用于确定和/或监测介质的过程变量的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于确定和/或监测容器（3）中介质（1）的至少一个过程变量、特别是介质（1）的密度、粘度或填充水平的设备，该设备具有：可机械振荡结构（5、27），其具有取决于过程变量的至少一种振荡特性；机电换能器（9、25），其具有至少一个压电元件（7、7a、7b），该换能器利用提供至换能器（9、25）的激励信号（S）将结构（5、27）激励为机械振荡，并且将得到的结构（5、27）的振荡转换为接收信号（E），其对应于激励信号（S）和表示振荡（N）的期望信号（N）的叠加；基准元件（13），其与换能器（9、25）并联并且被提供有激励信号（S），对应于激励信号（S）并且独立于振荡的基准信号（SR）经由该基准元件（13）被分接；并且具有电子器件，其基于接收信号（E）和基准信号（SR）提取期望信号（N），并且基于期望信号（N）确定和/或监测过程变量，其中为了自动测量换能器（9、25）的温度，该电子器件包括温度测量装置，其在温度测量操作中向换能器（9、25）和基准元件（13）提供其频率（fH）处于由振荡结构（5、27）的谐振频率（fr）预先确定的频率范围之外的辅助信号（H），并且基于在温度测量操作期间提取的期望信号（N）确定换能器（9、25）的温度（T）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于确定和/或监测容器中介质的至少一个过程变量、特别是介质的密度、粘度或填充水平的设备，其中该设备包括可机械振荡结构，其具有取决于该过程变量的至少一种振荡特性；机电换能器，其具有至少一个压电元件，该机电换能器借助提供至该换能器的激励信号激励该结构以执行机械振荡，并且将得到的结构的振荡转换为接收信号，该接收信号对应于激励信号和表示振荡的期望信号的叠加；基准元件，其与换能器并联地被提供以激励信号，独立于振荡并且对应于激励信号的基准信号经由该基准元件被分接；以及电子器件，其基于接收信号和基准信号提取期望信号并且基于该期望信号确定和/或监测过程变量。
技术介绍
这样的设备应用于大量工业应用中，特别是应用于测量和控制技术以及过程自动·化中，用于确定和/或监测指定的过程变量。在大多数这种类型的已知设备的情况下，可机械振荡结构具有经由膜耦合的两个振荡叉齿，它们经由安装在朝向远离齿的膜后侧上的机电换能器而引发执行与其纵向轴线垂直的相反相位的振荡。与此一起地，还存在可振荡结构是仅一个振荡杆或可振荡膜的已知设备。图I示出了对应设备的经典示例，其同样被应用于监测在容器3中介质I的特定填充水平。机械可振荡结构5在这里包括两个振荡杆，该两个振荡杆作为经由膜耦合的齿并且在所要监测的填充水平的高度处横向插入容器3。例如经由布置在膜后侧上的机电换能器(未示出)而使得结构5执行振荡。例如，这是通过将所接收的换能器的振荡反射信号作为激励信号经由移相器和放大器馈送至换能器而进行的。例如，为了填充水平监测，经由移相器来预先确定固定的相移，通过该相移确定对于包含作为频率确定元件的机械振荡系统的振荡电路的谐振条件。由于预定相移而调谐的频率处于结构5的谐振频率区域中，并且随后通常被称作振荡频率。该振荡频率被测量并且与较早确定的开关频率相比较。如果该振荡频率大于开关频率，则结构5自由振荡。如果该振荡频率低于开关频率,则该结构被介质I所覆盖，并且设备报告超出预定填充水平。替代地，在杆形或叉形的可振荡结构垂直插入介质中的情况下，利用基于振荡频率的对应校准，能够测量覆盖的程度以及由此测量在该结构的长度上的填充水平。为了确定和/或监测介质的密度或粘度，该结构被垂直插入介质中的预定浸入深度，并且相对于激励信号测量所得到的振荡频率，或者在利用固定激励频率激励的情况下，测量所得到的振荡的振幅或相移。—种替代的激励形式是频率扫描激励，在该情况下，激励信号的频率周期地经过预定频率范围。而且，这里基于所得到的振荡、所得到的振荡的振幅、或者所得到的振荡相对于激励信号的相移，对过程变量进行确定和/或监测。如今，总是更为频繁地应用仅具有单个机电换能器的设备，该机电换能器具有至少一个压电元件，被用于振荡激励而且还用于将所得到的振荡改变为电接收信号。在这样的情况下，换能器的接收信号对应于激励信号和表示振荡的期望信号的叠加。与具有分开的发送换能器和接收换能器的设备相比，这些设备的优势在于它们明显更小并且在制造方面更成本有效。激励信号通常是矩形的电交变电压。这使得换能器的压电电容在矩形信号的边缘接收电压符号的反转，由此出现充电电流和放电电流，这作为干扰信号叠加在表示机械振荡的电流上。换能器的充电电流和放电电流例如借助补偿电容器而被抑制。这种形式的干扰信号抑制的示例可以从DE 197 20519 Al和EP I 750 104 A2中获知。在每种情况下，所描述的设备具有补偿电容器，该补偿电容器被与换能器并联地提供以激励信号。经由该补偿电容器，基准信号被分接，这独立于振荡并且对应于激励信号。在等同电容的情况下，换能器和补偿电容器关于反向充电事件而具有相同的行为。如果经由换能器分接的接收信号和经由补偿电容器分接的基准信号如DE19720519A1所描述地彼此相减，或者如EP1750104A2中所描述地在先前反向之后相加，则等同包含在两个信号中的干扰信号抵消并且在输出提供反映结构的机械振荡的期望信号。 虽然补偿电容器的电容没有或者仅有非常低的温度依赖性，但是由于压电材料的介电常数的高度温度依赖性，换能器的电容在高度测量中是与温度有关系的。这导致了干扰信号的补偿表现越差，换能器的电容和补偿电容器的电容之间的温度相关差异就更大的事实。该问题在EP I 750 104 A2中通过根据换能器电容控制跨补偿电容器的电压来匹配被提供用于抑制反向充电峰值的补偿电容器的电容而解决。为此，换能器和补偿电容器被补充性地提供以辅助信号，其频率处于可机械振荡结构的谐振频率所处的频率范围之夕卜。在该频率范围中，该结构以激励信号的频率执行受迫振荡，从而在两者电容一致的情况下，所接收信号和基准信号仅包含激励信号和干扰信号。提供控制回路，其以基准信号的反向充电峰值在辅助信号的频率的情况下补偿换能器的接收信号的反向充电峰值的方式，来控制补偿电压。以这种方式，换能器电容的依赖于温度的变化被纳入考虑并且在反向充电峰值的补偿时被抵消。然而，温度不仅对换能器电容具有影响，而且还特别作用于机械结构的振荡特性，这对于确定和/或监测过程变量而言是至关重要的。因此，例如，可振荡结构的材料刚性随温度变化，这进而意味着相对于激励信号存在该结构的谐振频率、振荡振幅以及振荡相移的温度依赖性。在监测预定填充水平的情况下，例如，这意味着分别在振荡结构的未覆盖、覆盖状态下出现的振荡频率经受温度依赖性波动。相应地，取决于温度，这里存在着如下危险尽管预定填充水平被超出或未超出(subceeding)，较早针对所测量振荡频率设置的用于监测填充水平被超出或未超出的开关频率没有超出或未超出。振荡特性的温度依赖性导致了设备的测量精度明显的温度依赖性。尽管如此，为了确保尽可能精确和可靠的设备工作，例如在DE 102006 007 199Al和WO 02/42724 Al中公开了在换能器的区域中提供额外的温度传感器，以便补偿温度影响并且例如基于由此测量的温度进行开关频率的适应的思想。然而，换能器区域中额外的温度传感器需要空间，这与额外的成本相联系，并且必须与通常布置为远离换能器的设备的电子器件电连接。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是提供一种最初指定类型的自动记录换能器温度的紧凑设备。为此，本专利技术在于一种用于确定和/或监测容器中介质的至少一个过程变量、特别是介质的密度、粘度或填充水平的设备，并且包括-可机械振荡结构，其具有取决于过程变量的至少一种振荡特性，-机电换能器，其具有至少一个压电元件，-该机电换能器借助提供至换能器的激励信号激励该结构以执行机械振荡，并且-该机电换能器将得到的结构的振荡转换为接收信号，该接收信号对应于激励信号和表不振荡的期望信号的叠加，-基准元件，其与换能器并联并且被提供有激励信号，独立于振荡并且对应于激励信号的基准信号经由该基准元件被分接，以及-电子器件，其 -基于接收信号和基准信号提取期望信号，并且-基于期望信号确定和/或监测过程变量。其中该电子器件包括温度测量装置，该温度测量装置在温度测量操作中向换能器和基准元件提供辅助信号，该辅助信号的频率处于由振荡结构的谐振频率预先确定的频率范围之外，并且基于温度测量操作中提取的期望信号来确定换能器的温度。在优选实施例中，该基准元件包括具有电可调节变量的至少一个组件,并且提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢尔盖·洛帕京，马丁·乌尔班，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔两合公司，
类型：
国别省市：