Die Erfindung betrifft eine Entkopplungseinheit für eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung von zumindest einer Prozessgröße eines Mediums umfassend eine Sensoreinheit mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit und einer Antriebs-ZEmpfangseinheit sowie eine Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Entkopplungseinheit. Das Medium befindet sich in einem Behältnis, beispielsweise in einem Behälter oder in einer Rohrleitung.

Vibronische Sensoren finden vielfach Anwendung in der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik. Im Falle von Füllstandsmessgeräten weisen sie zumindest eine mechanisch schwingfähige Einheit, wie beispielsweise eine Schwinggabel, einen Einstab oder eine Membran auf. Diese wird im Betrieb mittels einer Antriebs-ZEmpfangseinheit, häufig in Form einer elektromechanischen Wandlereinheit, zu mechanischen Schwingungen angeregt, welche wiederum beispielsweise ein piezoelektrischer Antrieb oder ein elektromagnetischer Antrieb sein kann. Entsprechende Feldgeräte werden von der Anmelderin in großer Vielfalt hergestellt und beispielsweise unter der Bezeichnung LIQUIPHANT oder SOLIPHANT vertrieben. Die zugrundeliegenden Messprinzipien sind im Prinzip aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Die Antriebs-ZEmpfangseinheit regt die mechanisch schwingfähige Einheit mittels eines elektrischen Anregesignals zu mechanischen Schwingungen an. Umgekehrt kann die Antriebs- ZEmpfangseinheit die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umwandeln. Bei der Antriebs-ZEmpfangseinheit handelt es sich entsprechend entweder um eine separate Antriebseinheit und eine separate Empfangseinheit, oder um eine kombinierte Antriebs-ZEmpfangseinheit.

Dabei ist die Antriebs-ZEmpfangseinheit in vielen Fällen Teil eines rückgekoppelten elektrischen Schwingkreises, mittels welchem die Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit zu mechanischen Schwingungen erfolgt. Beispielsweise muss für eine resonante Schwingung die Schwingkreisbedingung, gemäß welcher der Verstärkungsfaktor >1 ist und alle im Schwingkreis auftretenden Phasen ein Vielfaches von 360° ergeben, erfüllt sein. Zur Anregung und Erfüllung der Schwingkreisbedingung muss eine bestimmte Phasenverschiebung zwischen dem Anregesignal und dem Empfangssignal gewährleistet sein. Deshalb wird häufig ein vorgebbarer Wert für die Phasenverschiebung, also ein Sollwert für die Phasenverschiebung zwischen dem Anregesignal und dem Empfangssignal eingestellt. Hierfür sind aus dem Stand der Technik unterschiedlichste Lösungen, sowohl analoge als auch digitale Verfahren, bekannt geworden, wie beispielsweise in den Dokumenten DE102006034105A1 , DE102007013557A1 , DE102005015547A1 , DE102009026685A1 , DE102009028022A1 , DE102010030982A1 oder DE00102010030982A1 beschrieben. Sowohl das Anregesignal als auch das Empfangssignal sind charakterisiert durch ihre Frequenz w, Amplitude A und/oder Phase <t>. Entsprechend werden Änderungen in diesen Größen üblicherweise zur Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße herangezogen. Bei der Prozessgröße kann es sich beispielsweise um einen Füllstand, einen vorgegebenen Füllstand, oder auch um die Dichte oder die Viskosität des Mediums, sowie um den Durchfluss handeln. Bei einem vibronischen Grenzstandschalters für Flüssigkeiten wird beispielsweise unterschieden, ob die schwingfähige Einheit von der Flüssigkeit bedeckt ist oder frei schwingt. Diese beiden Zustände, der Freizustand und der Bedecktzustand, werden dabei beispielsweise anhand unterschiedlicher Resonanzfrequenzen, also anhand einer Frequenzverschiebung, unterschieden.

Die Dichte und/oder Viskosität wiederum lassen sich mit einem derartigen Messgerät nur ermitteln, wenn die schwingfähige Einheit vollständig vom Medium bedeckt ist. Im Zusammenhang mit der Bestimmung der Dichte und/oder Viskosität sind ebenfalls unterschiedliche Möglichkeiten aus dem Stand der Technik bekannt geworden, wie beispielswiese die in den Dokumenten DE10050299A1 , DE102007043811A1 , DE10057974A1 , DE102006033819A1 , DE102015102834A1 oder DE102016112743A1 offenbarten.

Aus den Dokumenten DE102012100728A1 oder DE102017130527A1 sind verschiedene vibronische Sensoren bekannt geworden, bei denen die piezoelektrischen Elemente zumindest teilweise innerhalb der schwingfähigen Einheit angeordnet sind. Mit derartigen und ähnlichen Anordnungen lassen sich vorteilhaft mit einem einzigen Sensor mehrere Prozessgrößen bestimmen und zur Charakterisierung von unterschiedlichen Prozessen heranziehen, wie beispielsweise aus den Dokumenten W02020/094266A1 , DE102019116150A1 , DE102019116151A1 , DE02019116152A1 , DE102019110821 A1 , DE102020105214A1 oder DE102020116278A1 bekannt geworden.

Bei vibronischen Sensoren erfolgt grundsätzlich eine Anregung der schwingfähigen Einheit zu mechanischen Schwingungen, welche wiederum durch Eigenschaften verschiedener Medien beeinflusst werden. Für eine hohe Messgenauigkeit ist es entsprechend erforderlich, dass das mechanische Schwingungssystem von äußeren Störeinflüssen möglichst gut entkoppelt wird. Umgekehrt müssen Kräfte, welche aus der Schwingungsbewegung der schwingfähigen Einheit, insbesondere mangels perfekter Symmetrien, resultieren und welche beispielsweise auf das jeweilige Behältnis oder einen daran angeordneten Prozessanschluss einwirken können, reduziert bzw. eliminiert werden, um Beschädigungen zu vermeiden. Ein derartiger Energieabfluss aus dem Schwingungssystem führt zudem zu einem geänderten Schwingungsverhalten. Somit besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, die Messgenauigkeit vibronischer Sensoren zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Entkopplungseinheit nach Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung nach Anspruch 8.

Hinsichtlich der Entkopplungseinheit wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch eine Entkopplungseinheit für eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung von zumindest einer Prozessgröße eines Mediums umfassend eine Sensoreinheit mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit und einer Antriebs-ZEmpfangseinheit, welche dazu ausgestaltet ist, die mechanisch schwingfähige Einheit mittels eines elektrischen Anregesignals zu mechanischen Schwingungen anzuregen, und die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit zu empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umzuwandeln. Erfindungsgemäß umfasst die Entkopplungseinheit einen rohrförmigen Körper, wobei ein erster Endbereich des rohrförmigen Körpers zur Verbindung mit der Sensoreinheit der Vorrichtung, und ein zweiter Endbereich des rohrförmigen Körpers zur Verbindung mit einerweiteren Komponente der Vorrichtung, insbesondere einer Verlängerungselement oder ein Gehäuse einer Elektronik der Vorrichtung, ausgestaltet ist, und wobei eine Wandstärke des rohrförmigen Körpers entlang einer Längsachse des rohrförmigen Körpers variabel ist.

Die Entkopplungseinheit dient der mechanischen Schwingungsentkopplung eines vibronischen Sensors. Durch die Entkopplungseinheit kann ein Abfluss von Energie aus dem Schwingungssystem des jeweils verwendeten vibronischen Sensors an den Prozessanschluss oder das Behältnis verhindert werden. Aus dem Schwingungssystem des vibronischen Sensors abfließende Energie wird nämlich durch die Entkopplungseinheit direkt dissipiert. Die aus dem Schwingungssystem abfließende Energie resultiert beispielsweise aus, insbesondere fertigungsbedingten, geringen Asymmetrien im Bereich der schwingfähigen Einheit. Im Falle, dass es sich bei der schwingfähigen Einheit um eine Schwinggabel mit zwei Schwingstäben handelt, sind in diesem Zusammenhang insbesondere Asymmetrien der beiden Schwingstäbe relativ zu einer oder bezogen auf deren Anordnung relativ zueinander von Bedeutung. Wird die abfließende Energie nicht durch eine erfindungsgemäße Entkopplungseinheit dissipiert, kann es beispielsweise zu einer Änderung der Resonanzeigenschaften, insbesondere der Resonanzfrequenz der schwingfähigen Einheit, kommen. Ein frequenzstabiles Schwingungsverhalten ist aber in Bezug auf die Messgenauigkeit vibronischer Sensoren von größter Bedeutung. Besonders relevant ist eine Frequenzstabilität im Falle, dass mittels des vibronischen Sensors die Dichte des Mediums bestimmt werden soll. Um eine effektive Schwingungsentkopplung erreichen zu können, ist eine Wandstärke des rohrförmigen Körpers entlang einer Längsachse variabel ausgestaltet. Insbesondere erfolgt entlang einer Längsachse des rohrförmigen Körpers zumindest eine abrupte, stufenartige bzw. diskontinuierliche oder unstetige Änderung der Wandstärke. Dies führt zu, insbesondere abrupten, Änderungen der Steifigkeit des rohrförmigen Körpers entlang der Längsachse, was wiederum entscheidend zur Schwingungsentkopplung und Frequenzstabilität des vibronischen Sensors beiträgt.

Es sei darauf verwiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene Ausgestaltungen der Wandung des rohrförmigen Körpers denkbar sind. Beispielweise können die äußere oder die innere Wandung geradlinig verlaufen, während die jeweils andere Wandung zumindest abschnittsweise einen nichtlinearen Verlauf hat, um eine Variation der Wandstärke zu erreichen. Es ist aber auch denkbar, dass sowohl die innere Wandung als auch die äußere Wandung zumindest abschnittsweise einen nichtlinearen Verlauf aufweisen. Ein nichtlinearer Verlauf bedeutet insbesondere das Vorhandensein von zumindest einem Absatz, einer Kante, oder einer Rundung.

In einer Ausgestaltung weist der rohrförmige Körper in zumindest einem Teilbereich entlang der Längsachse eine Wandstärke auf, welche größer oder kleiner ist als eine Wandstärke der Wandung des rohrförmigen Körpers außerhalb des Teilbereichs. In dem Teilbereich ist die Wandung demnach dicker oder dünner ist als außerhalb des Teilbereichs. Die Entkopplungseinheit weist entsprechend in dem Teilbereich eine geänderte Steifigkeit auf, was wiederum zur Schwingungsentkopplung beiträgt.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Wandstärke in dem Teilbereich mindestens um den Faktor zwei, vorzugsweise mindestens um den Faktor 5, größer oder kleiner ist als die Wandstärke außerhalb des Teilbereichs.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der rohrförmige Körper in dem zumindest einen Teilbereich eine Aussparung, insbesondere eine Kerbe oder Nut auf, welche im Bereich einer Innen- oder Außenwandung des rohrförmigen Körpers angeordnet sein kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Entkopplungseinheit weist der rohrförmige Körper in dem zumindest einen Teilbereich einen Innen- oder Außendurchmesser senkrecht zur Längsachse des rohrförmigen Körpers auf, welcher größer ist als ein Innen- oder Außendurchmesser des rohrförmigen Körpers außerhalb des Teilbereichs. In einer weiteren Ausgestaltung der Entkopplungseinheit beträgt ein Abstand des zumindest einen Teilbereichs von dem ersten Endbereich parallel zur Längsachse des rohrförmigen Körpers mindestens der Hälfte eines Durchmessers, insbesondere des Außendurchmessers, des rohrförmigen Körpers.

Schließlich beinhaltet noch eine Ausgestaltung der Entkopplungseinheit, dass ein Abstand des zumindest einen Teilbereichs von dem ersten Endbereich parallel zur Längsachse des rohrförmigen Körpers maximal das Vierfache eines Durchmessers, insbesondere des Außendurchmessers, des rohrförmigen Körpers beträgt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung von zumindest einer Prozessgröße eines Mediums umfassend eine Sensoreinheit mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit, und einer Antriebs- /Empfangseinheit, welche dazu ausgestaltet ist, die mechanisch schwingfähige Einheit mittels eines elektrischen Anregesignals zu mechanischen Schwingungen anzuregen, und die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit zu empfangen und in ein erstes elektrisches Empfangssignal umzuwandeln, eine Elektronik, welche dazu ausgestaltet ist, anhand des Empfangssignals die zumindest eine Prozessgröße zu ermitteln, und eine erfindungsgemäße Entkopplungseinheit nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen.

Bei der mechanisch schwingfähigen Einheit handelt es sich beispielsweise um eine Membran, einen Einstab, eine Anordnung von zumindest zwei Schwingelementen, oder um eine Schwinggabel.

Mittels des Anregesignals werden mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit erzeugt, welche im Falle, dass die schwingfähige Einheit von Medium bedeckt ist, von den Eigenschaften des Mediums beeinflusst werden. Entsprechend kann anhand des Empfangssignals, welches die Schwingungen der schwingfähigen Einheit repräsentiert, eine Aussage über die zumindest eine Prozessgröße ermittelt werden. Bei dem Anregesignal handelt es sich beispielsweise um ein elektrisches Signal mit zumindest einer vorgebbaren Frequenz, insbesondere um ein sinusförmiges oder um ein rechteckförmiges Signal. Vorzugsweise wird die mechanisch schwingfähige Einheit zumindest zeitweise zu Resonanzschwingungen angeregt. Die Vorrichtung kann ferner eine Elektronik, beispielsweise zur Signalerfassung und/oder -speisung umfassen.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Antriebs-ZEmpfangseinheit zumindest ein piezoelektrisches Element. Es können aber auch mehrere piezoelektrische Elemente vorhanden sein, die an unterschiedlichen Positionen relativ zur schwingfähigen Einheit angeordnet sein können. Alternativ sind aber ebenfalls elektromagnetische Antriebs-ZEmpfangseinheiten denkbar. Es ist von Vorteil, wenn das piezoelektrische Element zumindest teilweise in einem Innenvolumen der schwingfähigen Einheit angeordnet ist. Beispielsweise kann die schwingfähige Einheit zumindest einen Hohlraum umfassen, in welchen das piezoelektrische Element eingebracht ist. Der Hohlraum ist dann vorzugsweise mit einer Füllung, insbesondere mit einem Vergussmaterial, beispielsweise einem Klebstoff, gefüllt, oder das piezoelektrische Element ist in dem Hohlraum vergossen.

Es ist ferner von Vorteil, wenn die Vorrichtung dazu ausgestaltet ist, ein Sendesignal auszusenden und ein zweites Empfangssignals zu empfangen, und anhand des ersten und/oder zweiten Empfangssignals die zumindest eine Prozessgröße zu bestimmen und/oder zu überwachen. In diesem Falle handelt es sich um einen vibronischen Multisensor.

In diesem Fall dient das piezoelektrische Element einerseits als Antriebs-ZEmpfangseinheit zur Erzeugung der mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit und zur Aussendung des Sendesignals, welches in Form des zweiten Empfangssignals empfangen wird. Bei dem Sendesignal handelt es sich bevorzugt um ein, insbesondere gepulstes, Ultraschallsignal, insbesondere um zumindest einen Ultraschallpuls. Als zweites angewendetes Messverfahren wird demnach im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Ultraschall-basierte Messung durchgeführt.

Wenn das Sendesignal auf seinem Weg zumindest zeitweise und abschnittsweise das Medium durchläuft, wird es ebenfalls durch die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Mediums beeinflusst und kann entsprechend zur Bestimmung einer Prozessgröße des Mediums herangezogen werden. Somit können im Falle, dass ein Anregesignal und ein Sendesignal erzeugt werden, zumindest zwei Messprinzipien in einer einzigen Vorrichtung realisiert zumindest zwei unterschiedliche Prozessgrößen ausgewertet werden. Die beiden Empfangssignale können dabei vorteilhaft unabhängig voneinander ausgewertet werden. So kann erfindungsgemäß die Anzahl ermittelbarer Prozessgrößen deutlich erhöht werden, was zu einer höheren Funktionalität des jeweiligen Sensors bzw. in einem erweiterten Anwendungsbereich resultiert. Im Zusammenhang mit der zusätzlichen Erzeugung eines Sendesignals sei ferner auf die W02020/094266A1 verwiesen, auf welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung vollumfänglich Bezug genommen wird.

Es ist schließlich in Bezug auf die Vorrichtung ebenfalls von Vorteil, wenn die mechanisch schwingfähige Einheit eine Schwinggabel mit einem ersten und einem zweiten Schwingelement ist, und wobei das zumindest eine piezoelektrische Element zumindest teilweise in einem der beiden Schwingelemente angeordnet ist, oder wobei jeweils ein piezoelektrisches Element in jedem Schwingelement angeordnet ist. Entsprechende Ausgestaltungen einer solchen Sensoreinheit sind beispielsweise in den Dokumenten DE102012100728A1 und DE102017130527A1 beschrieben worden. Auf beide Anmeldungen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls vollumfänglich Bezug genommen. Bei den in den beiden Dokumenten beschriebenen möglichen Ausgestaltungen der Sensoreinheit handelt es sich jedoch um beispielhafte mögliche konstruktive Ausgestaltungen der Sensoreinheit. Es ist nicht zwingend notwendig, die piezoelektrischen Elemente ausschließlich im Bereich der Schwingelemente anzuordnen. Vielmehr können einzelne der verwendeten piezoelektrischen Elemente auch im Bereich der Membran oder in weiteren nicht für die vibronische Anregung verwendeten Schwingelementen, welche ebenfalls auf der Membran aufgebracht sind, angeordnet sein.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine schematische Skizze eines vibronischen Sensors gemäß Stand der Technik,

Fig. 2: verschiedene mögliche Ausgestaltungen für vibronische Sensoren gemäß Stand der Technik, bei denen piezoelektrische Elemente innerhalb der Schwingelemente angeordnet sind,

Fig. 3 bevorzugte Ausgestaltungen für einen vibronischen Sensor mit einer erfindungsgemäßen Koppeleinheit, und

Fig. 4 die Frequenzänderung eines vibronischen Sensors als Funktion unterschiedlicher Wandstärken bei einer Entkopplungseinheit gemäß Fig. 3a.

In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein vibronischer Sensor 1 mit einer Sensoreinheit 2 gezeigt. Der Sensor verfügt über eine mechanisch schwingfähige Einheit 4 in Form einer Schwinggabel, welche teilweise in ein Medium M eintaucht, welches sich in einem Behälter 3 befindet. Die schwingfähige Einheit 4 wird mittels der Anrege-ZEmpfangseinheit 5 zu mechanischen Schwingungen angeregt, und kann beispielsweise durch einen piezoelektrischen Stapel- oder Bimorphantrieb sein. Andere vibronische Sensoren verfügen beispielsweise über elektromagnetische Antriebs-ZEmpfangseinheiten 5. Es ist sowohl möglich, eine einzige Antriebs-ZEmpfangseinheit 5 zu verwenden, welche zur Anregung der mechanischen Schwingungen sowie zu deren Detektion dient. Ebenso ist es aber denkbar, je eine Antriebseinheit und eine Empfangseinheit zu realisieren. Dargestellt ist in Fig. 1 ferner eine Elektronikeinheit 6, mittels welcher die Signalerfassung, -auswertung und/oder -speisung erfolgt.

In Fig. 2 sind beispielhaft verschiedene Sensoreinheiten 2 von vibronischen Sensoren 1 gezeigt, bei welchen die piezoelektrischen Elemente. 5 in einem Innenvolumen der schwingfähigen Einheit angeordnet sind. Die in Fig. 2a gezeigte mechanisch schwingfähige Einheit 4 umfasst zwei an einer Basis 8 angebrachte Schwingelemente 9a, 9b, welche mithin auch als Gabelzinken bezeichnet werden. Optional kann an den Endseiten der beiden Schwingelemente 9a, 9b außerdem jeweils ein Paddel angeformt sein [hier nicht gezeigt]. In jedem der beiden Schwingelemente 9a, 9b ist jeweils ein, insbesondere taschenartiger, Hohlraum 10a, 10b eingebracht, in welchem jeweils zumindest ein piezoelektrisches Element 11a, 11 b der Antriebs-ZEmpfangseinheit 5 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die piezoelektrischen Elemente 11a und 11b innerhalb der Hohlräume 10a und 10b vergossen. Die Hohlräume 10a, 10b können dabei so beschaffen sein, dass sich die beiden piezoelektrischen Elemente 11a, 11 b vollständig oder teilweise im Bereich der beiden Schwingelemente 9a, 9b befinden Eine solche sowie ähnliche Anordnungen sind in der DE102012100728A1 ausführlich beschrieben.

Eine weitere beispielhafte, mögliche Ausgestaltung einer Sensoreinheit 2 ist in Fig. 2b dargestellt. Die mechanisch schwingfähige Einheit 4 verfügt über zwei parallel zueinander ausgerichtete, hier stabförmig ausgestaltete, auf einem scheibenförmigen Element 12 angebrachte, Schwingelemente 9a, 9b, welche getrennt voneinander zu mechanischen Schwingungen anregbar sind, und bei denen die Schwingungen ebenfalls getrennt voneinander empfangen und ausgewertet werden können. Beide Schwingelemente 9a und 9b weisen jeweils einen Hohlraum 10a und 10b auf, in welchen im dem scheibenförmigen Element 12 zugewandten Bereich jeweils zumindest ein piezoelektrisches Element 11a und 11 b angeordnet ist. Bezüglich der Ausgestaltung gemäß Fig. 2b sei wiederum ferner auf in die bisher unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE102017130527A1 verwiesen.

Wie in Fig. 2b schematisch eingezeichnet, wird die Sensoreinheit 2 einerseits mit einem Anregesignal A beaufschlagt, derart, dass die schwingfähige Einheit 4 zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Die Schwingungen werden dabei vermittels der beiden piezoelektrischen Elemente 11a und 11 b erzeugt. Es ist sowohl denkbar, dass beide piezoelektrischen Elemente mit demselben Anregesignal A beaufschlagt werden, als auch eine Beaufschlagung des ersten Schwingelements 11a mittels eines ersten Anregesignals Ai und des zweiten Schwingelements 11 b mittels eines zweiten Anregesignals A2. Ebenso ist es sowohl denkbar, dass anhand der mechanischen Schwingungen ein erstes Empfangssignal E _Ä , oder von jedem Schwingelement 9a, 9b ein separates Empfangssignal EAI bzw. E _A 2 empfangen wird.

Darüber hinaus kann beispielsweise vom ersten piezoelektrischen Element 11a ausgehend zudem ein Sendesignal S ausgesendet werden, welches von dem zweiten piezoelektrischen Element 11 b in Form eines zweiten Empfangssignals E _s empfangen wird. Da die beiden piezoelektrischen Elemente 11 a und 11 b zumindest im Bereich der Schwingelemente 9a und 9b angeordnet sind, durchläuft das Sendesignal S das Medium M, sofern die Sensoreinheit 2 mit dem Medium M in Kontakt ist und wird entsprechend von den Eigenschaften des Mediums M beeinflusst. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sendesignal S um ein, insbesondere gepulstes, Ultraschallsignal, insbesondere um zumindest einen Ultraschallpuls. Ebenso ist es aber denkbar, dass das Sendesignal S von dem ersten piezoelektrischen Element 11a im Bereich des ersten Schwingelements 9a ausgesendet wird und an dem zweiten Schwingelement 9b reflektiert wird. In diesem Falle wird das zweite Empfangssignal E _s vom ersten piezoelektrischen Element 11a empfangen. Das Sendesignal S durchläuft in diesem Falle das Medium M zweimal, was zu einer Verdoppelung einer Laufzeit T des Sendesignals S führt.

Neben diesen beiden gezeigten Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind noch zahlreiche weitere Varianten denkbar, welche ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallen. Beispielsweise ist es für die Ausgestaltungen gemäß der Figuren Fig. 2a und Fig. 2b möglich, lediglich ein piezoelektrisches Element 11 a, 11b zu verwenden und zumindest in einem der beiden Schwingelemente 9a, 9b anzuordnen. In diesem Falle dient das piezoelektrische Element 9a zur Erzeugung des Anregesignals, und des Sendesignals S, sowie zum Empfangen des ersten Ei und zweiten Empfangssignals E ₂ . Dann wird das Sendesignal S von dem ersten piezoelektrischen Element 11a im Bereich des ersten Schwingelements 9a ausgesendet und an dem zweiten Schwingelement 9b reflektiert, so dass auch das zweite Empfangssignal E _s vom ersten piezoelektrischen Element 11a empfangen wird. Das Sendesignal S durchläuft in diesem Falle das Medium M zweimal, was zu einer Verdoppelung einer Laufzeit T des Sendesignals S führt.

Eine weitere, beispielhafte Möglichkeit ist in Fig. 2c dargestellt. Hier ist ein drittes piezoelektrisches Element 11c im Bereich der Membran 12 vorgesehen. Das dritte piezoelektrische Element 11c dient der Erzeugung des Anregesignals A und zum Empfangen des ersten Empfangssignals E das erste 11a und zweite piezoelektrische Element 11 b dienen der Erzeugung des Sendesignals S bzw. dem Empfangen des zweiten Empfangssignals E ₂ . Alternativ ist es beispielsweise möglich, mit dem ersten 11 a und/oder zweiten piezoelektrischen Element 11 b das Anregesignal A und das Sendesignal S zu erzeugen sowie das zweite Empfangssignal E ₂ zu empfangen, wobei das dritte piezoelektrische Element 11c zum Empfangen des ersten Empfangssignals Ei dient. Ebenso ist es möglich, mit dem ersten 11a und/oder zweiten piezoelektrischen Element 11 b das Sendesignal S und mit dem dritten piezoelektrischen Element 11 c das Anregesignal A zu erzeugen und mit dem ersten 11a und/oder zweiten piezoelektrischen Element 11b das erste Ei und/oder zweite Empfangssignal E ₂ zu empfangen. Auch im Falle der Fig. 2c ist es für andere Ausgestaltungen möglich, auf das erste 11a oder zweite piezoelektrische Element 11b zu verzichten.

Noch eine mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung 1 ist Gegenstand von Fig. 2d. Die Vorrichtung umfasst ausgehend von der Ausgestaltung aus Fig. 2b ein drittes 9c und ein viertes Schwingelement 9d. Diese dienen jedoch nicht einer Schwingungserzeugung. Vielmehr ist in den zusätzlichen Elemente 9c, 9d jeweils ein drittes 11c und viertes piezoelektrisches Element 11 d angeordnet. In diesem Falle wird die vibronische Messung mittels der ersten beiden piezoelektrischen Elemente 11a, 11b und die Ultraschallmessung mittels der anderen beiden piezoelektrischen Elemente 11 c, 11 d durchgeführt. Auch hier kann je Messprinzip auf ein piezoelektrisches Element, z. B. 11 b und 11d verzichtet werden. Aus Symmetriegründen ist es dagegen vorteilhaft, stets zwei zusätzliche Schwingelemente 9c, Od zu verwenden.

Einige besonders bevorzugte, beispielhafte Ausgestaltungen für erfindungsgemäße Entkopplungseinheiten 13 sind in Fig. 3 dargestellt. Die Entkopplungseinheit 13 umfasst einen rohrförmigen Körper 14, für welchen erfindungsgemäß eine Wandstärke w entlang seiner Längsachse a variabel ist. Eine erste Ausgestaltung für einen vibronischen Sensor 1 mit einer schwingfähigen Einheit 4 in Form einer Schwinggabel und einer Elektronik 6, wobei zwischen der Elektronik 6 und der schwingfähigen Einheit 4 eine Entkopplungseinheit 13 angeordnet ist, ist in Fig. 3a dargestellt. Die Entkopplungseinheit 13 umfasst einen rohrförmigen Körper 14. Ein erster Endbereich Ei des Körpers 14 ist zur Verbindung mit der Sensoreinheit 2 und ein zweiter Endbereich E ₂ des rohrförmigen Körpers 14 ist zur Verbindung mit einem Gehäuse der Elektronik 6 ausgestaltet. Die Wandstärke w des Körpers 14 ist variabel. Hier weist der rohrförmige Körper 14 in dem Teilbereich T eine Wandstärke w ₂ auf, welche größer ist als eine Wandstärke wi außerhalb des Teilbereichs T. Entsprechend ist ein Durchmesser d ₂ des Körpers 14 im Teilbereich T größer als ein Durchmesser di außerhalb des Teilbereichs T. Für die in Fig. 3b gezeigte Variante ist eine Wandstärke w2 des rohrförmigen Körpers 14 im Teilbereich T kleiner als eine Wandstärke w1 außerhalb des Teilbereichs T. Entsprechend ist ein Durchmesser d ₂ des Körpers 14 im Teilbereich T kleiner als ein Durchmesser di außerhalb des Teilbereichs T. In diesem Falle weist der rohrförmige Körper 14 in dem Teilbereich T beispielsweise eine Nut oder eine Kerbe auf.

Während die Entkopplungseinheiten 13 aus den Figuren Fig. 3a und 3b derart ausgestaltet sind, dass ein Außendurchmesser d1 , d2 des rohrförmigen Körpers 14 variiert, ist der Außendurchmesser d im Falle der Ausgestaltung der Entkopplungseinheit 13 gemäß Fig. 3c konstant. Dagegen variiert in diesem Falle ein Innendurchmesser D derart, dass ein Innendurchmesser Di im Teilbereich T kleiner ist als ein Innendurchmesser D ₂ außerhalb des Teilbereichs T. Wieder ergibt sich hierdurch im Teilbereich T eine Wandstärke w ₂ des rohrförmigen Körpers 14, die größer ist als eine Wandstärke wi außerhalb des Teilbereichs T. Neben den hier gezeigten Ausgestaltungen für die Entkopplungseinheit 13 sind zahlreiche, weitere Ausgestaltungen denkbar, welche ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallen. Beispielsweise können mehrere Teilbereiche T mit geänderten Durchmessern d oder D bzw. geänderten Wandstärken w vorhanden sein. Auch können Abstände H des Teilbereichs T vom ersten Ei oder zweiten E ₂ Endbereich oder eine Höhe h des Teilbereichs T unterschiedlich gewählt werden.

Durch die spezielle Ausgestaltung der Entkopplungseinheit 13 kann eine Änderung der Resonanzfrequenz f des vibronischen Sensors 1 aufgrund von Energie, welche aus dem Schwingungssystem zu einem Prozessanschluss in dem Behältnis 3, in welchem der Sensor 1 eingesetzt wird, fließt, dissipiert werden. Der Abfluss an Schwingungsenergie resultiert beispielsweise aus fertigungsbedingten Asymmetrien im Bereich der schwingfähigen Einheit 4. Änderungen der Resonanzeigenschaften der schwingfähigen Einheit 4 aufgrund der anderweitig zum Prozessanschluss abfließenden Energie können auf diese Weise effektiv vermieden werden. Dadurch erhöht sich die Messgenauigkeit des jeweiligen Sensors 1 erheblich.

In Fig. 4 ist das Verhältnis der Resonanzfrequenzen AfV Af ₂ eines vibronischen Sensors 1 mit einer Entkopplungseinheit 13 mit (AT) und ohne (Af ₂ ) Einspannung, also einer Befestigung des Sensors 1 an einem Behältnis 3 in Abhängigkeit der Länge L des rohrförmigen Körpers 13 für verschiedene Differenzen der beiden Wandstärken AW=WI-W ₂ und für unterschiedliche Höhen h des Teilbereichs T für eine Entkopplungseinheit 13 gemäß Fig. 3a dargestellt. Die genaue Geometrie der Entkopplungseinheit 13 und die genauen Verhältnisse der einzelnen geometrischen Parameter w, d, h, H relativ zueinander hängen von der jeweiligen Einbausituation und Beschaffenheit des jeweiligen Sensors 1 ab. Die Entkopplungseinheit 13 bewirkt eine gute mechanische Schwingungsentkopplung des jeweiligen Sensors 1 .

Bezugszeichenliste

1 Vibronischer Sensor

2 Sensoreinheit

3 Behältnis

4 Schwingfähige Einheit

5 Antriebs-ZEmpfangseinheit

6 Elektronik

8 Basis

9a, 9b Schwingelemente

10a, 10b Hohlräume

11a, 11b piezoelektrische Elemente

12 scheibenförmiges Element

13 Entkopplungseinheit

14 Rohrförmiger Körper

M Medium

P Prozessgröße

A Anregesignal

S Sendesignal

E _A erstes Empfangssignal

Es zweites Empfangssignal

ET drittes Empfangssignal

A<t> vorgebbare Phasenverschiebung

E1 , E2 Endbereiche des rohrförmigen Körpers d Außendurchmesser des rohrförmigen Körpers

D Innendurchmesser des rohrförmigen Körpers w Wandstärken des rohrförmigen Körpers

L Länge des rohrförmigen Körpers

T Teilbereich

H Abstand Teilbereich zum ersten Endbereich h Höhe des Teilbereichs