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DE102021132829A1 - measuring device - Google Patents

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DE102021132829A1
DE102021132829A1 DE102021132829.2A DE102021132829A DE102021132829A1 DE 102021132829 A1 DE102021132829 A1 DE 102021132829A1 DE 102021132829 A DE102021132829 A DE 102021132829A DE 102021132829 A1 DE102021132829 A1 DE 102021132829A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring device
measuring
density
sound velocity
beverage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021132829.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Christof Huber
Alexandre Mehdaoui
Michal Bezdek
Pierre Ueberschlag
Josua Ritter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TrueDyne Sensors AG
Original Assignee
TrueDyne Sensors AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TrueDyne Sensors AG filed Critical TrueDyne Sensors AG
Priority to DE102021132829.2A priority Critical patent/DE102021132829A1/en
Publication of DE102021132829A1 publication Critical patent/DE102021132829A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (1) zum Messen zumindest einer Medieneigenschaft eines Getränks,wobei die Messvorrichtung ein Dichtemessgerät zur Messung (10) einer Dichte des Getränks, ein Schallgeschwindigkeitsmessgerät (20) zur Messung einer Schallgeschwindigkeit des Getränks, eine Temperaturmesseinrichtung (30) zur Messung einer Temperatur des Getränks und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (40) aufweist,wobei das Dichtemessgerät, das Schallgeschwindigkeitsmessgerät, die Temperaturmesseinrichtung und die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem Gehäuse (70) der Messvorrichtung angeordnet sind,wobei das Schallgeschwindigkeitsmessgerät zumindest einen Ultraschallwandler (21) und ein Schallgeschwindigkeitsmessbehältnis (22) wie beispielsweise einen Schallgeschwindigkeitsmesskanal (22.1) oder eine Schallgeschwindigkeitsmesskammer (22.2) umfasst,wobei der Ultraschallwandler zumindest ein piezoelektrisches Wandlerelement (21.1) aufweist,dadurch gekennzeichnet, dass Seitenflächen (21.01) des Ultraschallwandlers jeweils einen Flächeninhalt FI von höchstens 0.5 Quadratzentimeter aufweisen, wobei die Seitenflächen jeweils eine Maximalausdehnung MA aufweisen, wobei MA=F*FI^0.5 mit F<5, wobei das Messbehältnis ein Volumen kleiner als 5 Kubikzentimeter, und insbesondere kleiner als 3 Kubikzentimeter, und bevorzugt kleiner als 1 Kubikzentimeter aufweist.The invention relates to a measuring device (1) for measuring at least one media property of a beverage, the measuring device comprising a density measuring device for measuring (10) a density of the beverage, a sound velocity measuring device (20) for measuring a sound velocity of the beverage, a temperature measuring device (30) for measuring a temperature of the beverage and an electronic measuring/operating circuit (40), the density measuring device, the sound velocity measuring device, the temperature measuring device and the electronic measuring/operating circuit being arranged in a housing (70) of the measuring device, the sound velocity measuring device having at least one ultrasonic transducer ( 21) and a sound velocity measuring container (22) such as a sound velocity measuring channel (22.1) or a sound velocity measuring chamber (22.2), the ultrasonic transducer having at least one piezoelectric transducer element (21.1), characterized in that side surfaces (21.01) of the ultrasonic transducer each have a surface area FI of at most 0.5 square centimeters, the side surfaces each having a maximum extent MA, where MA=F*FI^0.5 with F<5, the measuring container having a volume of less than 5 cubic centimeters, and in particular less than 3 cubic centimeters, and preferably less than 1 cubic centimeter having.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Messen zumindest einer Medieneigenschaft eines Mediums, insbesondere eines Getränks wie beispielsweise einen Alkohol- und/oder Zuckergehalt.The invention relates to a measuring device for measuring at least one media property of a medium, in particular a beverage, such as an alcohol and/or sugar content.

Typischerweise werden dazu mehrere Messgeräte herangezogen, wie beispielsweise ein Dichtemessgerät und ein Schallgeschwindigkeitsmessgerät, um aus Dichte- und Schallgeschwindigkeitsmesswerten eine Aussage zu Alkohol- bzw. Zuckergehalt herzuleiten.Typically, several measuring devices are used for this purpose, such as a density measuring device and a sound velocity measuring device, in order to derive a statement on the alcohol or sugar content from density and sound velocity measured values.

Ein beispielhaftes Schallgeschwindigkeitsmessgerät mittels Ultraschallwandlern wird durch die DE102014001165A1 dargestellt.An exemplary sound velocity meter using ultrasonic transducers is the DE102014001165A1 shown.

Nachteilhaft am Stand der Technik ist, dass notwendige Messwerte über mehrere separate Messgeräte gewonnen und anschließend zusammengeführt werden müssen.A disadvantage of the prior art is that the necessary measured values have to be obtained using a number of separate measuring devices and then combined.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine robuste und einfach zu handhabende Messvorrichtung zur Messung von einer Medieneigenschaft wie beispielsweise einen Alkohol- und/oder Zuckergehalt bereitzustellen.The object of the invention is to provide a robust and easy-to-use measuring device for measuring a media property such as an alcohol and/or sugar content.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Messvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.The object is solved by a measuring device according to independent claim 1.

Bei einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zum Messen zumindest einer Medieneigenschaft eines Mediums wie beispielsweise einem Getränk,
weist die Messvorrichtung ein Dichtemessgerät zur Messung einer Dichte des Getränks, ein Schallgeschwindigkeitsmessgerät zur Messung einer Schallgeschwindigkeit des Getränks, eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung einer Temperatur des Getränks und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung auf, wobei das Dichtemessgerät, das Schallgeschwindigkeitsmessgerät, die Temperaturmesseinrichtung und die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem Gehäuse der Messvorrichtung angeordnet sind,
wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, das Dichtemessgerät, das Schallgeschwindigkeitsmessgerät und die Temperaturmesseinrichtung zu betreiben und mittels Dichtemesswerten, Schallgeschwindigkeitsmesswerten und Temperaturmesswerten einen Alkohol- und/oder Zuckergehalt und/oder eine Zuckerart des Getränks zu bestimmen,
wobei das Schallgeschwindigkeitsmessgerät zumindest einen Ultraschallwandler und ein Schallgeschwindigkeitsmessbehältnis wie beispielsweise einen Schallgeschwindigkeitsmesskanal oder eine Schallgeschwindigkeitsmesskammer umfasst, welches Schallgeschwindigkeitsmessbehältnis dazu eingerichtet ist, eine Probe des Getränks aufzunehmen, wobei der Ultraschallwandler an einer Wandung des Schallgeschwindigkeitsmessbehältnisses angeordnet ist,
wobei der Ultraschallwandler zumindest ein piezoelektrisches Wandlerelement aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass Seitenflächen des Ultraschallwandlers jeweils einen Flächeninhalt FI von höchstens 0.5 Quadratzentimeter aufweisen, wobei die Seitenflächen jeweils eine Maximalausdehnung MA aufweisen, wobei MA=F*FI^0.5 mit F<5, wobei das Messbehältnis ein Volumen kleiner als 5 Kubikzentimeter, und insbesondere kleiner als 3 Kubikzentimeter, und bevorzugt kleiner als 1 Kubikzentimeter aufweist.In a measuring device according to the invention for measuring at least one media property of a medium such as a drink,
the measuring device has a density meter for measuring a density of the beverage, a sound velocity meter for measuring a sound velocity of the beverage, a temperature measuring device for measuring a temperature of the beverage and an electronic measurement/operation circuit, the density meter, the sound velocity meter, the temperature measuring device and the electronic measuring/operating circuit are arranged in a housing of the measuring device,
wherein the electronic measuring/operating circuit is set up to operate the density measuring device, the sound velocity measuring device and the temperature measuring device and to determine an alcohol and/or sugar content and/or a type of sugar in the beverage by means of measured density values, measured sound velocity values and measured temperature values,
wherein the sound velocity measuring device comprises at least one ultrasonic transducer and a sound velocity measuring container such as a sound velocity measuring channel or a sound velocity measuring chamber, which sound velocity measuring container is set up to take a sample of the beverage, the ultrasonic transducer being arranged on a wall of the sound velocity measuring container,
wherein the ultrasonic transducer has at least one piezoelectric transducer element,
characterized in that side surfaces of the ultrasonic transducer each have a surface area FI of at most 0.5 square centimeters, the side surfaces each having a maximum extent MA, where MA=F*FI^0.5 with F<5, the measuring container having a volume of less than 5 cubic centimeters, and in particular less than 3 cubic centimeters, and preferably less than 1 cubic centimeter.

Auf diese Weise ist eine sehr kompakte Messvorrichtung herstellbar.A very compact measuring device can be produced in this way.

Eine kompakte Messvorrichtung mit kleinem Messvolumen ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise wenig Getränk entsorgt werden muss. Außerdem entgast eventuell vorhandenes Kohlendioxid bei kleinen Probenmengen schneller, so dass kleine Probenmengen der Messvorrichtung deutlich früher als im Stand der Technik zugeführt werden können. Dadurch kann eine Messfrequenz für das Messen verschiedener Messproben erhöht werden.A compact measuring device with a small measuring volume is particularly advantageous since little beverage has to be disposed of in this way. In addition, any carbon dioxide that may be present degasses faster in the case of small amounts of sample, so that small amounts of sample can be supplied to the measuring device much earlier than in the prior art. As a result, a measurement frequency for measuring various measurement samples can be increased.

In einer Ausgestaltung ist der Ultraschallwandler mikromechanisch gefertigt, wobei der Ultraschallwandler eine Vielzahl von Wandlerelementen aufweist, welche in einem n*m-Gitter angeordnet sind, wobei n, m natürliche Zahlen größer 1 sind, und insbesondere größer 2 und bevorzugt größer 3 sind.In one configuration, the ultrasonic transducer is produced micromechanically, with the ultrasonic transducer having a multiplicity of transducer elements which are arranged in an n*m grid, with n, m natural numbers being greater than 1, and in particular greater than 2 and preferably greater than 3.

Auf diese Weise kann auf verhältnismäßig großer Fläche ein Ultraschallsignal hoher Frequenz erzeugt werden. Beispielsweise kann auf diese Weise Ultraschallsignal mit einer Zentralfrequenz zwischen 1 bis 4 MHz erzeugt werden.In this way, an ultrasonic signal of high frequency can be generated over a relatively large area. For example, an ultrasonic signal with a central frequency between 1 and 4 MHz can be generated in this way.

Ein Verhältnis von einer Wellenlänge der Zentralfrequenz des Ultraschallsignals zu einer Quadratwurzel des Flächeninhalts der Seitenfläche kann dabei in einem Bereich von 0.01 bis 0.3 liegen.A ratio of a wavelength of the central frequency of the ultrasonic signal to a square root of the surface area of the side surface can be in a range from 0.01 to 0.3.

In einer Ausgestaltung ist die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet, mittels des n*m-Gitters von Wandlerelementen akustische Randeffekte des Schallgeschwindigkeitsmessbehältnisses zu kompensieren.In one embodiment, the electronic measuring/operating circuit is set up to compensate for acoustic edge effects of the sound velocity measuring container by means of the n*m grid of transducer elements.

Das kann beispielsweise durch gesonderte Ansteuerung von Wandlerelementen eines Randbereichs und von Wandlerelementen eines Zentralbereichs des Ultraschallwandlers erreicht werden.This can be achieved, for example, by separately controlling transducer elements in an edge region and transducer elements in a central region of the ultrasonic transducer.

Anstatt sämtliche Wandlerelemente separat anzusteuern, können dabei Wandlerelemente eines Bereichs jeweils gemeinsam angesteuert werden.Instead of driving all the transducer elements separately, transducer elements in one area can each be driven together.

In einer Ausgestaltung weist das Schallgeschwindigkeitsmessbehältnis eine Medienzuführung und eine Medienabführung auf, wobei die Medienzuführung und die Medienabführung jeweils an einen Schlauch zum Führen des Mediums mit einem Durchmesser von maximal 4 Millimeter und eine Länge von maximal 10 Zentimetern angeschlossen sind,
wobei Medienzuführung sowie Medienabführung jeweils ein Ventil zum insbesondere druckdichten Verschließen des Schallgeschwindigkeitsmessbehältnisses aufweisen.In one embodiment, the sound velocity measuring container has a media inlet and a media outlet, with the media inlet and the media outlet each being connected to a hose for guiding the medium with a maximum diameter of 4 millimeters and a maximum length of 10 centimeters,
media supply and media discharge each having a valve for sealing the sound velocity measuring container in particular in a pressure-tight manner.

In einer Ausgestaltung weist das Dichtemessgerät einen medienführenden Dichtemesskanal aufweist,
wobei das Dichtemessgerät dazu eingerichtet ist, den Dichtemesskanal mittels eines Schwingungserregers zu Schwingungen anzuregen und anhand einer mittels eines Schwingungssensors zu bestimmenden Resonanzfrequenz des Dichtemesskanals eine Dichte des Getränks zu bestimmen,
oder wobei das Dichtemessgerät eine Schwingvorrichtung aufweist, welche in den Dichtemesskanal hineinragt, wobei das Dichtemessgerät dazu eingerichtet ist, die Schwingvorrichtung zum Schwingen anzuregen und anhand einer zu bestimmenden Resonanzfrequenz der Schwingvorrichtung eine Dichte des Getränks zu bestimmen.In one embodiment, the density measuring device has a media-carrying density measuring channel,
wherein the density measuring device is set up to excite the density measuring channel to oscillate by means of a vibration exciter and to determine a density of the beverage on the basis of a resonant frequency of the density measuring channel to be determined by means of a vibration sensor,
or wherein the density measuring device has an oscillating device which protrudes into the density measuring channel, wherein the density measuring device is set up to excite the oscillating device to oscillate and to determine a density of the beverage using a resonant frequency of the oscillating device to be determined.

Schwingungserreger und Schwingungssensor können dabei verschiedene Vorrichtungen sein, es kann aber auch eine Vorrichtung als Schwingungserreger und Schwingungssensor ausgestaltet sein.The vibration exciter and vibration sensor can be different devices, but one device can also be designed as a vibration exciter and vibration sensor.

In einer Ausgestaltung sind an den Dichtemesskanal zwei Schläuche zwecks Medienzuführung sowie Medienabführung angeschlossen sind, wobei Schläuche einen Durchmesser von maximal 4 Millimeter und eine Länge von maximal 10 Zentimetern aufweisen.In one embodiment, two hoses are connected to the density measurement channel for the purpose of supplying and removing media, with hoses having a maximum diameter of 4 millimeters and a maximum length of 10 centimeters.

In einer Ausgestaltung ist eine Resonanzfrequenz des Dichtemesskanals bzw. der Schwingvorrichtung in unbelastetem Zustand größer als 10 kHz.In one embodiment, a resonant frequency of the density measurement channel or of the oscillating device is greater than 10 kHz in the unloaded state.

Auf diese Weise ist eine ausreichende Kompaktheit des Dichtemessgeräts sichergestellt.This ensures that the density measuring device is sufficiently compact.

In einer Ausgestaltung weist die Temperaturmesseinrichtung jeweils einen Temperaturfühler für das Dichtemessgerät und für das Schallgeschwindigkeitsmessgerät auf.In one embodiment, the temperature measuring device has a temperature sensor for the density measuring device and for the sound velocity measuring device.

Die kleinen Messvolumina von Schallgeschwindigkeitsmessgerät und Dichtemessgerät haben zur Folge, dass eine ungleichmäßige Erwärmung des Gehäuses beispielsweise durch händisches Tragen der Messvorrichtung das Medium ungleich erwärmt. Durch Bereitstellung separater Temperaturmesswerte kann die elektronische Mess-/Betriebsschaltung korrekte Temperaturmesswerte für Dichte- und Schallgeschwindigkeitsbestimmung verwenden.The small measuring volumes of the sound velocity measuring device and the density measuring device mean that uneven heating of the housing, for example by carrying the measuring device by hand, heats the medium unevenly. By providing separate temperature readings, the electronic measurement/operation circuitry can use correct temperature readings for density and sound velocity determinations.

In einer Ausgestaltung ist die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einer ersten Gehäusekammer des Gehäuses angeordnet,
wobei das Dichtemessgerät, das Schallgeschwindigkeitsmessgerät sowie die Temperaturmesseinrichtung außerhalb der ersten Gehäusekammer im Gehäuse angeordnet ist.In one embodiment, the electronic measuring/operating circuit is arranged in a first housing chamber of the housing,
wherein the density measuring device, the sound velocity measuring device and the temperature measuring device are arranged outside of the first housing chamber in the housing.

Auf diese Weise kann eine Wärmeleistung der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung eingegrenzt werden. Die Wärmeleistung wird dann über eine Gehäusewandung an eine Umgebung anstatt an das Dichtemessgerät und das Schallgeschwindigkeitsmessgerät übertragen.In this way, a heat output of the electronic measuring/operating circuit can be limited. The heat output is then transferred through a housing wall to an environment instead of to the density meter and the sound velocity meter.

In einer Ausgestaltung ist die Messvorrichtung händisch tragbar.In one embodiment, the measuring device can be carried by hand.

In einer Ausgestaltung weist die Messvorrichtung ein Lesegerät zur Einordnung von Messproben wie beispielsweise ein Barcodelesegerät, ein RFID-Lesegerät oder ein QR-Code-Lesegerät auf.In one embodiment, the measuring device has a reading device for classifying measurement samples, such as a barcode reading device, an RFID reading device or a QR code reading device.

Auf diese Weise können Arbeitsabläufe beispielsweise in einem Labor stark vereinfacht werden.In this way, workflows in a laboratory, for example, can be greatly simplified.

In einer Ausgestaltung ist ein Messvolumen des Dichtemessgeräts kleiner als 0.5 Kubikzentimeter und insbesondere kleiner als 0.1 Kubikzentimeter.In one embodiment, a measurement volume of the density meter is less than 0.5 cubic centimeters and in particular less than 0.1 cubic centimeters.

In einer Ausgestaltung ist ein Innenvolumen des Gehäuses kleiner als 800 Kubikzentimeter und insbesondere kleiner als 400 Kubikzentimeter.In one configuration, an internal volume of the housing is less than 800 cubic centimeters and in particular less than 400 cubic centimeters.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

  • 1 skizziert einen schematischen Aufbau einer beispielhaften erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
  • 2 a) und 2 b) skizzieren zwei beispielhafte Dichtemessgeräte.
  • 3 a) und 3 b) skizzieren zwei beispielhafte erfindungsgemäße Schallgeschwindigkeitsmessgeräte, und 3 c) skizziert einen Ultraschallwandler.
The invention is described below using exemplary embodiments.
  • 1 outlines a schematic structure of an exemplary measuring device according to the invention.
  • 2 a) and 2 B) outline two exemplary density meters.
  • 3 a) and 3 b) outline two exemplary sound velocity measuring devices according to the invention, and 3c) sketches an ultrasonic transducer.

1 skizziert eine beispielhafte erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 zum Messen zumindest einer Medieneigenschaft eines Mediums wie beispielsweise einem Getränk, welche Messvorrichtung ein Gehäuse 70 umfasst, in welchem ein Dichtemessgerät 10, ein Schallgeschwindigkeitsmessgerät 20, eine Temperaturmesseinrichtung 30 und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung 40 angeordnet sind. Das Dichtemessgerät ist mittels der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet, eine Dichte eines Getränks zu bestimmen, und das Schallgeschwindigkeitsmessgerät ist dazu eingerichtet, eine Schallgeschwindigkeit des Getränks zu bestimmen. Dazu ist die elektronische Mess-/Betriebsschaltung 40 dazu eingerichtet ist, das Dichtemessgerät, das Schallgeschwindigkeitsmessgerät und die Temperaturmesseinrichtung zu betreiben. Die Temperaturmesseinrichtung dient dazu, eine Temperatur des Mediums bzw. des Getränks zu bestimmen. Wie bekannt lassen sich aus Dichte, Schallgeschwindigkeit und Temperatur Zuckergehalt und/oder Alkoholgehalt des Getränks bestimmen. 1 outlines an exemplary measuring device 1 according to the invention for measuring at least a media property of a medium such as a beverage, which measuring device comprises a housing 70 in which a density measuring device 10, a sound velocity measuring device 20, a temperature measuring device 30 and an electronic measuring/operating circuit 40 are arranged. The density meter is configured to determine a density of a beverage via the electronic measurement/operation circuitry and the sound velocity meter is configured to determine a sound velocity of the beverage. For this purpose, the electronic measuring/operating circuit 40 is set up to operate the density measuring device, the sound velocity measuring device and the temperature measuring device. The temperature measuring device is used to determine a temperature of the medium or the beverage. As is known, the sugar content and/or alcohol content of the beverage can be determined from density, sound velocity and temperature.

Die Temperaturmesseinrichtung 30 kann dabei wie hier gezeigt zwei Temperaturfühler 31 aufweisen, um die Temperatur des Mediums bzw. Getränks beim Dichtemessgerät sowie beim Schallgeschwindigkeitsmessgerät zu erfassen. Auf diese Weise kann der Einfluss der Temperatur auf Dichte und Schallgeschwindigkeit besser erfasst werden.As shown here, the temperature measuring device 30 can have two temperature sensors 31 in order to record the temperature of the medium or beverage in the density measuring device and in the sound velocity measuring device. In this way, the influence of temperature on density and speed of sound can be better recorded.

Das Gehäuse 70 kann wie hier gezeigt eine erste Gehäusekammer aufweisen, in welcher die elektronische Mess-/Betriebsschaltung 40 getrennt von Schallgeschwindigkeitsmessgerät sowie Dichtemessgerät angeordnet werden kann. Auf diese Weise lässt sich eine Erwärmung von Schallgeschwindigkeitsmessgerät sowie Dichtemessgerät durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung begrenzen.As shown here, the housing 70 can have a first housing chamber in which the electronic measuring/operating circuit 40 can be arranged separately from the sound velocity measuring device and the density measuring device. In this way, heating of the sound velocity measuring device and the density measuring device can be limited by the electronic measuring/operating circuit.

Des Weiteren kann die Messvorrichtung 1 auch ein Lesegerät 60 zur Einordnung von Messproben wie beispielsweise ein Barcodelesegerät 61, ein RFID-Lesegerät 62 oder ein QR-Code-Lesegerät 63 aufweisen. Somit kann beispielsweise die Arbeit im Labor stark vereinfacht werden.Furthermore, the measuring device 1 can also have a reader 60 for classifying measurement samples, such as a barcode reader 61 , an RFID reader 62 or a QR code reader 63 . In this way, for example, work in the laboratory can be greatly simplified.

Insbesondere ist die Messvorrichtung händisch tragbar ausgeführt.In particular, the measuring device is designed to be portable.

2 a) skizziert ein Dichtemessgerät 10, bei welchem eine Schwingvorrichung 14 in einen Messkanal zum Führen des Mediums hineinragt. Das Medium wird dem Dichtemessgerät durch einen Schlauch 50 zugeführt bzw. wieder abgeführt. Eine Abhängigkeit der Resonanzfrequenz der Schwingvorrichtung von der Dichte des Mediums wird dazu genutzt, um die Dichte des Mediums zu bestimmen. 2 a) outlines a density measuring device 10, in which an oscillating device 14 protrudes into a measuring channel for guiding the medium. The medium is fed to the density measuring device through a hose 50 and discharged again. A dependence of the resonant frequency of the oscillating device on the density of the medium is used to determine the density of the medium.

Alternativ kann wie in 2 gezeigt der Messkanal mittels eines Schwingungserregers 12 zu Schwingungen angeregt, die beispielsweise mittels eines Schwingungssensors 13 erfasst werden. Auch hierbei ist eine Resonanzfrequenz, hier die des Messkanals, abhängig von der Dichte des Mediums, so dass von der Resonanzfrequenz auf die Dichte geschlossen werden kann.Alternatively, as in 2 shown, the measuring channel is excited by means of a vibration exciter 12 to oscillate, which are detected, for example, by means of an oscillation sensor 13 . Here, too, a resonant frequency, here that of the measuring channel, is dependent on the density of the medium, so that conclusions can be drawn about the density from the resonant frequency.

3 a) und 3 b) zeigen zwei erfindungsgemäße, schematisch dargestellte Schallgeschwindigkeitsmessgeräte umfassend jeweils zumindest einen Ultraschallwandler 21 und ein Schallgeschwindigkeitsmessbehältnis 22 wie beispielsweise einen Schallgeschwindigkeitsmesskanal 22.1 oder eine Schallgeschwindigkeitsmesskammer 22.2, welches Schallgeschwindigkeitsmessbehältnis dazu eingerichtet ist, eine Probe des Getränks aufzunehmen, wobei der zumindest eine Ultraschallwandler an bzw. in einer Wandung 22.01 des Schallgeschwindigkeitsmessbehältnisses angeordnet ist. Der Ultraschallwandler weist zumindest ein piezoelektrisches Wandlerelement 21.1 auf. 3 a) and 3 b) show two sound velocity measuring devices according to the invention, shown schematically, each comprising at least one ultrasonic transducer 21 and a sound velocity measuring container 22, such as a sound velocity measuring channel 22.1 or a sound velocity measuring chamber 22.2, which sound velocity measuring container is set up to receive a sample of the beverage, with the at least one ultrasonic transducer on or in a wall 22.01 of the sound velocity measuring container is arranged. The ultrasonic transducer has at least one piezoelectric transducer element 21.1.

Der Ultraschallwandler kann dabei als Membranschwinger oder als Lambwellenschwinger ausgeformt sein. Es kann beispielsweise Laufzeit- bzw. Laufzeitdifferenzenmessung oder Resonanzfrequenzmessung von Ultraschallsignalen im Schallgeschwindigkeitsmessbehältnis durchgeführt werden.The ultrasonic transducer can be designed as a membrane vibrator or as a Lamb wave vibrator. For example, a runtime or runtime difference measurement or resonance frequency measurement of ultrasonic signals can be carried out in the sound velocity measuring container.

Erfindungsgemäß weisen Seitenflächen 21.01 des Ultraschallwandlers, über welche Ultraschallsignale ein- bzw. ausgekoppelt werden, jeweils einen Flächeninhalt FI von höchstens 0.5 Quadratzentimeter auf, wobei die Seitenflächen jeweils eine Maximalausdehnung MA aufweisen, wobei MA=F*FI^0.5 mit F<5, wobei das Messbehältnis ein Volumen kleiner als 5 Kubikzentimeter, und insbesondere kleiner als 3 Kubikzentimeter, und bevorzugt kleiner als 1 Kubikzentimeter aufweist.According to the invention, side surfaces 21.01 of the ultrasonic transducer, via which ultrasonic signals are coupled in or out, each have a surface area FI of at most 0.5 square centimeters, with the side surfaces each having a maximum extent MA, where MA=F*FI^0.5 with F<5, where the measuring container has a volume of less than 5 cubic centimeters, and in particular less than 3 cubic centimeters, and preferably less than 1 cubic centimeter.

Auf diese Weise ist eine Kompaktifizierbarkeit der Messvorrichtung sichergestellt. Dichtemessgeräte nach einem Vibrationsmessprinzip, bei welchem eine Resonanzfrequenz eines Messkanals oder eine Resonanzfrequenz einer in einen Messkanal hineinragenden Schwingvorrichtung gemessen wird, lassen sich sehr kompakt herstellen, wobei bei einem Messkanalvolumen typischerweise ein deutlich kleineres Volumen einrichtbar ist, als bei einem Schallgeschwindigkeitsmessgerät. Die Kompaktifizierbarkeit ist somit im Wesentlichen durch das Schallgeschwindigkeitsmessgerät begrenzt.This ensures that the measuring device can be compacted. Density measuring devices based on a vibration measuring principle, in which a resonant frequency of a measuring channel or a resonant frequency of an oscillating device protruding into a measuring channel is measured, can be produced very compactly, with a measuring channel volume typically being able to set up a significantly smaller volume than with a sound velocity measuring device. The ability to be compacted is thus essentially limited by the sound velocity measuring device.

3 c) zeigt eine Ausgestaltung eines Ultraschallwandlers 21, wobei der Ultraschallwandler ein n*m-Gitter von Wandlerelementen 21.1 aufweist. Auf diese Weise lässt sich großflächig ein hochfrequentes Ultraschallsignal erzeugen. In einer Ausgestaltung sind einzelne Gruppen von Wandlerelementen separat ansteuerbar. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Zentralbereich des Ultraschallwandlers du ein Randbereich des Ultraschallwandlers separat angesteuert werden, um Randeffekte des Schallgeschwindigkeitsmessbehältnisses 22 zu kompensieren. 3 c) 1 shows an embodiment of an ultrasonic transducer 21, the ultrasonic transducer having an n*m grid of transducer elements 21.1. In this way, a high-frequency ultrasonic signal can be generated over a large area. In an issue individual groups of transducer elements can be controlled separately. In this way, for example, a central area of the ultrasonic transducer and an edge area of the ultrasonic transducer can be controlled separately in order to compensate for edge effects of the sound velocity measuring container 22 .

BezugszeichenlisteReference List

11
Messvorrichtungmeasuring device
1010
Dichtemessgerätdensity meter
1111
Dichtemesskanaldensity measurement channel
1212
Schwingungserregervibration exciter
1313
Schwingungssensorvibration sensor
1414
Schwingvorrichtungvibrating device
2020
SchallgeschwindigkeitsmessgerätSound Velocity Meter
2121
Ultraschallwandlerultrasonic transducer
21.0101/21
Seitenflächeside face
21.121.1
Wandlerelementtransducer element
21.221.2
n*m-Gittern*m lattice
2222
Schallgeschwindigkeitsmessbehältnissound velocity measuring vessel
22.0101/22
Wandungwall
22.122.1
Schallgeschwindigkeitsmesskanalsound velocity measurement channel
22.222.2
Schallgeschwindigkeitsmesskammersound velocity measurement chamber
3030
Temperaturmesseinrichtungtemperature measuring device
3131
Temperaturfühlertemperature sensor
4040
elektronische Mess-/Betriebsschaltungelectronic measurement/operation circuit
5050
SchlauchHose
6060
Lesegerätreader
6161
Barcodelesegerätbarcode scanner
6262
RFID-LesegerätRFID reader
6363
QR-Code-LesegerätQR code reader
7070
GehäuseHousing
7171
erste Gehäusekammerfirst housing chamber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102014001165 A1 [0003]DE 102014001165 A1 [0003]

Claims (13)

Messvorrichtung (1) zum Messen zumindest einer Medieneigenschaft eines Mediums wie beispielsweise einem Getränk, wobei die Messvorrichtung ein Dichtemessgerät zur Messung (10) einer Dichte des Getränks bzw. Mediums insbesondere nach einem Vibrationsmessprinzip, ein Schallgeschwindigkeitsmessgerät (20) zur Messung einer Schallgeschwindigkeit des Getränks, eine Temperaturmesseinrichtung (30) zur Messung einer Temperatur des Getränks und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (40) aufweist, wobei das Dichtemessgerät, das Schallgeschwindigkeitsmessgerät, die Temperaturmesseinrichtung und die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem Gehäuse (70) der Messvorrichtung angeordnet sind, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (40) dazu eingerichtet ist, das Dichtemessgerät, das Schallgeschwindigkeitsmessgerät und die Temperaturmesseinrichtung zu betreiben und mittels Dichtemesswerten, Schallgeschwindigkeitsmesswerten und Temperaturmesswerten einen Alkohol- und/oder Zuckergehalt und/oder eine Zuckerart des Getränks zu bestimmen, wobei das Schallgeschwindigkeitsmessgerät zumindest einen Ultraschallwandler (21) und ein Schallgeschwindigkeitsmessbehältnis (22) wie beispielsweise einen Schallgeschwindigkeitsmesskanal (22.1) oder eine Schallgeschwindigkeitsmesskammer (22.2) umfasst, welches Schallgeschwindigkeitsmessbehältnis dazu eingerichtet ist, eine Probe des Getränks aufzunehmen, wobei der Ultraschallwandler an einer Wandung (22.01) des Schallgeschwindigkeitsmessbehältnisses angeordnet ist, wobei der Ultraschallwandler zumindest ein piezoelektrisches Wandlerelement (21.1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenflächen (21.01) des Ultraschallwandlers jeweils einen Flächeninhalt FI von höchstens 0.5 Quadratzentimeter aufweisen, wobei die Seitenflächen jeweils eine Maximalausdehnung MA aufweisen, wobei MA=F*FI^0.5 mit F<5, wobei das Messbehältnis ein Volumen kleiner als 5 Kubikzentimeter, und insbesondere kleiner als 3 Kubikzentimeter, und bevorzugt kleiner als 1 Kubikzentimeter aufweist.Measuring device (1) for measuring at least one media property of a medium such as a drink, the measuring device being a density measuring device for measuring (10) a density of the drink or medium, in particular according to a vibration measuring principle, a sound velocity measuring device (20) for measuring a sound velocity of the beverage, has a temperature measuring device (30) for measuring a temperature of the beverage and an electronic measuring/operating circuit (40), wherein the density measuring device, the sound velocity measuring device, the temperature measuring device and the electronic measuring/operating circuit are arranged in a housing (70) of the measuring device, wherein the electronic measuring/operating circuit (40) is set up to operate the density measuring device, the sound velocity measuring device and the temperature measuring device and to determine an alcohol and/or sugar content and/or a sugar type of the beverage by means of density measured values, sound velocity measured values and temperature measured values, with the The sound velocity measuring device comprises at least one ultrasonic transducer (21) and a sound velocity measuring container (22), such as a sound velocity measuring channel (22.1) or a sound velocity measuring chamber (22.2), which sound velocity measuring container is set up to take a sample of the beverage, the ultrasonic transducer being mounted on a wall (22.01) of the Sound velocity measuring container is arranged, the ultrasonic transducer having at least one piezoelectric transducer element (21.1), characterized in that side faces (21.01) of the ultrasonic transducer each have a surface area FI of at most 0.5 square centimetres, the side faces each having a maximum extent MA, where MA=F* FI^0.5 with F<5, the measuring container having a volume of less than 5 cubic centimeters, and in particular less than 3 cubic centimeters, and preferably less than 1 cubic centimeter. Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ultraschallwandler (21) mikromechanisch gefertigt ist, wobei der Ultraschallwandler eine Vielzahl von Wandlerelementen (21.1) aufweist, welche in einem n*m-Gitter (21.2) angeordnet sind, wobei n, m natürliche Zahlen größer 1 sind, und insbesondere größer 2 und bevorzugt größer 3 sind.measuring device claim 1 , the ultrasonic transducer (21) being manufactured micromechanically, the ultrasonic transducer having a multiplicity of transducer elements (21.1) which are arranged in an n*m grid (21.2), where n, m are natural numbers greater than 1, and in particular greater 2 and preferably greater than 3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (40) dazu eingerichtet ist, mittels des n*m-Gitters (21.2) von Wandlerelementen akustische Randeffekte des Schallgeschwindigkeitsmessbehältnisses zu kompensieren.measuring device claim 2 , wherein the electronic measuring/operating circuit (40) is set up to compensate for acoustic edge effects of the sound velocity measuring container by means of the n*m grid (21.2) of transducer elements. Messvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei an das Schallgeschwindigkeitsmessgerät (20) zwei Schläuche (50) zwecks Medienzuführung sowie Medienabführung angeschlossen sind, wobei die Schläuche einen Durchmesser von maximal 4 Millimeter und eine Länge von maximal 10 Zentimetern aufweisen.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein two hoses (50) are connected to the sound velocity measuring device (20) for the purpose of media supply and media discharge, the hoses having a maximum diameter of 4 millimeters and a maximum length of 10 centimeters. Messvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Dichtemessgerät (10) einen Dichtemesskanal (11) zum Führen des Mediums aufweist, wobei das Dichtemessgerät dazu eingerichtet ist, den Dichtemesskanal mittels eines Schwingungserregers (12) zu Schwingungen anzuregen und anhand einer mittels eines Schwingungssensors (13) zu bestimmenden Resonanzfrequenz des Dichtemesskanals eine Dichte des Getränks zu bestimmen, oder wobei das Dichtemessgerät eine Schwingvorrichtung (14) aufweist, welche in den Dichtemesskanal hineinragt, wobei das Dichtemessgerät dazu eingerichtet ist, die Schwingvorrichtung zum Schwingen anzuregen und anhand einer zu bestimmenden Resonanzfrequenz der Schwingvorrichtung eine Dichte des Getränks zu bestimmen.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the density measuring device (10) has a density measuring channel (11) for guiding the medium, wherein the density measuring device is set up to excite the density measuring channel to oscillate by means of a vibration exciter (12) and to determine a density of the beverage on the basis of a resonant frequency of the density measuring channel to be determined by means of a vibration sensor (13), or wherein the density measuring device has an oscillating device (14) which protrudes into the density measuring channel, the density measuring device being set up to excite the oscillating device to oscillate and to determine a density of the beverage using a resonant frequency of the oscillating device to be determined. Messvorrichtung nach Anspruch 5, wobei an den Dichtemesskanal (11) zwei Schläuche (50) zwecks Medienzuführung sowie Medienabführung angeschlossen sind, wobei Schläuche einen Durchmesser von maximal 4 Millimeter und eine Länge von maximal 10 Zentimetern aufweisen.measuring device claim 5 , wherein two hoses (50) are connected to the density measuring channel (11) for the purpose of media supply and media removal, the hoses having a maximum diameter of 4 millimeters and a maximum length of 10 centimeters. Messvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Resonanzfrequenz des Dichtemesskanals (11) bzw. der Schwingvorrichtung (14) in unbelastetem Zustand größer als 10 kHz ist.measuring device claim 5 or 6 , wherein a resonant frequency of the density measuring channel (11) or the vibrating device (14) in the unloaded state is greater than 10 kHz. Messvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Temperaturmesseinrichtung (30) jeweils einen Temperaturfühler (31) für das Dichtemessgerät und für das Schallgeschwindigkeitsmessgerät aufweist.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the temperature measuring device (30) has a respective temperature sensor (31) for the density measuring device and for the sound velocity measuring device. Messvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (40) in einer ersten Gehäusekammer (71) des Gehäuses (70) angeordnet ist, und wobei das Dichtemessgerät (10), das Schallgeschwindigkeitsmessgerät (20) sowie die Temperaturmesseinrichtung (30) außerhalb der ersten Gehäusekammer im Gehäuse angeordnet ist.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the electronic measuring/operating circuit (40) is arranged in a first housing chamber (71) of the housing (70), and wherein the density measuring device (10), the sound velocity measuring device (20) and the temperature measuring device (30) are arranged outside the first housing chamber in the housing. Messvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (1) händisch tragbar ist.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the measuring device (1) can be carried by hand. Messvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Messvorrichtung ein Lesegerät (60) zur Einordnung von Messproben wie beispielsweise ein Barcodelesegerät (61), ein RFID-Lesegerät (62) oder ein QR-Code-Lesegerät (63) aufweist.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the measuring device has a reader (60) for classifying measurement samples such as a barcode reader (61), an RFID reader (62) or a QR code reader (63). Messvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Messvolumen des Dichtemessgeräts kleiner als 0.5 Kubikzentimeter und insbesondere kleiner als 0.1 Kubikzentimeter ist.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein a measuring volume of the density measuring device is less than 0.5 cubic centimeters and in particular less than 0.1 cubic centimeters. Messvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Innenvolumen des Gehäuses kleiner als 800 Kubikzentimeter und insbesondere kleiner als 400 Kubikzentimeter ist.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein an internal volume of the housing is less than 800 cubic centimeters and in particular less than 400 cubic centimeters.
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