[发明专利]用于确定和/或监测介质的过程变量的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定和/或监测介质的至少一个过程变量的装置，所述装置具有至少一个可机械振动的单元，所述装置具有至少一个转换单元，所述至少一个转换单元从激励信号出发激励所述可机械振动的单元发生机械振动，并且所述至少一个转换单元接收所述可机械振动的单元的机械振动并且将所述机械振动转换成接收信号，其中，所述转换单元具有至少一个压电元件，所述装置具有至少一个电子单元，所述至少一个电子单元向所述转换单元施加激励信号，并且所述至少一个电子单元从转换单元中接收所述接收信号，所述装置具有至少一个补偿元件，所述至少一个补偿元件向所述电子单元施加激励信号，并且所述电子单元从所述至少一个补偿元件中接收补偿信号。所述过程变量例如是在容器中介质的料位(Füllstand)、密度或者粘度。所述介质例如是液体或者散装物料(Schüttgut)。

背景技术

在现有技术中公知所谓的振动叉，利用该振动叉，可以监测介质在容器中的料位。在此，通过压电的转换元件，激励振动叉形式的可机械振动的单元发生共振。用于激励振动或接收振动的例如是，带有各至少一个发送和接收压电(Sende-und Empfangspiezo)的两件式的压电驱动装置(例如DE 39 31 453 C1)或者仅带有一个压电元件的单件式的压电驱动装置(例如DE 197 20 519 A1)。

在单压电技术中，一个压电元件既用作发射器，又用作接收器，也就是说，如下压电还接收机械系统的振动，通过该压电激励所述机械系统处在其共振情况下。向压电所施加的激励信号在此例如是矩形的交流电压。在矩形信号的边沿上使压电电容换向，由此形成充电和放电电流。此外，在脉冲期间流入的是，相应于机械运动的电流。所产生的电流能够通过测量电阻转换成电压并且加以评估。

因为压电电容的充电和放电电流不包含关于机械振动的信息，所以涉及到不希望的副作用，所述副作用在现有技术中(参见DE 197 20519 A1)例如借助于参考电容器来抑制。这例如发生在测量电桥中，其中以如下方式来校正补偿电容器，即，使该补偿电容器相应于压电电容。如果在运行中，也就是在测量中，向转换元件(也就是压电元件)和补偿电容器施加相同的激励信号，那么(在电容相同的情况下)两者都在再充电过程或者再充电峰值(或者再充电电流)方面通过电容性分量在各自可截取的电压中显示出相同的特性。可从转换单元截取的电压尤其是接收信号，该接收信号因此承载着充电/放电曲线和真正的、代表可机械振动的单元的机械振动的有用信号(Nutzsignal)。如果将两个电压相减(或者即使在前面提及的反向之后进行相加的情况下)，那么从接收信号中仅仅还剩下真正的、承载着关于可机械振动的单元(这里是振动叉)的机械振动的信息的有用信号。

在使用补偿电容器时的问题在于，该补偿电容器显示出与压电的转换元件不同的老化特性以及还有温度特性。大多数情况下，针对电容器使用具有介电常数的相对低的温度系数的原料。与之相反，例如基于PZT基底(锆钛酸铅)的压电原料具有介电常数的非常高的温度系数。因此显示出相应电容的明显不同的温度特性。PZT原料的介电特性也随着时间变化(老化)。因此，关于温度方面并且也关于时间方面，按现有技术可能导致补偿失调(Verstimmung)。

发明内容

因此，本发明的任务在于，在温度稳定性方面并且优选也在压电原料的老化效应方面，改善现有技术的补偿。

按本发明，该任务通过以下方式得以解决，即，补偿元件具有至少一个至少部分地由压电材料或压电原料制成的元件。在一种构造方式中，补偿元件与至少部分地由压电材料(例如由极化的或者非极化的或者去极化的压电陶瓷)制成的元件相同。

因此，与现有技术不同，在本发明中不使用用于补偿的电容器。按本发明，优选至少部分地由与转换单元的压电元件相同的原料制成的元件用于补偿。这具有以下优点，即，介电常数的温度系数几乎是相同的并且因此关于温度的补偿保持稳定。那就是说，两个元件经受类似的老化过程。此外，在相应地机械解耦的情况下，将补偿元件的至少部分地由压电材料制成的元件例如集成到转换元件中，从而使得两个元件不仅暴露在同一温度影响下，而且也相同地进行接触。对于这种情况来说，必要时还需要特别的构造方式，由此，补偿元件不记录可机械振动的单元的运动，也不产生取决于该运动的信号。

一种构造方式包括：转换单元正好具有一个压电元件。因此，转换单元仅由一个压电元件组成，该压电元件不仅用于产生振动，而且用于检测振动。