DE102004018506A1

DE102004018506A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Messvorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße und entsprechende Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102004018506A1
Application number: DE200410018506
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Wegner; Sergej Dr. Lopatin
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-11-03

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Messvorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, wobei die Messvorrichtung (1) mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit (5) aufweist. Die Erfindung beinhaltet, dass die mechanisch schwingfähige Einheit (5) mit einer einstellbaren Anregungsfrequenz (f) zu Schwingungen angeregt wird, dass die Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) empfangen werden, dass die Anregungsfrequenz (f) variiert wird, dass die empfangenen Schwingungen derartig ausgewertet werden, dass mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) bestimmt wird und dass in dem Fall, dass mehr als eine Resonanzfrequenz bestimmt wird und dass die Differenz der Resonanzfrequenzen größer als ein vorgebbarer Toleranzwert ist, die mechanisch schwingfähige Einheit (5) in ihren Schwingungseigenschaften verändert wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine entsprechende Vorrichtung und auf eine Messvorrichtung (1) selbst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Messvorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, wobei die Messvorrichtung mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens und auf eine solche Messvorrichtung selbst. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität des Mediums in dem Behälter. Bei der mechanisch schwingfähigen Einheit kann es sich beispielsweise um eine Schwinggabel oder um einen Einstab handeln.
Von der Anmelderin werden unter der Bezeichnung „Liquiphant" Füllstandsmessgeräte hergestellt und vertrieben. Diese Messgeräte weisen eine Schwinggabel mit zwei Zinken als mechanisch schwingfähige Einheit auf, die über eine Membran durch ein piezoelektrisches Element als Antriebs-/Empfangseinheit zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Dabei schwingen die beiden Gabelzinken gegensinnig zueinander. Kommt das Medium, dessen Füllstand überwacht werden soll, in Kontakt mit der schwingfähigen Einheit, so führt dies zu einer Änderung der Frequenz und/oder der Amplitude der Schwingungen. Somit lässt sich also das Erreichen eines Füllstands detektieren. Entsprechend ist es auch möglich, das Unterschreiten eines Füllstands zu bestimmen, d.h. wenn die Schwinggabel zunächst vom Medium bedeckt ist und dann der Pegel sinkt.
Die Membran, an der die schwingfähige Einheit befestigt ist und über die sie zu Schwingungen angeregt wird, bzw. über die die Schwingungen detektiert werden, ist über eine Einspannung mit einem Gehäuse des Messgerätes oder mit einer Behälterwand verbunden. Weiterhin ist üblicherweise in dem Messgerät noch eine Verstärkungseinheit vorgesehen, die die empfangenen Signale verstärkt und rückkoppelt.
Wichtig bei Schwinggabeln, aber auch bei allen sonstigen mechanisch schwingfähigen Einheiten, die in Messgeräten Anwendung finden, ist die Symmetrie der schwingfähigen Einheit. So muss bei der Schwinggabel gewährleistet sein, dass beide Zinken derartig gegensinnig schwingen, dass Reaktionskräfte und -momente, die auf die Einspannung wirken, möglichst minimal sind. Dafür ist es z.B. erforderlich, dass beide Zinken gleiche Massenträgheitsmomente, also auch gleiche Drehmomente aufweisen. Die schwingfähige Einheit ist also dann symmetrisch aufgebaut, wenn ihre Schwingungen nicht zu Reaktionskräften und -momenten an der Einspannung führen, wenn es also Teileinheiten der mechanisch schwingfähigen Einheit – z.B. die erwähnten Zinken der Gabel – gibt, deren Schwingungen derartig aufeinander abgestimmt sind, dass sich die Kräfte und Momente in der Einspannung gerade gegenseitig aufheben, so dass die verbleibenden Reaktionskräfte und -momente möglichst Null sind. Ist eine Unsymmetrie gegeben – ist also beispielsweise ein Zinken schwerer als der andere -, so kann nicht mehr gewährleistet werden, dass sich die auf die Einspannung wirkenden Kräfte und Momente kompensieren. Eine solche Kompensation ist u.a. wichtig, um zu verhindern, dass über die Einspannung Energie verloren geht. Ein Energieverlust führt dazu, dass die Schwingungsamplitude abnimmt. Weiterhin kann eine Asymmetrie dazu führen, dass die Schwingungsfrequenz zufallsbedingt zwischen zwei Werten wechselt, was die Messung verfälschen kann.
Eine Methode im Stande der Technik, die Symmetrie einer Schwinggabel zu messen, besteht darin, die Schwingfrequenz jedes Zinken einzeln zu bestimmen. Treten Unterschiede auf, die größer als ein vorgegebener Toleranzbereich sind, so wird z.B. das Gewicht oder die Steifigkeit der Zinken geändert, z.B. verkleinert. Dieses Messen der Frequenzen ist sehr aufwendig. Weiterhin ist die Umsetzung der Methode bei einem Einstab, bestehend aus einem inneren Schwinger und einer den inneren Schwinger umgebenden Röhre, nur sehr schwer möglich.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Schwingungseigenschaften der mechanisch schwingfähigen Einheit von Messgeräten zu bestimmen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung einer Messvorrichtung. Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe mit einer Messvorrichtung selbst, wodurch es möglich wird, die Symmetrie auch während der Anwendung der Messvorrichtung, also nach der Installation zu überwachen. Durch die Erfindung ist es zum einen möglich, eine Asymmetrie bei der Herstellung einer Messvorrichtung zu verhindern und zum anderen lässt sich durch die Erfindung die Symmetrie und damit verbunden die Messgenauigkeit nach der Installation überwachen.
Die Erfindung löst die Aufgabe in einer ersten Variante hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung einer Messvorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, wobei die Messvorrichtung mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit aufweist, dadurch, dass die mechanisch schwingfähige Einheit mit einer einstellbaren Anregungsfrequenz (f) zu Schwingungen angeregt wird, dass die Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit empfangen werden, dass die Anregungsfrequenz (f) variiert wird, dass die empfangenen Schwingungen derartig ausgewertet werden, dass mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit bestimmt wird, und dass in dem Fall, dass mehr als eine Resonanzfrequenz bestimmt wird, und dass die Differenz der Resonanzfrequenzen größer als ein vorgebbarer Toleranzwert ist, die mechanisch schwingfähige Einheit in ihren Schwingungseigenschaften verändert wird. Der Toleranzwert, d.h. die maximale tolerierbare Frequenzdifferenz zwischen den gefundenen Resonanzfrequenzen, wird ggf. auf Null gesetzt, d.h. es dürfen nicht mehrere Resonanzfrequenzen auftreten. Je nach der Anwendung und der zu erzielenden Messgenauigkeit bzw. nach den Auswirkungen der Unterschiede in der Resonanzfrequenz auf die Messgenauigkeit ist ein solcher Toleranzwert zu setzen. Die Grundidee ist also, dass die mechanisch schwingfähige Einheit mit unterschiedlichen Frequenzen (f) angeregt wird und dass die Schwingungen bei diesen unterschiedlichen Anregungsfrequenzen (f) detektiert werden. Es wird also das Verhalten der mechanisch schwingfähigen Einheit in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz gemessen. Aus den Schwingungen lässt sich dann mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit bestimmen, indem die Anregungsfrequenz ausgewählt wird, mit welcher sich beispielsweise die größte Amplitude der Schwingungen erzeugen lässt. Wird nur eine Resonanzfrequenz bestimmt, so ist die mechanisch schwingfähige Einheit symmetrisch aufgebaut. Für die Schwinggabel als Beispiel – äquivalent bei einem Einstab der innere Schwinger und die äußere Röhre – bedeutet dies, dass die beiden Gabelzinken – als Teileinheiten der mechanisch schwingfähigen Einheit – gleiche Schwingungseigenschaften aufweisen. Lassen sich jedoch aus den gemessenen Schwingungen mehrere Resonanz bestimmen, so ist keine vollständige Symmetrie gegeben. Für diesen Fall können auch entsprechende Toleranzbereiche für die Frequenzdifferenz zwischen den bestimmten Resonanzfrequenzen vorgegeben werden. Ist der Unterschied größer als der Toleranzbereich, so muss die schwingfähige Einheit entsprechend nachgebessert werden, indem z.B. Material von einer Teileinheit der schwingfähigen Einheit abgetragen wird. Die Schwingungseigenschaften der Teileinheiten der schwingfähigen Einheit werden also derart nachgebessert, dass sie möglichst gleich sind.
Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Amplitude der empfangenen Schwingungen in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz (f) ausgewertet wird. Bei der Resonanzfrequenz stellt sich erwartungsgemäß die größte Amplitude ein. Deshalb erlaubt umgekehrt die Amplitude einen Rückschluss auf die Resonanzfrequenz. Praktisch bedeutet dies, dass die Amplituden gegen die Anregungsfrequenzen aufgetragen werden und dass die größte Amplitude/n der oder den Resonanzfrequenzen zugeordnet ist/sind.
Die Erfindung löst die Aufgabe bezüglich des Verfahrens mit einer zweiten Variante dadurch, dass die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Puls einer einstellbaren Anregungsdauer (T) zu Schwingungen angeregt wird, dass das zeitliche Abklingen der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit empfangen wird, dass das empfangene zeitliche Abklingen der Schwingungen derartig ausgewertet wird, dass mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit bestimmt wird und dass in dem Fall, dass mehr als eine Resonanzfrequenz bestimmt wird, und dass die Differenz der Resonanzfrequenzen größer als ein vorgebbarer Toleranzwert ist, die mechanisch schwingfähige Einheit in ihren Schwingungseigenschaften verändert wird. In dieser Variante wird die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Puls zu Schwingungen angeregt, wobei sich durch die kurze Dauer des Pulses eine Anregung mit einem ganzen Frequenzband (die Breite des Frequenzbandes ist dabei umgekehrt proportional zur Dauer T des Pulses) ergibt. Die schwingfähige Einheit wird also simultan mit einer Vielzahl von Frequenzen angeregt. Wird anschließend das zeitliche Abklingen der Schwingungen detektiert, so kann aus diesem Zeitsignal ebenfalls die mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit bestimmt werden. Werden nach dieser Variante ebenfalls mehrere Resonanzfrequenzen bestimmt, die sich mehr als über einen vorgebbaren Toleranzbereich unterscheiden, so muss ebenfalls die mechanisch schwingfähige Einheit nachbearbeitet oder aus der Produktion herausgenommen werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Fouriertransformierte des empfangenen zeitlichen Abklingens der Schwingungen ausgewertet wird. Wird das Zeitsignal der Schwingungen, also das Abklingen, einer Fouriertransformation unterzogen, so ergibt sich das Spektrum – also Amplitude gegen Frequenz – der Schwingungen. Mit anderen Worten, die Fouriertransformierte des zeitlichen Abklingens der Schwingungen ist die Messkurve, wenn man in der ersten Variante des Verfahrens die Amplitude der Schwingungen gegen die Frequenz aufträgt. Dies erlaubt wiederum sehr einfach die Bestimmung der Resonanzfrequenzen. Aus dem Zeitsignal lässt sich diese Information jedoch mit entsprechenden Fit- oder Anpassungsroutinen ebenfalls gewinnen.
Beiden erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten ist gemein, dass die mechanisch schwingfähige Einheit mit unterschiedlichen Frequenzen zu Schwingungen angeregt wird und dass dann aus diesem Frequenzverhalten die mindestens eine Resonanzfrequenz bestimmt bzw. aus den Anregefrequenzen ausgewählt wird. Der Unterschied besteht nur darin, dass in der ersten Variante alle Frequenzen – bzw. Frequenzen mit vorgegebenen Abständen – durchgefahren werden und dass zu jeder Anregefrequenz die Schwingungen passend detektiert werden und dass in der zweiten Variante ein Puls für die Anregung benutzt wird und dass aus dem zeitlichen Verhalten – dem Abklingen der Schwingungen – die Resonanzfrequenz/en bestimmt wird/werden.
Entsprechend den beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt es auch zwei Varianten der Vorrichtung zur Durchführung der Verfahrensvarianten.
Die Erfindung löst die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung zur Herstellung einer Messvorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, nach der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Messvorrichtung mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit aufweist, in einer ersten Variante – entsprechend der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens – dadurch, dass mindestens eine Antriebs-/Empfangseinheit zur Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit zu Schwingungen bzw. zum Empfang der Schwingungen vorgesehen ist, wobei die Antriebs-/Empfangseinheit die mechanisch schwingfähige Einheit mit einer einstellbaren Anregungsfrequenz (f) zu Schwingungen anregt, und dass mindestens eine Auswerte-/Regeleinheit zum Regeln der Anregung bzw. zum Auswerten der empfangenen Schwingungen vorgesehen ist, wobei die Auswerte-/Regeleinheit die Anregungsfrequenz (f) variiert. In dieser Ausgestaltung wird von der Vorrichtung die Anregungsfrequenz der unterschiedlichen Anregungen der mechanisch schwingfähigen Einheit zu Schwingungen variiert und aus den entsprechend detektierten Schwingungen wird dann die mindestens eine Resonanzfrequenz der schwingfähigen Einheit bestimmt. Dafür kann beispielsweise die Amplitude der Schwingungen herangezogen werden.
Die zweite erfindungsgemäße Variante der Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe sieht vor, dass mindestens eine Antriebs-/Empfangseinheit zur Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit zu Schwingungen bzw. zum Empfang des zeitlichen Abklingens der Schwingungen vorgesehen ist, wobei die Antriebs-/Empfangseinheit die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Puls einer einstellbaren Anregungsdauer (T) zu Schwingungen anregt, und dass mindestens eine Auswerte-/Regeleinheit zum Regeln der Anregung bzw. zum Auswerten des empfangenen zeitlichen Abklingens der Schwingungen vorgesehen ist. In dieser Variante der Vorrichtung wird die Symmetrie durch die Anregung mit einem Puls und durch die anschließende Auswertung des zeitlichen Abklingens der Schwingungen überprüft.
In beiden Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also gemessen, wie die mechanisch schwingfähige Einheit auf Anregungen reagiert. Entweder wird ein Band von Anregungsfrequenzen durchgefahren oder es wird über einen Puls eine ganze Bandbreite auf einmal zur Anregung herangezogen. Findet sich mehr als eine Resonanzfrequenz und unterscheiden sich die Resonanzfrequenzen über ein bestimmtes, festzulegendes Maß hinaus, so muss die mechanisch schwingfähige Einheit nachgebessert oder aus der Produktion genommen werden. Es wird beispielsweise das Trägheitsmoment, das Gewicht oder das Drehmoment der Teileinheiten der mechanisch schwingfähigen Einheit verändert.
Die Idee, das Frequenzverhalten der mechanisch schwingfähigen Einheit zu messen und daraus Information über die schwingfähige Einheit zu gewinnen, lässt sich auch bei der Messvorrichtung selbst anwenden. Durch Ansatz des Mediums an der Einheit oder durch ein aggressives oder abrasives Medium kann sich das Gewicht und das Trägheitsmoment der Einheit verändert. In den meisten Fällen wird dadurch die Symmetrie aufgehoben und es kann nicht mehr optimal gemessen werden. Daher ist es im Sinne der Selbstüberwachung sinnvoll, wenn die Symmetrie regelmäßig auch am eingebauten Messgerät überwacht und Abweichungen entsprechend kommuniziert werden.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer ersten Variante einer Messvorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit dadurch, dass mindestens eine Antriebs-/Empfangseinheit zur Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit zu Schwingungen mit einer einstellbaren Anregungsfrequenz (f) bzw. zum Empfang der Schwingungen vorgesehen ist, dass mindestens eine Auswerte-/Regeleinheit zum Regeln der Anregung bzw. zum Auswerten der empfangenen Schwingungen vorgesehen ist, wobei die Auswerte-/Regeleinheit die Anregungsfrequenz (f) variiert, und wobei die Auswerte-/Regeleinheit aus den empfangenen Schwingungen mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit bestimmt. Die Idee ist also, dass in gewissen einstellbaren – der zeitliche Abstand zwischen solchen Überprüfungen ist dabei abhängig von der Art und dem Anwendungsbereich der Messvorrichtung und auch von dem Medium – Abständen die Anregungsfrequenzen durchgefahren werden und dass aus den Schwingungen der Einheit die Resonanzfrequenzen bestimmt wird/werden. Dabei sollte in Abhängigkeit von der Art und Position des Einbaues der Messvorrichtung im das Medium enthaltenen Behälter sichergestellt sein, dass die schwingfähigen Teileinheiten der schwingfähigen Einheit – also beispielsweise bei einer Schwinggabel die beiden Gabelzinken – beide entweder bedeckt sind oder frei schwingen. Im anderen Fall müsste es ermöglicht werden, dass bzgl. der Resonanzfrequenz auf den unbedeckten Zustand einer Zinke zurückgerechnet werden kann.
In der zweiten Variante ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung derartig ausgestaltet, dass mindestens eine Antriebs-/Empfangseinheit zur Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit mit einem Puls mit einstellbarer Anregungsdauer (T) zu Schwingungen bzw. zum Empfang des zeitlichen Abklingens der Schwingungen vorgesehen ist, dass mindestens eine Auswerte-/Regeleinheit zum Regeln der Anregung bzw. zum Auswerten des empfangenen zeitlichen Abklingens der Schwingungen vorgesehen ist, und wobei die Auswerte-/Regeleinheit aus dem empfangenen zeitlichen Abklingen der Schwingungen mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit bestimmt. Die Anregung mit einem Puls reduziert die Zeit, die für die Frequenzuntersuchung erforderlich ist. Gleichzeitig ist jedoch eine andere Auswertemethode als in der ersten Variante des Verfahrens erforderlich.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung sowohl der ersten, als auch der zweiten Variante sieht vor, dass es sich bei der mechanisch schwingfähigen Einheit um eine Schwinggabel handelt. Solche Schwinggabeln werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung „Liquiphant" hergestellt und vertrieben. Bei solchen Schwinggabeln sind zwei Gabelzinken als Teileinheiten über eine Membran miteinander gekoppelt.
Eine weitere Ausgestaltung der Messvorrichtung der ersten oder der zweiten Variante beinhaltetet, dass es sich bei der mechanisch schwingfähigen Einheit um einen Einstab handelt. Ein solcher Einstab wurde von der Anmelderin beim Deutschen Patent- und Markenamt unter dem Aktenzeichen 103 18 705.7 zum Patent angemeldet. Bei einem solchen Einstab befindet sich ein innerer Schwinger in einem äußeren als Röhre ausgebildeten Schwinger. Solche Einstäbe haben in der Anwendung Schwierigkeiten mit Ansatz, der üblicherweise asymmetrisch ist, und mit Korrosion, die ebenfalls meist asymmetrisch auftritt. In der Anwendung der Messvorrichtungen kann es also bei Einstäben dazu kommen, dass die Symmetrie der mechanisch schwingfähigen Einheit durch den Prozess, bzw. durch das Medium aufgehoben wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer Schwinggabel als mechanisch schwingfähige Einheit einer Messvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
2: einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Messvorrichtung, und
3: eine schematische Darstellung einer Einheit zur Bestimmung der Symmetrie.
1 zeigt die Messvorrichtung 1. Sie besteht aus einem Sensorgehäuse 15, in welchem sich die Antriebs-/Empfangseinheit 25 – z.B. eine piezoelektrische Einheit – befindet. Diese Antriebs-/Empfangseinheit 25 regt über die Membran 10 die mechanisch schwingfähige Einheit 5, die hier eine Schwinggabel mit zwei Zinken als Teileinheiten 6 ist, zu Schwingungen an, bzw. detektiert deren Schwingungen. Die beiden Zinken 6 schwingen gegensinnig zueinander. Weisen beide Zinken gleiche Trägheitsmomente auf oder sind sie allgemein symmetrisch zueinander, so kompensieren sich die einzelnen Kräfte und Momente, die durch die Schwingungen an der Einspannung der Membran 10 am Gehäuse 15 auftreten. Unterscheiden sich die Zinken – ist die mechanisch schwingfähige Einheit 5 also asymmetrisch -, so treten verbleibende Reaktionskräfte und -momente auf. Dadurch kann Schwingungsenergie verloren gehen, was sich auch in einer verminderten Empfindlichkeit der Messvorrichtung 1 äußert. Der Verlust an Schwingungsenergie hängt u.a. davon ab, wie fest die Messvorrichtung 1 am Gehäuse 15 befestigt ist und ob Behälterteile – graphisch nicht dargestellt – mitschwingen. Ein stärkeres Problem als der Energieverlust stellt der Fall dar, dass die Schwingfrequenz aufgrund einer Asymmetrie zufällig zwischen zwei Werte hin- und herspringt. In diesem Fall schwingt nur eine Zinke und die andere ist in Ruhe. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn eine Schwinggabel eine Asymmetrie größer als 4-5% in den Frequenzen der beiden Zinken aufweist und die Messvorrichtung in einem massiven Flansch befestigt ist. Die Auswerte-/Regeleinheit 50 befindet sich hier im Sensorgehäuse 15. Somit ist ein Messgerät 1 dargestellt, dass sich direkt anwenden lässt. Die Auswerte-/Regeleinheit 50 übernimmt beispielsweise auch im normalen Betrieb die Auswertung der Schwingungen in Hinsicht auf Bedeckung der schwingfähigen Einheit 5 durch das Medium.
In der 2 wird das Gehäuse 15 der Messvorrichtung 1 durch das Gewicht 35 – dabei handelt es sich beispielsweise um einen Flansch – auf die Auflage 42 gedrückt. Die Messvorrichtung 1 muss möglichst stabil festgehalten werden. Um Fremdeinflüsse zu vermeiden, ruht die Auflage 42 über Dämpfungskissen 41 auf einem Untergrund 40.
In der 3 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Messung der Symmetrie zu sehen. Die Auswerte-/Regeleinheit 50 bezieht sich hier auf den Bereich der Herstellung. Die Einheit 50 besteht aus einem Rechner 51, der einen Mikrocontroller 52 steuert. Der Mikrocontroller 52 ist z.B. mit einem 8-Bit Digital/Analog-Wandler 53 verbunden und steuert in Verbindung mit einem Messverstärker 54 den FM-Eingang eines Funktionsgenerators 55. Anstelle des 8-Bit-Wandlers 53 mit 2⁸ = 256 Messschritten kann auch eine andere Auflösung über einen entsprechend anderen Bit-Wandler verwendet werden. Über den Funktionsgenerator 55 wird dann eine mechanisch schwingfähige Einheit 5 zu Schwingungen angeregt. Die detektierten Schwingungen werden über einen True RMS Messverstärker 54 aufbereitet und über einen 12 Bit Analog/Digital-Wandler 56 – entsprechend der gewünschten Auflösung lässt sich auch eine andere Bitzahl verwendet; durch den 12 Bit-Wandler 56 erhält man eine Auflösung von 4096 Schritten über den gesamten Messbereich – und den Mikrocontroller 52 wieder dem Rechner 51 zur Auswertung zugeführt. Für die Wandler 53 und 56 sollte eine sinnvolle Auswahl der Auflösung getroffen werden. Weiterhin ist es möglich, die Aufgabe des Mikrokontrollers 52 in den Rechner 51 zu integrieren. Eine solche Variante wäre für Prüfplätze relevant.

1: Messvorrichtung
5: Mechanisch schwingfähige Einheit
6: Teileinheit der mechanisch schwingfähigen Einheit
10: Membran
15: Sensor-Gehäuse
25: Antriebs-/Empfangseinheit
35: Gewicht
40: Untergrund
41: Dämpfungskissen
42: Auflage
50: Auswerte-/Regeleinheit
51: Rechner
52: Mikrocontroller
53: Digital/Analog-Wandler
54: Messverstärker
55: Funktionsgenerator
56: Analog/Digital-Wandler

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Messvorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, wobei die Messvorrichtung (1) mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch schwingfähige Einheit (5) mit einer einstellbaren Anregungsfrequenz (f) zu Schwingungen angeregt wird, dass die Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) empfangen werden, dass die Anregungsfrequenz (f) variiert wird, dass die empfangenen Schwingungen derartig ausgewertet werden, dass mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) bestimmt wird, und dass in dem Fall, dass mehr als eine Resonanzfrequenz bestimmt wird, und dass die Differenz der Resonanzfrequenzen größer als ein vorgebbarer Toleranzwert ist, die mechanisch schwingfähige Einheit (5) in ihren Schwingungseigenschaften verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der empfangenen Schwingungen in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz (f) ausgewertet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Messvorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, wobei die Messvorrichtung (1) mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Puls einer einstellbaren Anregungsdauer (T) zu Schwingungen angeregt wird, dass das zeitliche Abklingen der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) empfangen wird, dass das empfangene zeitliche Abklingen der Schwingungen derartig ausgewertet wird, dass mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) bestimmt wird und dass in dem Fall, dass mehr als eine Resonanzfrequenz bestimmt wird, und dass die Differenz der Resonanzfrequenzen größer als ein vorgebbarer Toleranzwert ist, die mechanisch schwingfähige Einheit (5) in ihren Schwingungseigenschaften verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fouriertransformierte des empfangenen zeitlichen Abklingens der Schwingungen ausgewertet wird.
Vorrichtung zur Herstellung einer Messvorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Messvorrichtung (1) mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Antriebs-/Empfangseinheit (25) zur Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) zu Schwingungen bzw. zum Empfang der Schwingungen vorgesehen ist, wobei die Antriebs-/Empfangseinheit (25) die mechanisch schwingfähige Einheit (5) mit einer einstellbaren Anregungsfrequenz (f) zu Schwingungen anregt, und dass mindestens eine Auswerte-/Regeleinheit (50) zum Regeln der Anregung bzw. zum Auswerten der empfangenen Schwingungen vorgesehen ist, wobei die Auswerte-/Regeleinheit (50) die Anregungsfrequenz (f) variiert.
Vorrichtung zur Herstellung einer Messvorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die Messvorrichtung (1) mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Antriebs-/Empfangseinheit (25) zur Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) zu Schwingungen bzw. zum Empfang des zeitlichen Abklingens der Schwingungen vorgesehen ist, wobei die Antriebs-/Empfangseinheit (25) die mechanisch schwingfähige Einheit (5) mit einem Puls einer einstellbaren Anregungsdauer (T) zu Schwingungen anregt, und dass mindestens eine Auswerte-/Regeleinheit (50) zum Regeln der Anregung bzw. zum Auswerten des empfangenen zeitlichen Abklingens der Schwingungen vorgesehen ist.
Messvorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit (5), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Antriebs-/Empfangseinheit (25) zur Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) zu Schwingungen mit einer einstellbaren Anregungsfrequenz (f) bzw. zum Empfang der Schwingungen vorgesehen ist, dass mindestens eine Auswerte-/Regeleinheit (50) zum Regeln der Anregung bzw. zum Auswerten der empfangenen Schwingungen vorgesehen ist, wobei die Auswerte-/Regeleinheit (50) die Anregungsfrequenz (f) variiert, und wobei die Auswerte-/Regeleinheit (50) aus den empfangenen Schwingungen mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) bestimmt.
Messvorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit (5), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Antriebs-/Empfangseinheit (25) zur Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) mit einem Puls mit einstellbarer Anregungsdauer (T) zu Schwingungen bzw. zum Empfang des zeitlichen Abklingens der Schwingungen vorgesehen ist, dass mindestens eine Auswerte-/Regeleinheit (50) zum Regeln der Anregung bzw. zum Auswerten des empfangenen zeitlichen Abklingens der Schwingungen vorgesehen ist, und wobei die Auswerte-/Regeleinheit (50) aus dem empfangenen zeitlichen Abklingen der Schwingungen mindestens eine Resonanzfrequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) bestimmt.
Messvorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) um eine Schwinggabel handelt.
Messvorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mechanisch schwingfähigen Einheit (5) um einen Einstab handelt.