振动传感器和用于平衡振动传感器的方法与流程

本发明涉及一种振动传感器。此外，本发明涉及一种用于平衡振动传感器的方法。振动传感器例如用于确定并且/或者监测介质的过程变量。过程变量是例如填充水平、密度或粘度，并且介质是例如液体、气体或散装物品。

背景技术：

1、现有技术中已知的是振动传感器，其具有机械可振荡单元，该机械可振荡单元被换能器装置激励，以执行机械振荡。除了其作为激励单元的功能之外，换能器装置还用作接收单元。因此，由与介质的相互作用所调制的振荡由换能器装置接收并评估。在这种情况下，换能器装置使用例如压电元件，其在电信号和机械振荡之间转换。用于测量的是，例如，当机械可振荡单元从未覆盖状态改变到由介质覆盖的状态时，振荡频率或振幅改变。这使得能够例如监测在容器中的介质的填充水平。

2、已知的是，机械可振荡单元可以是具有两个尖齿的振荡叉的形式，或者仅是膜或甚至是单个杆。这些装置的主题是应将尽可能少的振荡能量传递到机械可振荡单元的保持器。在这种情况下，保持器是装置(尤其是机械可振荡单元)经由其被安装在测量点处的区域。例如，如果要监测容器中的介质的填充水平，则最经常的是将机械可振荡单元经由容器壁中的端口部分地引入并固定在测量空间中，从而被固定在容器的内部中。如果机械可振荡单元将机械能传递到保持器，则与容器机械联接的其它设备部件或甚至在给定情况下是在容器中发生的过程可能受到影响。甚至可以激发容器的共振。为了防止这样的事情，机械可振荡单元必须被平衡，使得没有振荡能量经由保持器流出。为此，振荡叉的尖齿例如相对于彼此被平衡。在单个杆的情况下，同样已知的是执行平衡。在这方面利用的是以下这样的事实，即，虽然它从外侧看起来像单个杆，但是一般来说，它由两个部件组成，即：内管和外管，内管和外管中的每一者都被适配成使得其振荡抵消了其在保持器处的配对部的振荡。

3、在de 10 2004 011 377 a1中，单个杆与调节单元联接，该调节单元的刚度被以电气方式设定。单个杆的平衡发生在de 10 2004 009 495 a1以及de 10 2012 103 165 a1或de 196 51 362 c1中，因为在每种情况下，将附加部件引入到单个杆的内管中。在de 102015 122 648 a1中，经由内振荡主体向内延伸到外管中的程度来设定单个杆的振荡行为。

4、显而易见的是，用于平衡的构造相对复杂。这伴随着增加的成本和复杂性，这也可能导致问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是简化用作机械可振荡单元的单个杆的平衡。

2、本发明通过包括单个杆的振动传感器以及用于使振动传感器并且尤其是机械可振荡单元平衡的方法来实现目的。

3、该目的通过振动传感器来实现，所述振动传感器包括机械可振荡单元、换能器装置、壳体和补偿部件，其中，所述换能器装置激励所述机械可振荡单元，使得执行机械振荡，并且/或者从所述机械可振荡单元接收机械振荡，其中，所述机械可振荡单元包括外管、内管和终端单元，其中，所述外管包括内空间、第一端部和第二端部，其中，所述内管被布置在所述外管的内空间中，其中，所述外管经由所述第一端部与所述壳体连接，其中，所述外管的内空间经由所述终端单元在所述第二端部处界定，其中，所述补偿部件被至少部分地布置在所述外管的内空间中并且/或者在所述外管的内空间上接界，并且其中，所述补偿部件与所述外管并且/或者与所述内管机械地联接，并且其中，所述振动传感器包括横穿通道，所述补偿部件能够通过所述横穿通道引入并且/或者改变。

4、本发明的所述振动传感器包括机械可振荡单元和换能器装置。在这种情况下，所述换能器装置在电信号和机械可振荡单元的振荡之间进行转换。进一步存在壳体和补偿部件。所述壳体还围绕例如所述传感器的电子器件。所述机械可振荡单元与所述壳体连接。具体地是，所述机械可振荡单元的外管的端部与所述壳体连接。相反端部与终端单元连接。所述外管和终端单元可以是一件式的。所述终端单元和所述外管包围内空间，其中所述机械可振荡单元的内管位于所述内空间中。所述补偿部件用于补偿所述机械可振荡单元，并且至少部分地或完全地位于所述外管的内空间中并且/或者被布置成与所述外管的内空间接界。此外，所述补偿部件与所述外管和/或内管机械地联接，使得所述补偿部件影响所述振荡行为。所述振动传感器包括横穿通道，通过所述横穿通道，所述补偿部件能够引入并且/或者能够改变。因此，可以经由所述通道引入并且/或者改变所述补偿部件。在改变方面，例如，可以改变所述补偿部件的质量。

5、在一个实施例中，所述横穿通道在所述外管的远离所述终端单元的那一端部处开口。在该实施例中，所述通道因此从所述开口延伸到所述振动传感器的内部。

6、以下实施例通过讨论哪些部件形成所述通道而涉及所述通道位于何处。

7、所述振动传感器的一个实施例规定，所述内管具有横穿通道。因此，该实施例中的内管基本上被实施为中空圆筒体。

8、所述振动传感器的补充或替代实施例规定，所述换能器装置具有横穿通道。

9、所述振动传感器的补充或替代实施例规定，所述壳体具有横穿通道。在补充实施例中，所述横穿实施例位于所述壳体的与所述机械可振荡单元连接的端部处。因此，在该实施例中，在安装所述振动传感器后，所述壳体的这一端部面向所述介质。

10、所述振动传感器的补充或替代实施例包括，所述外管基本上是圆筒形的，并且所述终端单元在所述第二端处封闭所述外管。因此，取决于定向，所述终端单元可以是所述外管的盖或底板。

11、所述振动传感器的补充或替代实施例规定，所述换能器装置具有至少一个压电元件。在补充实施例中，所述换能器装置由至少一个环形压电元件形成。

12、所述振动传感器的补充或替代实施例包括：凹部存在于所述终端单元中，并且所述补偿部件被至少部分地布置在所述终端单元的凹部中。在该实施例中，所述终端单元因此具有例如盲孔，所述盲孔至少部分地接纳所述补偿部件。

13、所述振动传感器的补充或替代实施例规定，所述补偿部件至少部分地由能够硬化的流体构成，并且所述流体被实施为使得所述流体的粘度取决于作用在所述流体上的剪切力。优选地是，所述流体处于尚未硬化的状态，经由所述通道引入到所述机械可振荡单元中，并且通过例如从外侧或通过其自身施加的方式在那里硬化。所述流体优选地是具有这样的特性，即：当剪切力作用在其上时，其变为低粘度，因此表现出假塑性或剪切稀化。然而，如果不存在剪切力，则所述流体具有高粘度。优选地是，所述流体被形成为使得在给定情况下，它可以从所述机械可振荡单元中取出。

14、所述振动传感器的补充或替代实施例包括：所述补偿部件至少部分地由能够固定的粉末构成。优选地是，在平衡的情况下，将所述粉末引入到所述机械可振荡单元中并且在那里经受固定，在固定中，所述粉末被转化为固体单元或被转化为连接到较大部件的单元。所述粉末的固定例如通过激光焊接、通过施加电压或例如通过例如由压缩力或由合适的催化剂所引发的化学反应来执行。

15、所述振动传感器的补充或替代实施例规定，所述补偿部件至少部分地由质量元件和紧固装置形成，所述质量元件经由紧固装置被固定在所述外管的内空间中，所述紧固装置具有至少两个稳定的变形状态，并且所述紧固装置—优选地是通过施加机械力—从一个变形状态转换到另一个变形状态。在该实施例中使用的是，所述质量元件的效果取决于其相对于所述机械可振荡单元的位置，因此取决于其相对于子部件（即内管和外管）的位置。为此，通过这种紧固装置被固定在所述内空间中的是质量元件，其可以呈现至少两种不同的变形状态，因此，尤其不是由于弹性变形而自动从一种状态回弹到另一种状态的状态。这两种变形状态的特征在于，在每种情况下，所述质量元件呈现所述内空间中的另一位置。因此，在一个实施例中，每个变形状态沿着所述机械可振荡单元的纵向轴线处于所述质量元件的不同位置。所述横穿通道允许使所述机械可振荡单元平衡，例如在所述质量元件和/或所述紧固装置上施加机械力，使得发生从一种变形状态到另一种变形状态的转变。因此，尤其发生从一种状态到另一种状态的持续变形。

16、此外，本发明通过一种用于平衡振动传感器的方法来实现该目的，其中，所述振动传感器包括机械可振荡单元，其中所述方法包括如下方法步骤：经由所述振动传感器的横穿通道将补偿部件引入到所述机械可振荡单元中并且/或者改变所述机械可振荡单元中的补偿部件。

17、根据本发明，具有机械可振荡单元的振动传感器的平衡通过经由所述振动传感器的横穿通道将所述补偿部件引入到所述机械可振荡单元中并且/或者改变所述机械可振荡单元中的补偿部件。因此，所述振动传感器具有横穿通道，所述横穿通道使得能够将补偿部件引入到所述机械可振荡单元中并且/或者对已经在所述机械可振荡单元中的补偿部件进行改变，因此对其进行修改。例如，在所述振动传感器的制造期间、在应用现场的安装期间或作为应用期间的适配的一部分，执行所述平衡。在这种情况下，根据实施例或应用类型，在完成所述平衡之后，所述横穿通道可逆地或不可逆地封闭。

18、所述方法的实施例包括将中空针形式的工具(优选地是暂时地)引入所述通道中，并且通过所述中空针将所述补偿部件引入所述机械可振荡单元中。在该实施例中，将所述中空针引入到所述通道中，在所述中空针中，引导所述补偿部件，以便到达所述机械可振荡单元中。这有利于过程并且还防止所述补偿部件被定位在不期望的部位处。

19、所述方法的替代或补充实施例规定，对所引入的补偿部件进行作用，使得所述补偿部件硬化。在该实施例中，所述补偿部件位于所述机械可振荡单元中，首先处于液体或粉末状态，因此不处于完全固体形式。对应地是，规定的是，例如热、机械地经由引入uv光、经由化学反应或经由施加电场或磁场，发生所述补偿部件的硬化。

20、所述方法的替代或补充实施例包括，将相互作用装置形式的工具引入(优选地是暂时地引入)所述横穿通道中，并且通过所述相互作用装置在所述补偿部件上施加机械力。在该实施例中，所述补偿部件被实施为使得其对机械力作出反应。这例如是所述补偿部件的位置变化或压缩。在这种情况下，所述补偿部件可以例如在执行所述平衡之前就已经存在于所述机械可振荡单元中。可替代地是，在所述平衡期间，首先，所述补偿部件可以被引入(例如，经由上述中空针)，并且然后经由所述相互作用装置被作用。

21、所述方法的替代或补充实施例规定，所述方法进一步包括如下步骤：将所述机械可振荡单元(优选地是暂时地)与保持器机械联接，以及将足够的补偿部件引入到所述机械可振荡单元中并且/或者改变所述机械可振荡单元中的补偿部件，使得所述机械可振荡单元的机械振荡基本上没有从所述机械可振荡单元到所述保持器的力和/或力矩的传递。在该实施例中，所述机械可振荡单元与保持器暂时或持续地连接。在这种情况下，所述保持器可以是制造所述振动传感器的工具。可替代地是，所述保持器属于所述振动传感器应当监测的过程。因此，它可以涉及例如容器的器壁。所述平衡的目标是尽可能少地将来自所述机械可振荡单元的能量传递到所述保持器。为此，所述补偿部件被对应地作用，因为根据实施例，所述补偿部件的适当多的材料被引入到所述机械可振荡单元中，或者这样的材料被对应地影响。

22、相应地是，所述方法的详细说明和解释也适用于所述振动传感器，并且反过来也是，使得这里省略重复内容。