AT523957A1

AT523957A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung und/oder Analyse eines Messfluids für die Messung in einem Messgerät

Info

Publication number: AT523957A1
Application number: ATA50536/2020A
Authority: AT
Original assignee: Usepat Gmbh
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2022-01-15
Also published as: US20230280244A1; EP4172611A1; WO2021258122A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung und/oder Analyse eines Messfluids für die Messung in einem Messgerät, umfassend einen Fluidraum (12), der während des Betriebs mit dem Messfluid gefüllt oder von dem Messfluid durchströmt ist, einen elektrisch angetriebenen Ultraschalltreiber (11), der das Messfluid während des Betriebs durch Anlegen einer elektrischen Betriebsspannung in Schwingung versetzt, wobei das Messfluid, der Ultraschalltreiber (11), gegebenenfalls ein Reflektor und gegebenenfalls weitere Schichten während des Betriebs Teile eines Resonators und eines gemeinsamen mechanischen Schwingungssystems sind.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung und/oder Analyse eines Messfluids

für die Messung in einem Messgerät

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Messgerät und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufbereitung und/oder Analyse eines Messfluids zum Einsatz in einem Messgerät. Beispiele für Messgeräte im Sinne der Erfindung sind Messgeräte zur Fluidanalyse, Messgeräte zur Spektroskopie, wie beispielsweise Infrarot-Spektrometer, UV-Spektrometer, Absorptionsspektrometer, Emissionsspektrometer wie Raman-Spektrometer oder auch Messgeräte aus der Gattung der Prozess Analyse Technologie (PAT).

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Aufbereitung eines Messfluids bekannt, die einen sogenannten Resonator umfassen. Ein Resonator besteht in der Regel aus einem Behältnis zur Aufnahme des Messfluids und mindestens einem Bauteil zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung in dem Messfluid. Ein Resonator ermöglicht es beispielsweise, in dem Messfluid enthaltene Partikel dadurch zu separieren oder zu agglomerieren, dass ein Resonanzzustand hergestellt wird, durch den sich die Partikel an den Knotenpunkten der Wellen der Resonanz sammeln. Die

Einstellung dieses Resonanzzustandes erfolgt gemäß Stand der Technik meist händisch durch Einstellung der Frequenz und der Amplitude des Bauteils zur Erzeugung der mechanischen Schwingung. Die Überprüfung, ob ein optimaler Resonanzzustand hergestellt ist, kann hierbei oft nicht mit ausreichender Genauigkeit erfolgen. Zudem wird in der Praxis häufig der Effekt beobachtet, dass sich die für den gewünschten Resonanzzustand benötigte Frequenz im Verlauf des Betriebs ändert.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung, ein Messgerät und ein Verfahren zu schaffen, bei der oder bei dem eine verbesserte Analyse eines Messfluids und eine

verbesserte Einstellbarkeit von Resonanzzuständen ermöglicht wird, wobei die Analyse und die Einstellbarkeit zuverlässig und bevorzugt mit einfachen, kostengünstigen Mitteln

erfolgen soll.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Fluidraum, der während des Betriebs mit einem Messfluid gefüllt oder von einem Messfluid durchströmt ist. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung einen elektrisch angetriebenen Ultraschalltreiber, der das Messfluid während des Betriebs durch Anlegen einer elektrischen Betriebsspannung in Schwingung versetzt. Gegebenenfalls umfasst der Ultraschalltreiber mehrere Ultraschalltreibereinheiten, die gegebenenfalls auch an unterschiedlichen Positionen entlang des Fluidraums angeordnet sein können. Das Messfluid, der Ultraschalltreiber, gegebenenfalls ein Reflektor und gegebenenfalls weitere Schichten bilden während des Betriebs Teile eines Resonators und eines gemeinsamen mechanischen

Schwingungssystems.

Nun wurde festgestellt, dass nicht nur der Ultraschalltreiber einen Einfluss auf die Schwingung des Messfluids hat, sondern dass auch das Messfluid bzw. dessen Schwingung einen Einfluss auf das Schwingungsverhalten des Ultraschalltreibers hat. Dieser Effekt kann erfindungsgemäß dahingehend genutzt werden, dass durch eine Messung elektrischer Parameter Rückschlüsse auf den mechanischen Schwingungszustand des Schwingsystems gezogen werden können.

Insbesondere ist erfindungsgemäß eine Messeinrichtung vorgesehen, die zur Feststellung des Schwingungszustandes des mechanischen Schwingungssystems während des Betriebs den Strom und/oder die Spannung und/oder die Phasenverschiebung am Ultraschalltreiber erfasst. Die Messeinrichtung misst den Stromund/oder die Spannung und/oder die Phasenverschiebung am Ultraschalltreiber und dies während des Betriebs - also unter Betriebsspannung. In allen Ausführungsformen kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung zur Feststellung des Schwingungszustandes des mechanischen Schwingungssystems während des Betriebs den Strom und die Spannung und die Phasenverschiebung am, unter Betriebsspannung betriebenen, Ultraschalltreiber erfasst, oder dass lediglich zwei der Parameter Strom, Spannung und Phasenverschiebung erfasst werden.

Es wird gegebenenfalls also nur eine Größe, bevorzugt zwei Größen oder alle drei Größen (Strom, Spannung, Phasenverschiebung) erfasst. Selbstverständlich kann die Messeinrichtung und/oder das Verfahren derart ausgestaltet sein, dass der Strom, die Spannung und/oder die Phasenverschiebung nicht direkt gemessen werden, sondern dass mindestens einer der Parameter indirekt bzw. durch Errechnen erfasst wird.

Bevorzugt ist die Messeinrichtung in allen Ausführungsformen zur indirekten Messung des akustomechanischen Zustandes über die Messung der elektromechanisch gekoppelten Signalparameter der elektrischen Anregung im Betrieb, insbesondere unter elektrischem Betriebsstrom, eingerichtet.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können mit verhältnismäßig einfachen Mitteln komplexe Analysen am Messfluid vorgenommen

werden.

Zudem ermöglichen diese Analysen bzw. die dabei erfassten Parameter eine verbesserte Regelung von Resonanzzuständen. Durch diese Regelung kann ein gewünschter Resonanzzustand bei sich ändernden Fluidparametern, wie Temperaturänderungen, Dichteänderungen, Kompressibilitätsänderungen, Änderungen der Konzentration oder Beschaffenheit dispergierter Teilchen, Tröpfchen oder Gasbläschen, etc., selbsttätig aufrechterhalten werden.

Zusätzlich kann in allen Ausführungsformen eine verbesserte Aufbereitung des Messfluids erfolgen. Ein Beispiel für diese Aufbereitung des Messfluids ist eine akustische Teilchenmanipulation, wie beispielsweise eine Teilchenagglomeration, eine Teilchenseparation, ein Emulsionssplitting oder ein Entgasen (De-Bubbling).

In allen Ausführungsformen kann die Vorrichtung eine Kundtsche Röhre umfassen oder

zumindest teilweise als Kundtsche Röhre wirken.

In allen Ausführungsformen kann das Fluid ein flüssiges Fluid und insbesondere eine Dispersion, insbesondere eine Suspension oder eine Emulsion sein. Die Suspension kann beispielsweise gelöste Stoffe wie Salze oder aber nicht gelöste Teilchen umfassen. Teilchen, im weitesten Sinne, können im Rahmen der Erfindung neben Partikeln, Schwebstoffen, Pigmenten, Kristallen, biologischen Zellen, Viren oder auch Protein-Mizellen, Tröpfchen nicht mischbarer Flüssigkeiten, Öl-in-Wasser oder Wasserin-Öl auch Gasbläschen sein. Alternativ kann das Fluid auch ein gasförmiges Fluid und

insbesondere ein Aerosol sein.

Die Erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen bevorzugt die Messung der für eine akustische Feldcharakterisierung unter Last notwendigen elektrischen Parameter. Die elektrischen Parameter ermöglichen beispielsweise das Nachführen der elektrischen Kenngrößen für das akustische Ultraschallfeld.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Aufbereitung und/oder Analyse eines Messfluids für die Messung in einem Messgerät, umfassend einen Fluidraum, der während des Betriebs mit dem Messfluid gefüllt oder von dem Messfluid durchströmt ist, einen elektrisch angetriebenen Ultraschalltreiber, der das Messfluid während des Betriebs durch Anlegen einer elektrischen Betriebsspannung in Schwingung versetzt, wobei das Messfluid, der Ultraschalltreiber, gegebenenfalls ein Reflektor und gegebenenfalls weitere Schichten während des Betriebs Teile eines Resonators und

eines gemeinsamen mechanischen Schwingungssystems sind.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Messeinrichtung vorgesehen ist, die den Schwingungszustand des mechanischen Schwingungssystems während des Betriebs durch Erfassen von Strom und/oder Spannung und/oder Phasenverschiebung am, unter Betriebsspannung betriebenen, Ultraschalltreiber feststellt.

Die Messvorrichtung ist mit anderen Worten derart ausgestaltet, dass eine Feststellung des Schwingungszustand des mechanischen Schwingungssystems während des Betriebs durch Erfassen, insbesondere Messen, von Strom und/oder Spannung und/oder Phasenverschiebung am, unter Betriebsspannung betriebenen, Ultraschalltreiber erfolgt.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung zur Feststellung oder bei der Feststellung des Schwingungszustandes des mechanischen Schwingungssystems die komplexe Impedanz oder die komplexe Admittanz aus den Größen Strom, Spannung

und Phasenverschiebung errechnet.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung den Strom und/oder die Spannung und/oder die Phasenverschiebung an den Elektroden des Resonators,

insbesondere an den Elektroden des Ultraschalltreibers, erfasst.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass ein Shunt zur Erfassung des Stroms und/oder der Spannung und/oder der Phasenverschiebung vorgesehen ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Shunt gemäß einer ersten Schaltungskonfiguration zwischen einer elektrischen Signalverstärkung für den Ultraschalltreiber und einer Elektrode des Ultraschalltreibers angeordnet ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Shunt gemäß einer zweiten

Schaltungskonfiguration zwischen einer Elektrode des Ultraschalltreibers und einer Masseleitung angeordnet ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung zur indirekten Messung des akustomechanischen Zustandes über die Messung der elektromechanisch gekoppelten Signalparameter der elektrischen Anregung im Betrieb, insbesondere unter elektrischem Betriebsstrom, eingerichtet ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Ultraschalltreiber eine oder mehrere Ultraschalltreibereinheiten umfasst, und/oder dass der Ultraschalltreiber einen oder mehrere piezoelektrische Ultraschalltreiber umfasst, und/oder dass der Ultraschalltreiber durch einen oder mehrere piezoelektrische Ultraschalltreiber gebildet ist, wobei die Ultraschalltreibereinheiten gegebenenfalls an unterschiedlichen

Positionen entlang des Fluidraums angeordnet sein können.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Betriebsspannung des Betriebsstroms des Ultraschalltreibers größer ist als 5Vss, insbesondere größter ist als 10Vss oder größer ist als 30Vss und bevorzugt etwa 15Vss beträgt, wobei die Spannungsangaben jeweils die Spannungsdifferenz zwischen Spannungsspitzenwert und Spannungstalwert der Wechselstromspannung ist.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Messgerät umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung und gegebenenfalls eine zusätzliche Sensoranordnung, die zur Analyse des in dem Fluidraum angeordneten oder strömenden und in Schwingung versetzten

Messfluids eingerichtet ist.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufbereitung und/oder Analyse eines Messfluids für die Messung in einem Messgerät,

- wobei das Messfluid während des Betriebs in einem Fluidraum angeordnet ist oder den Fluidraum durchströmt,

- wobei das Messfluid durch Anlegen eines Betriebsstroms an einen elektrisch angetriebenen Ultraschalltreiber in Schwingung versetzt wird,

- wobei das Messfluid, der Ultraschalltreiber und gegebenenfalls ein Reflektor während des Betriebs Teile eines Resonators und eines gemeinsamen mechanischen

Schwingungssystems sind.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schwingungszustand des mechanischen Schwingungssystems während des Betriebs durch Erfassen des Stroms und/oder der Spannung und/oder der Phasenverschiebung am, unter Betriebsspannung betriebenen, Ultraschalltreiber festgestellt wird.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zur Feststellung oder bei der Feststellung des Schwingungszustands des mechanischen Schwingungssystems die komplexe Impedanz oder die komplexe Admittanz aus den Größen Strom, Spannung und Phasenverschiebung errechnet wird.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Strom und/oder die Spannung und/oder die Phasenverschiebung an den Elektroden des Resonators, insbesondere an den Elektroden des Ultraschalltreibers, erfasst wird oder werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Strom und/oder die Spannung und/oder die Phasenverschiebung gemäß einer ersten Schaltungskonfiguration über einen zwischen dem Ausgang der elektrischen Signalverstärkung und einer Elektrode des Ultraschalltreibers angeordneten Shunt erfasst wird oder werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Strom und/oder die Spannung und/oder die Phasenverschiebung gemäß einer zweiten Schaltungskonfiguration über einen zwischen dem Ausgang der elektrischen Signalverstärkung und einer Elektrode des Ultraschalltreibers angeordneten Shunt erfasst wird oder werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der akustomechanische Zustand über eine Messung der elektromechanisch gekoppelten Signalparameter der elektrischen Anregung im Betrieb, insbesondere unter Betriebsstrom, indirekt gemessen wird.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass einer oder mehrere der folgenden Parameter erfasst werden: Teilchenvorhandensein im Messfluid, Änderung des Teilchenvorhandenseins im Messfluid, Teilchenkonzentration im Messfluid, Änderung der Teilchenkonzentration im Messfluid, Gesamtmasse der im Fluidraum befindlichen Teilchen, Änderung der Gesamtmasse der im Fluidraum befindlichen Teilchen,

Temperatur des Messfluids, Änderung der Temperatur des Messfluids, Dichte des Messfluids, Änderung der Dichte des Messfluids, Dämpfung durch das Messfluid, Änderung der Dämpfung durch das Messfluid, Verschmutzung des Ultaschalltreibens und/oder des Reflektors.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Parameter zur Regelung einer Kompensation einer Schallgeschwindigkeitsänderung im Messfluid erfasst werden, wobei die Schallgeschwindigkeitsänderung insbesondere durch eine Temperaturänderung, eine Dichteänderung und/oder eine Kompressibiliätsänderung bedingt ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Parameter zur Regelung einer

Temperaturkompensation erfasst werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Parameter zur Bestimmung des Resonanzzustandes, insbesondere durch Bestimmen eines Konduktanzwertes, eines Admittanzwertes oder eines Suszeptanzwertes, beispielsweise des Konduktanzmaximums, des Admittanzmaximums oder des Suszeptanz-

Nulldurchgangs, erfasst werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Änderung der Schallgeschwindigkeit im Messfluid, insbesondere eine Änderung der Temperatur des Messfluids, der Dichte des Messfluids und/oder der Kompressibiliät des Messfluids dadurch festgestellt wird, dass

sich bei der Änderung die Resonanzfrequenz verändert.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass ein Resonanzzustand dadurch eingestellt wird, - dass in einem ersten Schritt grob die Frequenz einer Resonanz eingestellt wird,

- und dass in einem zweiten Schritt diese Frequenz dadurch genau eingestellt wird, dass sie verändert wird bis durch die Messung von Strom, Spannung und Phasenverschiebung ein bestimmter Konduktanzwert, ein bestimmter Admittanzwert, ein bestimmter Suszeptanzwert, insbesondere ein Konduktanzmaximum, ein

Konduktanzminimum, ein Admittanzmaximum, ein Admittanzminimum, ein

Suszeptanzmaximum, Suszeptanzminimum oder ein Suszeptanz-Nulldurchgang,

festgestellt wird.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass ein Resonanzzustand dadurch gehalten wird,

- dass die eingestellte Frequenz einer Änderung der Resonanzfrequenz, z.B. durch eine Temperaturänderung, dadurch nachgeführt und insbesondere geregelt wird, dass sie verändert wird bis durch die Messung von Strom, Spannung und Phasenverschiebung ein bestimmter Konduktanzwert, ein bestimmter Admittanzwert, ein bestimmter Suszeptanzwert, insbesondere ein Konduktanzmaximum, ein Konduktanzminimum, ein Admittanzmaximum, ein Admittanzminimum, ein Suszeptanzmaximum,

Suszeptanzminimum oder ein Suszeptanz-Nulldurchgang, festgestellt wird.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Eigenschaft des Resonators, wie beispielsweise die Verlustleistung in dem Ultraschalltreiber, an einen bestimmten Wert dadurch angepasst wird,

- dass in einem ersten Schritt die Temperatur des Ultraschalltreibers aus der Änderung der Resonanzfrequenz geschlossen wird,

- und dass in einem zweiten Schritt die eingestellte elektrische Leistung des Ultraschalltreibers begrenzt wird, damit die Temperatur einen bestimmten Wert nicht

überschreitet.

Gegebenenfalls betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.

Gegebenenfalls wird das Verfahren durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgeführt.

Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Vorhandensein von Teilchen im Messfluid dadurch festgestellt wird,

- dass das Messfluid in einen Resonanzzustand versetzt wird,

- dass sich gegebenenfalls im Messfluid vorhandene Teilchen durch den

Resonanzzustand separieren und insbesondere agglomerieren,

- wobei sich die Resonanzfrequenz des Ultraschalls durch das Agglomerieren von Teilchen verändert,

- oder/und wobei sich die Güte einer Resonanz des Ultraschalls durch das Agglomerieren von Teilchen verändert,

- und/oder wobei sich die Admittanzantwort an verschiedenen Frequenzen durch das Agglomerieren von Teilchen verändert,

- oder/und wobei sich das Spektrum des Treibersignals durch das Agglomerieren von

Teilchen verändert.

Gegebenenfalls kann vorgesehen sein,

- dass das Messfluid in einen Resonanzzustand versetzt wird,

- dass sich im Messfluid vorhandene Teilchen durch den Resonanzzustand separieren und insbesondere agglomerieren,

- dass eine Änderung der Teilchenkonzentration, insbesondere die Änderung der Gesamtmasse der Teilchen bei gleichbleibender Teilchengröße, im Messfluid dadurch festgestellt wird,

- dass eine Veränderung der Resonanzfrequenz des Ultraschalls festgestellt wird,

- oder/und dass sich die Güte einer Resonanz des Ultraschalls verändert,

- oder/und dass sich das Spektrum des Treibersignals verändert.

Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die Teilchenkonzentration, insbesondere die Gesamtmasse der Teilchen bei gleichbleibender Teilchengröße, im Messfluid dadurch festgestellt wird,

- dass das Messfluid in einen Resonanzzustand versetzt wird,

- dass sich die im Messfluid vorhandenen Teilchen durch den Resonanzzustand separieren und insbesondere agglomerieren,

- wobei sich die Resonanzfrequenz des Ultraschalls je nach Teilchenkonzentration um einen gewissen Betrag verändert,

- oder/und wobei sich die Güte einer oder mehrerer Resonanzen des Ultraschalls bei

steigender Teilchenkonzentration verändert oder abnimmt,

- und/oder wobei sich die Admittanzantwort an verschiedenen Frequenzen durch das Agglomerieren von Teilchen verändert, - oder/und wobei sich das Spektrum des Treibersignals je nach Teilchenkonzentration

verändert.

Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass eine Änderung oder Bestimmung der Dämpfung durch das Messfluid, eine Änderung oder Bestimmung der Verschmutzung/des Belags des Ultraschalltreibers und/oder des Reflektors dadurch festgestellt wird,

- dass die Resonanzfrequenz verändert ist,

- oder/und dass die Güte einer oder mehrerer Resonanzen verändert ist,

- und/oder wobei sich die Admittanzantwort an verschiedenen Frequenzen verändert,

- oder/und dass das Spektrum des Treibersignals verändert ist.

Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Messfluid durch die Anwendung eines Ultraschallfeldes entgast oder von Teilchen befreit wird, was dadurch begünstigt oder bewirkt wird, dass die eingestellte Frequenz einer durch die Separation

hervorgerufenen Änderung der Resonanzfrequenz nachgeführt wird.

Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass der Entgasungszustand durch die Beobachtung von Strom, Spannung und/oder Phase evaluiert wird.

In allen Ausführungsformen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Messeinrichtung eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung, Berechnung und Ausgabe von Daten

umfasst.

Die Messeinrichtung kann unterschiedliche Schaltungskonfigurationen umfassen. Eine mögliche erste Schaltungskonfiguration stellt die Messung des Laststroms über einen Shunt an der sogenannten High-Side dar. Hierbei wird der Laststrom über einen Shunt zwischen dem Ausgang der elektrischen Signalverstärkung und den Elektroden des Ultraschalltreibers erfasst. Insbesondere wird die Spannung vor dem Shunt gemessen und die Spannung nach dem Shunt gemessen. Durch geeignete analoge Subtraktion der beiden Signale kann unter Verwendung des Ohm’schen Gesetzes der Strom durch

den Shunt und damit der Strom, der notwendigerweise durch den Ultraschalltreiber fließen muss, gemessen werden. Weiters wird bevorzugt auch der Phasenwinkel

zwischen Spannung vor dem Shunt und dem Strom durch den Shunt gemessen.

In einer alternativen, zweiten Schaltungskonfiguration wird eine sogenannte Low-Side Messung vorgenommen. Dabei wird der Shunt zwischen dem Ultraschalltreiber und der Masseleitung, in deren Richtung der Stromfluss erfolgt, geschalten bzw. angeordnet. Dabei wird die Spannung wiederum am Ausgang der elektrischen Signalverstärkung (Treiber) gemessen. Unter Verwendung des Ohm’schen Gesetzes kann der Strom durch den Shunt gemessen werden. Die Messung erfolgt aber bevorzugt durch eine massereferenzierte Spannungsmessung vor dem Shunt. Wiederum wird bevorzugt

auch der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom gemessen.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Messeinrichtung in der oder für die Treiberelektronik für einen Resonator, der mindestens einen Ultraschalltreiber, einen mit einem Messfluid gefüllten Fluidraum, und unter Umständen einem Reflektor umfasst. Der Ultraschalltreiber kann eine Anordnung sein, die mehrere Ultraschalltreibereinheiten umfasst.

Die Messeinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, in dem Treibersignal Strom, Spannung und/oder Phase festzustellen und daraus auf den Schwingungszustand des Resonators, z.B. der Flüssigkeitsschicht, zu schließen, um mit dieser Information bestimmte Zustände zu erreichen und/oder Messwerte festzustellen.

Es können für den Sensor/Resonator bestimmte Aufgaben übernommen werden, die durch die elektronische Schaltung unterstützt bzw. ermöglicht werden: beispielsweise Anfahren von Resonanzfrequenzen und insbesondere von Resonanzfrequenzabfolgen, die für den Zweck am besten sind, Nachführung der Resonanz bei Temperaturänderungen, damit z.B. eine Teilchenanordnung erhalten bleibt, oder auch Regelung des Energieinputs, damit nicht zu viel Wärme erzeugt wird.

Die Erfindung betrifft insbesondere auch ein Messgerät zur Analyse des Messfluids. In diesem Messgerät kann die Analyse des Messfluids durch die erfindungsgemäße

Vorrichtung oder zumindest durch deren Messeinrichtung erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann die Analyse des Messfluids in dem Messgerät aber auch durch einen eigenen Sensor erfolgen, beispielsweise durch einen herkömmlichen Sensor zur Fluidanalyse. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbereitung des Messfluids für die Messung eingesetzt.

Bevorzugt kann die Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bei herkömmlichen Messgeräten, insbesondere bei deren Resonatoren, einfach

nachgerüstet werden.

Die Erfindung wird nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform weiter beschrieben: Die Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und gegebenenfalls auch eine Schaltung zur indirekten Messung des akusto-mechanischen Zustandes über die Messung der elektromechanisch gekoppelten Signalparameter der elektrischen Anregung unter Last, die Auswertung, Speicherung und Verarbeitung dieser Parameter und die Software, die darauf basierend kontrolliert, ob die anliegende Frequenz oder die

Intensität zu verändern bzw. zu korrigieren ist.

Hintergrund der bevorzugten Ausführungsform:

In schwingenden Systemen hängt das akustische/mechanische Verhalten üblicherweise von der Frequenz ab, bei der das System schwingt. Man spricht allgemein vom Resonanzverhalten - bei bestimmten Frequenzen schwingt das System stärker. Das gilt sowohl für rein mechanische Systeme als auch für elektrisch angeregte Systeme wie die Kundtsche Röhre. Das Resonanzverhalten von solchen Systemen hängt unter anderem direkt von der Schallgeschwindigkeit der einzelnen Komponenten ab. Die Schallgeschwindigkeit hängt stark von der Temperatur ab, sie ist in Fluiden gleich der Wurzel des Quotienten aus Kompressionsmodul und Dichte und ist bei idealen Gasen gegebenenfalls proportional der Wurzel der Absoluttemperatur. Bei Flüssigkeiten können auch gelöste Stoffe, beispielsweise Salzkonzentration oder Ähnliches, eine Rolle spielen. Das bedeutet, dass Änderungen solcher Parameter

Resonanzzustandsänderungen erzeugen können.

Anwendung der bevorzugten Ausführungsform:

Ein Typ von technischen Systemen, die in Bezug auf die Ausführungsform im Zentrum des Interesses stehen, umfassen einen Resonator mit einer elektrisch angetriebenen Quelle mit mindestens zwei Elektroden, wobei die Quelle in Verbindung mit einer Flüssigkeits- oder Gasschicht steht. Dies kann direkt oder über Transferschichten passieren. Der Resonator wird bevorzugt von einem Reflektor, d.h. von einer abschließenden Schicht mit hohem Sprung in der akustischen Kennimpedanz, abgeschlossen. Solche Systeme werden bevorzugt für die akustische

Teilchenmanipulation verwendet.

Es ist für unterschiedliche Funktionen der Ausführungsform wichtig, dass ein gewisser Resonanzzustand herrscht. Maßgeblich kann hier die Energiedichte in der Fluidschicht sein, aber auch die Verlustleistungsdichte in der antreibenden Schicht, insbesondere im Ultraschalltreiber, der z.B. ein PZT Element umfasst.

Eine Möglichkeit, aus elektrisch gemessenen Werten auf akusto-mechanische Parameter zu schließen, besteht darin, ein analytisches Matrix-Transfer-Modell anzuwenden. Dieses bietet bei rein parallel-geschichteten Resonatoren eine analytische, exakte Lösung und kann in gewissen Grenzen auch für Aufbauten verwendet werden, bei denen sich die Materialparameter nicht streng in eine Richtung ändern. So können durch ein Erfassen der komplexen elektrischen Größen bei einer bestimmten Frequenz, z.B. Strom, Spannung und Phasenwinkel dazwischen, unterschiedliche elektrische und akusto-mechanische Eigenschaften im Resonator berechnet werden. Dies kann beispielsweise für die oben genannten Fälle — Energiedichte in der Fluidschicht bzw. Verlustleistungsdichte im Ultraschalltreiber — verwendet werden. Da es sich um eine analytische Lösung handelt, ist das Modell aber für viele denkbare Fragestellungen anwendbar.

Es könnten auch andere Modelle wie FEM o.ä. verwendet werden, um z.B. ein Kennlinienfeld zu berechnen, das dann in der Messeinrichtung bzw. in der Datenverarbeitungseinrichtung hinterlegt wird. Das besagte analytische Modell ist bevorzugt für rein geschichtete Resonatoren, d.h. aus ebenen, parallelen Schichten

bestehend gültig.

Der unmittelbaren Steuerung der akustischen Frequenz und elektrischen Signalhöhe geht daher unter Umständen eine Modellierung voraus. Typischerweise beginnt man mit dem oder den Komponenten des Ultraschalltreibers, z.B. die PZT-Scheiben der piezoelektrischen Einheiten, vermisst diese und simuliert diesen einfachen Aufbau, um Daten für die tatsächlichen Materialparameter zu bekommen, da diese mitunter von den Datenblattwerten erheblich abweichen. Es können dann Schritt für Schritt die weiteren Schichten hinzugefügt werden, und zwar sowohl im Modell als auch in der Realität. Bestenfalls wird das Modell in solchen Iterationen — Erweiterung, Vermessung, Modellierung — Schicht für Schicht aufgebaut. Es ist dadurch sichergestellt, dass das Modell der Realität so nahe wie möglich kommt.

Die erwähnte Verlustleistungsdichte gibt Auskunft darüber, welcher Anteil der Energie in Wärme verwandelt wird, ist also ein Maß für das Aufheizen des Systems. Es könnte also eine Verminderung der Leistung des elektrischen Treibersignals günstig sein, um eine Temperaturerhöhung zu verhindern. Das gilt für biologische Anwendungen, aber

z.B. auch, um die erwähnte Schallgeschwindigkeitsänderung zu verhindern.

Der andere angeführte Fall der Energiedichte in der Flüssigkeitsschicht hat intrinsisch mit einem bevorzugten Anwendungsgebiet zu tun. Die Energiedichte ist direkt mit den Schallstrahlungskräften verknüpft, die für die Teilchenagglomeration, die Teilchenseparation, das De-Populieren bestimmter Bereiche, die Emulsionsspaltung und auch das De-Bubbling verantwortlich sind. Sollten sich also die Verhältnisse ändern, d.h. der Resonanzzustand sich auf Grund von Änderungen des Systems verändern, dann ist es wichtig, die Frequenz und unter Umständen auch die Leistung zu verändern, sodass der Resonanzzustand wieder hergestellt wird. Wenn es sich zum Beispiel um eine Teilchenseparation handelt, die dazu durchgeführt wird, um die Qualität einer Messung zu erhöhen, dann ist ein Eingreifen schon deshalb vorteilhaft,

um den Messablauf nicht zu stören. Beschreibung einer möglichen Funktionsweise der bevorzugten Ausführungsform:

Es wird für die hier gestellte Regelungsaufgabe eine Methode bereitgestellt, die an den

Elektroden der elektrischen Treibereinheiten eines derartigen Resonators unter Last,

zum Beispiel bei Spannungen von 1000 Vss, die anliegende Spannung, den Strom und die Phasendifferenz zwischen den beiden erfassen kann.

Die Messergebnisse von Spannung, Strom und/oder Phase — es kann sich auch um die komplexe Impedanz oder um die komplexe Admittanz handeln — werden in Hinblick auf die gewünschte Größe in dem Resonator bzw. mit einem Modell verglichen. In weiterer Folge kann das Treibersignal hinsichtlich Frequenz und/oder Intensität geregelt werden. Die gewünschte Größe kann sich aus einem analytischen oder numerischen Modell ergeben, das hinterlegt ist oder „live“ berechnet wird. Es ist auch denkbar, dass eine weitere Messung, wie z.B. die der Auslenkung oder Auslenkungsgeschwindigkeit der Regelung zugrunde gelegt wird.

Ein typisches Design beinhaltet einen Ultraschalltreiber mit mindestens zwei Elektroden. Außerdem sind bevorzugt eine Flüssigkeitsschicht und ein Reflektor, also eine abschließende Impedanzstufe anzunehmen. Hier handelt es sich um einen einfachen Fall - es können aber weitere Bereiche, wie Anpassungsschichten oder auch Backplanes zur Verbreiterung des Frequenzganges, vorhanden sein.

Der Resonanzzustand — im Sinne der Erfindung kann bevorzugt jeder Schwingungszustand des Systems sein — wird wie beschrieben mit der 0.g. Messung und einem Vergleich mit einem Modell eingestellt. Gegebenenfalls werden auch Veränderungen im Verlauf des Prozesses kompensiert. Es kann sich dabei um Anwendungen der Teilchenmanipulationen, wie beispielsweise Agglomeration, Separation, De-Population, Selektivitätserhöhung von Messungen, Separation von Teilchen, Emulsions-Splitting etc. handeln. Dabei wird beispielsweise die mechanische Resonanz des Resonators, d.h. jene Frequenz, bei der die maximale akustische Energie in der Flüssigkeitsschicht wirkt, verwendet.

Es kann beispielsweise die Energiedichte in der Fluidschicht eines derartigen

geschichteten Resonators berechnet werden, wobei versucht wird, die Frequenz im Bereich des Maximums zu halten, um die Wirksamkeit des Filters zu optimieren.

Eine durch Veränderungen im Resonator nötige Anpassung der Frequenz bzw. Intensität wird des Weiteren detektiert und kann als eigenes Messsignal ausgewertet werden. So kann gezeigt werden, dass in Resonatoren fixierte Teilchen die Admittanzantwort beeinflussen. Genauer werden beispielsweise die Resonanzfrequenz und die Resonanzgüte, gemessen mit einem Benchtop-Networkanalyzer, durch die Anordnung einer Gruppe Teilchen beeinflusst — die Resonanzfrequenz ändert sich („shiftet“) abhängig von der Lage der Resonanz und die Resonanzgüte sinkt, wenn Teilchen, wie z.B. Hefezellen oder PMMA Partikel, in der vom Schallfeld bedingten Agglomeration oder Separation vorliegen.

Weitere Messungen haben gezeigt, dass derartige Veränderungen, also die örtliche Manipulation in der Flüssigkeitsschicht, zu Veränderungen der Wellenform des Anregungssignales führen. In anderen Worten verändert sich das Spektrum des Resonators. Das bedeutet, dass über die Änderung des Spektrums, der Resonanzfrequenz bzw. -güte Information über das Teilchen-Ensemble in der Flüssigkeitsschicht gewonnen werden können, so können Messungen an der

Flüssigkeit vorgenommen werden.

Die Ausführungsform bzw. eine bevorzugte Vorrichtung ermöglicht die Messung der für eine akustische Feldcharakterisierung unter Last notwendigen elektrischen Parameter. Die elektrischen Parameter ermöglichen unter anderem das Nachführen der elektrischen Kenngrößen für das akustische Ultraschallfeld.

Die elektrischen Parameter, die durch die Schaltung erfasst bzw. gemessen werden, sind Spannung, der Strom, welcher durch den Messwiderstand fließt, und die Differenz der Phase zwischen dem Spannungssignal und dem Stromsignal. Die Schaltung zeichnet sich dadurch aus, dass Signale vom niedrigen NF-Bereich bis hoch in den zweistelligen MHz-Bereich linear erfasst werden können, analog verarbeitet werden und von der Schaltung in leicht auszuwertende DC-Signalspannungen umgewandelt werden. Das ermöglicht den Verzicht auf sehr schnelle Analog/Digital-Konverter (ADC) und die damit einhergehende aufwendige digitale Signalverarbeitung. Die von der

Schaltung ausgegebenen DC-Spannungen können von handelsüblichen und präzisen

ADC’s mit niedrigen Tastfrequenzen aufgenommen und verarbeitet werden. Natürlich können die Signale auch von schnellen ADC’s ausgelesen und verarbeitet werden.

Der Strom wird bevorzugt indirekt, unter der Ausnutzung des Ohm’schen Gesetztes, über einen Strommesswiderstand gemessen. Es gibt auch alternative Ansätze zum Messen des Stroms wie beispielsweise die Messung mittels eines Stromtransformators, einer Rogowski-Spule, über den Hall-Effekt oder über den AMR-Effekt oder gegebenenfalls über andere magneto-resistive Effekte. Die Wahl des Effektes zur Strommessung erfolgt nach Kriterien der maximal für die Messaufgabe benötigten Bandbreite in der Frequenz.

Die Erfindung wird nun anhand von exemplarischen Ausführungsformen, dargestellt in

den Figuren 1 und 2, weiter beschrieben.

Figur 1 zeigt maßgebliche Komponenten einer Schaltung zur Regelung eines

Resonanzzustandes.

Figur 2 zeigt maßgebliche Komponenten der Schaltung einer Messeinrichtung.

Figur 3 zeigt maßgebliche Komponenten der Schaltung einer Messeinrichtung.

Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht von Komponenten eins Messgeräts.

Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen folgenden Merkmalen:

Signalquelle 1, Regler 2, Stelleinrichtung 3, Regelstrecke 4, Messeinrichtung 5, Attenuierung 6, Strommessung 7, Phasenmessung 8, Instrumentierungsblock 9, Shunt 10, Ultraschalltreiber 11, Fluidraum 12, Verstärker 13, Teilchen 14, Sensor 15.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines Regelkreises mit einem Regler 2, mindestens

einer Signalquelle 1, einer Stelleinrichtung 3, einer Regelstrecke 4 und der

Messeinrichtung 5.

Figur 2 zeigt eine Schaltung in der Konfiguration einer High-Side-Messung mit einer Attenuierung 6, einer Spannungsmessung bzw. einer spannungsproportionalen Strommessung 7, einer Phasenmessung 8 zwischen Spannung und Strom und einer Messimpedanz bzw. einem Shunt 10. Für eine Anordnung der Schaltung als High-Side-

Messung ist ein Instrumentierungsblock 9 zur Strommessung 7 vorgesehen.

Zur sogenannten High-Side-Messung ist der elektrische Verstärker 13 für den Ultraschalltreiber 11 am Ausgang der Regelstrecke 4 vorgesehen, wobei der Shunt 10 vor die Last, insbesondere vor den Ultraschalltreiber 11, geschaltet ist.

Figur 3 zeigt eine Schaltung in der Konfiguration einer Low-Side-Messung. Dabei ist kein Instrumentierungsblock 9 notwendig. Hierbei ist der elektrische Verstärker 13 für den Ultraschalltreiber 11 vor der Last, also vor dem Ultraschalltreiber 11 angeordnet. Der Shunt 10 ist nach dem Ultraschalltreiber 11 angeordnet, wobei der Shunt 10 dabei auf Masse geführt ist.

Figur 4 zeigt eine schematische Anordnung von Komponenten einer möglichen Ausführungsform eines Messgeräts. Dieses umfasst einen Fluidraum 12, der im Betrieb mit einem Messfluid gefüllt ist. Der Fluidraum 12 kann ein geschlossener Raum oder ein

offener und gegebenenfalls vom Messfluid durchströmter Raum sein.

Auf das in dem Fluidraum 12 befindliche Messfluid wirkt im Betrieb ein Ultraschalltreiber 11, der bevorzugt als Schallgeber, wie beispielsweise als piezoelektrischer Schallgeber, ausgebildet ist. Der Ultraschalltreiber 11 ist mit einem Verstärker 13 verbunden, wobei der Verstärker 13 insbesondere als elektrische Signalverstärkung zum Betrieb des Ultraschalltreibers 11 ausgebildet ist.

Das Messfluid, der Ultraschalltreiber 11, ein Reflektor und gegebenenfalls weitere Schichten bilden während des Betriebs Teile eines Resonators und eines gemeinsamen mechanischen Schwingungssystems. Das Schwingungssystem kann einen gewünschten Resonanzzustand erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform der Fig. 4 wird ein Resonanzzustand erzeugt, bei dem es zu einer Separation und

Agglomeration der Teilchen 14 in mehreren Bereichen kommt.

Erfindungsgemäß ist eine Messeinrichtung 5 vorgesehen, die zur Feststellung des Schwingungszustandes des mechanischen Schwingungssystems während des Betriebs den Strom, die Spannung und die Phasenverschiebung am, unter Betriebsspannung betriebenen, Ultraschalltreiber 11 erfasst. Die Messeinrichtung 5 ist in allen Ausführungsformen bevorzugt ein Teil einer Schaltung, die den Ultraschalltreiber 11

und den Verstärker 13 umfasst. Bevorzugt ist die Messeinrichtung 5 ein Teil der

Schaltung gemäß Fig. 2 oder Fig. 3.

Zusätzlich ist in dieser Ausführungsform auch noch ein Sensor 15 zur Analyse des Messfluids vorgesehen. Dieser Sensor 15 bzw. dessen Oberfläche kann, wie im vorliegenden Fall, auch als Reflektor wirken. Der Sensor 15 kann beispielsweise ein optischer Sensor, wie z.B. ein Infrarotsensor sein. Wenn die zu bestimmenden Parameter des Messfluids durch die Messeinrichtung 5 selbst erfasst werden können, kann ein derartiger Sensor 15 auch entfallen.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Aufbereitung und/oder Analyse eines Messfluids für die Messung in einem Messgerät, umfassend: - einen Fluidraum (12), der während des Betriebs mit dem Messfluid gefüllt oder von dem Messfluid durchströmt ist, - einen elektrisch angetriebenen Ultraschalltreiber (11), der das Messfluid während des Betriebs durch Anlegen einer elektrischen Betriebsspannung in Schwingung versetzt, - wobei das Messfluid, der Ultraschalltreiber (11), gegebenenfalls ein Reflektor und gegebenenfalls weitere Schichten während des Betriebs Teile eines Resonators und eines gemeinsamen mechanischen Schwingungssystems sind, dadurch gekennzeichnet, - dass eine Messeinrichtung (5) vorgesehen ist, die den Schwingungszustand des mechanischen Schwingungssystems während des Betriebs durch Erfassen von Strom und/oder Spannung und/oder Phasenverschiebung am, unter Betriebsspannung betriebenen, Ultraschalltreiber (11) feststellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) zur Feststellung des Schwingungszustandes des mechanischen Schwingungssystems die komplexe Impedanz oder die komplexe Admittanz aus den Größen Strom, Spannung und Phasenverschiebung errechnet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) den Strom und/oder die Spannung und/oder die Phasenverschiebung an den Elektroden des Resonators, insbesondere an den Elektroden des Ultraschalltreibers (11), erfasst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Shunt (10) zur Erfassung des Stroms und/oder der Spannung und/oder der Phasenverschiebung vorgesehen ist,

- wobei der Shunt (10) gemäß einer ersten Schaltungskonfiguration zwischen einer elektrischen Signalverstärkung für den Ultraschalltreiber (11) und einer Elektrode des Ultraschalltreibers (11) angeordnet ist,

- oder wobei der Shunt (10) gemäß einer zweiten Schaltungskonfiguration

zwischen einer Elektrode des Ultraschalltreibers (11) und einer Masseleitung angeordnet ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) zur indirekten Messung des akustomechanischen Zustandes über die Messung der elektromechanisch gekoppelten Signalparameter der elektrischen Anregung im Betrieb, insbesondere unter elektrischem Betriebsstrom, eingerichtet ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Ultraschalltreiber (11) eine oder mehrere Ultraschalltreibereinheiten umfasst,

- und/oder dass der Ultraschalltreiber (11) einen oder mehrere piezoelektrische Ultraschalltreiber (11) umfasst,

- und/oder dass der Ultraschalltreiber (11) durch einen oder mehrere piezoelektrische Ultraschalltreiber (11) gebildet ist,

wobei die Ultraschalltreibereinheiten gegebenenfalls an unterschiedlichen Positionen entlang des Fluidraums (12) angeordnet sein können.

Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung des Betriebsstroms des Ultraschalltreibers (11) größer ist als 5Vss, insbesondere größter ist als 10Vss oder größer ist als 30V: und bevorzugt etwa 15Vss beträgt, wobei die Spannungsangaben jeweils die Spannungsdifferenz zwischen Spannungsspitzenwert und Spannungstalwert der Wechselstromspannung ist.

Messgerät umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche und gegebenenfalls eine zusätzliche Sensoranordnung, die zur Analyse des in dem Fluidraum (12) angeordneten oder strömenden und in

Schwingung versetzten Messfluids eingerichtet ist.

Verfahren zur Aufbereitung und/oder Analyse eines Messfluids für die Messung in einem Messgerät,

- wobei das Messfluid während des Betriebs in einem Fluidraum (12) angeordnet ist oder den Fluidraum (12) durchströmt,

11.

12.

13.

23 — 60023 —

- wobei das Messfluid durch Anlegen eines Betriebsstroms an einen elektrisch angetriebenen Ultraschalltreiber (11) in Schwingung versetzt wird,

- wobei das Messfluid, der Ultraschalltreiber (11) und gegebenenfalls ein Reflektor während des Betriebs Teile eines Resonators und eines gemeinsamen mechanischen Schwingungssystems sind,

dadurch gekennzeichnet,

- dass der Schwingungszustand des mechanischen Schwingungssystems während des Betriebs durch Erfassen des Stroms und/oder der Spannung und/oder der Phasenverschiebung am, unter Betriebsspannung betriebenen, Ultraschalltreiber (11) festgestellt wird.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feststellung des Schwingungszustands des mechanischen Schwingungssystems die komplexe Impedanz oder die komplexe Admittanz aus den Größen Strom, Spannung und Phasenverschiebung errechnet wird.

Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom und/oder die Spannung und/oder die Phasenverschiebung an den Elektroden des Resonators, insbesondere an den Elektroden des Ultraschalltreibers (11), erfasst wird oder werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Strom und/oder die Spannung und/oder die Phasenverschiebung gemäß einer ersten Schaltungskonfiguration über einen zwischen dem Ausgang der elektrischen Signalverstärkung und einer Elektrode des Ultraschalltreibers (11) angeordneten Shunt (10) erfasst wird oder werden,

- oder dass der Strom und/oder die Spannung und/oder die Phasenverschiebung gemäß einer zweiten Schaltungskonfiguration über einen zwischen dem Ausgang der elektrischen Signalverstärkung und einer Elektrode des Ultraschalltreibers (11) angeordneten Shunt (10) erfasst wird oder werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der akustomechanische Zustand über eine Messung der elektromechanisch gekoppelten Signalparameter der elektrischen Anregung im Betrieb, insbesondere unter Betriebsstrom, indirekt gemessen wird.

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15.

16.

17.

18.

24 — 60023 —

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der folgenden Parameter erfasst werden: Teilchenvorhandensein im Messfluid, Änderung des Teilchenvorhandenseins im Messfluid, Teilchenkonzentration im Messfluid, Änderung der Teilchenkonzentration im Messfluid, Gesamtmasse der im Fluidraum (12) befindlichen Teilchen (14), Änderung der Gesamtmasse der im Fluidraum (12) befindlichen Teilchen (14), Temperatur des Messfluids, Änderung der Temperatur des Messfluids, Dichte des Messfluids, Änderung der Dichte des Messfluids, Dämpfung durch das Messfluid, Änderung der Dämpfung durch das Messfluid, Verschmutzung des Ultaschalltreibers (11) und/oder des Reflektors.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet,

- dass ein oder mehrere Parameter zur Regelung einer Kompensation einer Schallgeschwindigkeitsänderung im Messfluid erfasst werden,

- wobei die Schallgeschwindigkeitsänderung insbesondere durch eine Temperaturänderung, eine Dichteänderung und/oder eine Kompressibilitätsänderung bedingt ist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, - dass ein oder mehrere Parameter zur Regelung einer Temperaturkompensation erfasst werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet,

- dass ein oder mehrere Parameter zur Bestimmung des Resonanzzustandes, insbesondere durch Bestimmen eines Konduktanzwertes, eines Admittanzwertes oder eines Suszeptanzwertes, beispielsweise des Konduktanzmaximums, des Admittanzmaximums oder des Suszeptanz-Nulldurchgangs, erfasst werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der Schallgeschwindigkeit im Messfluid, insbesondere eine Änderung der Temperatur des Messfluids, der Dichte des Messfluids und/oder der Kompressibiliät des Messfluids dadurch festgestellt wird,

- dass sich bei der Änderung die Resonanzfrequenz verändert.

20.

21.

25 — 60023 —

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Resonanzzustand dadurch eingestellt wird,

- dass in einem ersten Schritt grob die Frequenz einer Resonanz eingestellt wird, - und dass in einem zweiten Schritt diese Frequenz dadurch genau eingestellt wird, dass sie verändert wird, bis durch die Messung von Strom, Spannung und Phasenverschiebung ein bestimmter Konduktanzwert, ein bestimmter Admittanzwert, ein bestimmter Suszeptanzwert, insbesondere ein Konduktanzmaximum, ein Konduktanzminimum, ein Admittanzmaximum, ein Admittanzminimum, ein Suszeptanzmaximum, Suszeptanzminimum oder ein Suszeptanz-Nulldurchgang, festgestellt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, wobei ein Resonanzzustand dadurch gehalten wird,

- dass die eingestellte Frequenz einer Änderung der Resonanzfrequenz, z.B. durch eine Temperaturänderung, dadurch nachgeführt und insbesondere geregelt wird, dass sie verändert wird bis durch die Messung von Strom, Spannung und Phasenverschiebung ein bestimmter Konduktanzwert, ein bestimmter Admittanzwert, ein bestimmter Suszeptanzwert, insbesondere ein Konduktanzmaximum, ein Konduktanzminimum, ein Admittanzmaximum, ein Admittanzminimum, ein Suszeptanzmaximum, Suszeptanzminimum oder ein Suszeptanz-Nulldurchgang, festgestellt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eigenschaft des Resonators, wie beispielsweise die Verlustleistung in dem Ultraschalltreiber (11), an einen bestimmten Wert dadurch angepasst wird,

- dass in einem ersten Schritt die Temperatur des Ultraschalltreibers (11) aus der Änderung der Resonanzfrequenz geschlossen wird,

- und dass in einem zweiten Schritt die eingestellte elektrische Leistung des Ultraschalltreibers (11) begrenzt wird, damit die Temperatur einen bestimmten Wert nicht überschreitet.