DE102022134038A1 - Verfahren zur Erfassung eines Grenzstands eines Mediums mittels eines vibronischen Sensors - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zu Betreiben eines vibronischen Sensors (10) umfassend:
eine mechanisch schwingfähige Einheit (11) wie beispielsweise eine Schwinggabel (11.1),
eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit und zum Erfassen von Schwingungen der schwingfähigen Einheit,
wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung die mechanisch schwingfähige Einheit zum Schwingen anregt, und aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Messgröße ableitet,
wobei die mechanisch schwingfähige Einheit zumindest abschnittsweise intermittierend betrieben wird,
- wobei in einem ersten Zeitintervall die mechanisch schwingfähige Einheit durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeregt wird,
- wobei in einem zweiten Zeitintervall die mechanisch schwingfähige Einheit nicht durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeregt wird, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung ein Abklingverhalten von Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit misst und aus dem Abklingverhalten entscheidet, ob die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Medium kontaktiert ist.
eine mechanisch schwingfähige Einheit (11) wie beispielsweise eine Schwinggabel (11.1),
eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit und zum Erfassen von Schwingungen der schwingfähigen Einheit,
wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung die mechanisch schwingfähige Einheit zum Schwingen anregt, und aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Messgröße ableitet,
wobei die mechanisch schwingfähige Einheit zumindest abschnittsweise intermittierend betrieben wird,
- wobei in einem ersten Zeitintervall die mechanisch schwingfähige Einheit durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeregt wird,
- wobei in einem zweiten Zeitintervall die mechanisch schwingfähige Einheit nicht durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeregt wird, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung ein Abklingverhalten von Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit misst und aus dem Abklingverhalten entscheidet, ob die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Medium kontaktiert ist.
Description
- Mechanisch schwingfähige Einheiten, z.B. Schwinggabeln eines vibronischen Sensors wie beispielsweise in der
DE102012101667A1 gezeigt, werden unter anderem dazu verwendet, einen Grenzstand eines Mediums in einem Tank festzustellen. Üblicherweise wird dabei anhand einer gemessenen Resonanzfrequenz festgestellt, ob die schwingfähige Einheit von einem Medium berührt wird oder nicht. Mit Berührung ändern sich vibronische Randbedingungen, was beispielsweise zu einer Änderung der gemessenen Resonanzfrequenz führt. - Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Änderung der Resonanzfrequenz für manche Anwendungen zu gering ist, um das Erreichen eines Grenzstands frühzeitig erkennen zu können.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein robustes und empfindliches Verfahren zur Erkennung eines Grenzstands eines Mediums festzustellen.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zu Betreiben eines vibronischen Sensors umfassend:
- eine mechanisch schwingfähige Einheit wie beispielsweise eine Schwinggabel,
- eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit und zum Erfassen von Schwingungen der schwingfähigen Einheit,
- wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung die mechanisch schwingfähige Einheit zum Schwingen anregt, und aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Messgröße ableitet,
- wobei die mechanisch schwingfähige Einheit zumindest abschnittsweise intermittierend betrieben wird,
- - wobei in einem ersten Zeitintervall die mechanisch schwingfähige Einheit durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeregt wird,
- - wobei in einem zweiten Zeitintervall die mechanisch schwingfähige Einheit nicht durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeregt wird, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung ein Abklingverhalten von Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit misst und aus dem Abklingverhalten entscheidet, ob die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Medium kontaktiert ist.
- Es hat sich gezeigt, dass das Abklingverhalten der schwingfähigen Einheit viel empfindlicher auf eine Medienbenetzung reagiert als eine Resonanzfrequenz der schwingfähigen Einheit.
- In einer Ausgestaltung wird bei der Messung des Abklingverhaltens zumindest eine Zeitkonstante des Abklingverhaltens ermittelt, wobei die mindestens eine Zeitkonstante mit mindestens einer entsprechenden Referenzkonstante eines Abklingverhaltens der mechanisch schwingfähigen Einheit ohne Medienkontakt verglichen wird,
wobei bei einer relativen Abweichung der ermittelten Zeitkonstante von der Referenzkonstante größer als ein Grenzwert auf einen Kontakt mit einem Medium geschlossen wird. - Der Grenzwert ist abhängig von verschiedenen Einflüssen wie beispielsweise einer Geometrie der schwingfähigen Einheit oder dem Medium. Ein Fachmann wird daher einen sinnvollen Grenzwert wählen.
- In einer Ausgestaltung weist die mechanisch schwingfähige Einheit eine Eigenfrequenz auf, wobei das Abklingverhalten aus mindestens 5 Schwingungen gemessen wird.
- In einer Ausgestaltung wird die mindestens eine Zeitkonstante durch einen nichtlinearen Fit einer Schwingungsamplitude während des Abklingens bestimmt,
wobei die Fitfunktion beispielsweise eine Exponentialfunktion und/oder eine trigonometrische Funktion umfasst. - Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
-
1 beschreibt einen beispielhaften vibronischen Sensor; -
2 skizziert beispielhafte Abklingvorgänge einer mechanisch schwingfähigen Einheit; -
3 skizziert den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens. -
1 beschreibt einen beispielhaften vibronischen Sensor 10, welcher eine mechanisch schwingfähige Einheit 11 und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung 12 aufweist. Die mechanisch schwingfähige Einheit, die wie hier dargestellt als Schwinggabel 11.1 ausgestaltet sein kein, befindet sich in einem Innenvolumen eines Behältnisses 20 und wirkt dort beispielsweise als Grenzstandschalter. Ein Medium 21 beeinflusst Schwingungseigenschaften der schwingfähigen Einheit, sobald es die schwingfähige Einheit berührt. Die mechanisch schwingfähige Einheit wird durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung zum Schwingen angeregt. Sobald beispielsweise eine Resonanzfrequenz der schwingfähigen Einheit sich verändert, insbesondere geringer wird, oder unter einen Grenzwert fällt, kann erkannt werden, dass das Medium im Tank einen Grenzstand erreicht hat. - Erfindungsgemäß wird der Sensor jedoch zumindest zeitweise intermittierend angeregt, wobei aus einem Abklingverhalten abgeleitet wird, ob eine Medienberührung vorliegt oder nicht.
-
2 skizziert beispielhafte Amplitudenverläufe einer Schwingung, einen ersten Verlauf V1 ohne Medienkontakt und einen zweiten V2 mit Medienkontakt. In einem ersten Zeitintervall mit kontinuierlicher Anregung sind Schwingungsamplituden der Verläufe fast gleich. Mit Beenden der Anregung wird Schwingungsenergie durch Verluste dissipiert. Ohne Medienkontakt findet die Dissipation langsamer statt, was mit einer besseren, höheren Schwingungsgüte einhergeht. Mit Medienkontakt hingegen verstärkt sich die Dissipation von Schwingungsenergie, und der Kurvenverlauf im zweiten Zeitintervall wird steiler. Aus den Verläufen im zweiten Zeitintervall kann jeweils eine Zeitkonstante beispielsweise durch einen Kurvenfit berechnet werden. Die Zeitkonstante für den Verlauf ohne Medienkontakt kann als Referenzkonstante für die Zeitkonstante eines Verlaufs mit Medienkontakt herangezogen werden. Beispielsweise kann bei einer Abweichung der Zeitkonstante von der Referenzkonstante um einen gewissen Wert, wie beispielsweise 2% auf einen Medienkontakt geschlossen werden. -
3 skizziert den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens 100. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine mechanisch schwingfähige Einheit 11 intermittierend betrieben. In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird die schwingfähige Einheit 11 durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung zum Schwingen angeregt. In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird die Anregung gestoppt, so dass eine Schwingungsamplitude der schwingfähigen Einheit abnimmt. Durch Bestimmen einer Zeitkonstante des Abklingens der Schwingungsamplitude kann in einem dritten Verfahrensschritt 103 entschieden werden, ob ein Medienkontakt vorliegt, also ein beispielsweise ein Grenzstand eines Mediums in einem Behältnis erreicht ist oder nicht. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- vibronischer Sensor
- 11
- schwingfähige Einheit
- 11.1
- Schwinggabel
- 12
- elektronische Mess-/Betriebsschaltung
- 20
- Behältnis
- 21
- Medium
- 100
- Verfahren
- 101
- erster Verfahrensschritt
- 102
- zweiter Verfahrensschritt
- V1
- Verlauf ohne Medienkontakt
- V2
- Verlauf mit Medienkontakt
- Z1
- erstes Zeitintervall
- Z2
- zweites Zeitintervall
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012101667 A1 [0001]
Claims (4)
- Verfahren (100) zu Betreiben eines vibronischen Sensors (10) umfassend: eine mechanisch schwingfähige Einheit (11) wie beispielsweise eine Schwinggabel (11.1), eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit und zum Erfassen von Schwingungen der schwingfähigen Einheit, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung die mechanisch schwingfähige Einheit zum Schwingen anregt, und aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Messgröße ableitet, wobei die mechanisch schwingfähige Einheit zumindest abschnittsweise intermittierend betrieben wird, - wobei in einem ersten Verfahrensschritt (101) in einem ersten Zeitintervall (Z1) die mechanisch schwingfähige Einheit durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeregt wird, - wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (102) in einem zweiten Zeitintervall (Z2) die mechanisch schwingfähige Einheit nicht durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeregt wird, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem dritten Verfahrensschritt (103) ein Abklingverhalten von Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit misst und aus dem Abklingverhalten entscheidet, ob die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Medium kontaktiert ist.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei bei der Messung des Abklingverhaltens zumindest eine Zeitkonstante des Abklingverhaltens ermittelt wird, wobei die mindestens eine Zeitkonstante mit mindestens einer entsprechenden Referenzkonstante eines Abklingverhaltens der mechanisch schwingfähigen Einheit ohne Medienkontakt verglichen wird, wobei bei einer relativen Abweichung der ermittelten Zeitkonstante von der Referenzkonstante größer als ein Grenzwert auf einen Kontakt mit einem Medium geschlossen wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , wobei die mechanisch schwingfähige Einheit eine Eigenfrequenz aufweist, wobei das Abklingverhalten aus mindestens 5 Schwingungen gemessen wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 2 oder3 , wobei die mindestens eine Zeitkonstante durch einen nichtlinearen Fit einer Schwingungsamplitude während des Abklingens bestimmt wird, wobei die Fitfunktion beispielsweise eine Exponentialfunktion und/oder eine trigonometrische Funktion umfasst.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102022134038.4A DE102022134038A1 (de) | 2022-12-20 | 2022-12-20 | Verfahren zur Erfassung eines Grenzstands eines Mediums mittels eines vibronischen Sensors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102022134038.4A DE102022134038A1 (de) | 2022-12-20 | 2022-12-20 | Verfahren zur Erfassung eines Grenzstands eines Mediums mittels eines vibronischen Sensors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102022134038A1 true DE102022134038A1 (de) | 2024-06-20 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102022134038.4A Pending DE102022134038A1 (de) | 2022-12-20 | 2022-12-20 | Verfahren zur Erfassung eines Grenzstands eines Mediums mittels eines vibronischen Sensors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102022134038A1 (de) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3304223A1 (de) * | 1983-02-08 | 1984-08-16 | VEGA Grieshaber GmbH & Co, 7620 Wolfach | Verfahren und vorrichtung zur feststellung der an- oder abwesenheit eines stoffs an einem detektor oder des abstands zwischen stoff und detektor |
| DE10203461A1 (de) * | 2002-01-28 | 2003-08-14 | Grieshaber Vega Kg | Schwingungsgrenzstandsensor |
| DE102009045204A1 (de) * | 2009-09-30 | 2011-04-28 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer physikalischen Prozessgröße |
| DE102012101667A1 (de) | 2012-02-29 | 2013-08-29 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Vibronisches Messgerät |
-
2022
- 2022-12-20 DE DE102022134038.4A patent/DE102022134038A1/de active Pending
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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