具有调谐元件的电子振动传感器制造技术

本发明专利技术涉及用于监测容器(3)中的介质(2)的过程变量的电子振动传感器(1)，至少包括可机械振荡的单元(4)、驱动/接收单元(5)和电子单元(6)，其中所述可机械振荡的单元(4)具有控制元件(13)和两个振荡杆(7、8)，控制元件(13)与所述振荡杆(7、8)中的至少一个振荡杆机械连接并且其刚度可以变化，其中至少一个第一外振荡杆(7)是管状的并且同轴地围绕第二内振荡杆(8)，其中所述两个振荡杆(7、8)中的每一个振荡杆都以下列方式紧固到共享载体(9)，即振荡杆能够横向于振荡杆的纵向方向执行振荡，其中所述驱动/接收单元(5)被设计为通过电激励信号(Ua)将所述两个振荡杆(7、8)激发为方向相反的横向机械谐振振荡，并且接收所述可机械振荡的单元(4)的振荡并将所述振荡转换成电接收信号(Ue)，其中所述电子单元(6)被设计为设定所述控制元件(13)的刚度并且至少从所述电接收信号(Ue)确定所述至少一个过程变量，并且其中所述控制元件(13)包括由具有巨ΔE效应的材料制成的至少一个部件(15)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有调谐元件的电子振动传感器
本专利技术涉及用于确定和/或监测容纳物中的介质的至少一个过程变量的电子振动传感器，该电子振动传感器包括可振荡单元、驱动/接收单元和电子单元。容纳物例如是容器、罐或者甚至是管道。过程变量例如能够为容纳物中的介质的预定填充水平，或介质的密度或粘度。
技术介绍
这种现场设备，也称为电子振动传感器，特别是在填充水平测量装置的情况下，例如具有振荡叉、单杆或膜作为可振荡单元。可振荡单元在操作期间被激励以通过通常为机电换能器单元形式的驱动/接收单元执行机械振荡，该驱动/接收单元继而例如能够为压电驱动器或电磁驱动器。对应的现场设备由申请人生产，其品种繁多并且例如以商标LIQUIPHANT和SOLIPHANT出售。基础测量原理基本上是已知的。驱动/接收单元通过电激励信号激发机械振荡单元以执行机械振荡。在另一方向上，驱动/接收单元接收可机械振荡单元的机械振荡并将其转换为电接收信号。驱动/接收单元可以是单独的驱动单元和单独的接收单元，或组合的驱动/接收单元。激励信号以及接收信号都以其频率、振幅和/或相位为特征。然后通常考虑这些变量的变化以确定相应的过程变量。在用于液体的电子振动限位开关的情况下，例如，区分可振荡单元是被液体覆盖的振荡还是自由振荡。然后区分自由状态和覆盖状态这两种状态，例如在LIQUIPHANT仪器的情况下，通常基于不同的谐振频率，因此基于频移用于液体介质，并且在SOLIPHANT仪器的情况下，基于振荡振幅的变化主要用于散装材料(bulkgoods)。将振荡叉作为可机械振荡单元应用的优点在于，两个叉齿以下列方式执行相反相位的振荡，即没有能量或力从叉齿传递到夹持区域，振荡叉通过该夹持区域与膜连接。相反，对于例如在介质可能被卡在叉齿之间的情况下的应用，则使用所谓的单杆振荡器是有利的。然而，在给定情况下，与振荡叉相比，关于信号稳定性以及关于夹持区域上的力的补偿而言，单杆振荡器是不利的。例如从文献DE3011603A1和DE3625779C2已知具有单杆作为可振荡单元的电子振动传感器的各种实施例。可振荡单元包括两个振荡杆，其中至少一个振荡杆是管状的并且同轴地围绕另一个振荡杆，因此是内振荡杆和外中空振荡杆。此外，两个振荡杆中的每一个都通过像复位弹簧一样作用的弹性保持部固定在共享载体上，使其能够横向于其纵向方向执行振荡。因而，每个振荡杆都与弹性保持部一起形成机械振荡系统，其特征谐振频率由振荡杆的质量惯性矩以及弹性保持器的弹簧常数确定。为了使没有反作用力作用在夹持设备上，由此除了别的以外，振荡能量可能损失，两个振荡杆，即两个振荡系统通常以下列方式实施，即在不接触介质的情况下，它们具有相同的特征谐振频率并执行相反指向的振荡。在给定的激励功率的情况下，振荡振幅最大。相反，在用介质覆盖的情况下，振荡振幅被阻尼或为零。在这种情况下，振幅阻尼是填充水平的量度。然而，现在的情况是由于外振荡杆上的积聚物形成或腐蚀，所以在与介质持续接触的情况下，外振荡杆，即外振荡系统的特征谐振频率改变。因而，积聚物使例如外振荡系统的质量以及与之相关联的其质量惯性矩增大。然后，外振荡系统和内振荡系统的特征谐振频率彼此不再相同，这导致最大振荡振幅减小。相应地，可能发生的是电子单元不再能够区分振荡振幅的测量减小是由积聚物形成产生还是通过达到特定填充水平产生。为了解决这个问题，例如从DE19651362C1已知在至少一个振荡杆上布置补偿质量，补偿质量可在振荡杆的纵向方向上移位，并且为了自动调节两个振荡杆，即振荡系统的特征谐振频率，集成用于调节补偿质量的调谐设备。然而，取决于调谐设备的具体实施例，对该解决方案存在限制。然而，振荡杆的特征谐振频率也取决于用于其制造的材料的刚度。如WO2005/0885770A2中所述，这种关系能够被用于振荡杆的特征谐振频率的针对性变化。对于具有单杆作为可振荡单元的电子振动传感器的示例，例如，可变刚性调谐单元能够与至少一个振荡杆耦合。然后，调谐单元例如至少部分地由压电或磁致伸缩材料组成，这种材料的刚度能够通过控制单元进行电控制。在压电材料和对应的电极作为调谐单元的情况下，通过在电极之间流动的电流改变刚度。然后，任一电极都是自由的，使得没有电流能够流动，或者它们被短路，其中短路状态下的刚度最小。相反，如果使用磁致伸缩材料，则相反，能够通过施加穿过材料的可变强度的磁场来调节该材料的刚度。然而，必需相当大磁场，这对于在现场设备中的应用来说，在期望尽可能低的功耗的情况下可能是不利的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标在于提供一种具有单杆作为可振荡单元的电流节约型振荡传感器，其中内振荡系统和外振荡系统的特征谐振频率能够相对于彼此无级且简单地调谐。根据本专利技术，该目标通过一种电子振动传感器实现，所述电子振动传感器用于监测容纳物中的介质的至少一个过程变量，这种电子振动传感器包括可机械振荡单元、驱动/接收单元和电子单元，其中可机械振荡单元具有调谐元件和两个振荡杆，调谐元件具有可变刚度且与振荡杆中的至少一个振荡杆机械连接，其中至少第一振荡杆是管状的并且同轴地围绕第二内振荡杆，其中两个振荡杆中的每一个振荡杆都以下列方式固定在共享载体上，即每个振荡杆都能够横向于其纵向方向执行振荡，其中驱动/接收单元被实施为基于电激励信号将两个振荡杆激发为指向相反的横向机械谐振振荡，并且接收可机械振荡单元的振荡并将它们转换成电接收信号，其中电子单元被实施为调谐该调谐元件的刚度并且至少从电接收信号确定至少一个过程变量，并且其中调谐元件包括由具有巨ΔE效应的材料制成的至少一个部件。因而，本专利技术的基本思想在于通过改变两个振荡杆中的至少一个振荡杆的刚度来提供对该振动杆的特征谐振频率的针对性影响。根据本专利技术，为此使用的所谓巨ΔE效应材料具有巨ΔE效应，并且具有通过同时耦合有较低磁各向异性能量的高饱和磁致伸缩的特征。以这种方式，导致与常规磁致伸缩材料相比，在磁化变化相对较小的情况下，弹性模量的变化特别大。因而，能够通过磁场的相对小的变化来改变弹性模量和刚度。因为，为此只需要相对较弱的磁场，对应的现场设备则具有低功耗的特征。这对于具有4-20mA或NAMUR接口的现场设备尤为有利。在优选实施方案中，具有巨ΔE效应的材料是无定形铁磁材料，特别是无定形金属或金属玻璃。由于在这些材料中不存在长程有序，所以导致不存在磁晶各向异性，这导致了所谓的巨ΔE效应的出现。如例如在N.PKobelev等人的“无定形铁磁性带体中的“巨”ΔE效应和磁力阻尼”(““Giant”ΔE-EffectandMagnetomechanicalDampinginAmorphousFerromagneticRibbons”，Phys.Stat.Sol.(a)102,773(1987))中所述，材料的弹性变化量ΔE的量级大体上取决于感应磁各向异性K的大小以及机械应力σ，并且在K≈λSσ的情况下尤其大，其中λS是磁致伸缩系数。在另外的优选实施例中，具有巨ΔE效应的材料是磁致伸缩材料的快速冷却金属熔体。在这种情况下，当快速冷却金属熔体被热或热磁处理时有利。金属熔体的快速冷却通常被应用于制造金属玻璃。高达106K/s的冷却速度能够防止金属典型的结晶。热或热磁处理减少机械翘曲和/或磁化优先方向的出现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子振动传感器(1)，所述电子振动传感器(1)用于监测容纳物(3)中的介质(2)的过程变量，所述电子振动传感器(1)包括可机械振荡单元(4)、驱动/接收单元(5)和电子单元(6)，其中所述可机械振荡单元(4)具有调谐元件(13)和两个振荡杆(7、8)，所述调谐元件(13)具有可变刚度且与所述振荡杆(7、8)中的至少一个振荡杆机械连接，其中至少第一外振荡杆(7)是管状的并且同轴地围绕第二内振荡杆(8)，其中所述两个振荡杆(7、8)中的每一个振荡杆都以下列方式固定在共享载体(9)上，即每个振荡杆都能够横向于其纵向方向执行振荡，其中所述驱动/接收单元(5)被实施为基于电激励信号(Ua)将所述两个振荡杆(7、8)激发为指向相反的横向机械谐振振荡，并且接收所述可机械振荡单元(4)的振荡并将它们转换成电接收信号(Ue)，其中所述电子单元(6)被实施为调谐所述调谐元件(13)的刚度并且至少从所述电接收信号(Ue)确定所述至少一个过程变量，其特征在于：所述调谐元件(13)包括至少一个部件(15)，所述至少一个部件(15)由具有巨ΔE效应的材料制成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.03 DE 102015103071.31.一种电子振动传感器(1)，所述电子振动传感器(1)用于监测容纳物(3)中的介质(2)的过程变量，所述电子振动传感器(1)包括可机械振荡单元(4)、驱动/接收单元(5)和电子单元(6)，其中所述可机械振荡单元(4)具有调谐元件(13)和两个振荡杆(7、8)，所述调谐元件(13)具有可变刚度且与所述振荡杆(7、8)中的至少一个振荡杆机械连接，其中至少第一外振荡杆(7)是管状的并且同轴地围绕第二内振荡杆(8)，其中所述两个振荡杆(7、8)中的每一个振荡杆都以下列方式固定在共享载体(9)上，即每个振荡杆都能够横向于其纵向方向执行振荡，其中所述驱动/接收单元(5)被实施为基于电激励信号(Ua)将所述两个振荡杆(7、8)激发为指向相反的横向机械谐振振荡，并且接收所述可机械振荡单元(4)的振荡并将它们转换成电接收信号(Ue)，其中所述电子单元(6)被实施为调谐所述调谐元件(13)的刚度并且至少从所述电接收信号(Ue)确定所述至少一个过程变量，其特征在于：所述调谐元件(13)包括至少一个部件(15)，所述至少一个部件(15)由具有巨ΔE效应的材料制成。2.根据权利要求1所述的电子振动传感器，其特征在于：所述具有巨ΔE效应的材料是无定形铁磁材料，特别是无定形金属或金属玻璃。3.根据权利要求1或2所述的电子振动传感器，其特征在于：所述具有巨ΔE效应的材料是磁致伸缩材料的快速冷却金属熔体。4.根据权利要求3所述的电子振动传感器，其特征在于：所述快速冷却金属熔体被热或热磁处理。5.根据权利要求3或4所述的电子振动传感器，其特征在于：所述快速冷却金属熔体为条、带或尺状材料，并且刚度可变的所述至少一个部件由布置在彼此之上的至少两层所述条、带或尺状材料组成。6.根据权利要求5所述的电子振动传感器，其特征在于：所述条、带或尺状材料被层压。7.根据前述权利要求中的至少一项所述的电子振动传感器，其特征在于：所述调谐元件(13)包括用于产生磁场的装置。...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉斐尔·屈南，穆德·西亚菲克·阿芬迪·易卜拉西姆，迪特马尔·弗鲁豪夫，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE