Lage ist oft mit Schwierigkeiten
verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, welche
die Feststellung eines vorbestimmten Füllstandes mit Hilfe eines einzigen Schwingstabs
auch bei Ansatzbildungen mit großer Sicherheit gewährleistet.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einspannstelle
des Schwingstabs in dessen Längsrichtung gegen die Lage des Schwingungsknotens der
Grundschwingung der natürlichen Eigenschwingungen des nicht vom Füllgut bedeckten
Schwingstabs versetzt ist.
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Infolge der Aufhängung außerhalb des Schwingungsknotens ist der Schwingstab
bei der Vorrichtung nach der Erfindung bereits im Leerlauf, d.h. wenn er nicht mit
Füllgut bedeckt ist, bedämpft. Die Anregungsleistung muß natürlich ausreichend bemessen
sein, um in diesem Zustand die Schwingungen des Schwingstabs aufrecht zu erhalten.
Eine zusätzliche Bedämpfung durch Ansatzbildungen des Füllguts reicht dann nicht
aus, um die Amplitude der Schwingungen unter den Grenzwert zu verringern, bei dem
die Anzeigeanordnung anspricht. Erst wenn der Schwingstab in das Füllgut eintaucht,
werden die Schwingungen so stark bedämpft, daß die Anzeigeanordnung anspricht und
das Erreichen des vorbestimmten Füllstands anzeigt.
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Die anfängliche Bedämpfung durch die Einspannung hängt einerseits
von der Art der Einspannung und andrerseits vom Abstand
zwischen
der Einspannstelle und dem Schwingungsknoten ab.
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Hinsichtlich der Art der Einspannung hat es sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, daß der Schwingstab mittels einer am Rand eingespannten Membran aufgehängt
ist, die eine Offnung aufweist, in der der Schwingstab an der Einspannstelle befestigt
ist. Für den Abstand zwischen Einspannstelle und Schwingungsknoten ist es zweckmäßig,
daß die Einspannstelle zwischen dem Schwingungsknoten der Grundschwingung und dem
Schwingungsknoten der ersten Oberschwingung liegt; sie kann beispielsweise in der
Mitte zwischen diesen beiden Schwingungsknoten liegen. Im allgemeinen werden gute
Ergebnisse erzielt, wenn der Abstand der Einspannstelle vom Schwingungsknoten der
Grundschwingung etwa 5 bis 108 der Länge des Schwingstabs beträgt.
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In allen Fällen ist vorzugsweise der Schwingstab so angeordnet, daß
die Einspannstelle vom Schwingungsknoten nach der dem Füllgut abgewandten Seite
hin versetzt ist. Beim Eintauchen des Schwingstabs in das Füllgut erfolgt nämlich
nicht nur eine Bedämpfung, sondern auch eine Änderung der Eigenschwingungsfrequenz
des Schwingstabs infolge der Belastung des einen Schwingstabendes. Dadurch verlagert
sich der Schwingungsknoten der Grundschwingung des Schwingstabs zu dem belasteten
Ende, also zum Füllgut hin. Bei der angegebenen Art der Einspannung vergrößert sich
dann der Abstand zwischen dem Schwingungsknoten und der Einspannstelle, so daß die
durch die Einspannung bewirkte Dämpfung verstärkt wird. Die Einspanndämpfung und
die Füllgutdämpfung wirken somit kumulierend. Wäre dagegen die Einspannstelle vom
Schwingungsknoten nach der dem Füllgut zugewandten Seite hin versetzt, so würde
beim Eintauchen des Schwingstabs in das Füllgut der Schwingungsknoten zur Einspannstelle
hin
wandern, was eine Verringerung der Einspanndämpfung zur Folge
hätte. Einspanndämpfung und Füllgutdämpfung wären in diesem Fall gegenläufig.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. In
der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung nach
der Erfindung, Fig. 2 ein Schaltbild der mit der Vorrichtung von Fig. 1 verbundenen
Schaltungen und Fig. 3 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der mit der
Vorrichtung von Fig. 1 verbundenen Schaltungen.
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In Fig. 1 ist die Wand 1 eines Behälters dargestellt, der zur Aufnahme
eines Füllguts bestimmt ist, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Schüttguts.
Die Behälterwand 1 hat eine öffnung 2, in der eine Vorrichtung 3 befestigt ist,
mit deren Hilfe festgestellt werden soll, ob das Füllgut im Behälter einen vorbestimmten
Füllstand erreicht hat oder nicht. Die Vorrichtung 3 hat ein Einschraubstück 4 mit
einem Gewindeabschnitt 5, der in die öffnung 2 der Behälterwand 1 eingeschraubt
ist, und einen Sechskantabschnitt 6 zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels. Ein
zwischen die Behälterwand 1 und den Sechskantabschnitt 6 eingelegter Dichtring 7
dient zur Abdichtung zwischen dem Behälter inneren und dem Außenraum.
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Das Einschraubstück 4 hat eine axiale Ausnehmung 8, die am unteren,
dem Behälter zugewandten Ende durch einen ringförmigen Ausschnitt 9 erweitert ist.
In dem ringförmigen Ausschnitt 9 ist der Außenrand einer Membran 10 befestigt, beispielsweise
durch Einpressen, Einkleben oder auch durch nicht dargestellte lösbare Befestigungselemente.
Die Membran hat eine Mittelöffnung 11, die koaxial zur Achse des Einschraubstücks
4 und der axialen Ausnehmung 8 liegt.
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Ein Schwingstab 12 ist durch die axiale Ausnehmung 8 des Einschraubstücks
4 und die Mittelöffnung 11 der Membran 10 hindurchgeführt, so daß er in das Innere
des Behälters ragt. Der Schwingstab 12 wird ausschließlich durch die Membran gehalten,
mit der er rings um den Rand der Mittelöffnung 11 fest und dicht verbunden ist,
beispielsweise durch Verlöten oder Verschweißen, wie durch die Schweißnähte 13 angedeutet
ist. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der Schwingstab 12 aus einem
Rohr, das an dem dem Behälterinneren zugewandten Ende durch eine Verschlußscheibe
14 verschlossen ist. Der dem Behälter abgewandte Teil des Schwingstabs 12 ragt durch
die axiale Ausnehmung 8 des Einschraubstücks 4 nach außen.
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Die Membran 10 kann auch aus einem Stück mit dem Einschraubstück 4
gebildet sein, indem sie beim Ausdrehen der axialen Ausnehmung 8 stehen gelassen
und anschließend mit der Mittelöffnung 11 versehen wird.
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An der Stirnfläche 15 des nach außen ragenden Endes des Schwingstabs
ist ein piezoelektrischer Wandler 16 angebracht.
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Ein zweiter piezoelektrischer Wandler 17 ist seitlich an der Mantelfläche
des Schwingstabs 12 in der Nähe der Stirnfläche 15 angeordnet. Der Wandler 17 ist
über Leitungen 18, 19 mit einem Oszillator 20 verbunden, und der Wandler 16 ist
über Leitungen 21, 22 mit dem Eingang eines Verstärkers 23 verbunden.
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Wenn der Oszillator 20 den piezoelektrischen Wandler 17 mit elektrischen
Schwingungen erregt, deren Frequenz gleich der Frequenz der Eigenschwingungen des
Schwingstabs 12 ist, versetzt der Wandler 17 den Schwingstab 12 in im wesentlichen
longitudinale Schwingungen. Der Wandler 16 tastet diese Schwingungen des Schwingstabs
12 ab und wandelt sie in eine elektrische Spannung um, die dem Eingang des Verstärkers
23 zugeführt wird. Die Schwingungen im Schwingstab 12 können eine beträchtliche
Amplitude erreichen, solange der Schwingstab nicht durch Eintauchen in das Füllgut
gedämpft ist. Wenn dagegen das untere Ende des Schwingstabs 12 in das Füllgut eintaucht,
werden die Schwingungen stark gedämpft, und das Ausgangssignal des Wandlers 16 fällt
auf einen kleinen Wert.
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Diese Erscheinung wird von einer an den Ausgang des Verstärkers 23
angeschlossenen Auswerteschaltung als Kriterium dafür gewertet, daß das Füllgut
im Behälter einen vorbestimmten Füllstand erreicht hat, welcher der Höhe entspricht,
auf der das untere Ende des Schwingstabs 12 angeordnet ist. Wenn dagegen der Füllstand
im Behälter so weit absinkt, daß der Schwingstab 12 nicht mehr vom Füllgut bedeckt
ist, nimmt
die Amplitude der Schwingungen wieder zu, und demzufolge
steigt auch das Ausgangssignal des Verstärkers 23 an, was dann als Kriterium dafür
gewertet wird, daß der vorbestimmte Füllstand unterschritten ist.
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Die Rolle der Wandler 16 und 17 kann auch vertauscht werden, so daß
der Wandler 16 an den Ausgang des Oszillators angeschlossen ist und als Antriebselement
dient, während der Wandler 17 das Empfangselement bildet, das ein die Schwingungen
des Schwingstabs anzeigendes Ausgangssignal zum Verstärker liefert. Die beiden Wandler
können auch nebeneinander an der gleichen Fläche angeordnet sein, also entweder
an der Stirnfläche 15 oder an der Mantelfläche des Schwingstabs 12, und sie können
in diesem Fall durch einen handelsüblichen kombinierten Sende-Empfangs-Wandler gebildet
sein.
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Bei einem vollkommen homogenen und symmetrischen Schwingstab entspricht
die Frequenz der Grundschwingung der Eigenresonanz des Schwingstabs einer Wellenlänge,
die doppelt so groß wie die Länge des Schwingstabs ist; der Schwingstab ist dann
ein sogenannter A/2-Stab. Der Schwingungsknoten der Grundschwingung der im Schwingstab
erzeugten Longitudinalschwingungen liegt dann in der Mitte des Schwingstabs, und
die Schwingungsamplituden haben ein Maximum an den beiden Stirnflächen. Ein rohrförmiger
Schwingstab der in Fig. 1 dargestellten Art mit einer Länge von etwa 150 bis 200
mm hat beispielsweise eine Eigenresonanzfrequenz von etwa 8 kHz.
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In Fig. 1 ist die Lage des Schwingungsknotens der Grundschwingung
der Eigenresonanz des Schwingstabs 12 bei 24 angegeben. Wie zu erkennen ist, ist
der Schwingstab 12 nicht auf der H he des Schwingungsknotens 24 eingespannt; vielmehr
liegt die durch die Membran 10 bestimmte Einspannstelle in einem Abstand a vom Schwingungsknoten
24, und zwar auf der dem Behälterinneren abgewandten Seite. Von der Einspannstelle
aus gemessen ragt also der größere Teil des Schwingstabs 12 in das Behälterinnere,
während der kleinere Teil nach außen ragt und die piezoelektrischen Wandler 16,
17 trägt.
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Da somit der Schwingstab 12 nicht im Schwingungsknoten eingespannt
ist, ergibt die Einspannung bereits im Leerlauf, d.h. wenn der Schwingstab nicht
vom Füllgut bedeckt ist, eine gewisse Dämpfung der Schwingungen. Dadurch wird der
Einfluß von Stördämpfungen vermindert, die durch am Schwingstab haftendes Füllgut
verursacht werden. Insbesondere kann die durch die Einspannung des Schwingstabs
12 mittels der Membran 10 verursachte Dämpfung so bemessen werden, daß sie größer
als jede Bedämpfung ist, die durch eine mögliche Ansatzbildung am Schwingstab verursacht
wird. Die vom Oszillator 20 zum Antriebswandler 17 gelieferte Leistung wird natürlich
so groß bemessen, daß sie trotz der von der Einspannung verursachten Dämpfung eine
so große Schwingungsamplitude im Schwingstab erzeugt, daß der Empfangswandler 16
ein ausreichendes Ausgangssignal liefern kann. Der Schaltpunkt der Vorrichtung kann
dann so eingestellt werden, daß eine das Erreichen des vorbestimmten Füllstands
anzeigende Umschaltung erst dann erfolgt, wenn eine eindeutige, von einer 1Bedeckung
des Schwingstabs mit Füllgut herrührende starke Bedämpfung des Schwingstabs erfolgt.
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Die Maßnahme, dielEinspannstelle so zu legen, daß sie auf der dem
Füllgut abgewandten Seite des Schwingungsknotens 24 liegt, begünstigt die Wirkung
der durch die Einspannung erzeugten Dämpfung. Wenn nämlich das dem Füllgut zugewandte
Ende des Schwingstabs 12 in das Füllgut eintaucht, erfolgt nicht nur eine Dämpfung
der Schwingungsamplitude, sondern auch eine Änderung der Eigenresonanzfrequenz des
Schwingstabs.
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Diese Frequenzänderung hat eine Verlagerung des Schwingungsknotens
24 zu dem ins Füllgut eintauchenden Ende hin zur Folge.
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Der Abstand a zwischen dem Schwingungsknoten 24 und der Einspannstelle
(Membran 10) wird dadurch größer. Durch die Vergrößerung des Abstands a wird die
durch die Einspannung
bewirkte Dämpfung größer; sie unterstützt
also die durch das Eintauchen in das Füllgut verursachte Dämpfungswirkung. Läge
dagegen der Schwingungsknoten 24 auf der anderen Seite der Membran 10, also im Innern
der Ausnehmung 8 des Einschraubstücks 4, so würde beim Eintauchen des Schwingstabendes
in das Füllgut der Schwingungsknoten zur Membran 10 hin wandern, was eine Verringerung
der von der Einspannung bewirkten Dämpfung zur Folge hätte. Dadurch würde die durch
das Eintauchen in das Füllgut verursachte Dämpfung teilweise wieder aufgehoben.
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Die durch die Einspannung des Schwingstabs außerhab des Schwingungsknotens
24 verursachte Dämpfung hängt einerseits von der Art der Einspannung und andrerseits
von dem Abstand a zwischen dem Schwingungsknoten 24 und der Einspannstelle ab. Mittels
dieser beiden Parameter ist es möglich, die Vorrichtung an die jeweils herrschenden
Bedingungen optimal anzupassen, also insbesondere an die Art des Füllguts und an
die maximal zu erwartenden Ansatzbildungen.
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Wie bereits erwähnt, liegt der Schwingungsknoten 24 bei einem vollkommen
homogenen und symmetrischen Schwingstab in dessen Mitte. In der Praxis sind diese
Bedingungen gewöhnlich nicht erfüllt, so daß der Schwingungsknoten der Grundschwingung
gegen die Mitte versetzt sein kann. Es ist jedoch für jeden Schwingstab leicht möglich,
die Lage des Schwingungsknotens festzustellen. Dies kann beispielsweise dadurch
geschehen, daß der noch nicht mit der Membran 10 verbundene Schwingstab durch einen
durchstimmbaren Generator in Eigenschwingungen ersetzt wird und dann durch Verschieben
einer radialen Bedämpfung längs des Schwingstabs das Dämpfungsminimum ermittelt
wird, das der Lage des Schwingungsknotens entspricht. Die Bedämpfung kann beispielsweise
einfach durch Berühren mit dem Finger erfolgen.
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Sobald die Lage des Schwingungsknotens 24 festgestellt und markiert
ist, kann die Befestigung des Schwingstabs 12 in der Mittelöffnung 11 der Membran
10 im gewünschten Abstand a erfolgen. Es ist zweckmäßig, die Einspannstelle zwischen
den Schwingungsknoten 24 der Grundschwingung und den auf der betreffenden Seite
liegenden Schwingungsknoten der ersten Oberschwingung zu legen, beispielsweise in
die Mitte zwischen diesen beiden Schwingungsknoten. In der Praxis hat es sich herausgestellt,
daß ein Abstand a, der etwa 5 bis 10% der Länge des Schwingstabs beträgt, gute Ergebnisse
liefert.
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Die durch die Einspannung verursachte Dämpfung hängt außer von der
Lage der Einspannstelle auch von der Art der Einspannung ab, also beispielsweise
von der Art der Verbindung zwischen dem Schwingstab und der Membran und von den
Abmessungen der Membran. Um eine weitgehende mechanische Entkopplung des Schwingstabs
12 vom Einschraubstück 4 zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, in der Membran 10
Querschnittsverminderungen vorzusehen, die durch ringförmige Nuten 25, 26 auf einer
Seite oder auf beiden Seiten der Membran gebildes sein können.
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Die Nuten 26 auf der dem Behälterinneren zugewandten Fläche der Membran
werden vorzugsweise fortgelassen, wenn Ansatzbildungen zu befürchten sind.
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Fig. 2 zeigt nähere Einzelheiten der elektronischen Schaltung, die
mit der Vorrichtung 3 von Fig. 1 verbunden ist. Man erkennt in Fig. 2 wieder der
Oszillator 20, der mit dem Antriebswandler 17 des Schwingstabs 12 verbunden ist,
und den Verstärker 23, dessen Eingang an den Empfangswandler 16 angeschlossen ist.
Der Oszillator 20 erzeugt eine Sinusschwingung, deren Frequenz auf die Eigenresonanzfrequenz
des Schwingstabs 12
abgestimmt ist. An den Ausgang des Verstärkers
23 ist ein einstellbarer Widerstand 27 angeschlossen, der zur Einstellung des Schaltpunktes
dient. Ein auf den einstellbaren Widerstand 27 folgender Gleichrichter 28 wandelt
die vom Verstärker 23 gelieferte Wechselspannung in eine Gleichspannung um. Diese
Gleichspannung wird an den Eingang eines Schalttriggers 29 gelegt, der jeweils seinen
Zustand ändert, wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 23 den durch den einstellbaren
Widerstand 27 festgelegten Schaltpunkt überschreitet bzw. unterschreitet. Der Ausgang
des Schalttriggers 29 kann eine Relaisstufe 30 steuern, deren Ansprechen zur Anzeige
des Erreichens des vorbestimmten Füllstandes und/oder zur Auslösung erforderlicher
Schaltvorgänge benutzt werden kann, beispielsweise zum Einleiten von Füllgut in
den Behälter oder zur Beendigung des Einleitens von Füllgut.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung der Vorrichtung ist die
Erregungsfrequenz durch den oszillator 20 festgelegt. Wenn der Füllstab 12 in das
Füllgut eintaucht, wird er nicht nur bedämpft, sondern er ändert auch seine Eigenresonanzfrequenz.
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Da somit die Eigenresonanzfrequenz des Schwingstabs nicht mehr mit
der Erregungsfrequenz übereinstimmt, entsteht eine verstärkte Dämpfungswirkung.
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Fig. 3 zeigt eine andere Möglichkeit zur Erzeugung der Schwingungen
des Schwingstabs 12. In diesem Fall ist der Wandler 17 als Empfangswandler mit dem
Eingang eines Verstärkers 31 verbunden, an dessen Ausgang der Wandler 16 als Antriebswandler
angeschlossen ist. Das aus dem Schwingstab 12 und den beiden Wandlern 16, 17 bestehende
Schwingungssystem liegt somit im Rückkopplungskreis des Verstärkers 31. Der Verstärkungsfaktor
des Verstärkers 1 wird so eingestellt, daß im Leerlauf, also bei nicht bedecktem
Schwingstab 12, eine Selbsterregung von
Schwingungen eintritt,
trotz der Bedämpfung durch die Einspannung außerhalb des Schwingungsknotens und
einer möglichen Bedämpfung durch anhaftendes Füllgut, daß aber die Schwingungen
abreißen, wenn der Schwingstab 12 durch Eintauchen in das Füllgut stark gedämpft
wird. In diesem Fall ist also das Vorhandensein oder Fehlen von Schwingungen das
Kriterium dafür, ob der vorbestimmte Füllstand erreicht oder unterschritten ist.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 31 kann unmittelbar an den Gleichrichter 28 angelegt
werden, auf den wiederum der Schalttrigger 29 und die Relaisstufe 30 folgen.
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Wie bereits erwähnt wurde, kann die Rolle der Wandler 16 und 17 in
jedem der beiden dargestellten Fälle vertauscht werden, so daß also in Fig. 2 der
Wandler 16 als Antriebselement an den Ausgang des Oszillators 20 angeschlossen ist
und der Wandler 17 den mit dem Eingang des Verstärkers 23 verbundenen Empfangswandler
bildet, während in Fig. 3 der Wandler 16 den mit dem Eingang des Verstärkers 31
verbundenen Empfangswandler und der Wandler 17 den an den Ausgang des Verstärkers
31 angeschlossenen Antriebswandler bilden.
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Anstelle von piezoelektrischen Wandlern können natürlich auch andere,
an sich bekannte elektroakustische bzw. elektromechanische Wandler zur Erregung
und Abnahme der Schwingungen im Schwingstab verwendet werden, beispielsweise Spulen
in Verbindung mit einem magnetostriktiven Schwingstab oder dergleichen.
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Die Frequenz der Eigenschwingungen des Schwingstabs kann im Hörbereich
oder im Ultraschallbereich liegen. Wie zuvor angegeben wurde, kann ein rohrförmiger
Schwingstab mit einer Länge von etwa 150 bis 200 mm eine Eigenresonanzfrequenz von
etwa 8 kHz haben, die also im Hörbereich liegt. Ein rohrförmiger Schwingstab mit
einer Länge von etwa 60 mm hätte dagegen eine Eigenresonanzfrequenz in der Größenordnung
von 26 kHz, die also im Ultraschallbereich liegt.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung ist es auch möglich, anstelle
der getrennten Antriebs- und Empfangswandler 17, 16 nur einen einzigen piezoelektrischen
Wandler zu verwenden, der entweder der Wandler 16 oder der Wandler 17 sein kann,
wobei dieser Wandler dann impulsweise vom Oszillator 20 erregt wird und jeweils
in den Impulspausen mit dem Verstärker 23 verbunden ist. Der einzige Wandler arbeitet
dann während der Erregungsimpulse als Antriebswandler und in den Impulspausen als
Empfangswandler.
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