DE-102024132431-A1 - Vibrationssensor

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vibrationssensor. Eine Wandlervorrichtung (2) regt eine mechanisch schwingfähige Einheit (1) zu mechanischen Schwingungen an und/oder empfängt von ihr mechanische Schwingungen. Die Erfindung besteht darin, dass die Wandlervorrichtung (2) und ein Temperatursensor (3) eine Gesamtkomponente bilden.

Inventors

• Harald Bauer
• Tobias Brengartner
• Laura Mignanelli
• Steffen Müller
• Jan Schleiferböck

Assignees

• Endress+Hauser SE+Co. KG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (9)

1. Vibrationssensor, mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit (1), mit einer Wandlervorrichtung (2), welche die mechanisch schwingfähige Einheit (1) zu mechanischen Schwingungen anregt und/oder mechanische Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) empfängt, und mit einem Temperatursensor (3), dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlervorrichtung (2) und der Temperatursensor (3) eine Gesamtkomponente bilden.
2. Vibrationssensor nach Anspruch 1 , wobei die Wandlervorrichtung (2) eine durchgehende Aussparung (20) aufweist, wobei der Temperatursensor (3) im Wesentlichen pilzförmig ausgestaltet ist, indem der Temperatursensor (3) einen länglichen Grundkörper (30) und eine stirnseitig angeordnete und als Teilkugelform ausgeführte Auflagekomponente (31) aufweist, wobei der Grundkörper (30) zumindest teilweise in der Aussparung (20) angeordnet ist, und wobei die Auflagekomponente (31) außerhalb der Aussparung (20) angeordnet ist.
3. Vibrationssensor nach Anspruch 2 , wobei die Wandlervorrichtung (2) und der Temperatursensor (3) so ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine maximale radiale Erstreckung der Auflagekomponente (31) im Wesentlichen gleich einer maximalen radialen Erstreckung der Wandlervorrichtung (2) ist.
4. Vibrationssensor nach Anspruch 1 , wobei die Wandlervorrichtung (2) mindestens eine seitliche Aussparung (20) aufweist, wobei der Temperatursensor (3) mindestens einen länglichen Grundkörper (30) und eine stirnseitig angeordnete Auflagekomponente (31) aufweist, wobei der Grundkörper (30) zumindest teilweise in der Aussparung (20) angeordnet ist, und wobei die Auflagekomponente (31) eine Stirnseite der Gesamtkomponente aus der Wandlervorrichtung (2) und der Temperatursensor (3) bildet.
5. Vibrationssensor nach Anspruch 1 , wobei der Temperatursensor (3) mindestens einen länglichen Grundkörper (30) und eine stirnseitig angeordnete Auflagekomponente (31) aufweist, wobei der Grundkörper (30) die Wandlervorrichtung (2) zumindest teilweise umschließt, und wobei die Auflagekomponente (31) eine Stirnseite der Gesamtkomponente aus der Wandlervorrichtung (2) und der Temperatursensor (3) bildet.
6. Vibrationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei die Wandlervorrichtung (2) mehrere Piezoringe (21) aufweist, die in einem Stapel angeordnet sind, und wobei die Piezoringe (21) auf ihren Stirnseiten (210) jeweils eine Elektrode (211) aufweisen, die zu der jeweils anderen Stirnseite (210) geführt ist.
7. Vibrationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei der Temperatursensor (3) ein Sensorelement (32) und einen Keramikkörper (33) aufweist, und wobei das Sensorelement (32) im Inneren des Keramikkörpers (33) angeordnet ist.
8. Vibrationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei der Vibrationssensor eine Membrane (4) aufweist, wobei die mechanisch schwingfähige Einheit (1) an der Membrane (4) angeordnet ist, und wobei die Auflagekomponente (31) des Temperatursensors (3) auf der Membrane (4) aufsitzt.
9. Vibrationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei es sich bei der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) um eine Schwinggabel handelt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrationssensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des ersten Anspruchs. Im Stand der Technik sind Vibrationssensoren bekannt, die z. B. als Schwinggabeln oder Einstäbe ausgeführt sind. Solche Sensoren verfügen über eine mechanisch schwingfähige Einheit, die von einer Antriebs-/Empfangseinheit zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Die sich durch die Wechselwirkung mit einem zu vermessenden oder zu überwachenden Medium einstellenden Schwingungen werden von der Antriebs-/Empfangseinheit empfangen und einer Auswertung zugeführt. Für eine Messung wird beispielsweise ausgenutzt, dass sich die Schwingungsfrequenz oder die Amplitude ändert, wenn die mechanisch schwingfähige Einheit von einem unbedeckten zu einem durch das Medium bedeckten Zustand übergeht. Dies erlaubt z. B. die Überwachung des Füllstands des Mediums in einem Behälter. In der Antriebs-/Empfangseinheit ist üblicherweise eine Wandlervorrichtung vorhanden, die zwischen elektrischen Signalen und mechanischen Schwingungen wandelt. Verwendet werden dafür oft Piezoelemente, die über eine polarisierte Keramik und über zumindest eine auf einer Stirnseite aufgebrachte Elektrode für die elektrische Kontaktierung verfügen. Soll die zu erzeugende mechanische Kraft erhöht werden, so ist es bekannt, mehrere Piezoelemente in einem Stapel übereinander anzuordnen. Die Eigenschaften des Mediums, in welches die mechanisch schwingfähige Einheit eingebracht ist und dessen Eigenschaften der Vibrationssensor überwachen und/oder bestimmen soll, können von der Temperatur abhängig sein. Daher ist für eine genaue Messung der Parameter die Ermittlung der Temperatur des Mediums wichtig. Weiterhin ist auch zu beachten, dass die Wandlervorrichtung zumeist über eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen verfügt, die durch hohe Temperaturen, insbesondere oberhalb der Curie-Temperatur Schaden nehmen können. Daher ist es bekannt, Temperatursensoren für die Ermittlung und Überwachung der Temperatur zu verwenden, siehe z. B. die DE 10 2022 133 730 A1. Der Temperatursensor ist dabei Teil des Vibrationssensors. Eine Problematik besteht dabei darin, genau die auf die mechanisch schwingfähige Einheit einwirkende Temperatur zu erfassen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, einen Vibrationssensor mit Temperatursensor vorzuschlagen, der eine möglichst optimale und über die Zeit der Anwendung zuverlässige Temperaturmessung erlaubt. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Wandlervorrichtung und der Temperatursensor eine Gesamtkomponente bilden. Die Erfindung besteht somit darin, dass die Wandlervorrichtung und der Temperatursensor zusammengefasst werden und eine zusammenhängende Komponente bilden. Dies vereinfacht nicht zuletzt auch die Fertigung. Überdies ist die Wandlervorrichtung in dem Vibrationssensor auch in notwendiger Nähe zur mechanisch schwingfähigen Einheit angeordnet, was sich entsprechend auf die Positionierung des Temperartursensors auswirkt. Die Wandlervorrichtung und der Temperatursensor ergänzen sich somit zu der Gesamtkomponente bzw. sind zumindest teilweise komplementär zueinander ausgestaltet, was sich vorzugsweise auf ihre Geometrie bezieht. Ein Temperatursensor ist beispielsweise erforderlich, wenn bei hohen Temperaturen (also z. B. zwischen 150 °C und 230 °C) gemessen werden soll. Insbesondere sind Temperaturmesswerte hilfreich, wenn bei hohen Temperaturen die Dichte eines Mediums gemessen oder überwacht werden soll. Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Wandlervorrichtung eine durchgehende Aussparung aufweist, dass der Temperatursensor im Wesentlichen pilzförmig ausgestaltet ist, indem der Temperatursensor einen länglichen Grundkörper und eine stirnseitig angeordnete und als Teilkugelformausgeführte Auflagekomponente aufweist, dass der Grundkörper zumindest teilweise in der Aussparung angeordnet ist, und dass die Auflagekomponente außerhalb der Aussparung angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung hat die Wandlervorrichtung eine durchgehende Aussparung oder ein Loch, in welchem sich der längliche und somit zu der durchgehenden Aussparung korrespondierende Grundkörper des Temperatursensors befinden. Der Temperatursensor überragt die Wandlervorrichtung durch eine Auflagekomponente, die somit ein stirnseitiges Ende des Temperatursensors bildet und sich entsprechend an den sich länglich erstreckenden Grundkörper anschließt. Die Auflagekomponente ist dadurch auch ein stirnseitiges Ende der gemeinsamen Gesamtkomponente aus Wandlervorrichtung und Temperatursensor. Die Auflagekomponente kann dabei je nach Ausgestaltung abgerundet oder z. B. auch in einer Fläche münden. Im Wesentlichen zeichnet sich die Auflagekomponente dadurch aus, dass sie einer Teilkugel entspricht. Wird die Wandlervorrichtung passend für die Übertragung bzw. das Empfangen der mechanischen Schwingungen relativ zur mechanisch schwingfähigen Einheit positioniert, so befindet sich der Temperatursensor auch in der Nähe der schwingfähigen Einhe