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DE102023112237A1 - vibronic sensor - Google Patents

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Publication number
DE102023112237A1
DE102023112237A1 DE102023112237.1A DE102023112237A DE102023112237A1 DE 102023112237 A1 DE102023112237 A1 DE 102023112237A1 DE 102023112237 A DE102023112237 A DE 102023112237A DE 102023112237 A1 DE102023112237 A1 DE 102023112237A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
membrane
sleeve
vibronic sensor
casing
drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023112237.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Benjamin Schätzle
Maximilian Haas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vega Grieshaber KG
Original Assignee
Vega Grieshaber KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vega Grieshaber KG filed Critical Vega Grieshaber KG
Priority to DE102023112237.1A priority Critical patent/DE102023112237A1/en
Priority to PCT/EP2024/061909 priority patent/WO2024231182A1/en
Publication of DE102023112237A1 publication Critical patent/DE102023112237A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296Acoustic waves
    • G01F23/2966Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves
    • G01F23/2967Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves for discrete levels

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  • Acoustics & Sound (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen vibronischen Sensor (1) mit einer in Schwingung versetzbaren Membran (5), einem piezoelektrischen Antrieb (3) zum Versetzen der Membran (5) in Schwingung und zur Erfassung von Schwingungen der Membran (5), einem an der Membran (5) angeordnete mechanische Schwingungseinheit (11) zur Übertragung von Schwingungen der Membran (5) auf ein mechanische Schwingungseinheit (11) umgebendes Medium, wobei eine Resonanzfrequenz der die mechanische Schwingungseinheit (11) abhängig von dem sie umgebenden Medium ist, wobei der piezoelektrische Antrieb (3) wenigsten ein Piezoelement (4)und Elektroden (7) zur elektrischen Kontaktierung des wenigstens einen Piezoelements (4) aufweist, wobei der Antrieb (3) gekapselt ausgeführt ist mit einer den Antrieb (3) beabstandet umgebenden Hülle (2), die mit einer flüssige Füllung (9) gefüllt ist, wobei die Füllung (9) eine elektrische Durchbruchfeldstärke von mehr als 3 kV/mm aufweist, wobei die Hülle (2) wenigstens abschnittsweise flexibel ausgebildet ist.

Figure DE102023112237A1_0000
The present invention relates to a vibronic sensor (1) with a membrane (5) that can be set into vibration, a piezoelectric drive (3) for setting the membrane (5) into vibration and for detecting vibrations of the membrane (5), a mechanical vibration unit (11) arranged on the membrane (5) for transmitting vibrations of the membrane (5) to a medium surrounding the mechanical vibration unit (11), wherein a resonance frequency of the mechanical vibration unit (11) is dependent on the medium surrounding it, wherein the piezoelectric drive (3) has at least one piezo element (4) and electrodes (7) for electrically contacting the at least one piezo element (4), wherein the drive (3) is encapsulated with a casing (2) surrounding the drive (3) at a distance from it and filled with a liquid filling (9), wherein the filling (9) has an electrical breakdown field strength of more than 3 kV/mm, wherein the casing (2) is designed to be flexible at least in sections.
Figure DE102023112237A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen vibronischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a vibronic sensor according to the preamble of patent claim 1.

In der Prozess- und Fabrikautomation werden zur Überwachung und zur Steuerung von Prozessen, elektronische Sensoren eingesetzt. Solche Sensoren können beispielsweise zur Detektion von Füllständen, Grenzständen oder zur Überwachung von Prozessparametern eingesetzt werden.In process and factory automation, electronic sensors are used to monitor and control processes. Such sensors can be used, for example, to detect fill levels, limit levels or to monitor process parameters.

Eine weit verbreitete Gattung solcher Sensoren stellen vibronische Sensoren dar. Vibronische Sensoren zur Detektion von Füllständen oder Grenzständen arbeiten durch das Anregen einer mechanische Schwingungseinheit mit deren Resonanzfrequenz. Das Bedecken des Schwingelements durch eine Flüssigkeit oder ein Schüttgut ändert dessen Resonanzfrequenz. Durch Überschreiten eines vorgegebenen Wertes dieser Änderung wird ein Schaltbefehl generiert.A widely used type of such sensor is vibronic sensors. Vibronic sensors for detecting fill levels or limit levels work by exciting a mechanical vibration unit with its resonance frequency. Covering the vibration element with a liquid or bulk material changes its resonance frequency. If this change exceeds a predetermined value, a switching command is generated.

Vibronische Sensoren zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter oder zur Ermittlung der Dichte eines Mediums im Behälter, weisen ein Gehäuse, eine Membran, eine mechanische Schwingungseinheit, eine Antriebs-/Empfangseinheit, im Folgenden auch kurz als Antrieb bezeichnet, und eine Regel-/Auswerteeinheit, im Folgenden auch kurz als Sensorelektronik bezeichnet, auf. Die Membran verschließt ein stirnseitiges Ende des Gehäuses und die mechanische Schwingungseinheit ist an der Membran angeordnet, wobei der Antrieb im Inneren des Gehäuses so angeordnet ist, dass er die Membran und die mechanische Schwingungseinheit in Schwingungen versetzt und deren Schwingungen erfasst und die Sensorelektronik aus den erfassten Schwingungen das Erreichen des vorgegebenen Füllstandes oder die Dichte des Mediums feststellt.Vibronic sensors for determining and/or monitoring the fill level of a medium in a container or for determining the density of a medium in the container have a housing, a membrane, a mechanical vibration unit, a drive/receiver unit, hereinafter also referred to as the drive, and a control/evaluation unit, hereinafter also referred to as the sensor electronics. The membrane closes one end of the housing and the mechanical vibration unit is arranged on the membrane, with the drive inside the housing being arranged in such a way that it causes the membrane and the mechanical vibration unit to vibrate and detects their vibrations, and the sensor electronics use the vibrations detected to determine whether the specified fill level has been reached or the density of the medium.

Solche Schwingungsdetektoren sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt. Die mechanische Schwingungseinheit ist mindestens ein Schwingstab, der - wie bereits erwähnt - direkt an einer Membran befestigt ist. Die Membran wird über einen elektromechanischen Wandler, z. B. ein piezoelektrisches Element, in Schwingung versetzt. Aufgrund der Schwingungen der Membran führt die an der Membran befestigte mechanische Schwingungseinheit ebenfalls Schwingungen aus.Such vibration detectors are known in a wide variety of designs. The mechanical vibration unit is at least one vibrating rod which - as already mentioned - is attached directly to a membrane. The membrane is set into vibration via an electromechanical transducer, e.g. a piezoelectric element. Due to the vibrations of the membrane, the mechanical vibration unit attached to the membrane also carries out vibrations.

Als Füllstandmessgeräte ausgeführte Schwingungsdetektoren machen sich den Effekt zunutze, dass die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude vom jeweiligen Bedeckungsgrad der schwingfähigen Einheit abhängig sind: Während die mechanische Schwingungseinheit in Luft ihre Schwingungen frei und ungedämpft ausführen kann, erfährt sie eine Frequenz- und Amplitudenänderung, sobald sie teilweise oder ganz in das Füllgut eintaucht. Aus einer vorbestimmten Frequenzänderung (typischerweise wird nicht die Amplitude, sondern die Frequenz gemessen) lässt sich somit eindeutig ableiten, ob ein vorbestimmter Füllstand eines Produktes im Behälter erreicht ist. Füllstandmessgeräte dieser Art werden darüber hinaus vor allem als Mittel zur Sicherung gegen Überfüllung oder zur Verhinderung des Leerlaufs einer Pumpe eingesetzt.Vibration detectors designed as level measuring devices make use of the fact that the vibration frequency and the vibration amplitude depend on the respective degree of coverage of the oscillating unit: While the mechanical vibration unit can perform its vibrations freely and undamped in air, it experiences a change in frequency and amplitude as soon as it is partially or completely immersed in the filling material. From a predetermined frequency change (typically the frequency is measured rather than the amplitude), it can be clearly deduced whether a predetermined fill level of a product in the container has been reached. Level measuring devices of this type are also used primarily as a means of protecting against overfilling or to prevent a pump from running idle.

Darüber hinaus wird die Dämpfung der Schwingung des schwingfähigen Elements auch von der Dichte des jeweiligen Produkts beeinflusst. Bei konstantem Überdeckungsgrad des mindestens einen schwingfähigen Elements besteht ein Zusammenhang mit der Dichte des Produktes, so dass sich Schwingungsdetektoren sowohl für die Erfassung eines vorgegebenen Grenzzustandes als auch für die Erfassung der Dichte hervorragend eignen.In addition, the damping of the vibration of the vibrating element is also influenced by the density of the respective product. With a constant degree of coverage of at least one vibrating element, there is a connection with the density of the product, so that vibration detectors are ideally suited both for detecting a given limit state and for detecting the density.

In der Praxis werden zur Überwachung und Detektion des Füllstandes bzw. der Dichte des Produktes im Behälter die Schwingungen der Membran aufgenommen und in elektrische Empfangssignale umgewandelt. Dazu wird typischerweise wenigstens ein piezoelektrisches Element verwendet. Die elektrischen Empfangssignale werden dann von einer Auswerteelektronik ausgewertet. Bei der Füllstandbestimmung überwacht die Auswerteelektronik die Schwingungsfrequenz und/oder die Schwingungsamplitude der schwingfähigen Einheit und signalisiert den Zustand „Sensor bedeckt“ oder „Sensor unbedeckt“, sobald die Messwerte einen vorgegebenen Referenzwert unter- oder überschreiten. Dies kann dem Bedienpersonal entsprechend visuell und/oder akustisch gemeldet werden. Alternativ oder zusätzlich wird ein Schaltvorgang ausgelöst und z.B. ein Zu- oder Abflussventil am Behälter geöffnet oder geschlossen.In practice, the vibrations of the membrane are recorded and converted into electrical reception signals to monitor and detect the fill level or density of the product in the container. Typically, at least one piezoelectric element is used for this purpose. The electrical reception signals are then evaluated by an evaluation electronics. When determining the fill level, the evaluation electronics monitor the vibration frequency and/or the vibration amplitude of the oscillating unit and signal the status "sensor covered" or "sensor uncovered" as soon as the measured values fall below or exceed a specified reference value. This can be reported to the operating personnel visually and/or acoustically. Alternatively or additionally, a switching process is triggered and, for example, an inlet or outlet valve on the container is opened or closed.

Als elektromechanische Wandler der Antriebseinheit eines solchen Sensors kommen überwiegend piezokeramische Elemente zum Einsatz. Hierzu sind unterschiedliche Konzepte bekannt. Weit verbreitet sind geschraubte Stapelantriebe, bei denen die Piezoaktoren durch eine geschraubte Befestigung fixiert werden, sowie geklebte Antriebe, bei denen ein Piezoelement mit der Membran verklebt ist.Piezoceramic elements are predominantly used as electromechanical transducers in the drive unit of such a sensor. Different concepts are known for this. Screwed stack drives, in which the piezo actuators are fixed by a screw fastening, and glued drives, in which a piezo element is glued to the membrane, are widespread.

Um solche piezokeramischen Elemente als elektromechanische Wandler im Antrieb nutzen zu können, müssen diese zunächst polarisiert werden. Zur Polarisation solcher Piezokeramiken sind hohe elektrische Felder im Bereich von 3000 V/mm und mehr nötig.In order to use such piezoceramic elements as electromechanical transducers in the drive, they must first be polarized. To polarize such piezoceramics, high electric fields in the range of 3000 V/mm and more are necessary.

Bei keramischen Piezoelementen sind die internen Dipole nach dem Sinterprozess noch ungeordnet, weshalb sich keine piezoelektrischen Eigenschaften zeigen. Die Weissschen Bezirke oder Domänen besitzen eine willkürliche räumliche Orientierung und gleichen sich gegenseitig aus. Durch eine Polarisation des Piezoelements mittels eins äußeren elektrischen Gleichfelds werden die einzelnen Dipolmomente ausgerichtet. Das Material kann dabei bis knapp unter die Curie-Temperatur erwärmt und wieder abgekühlt werden, wodurch der vorgenannte Effekt noch verstärkt wird. Die eingeprägte Orientierung bleibt nach der Polarisation zu einem Teil erhalten (remanente Polarisation) und wird als Polarisationsrichtung bezeichnet.In ceramic piezo elements, the internal dipoles are still disordered after the sintering process, which is why no piezoelectric properties are apparent. The Weiss domains have an arbitrary spatial orientation and balance each other out. The individual dipole moments are aligned by polarizing the piezo element using an external DC electric field. The material can be heated to just below the Curie temperature and then cooled again, which further enhances the aforementioned effect. The imprinted orientation is partially retained after polarization (remanent polarization) and is referred to as the polarization direction.

Solche Antriebe können grundsätzlich bei Prozesstemperaturen bis über 300°C zum Einsatz kommen. Bei diesen hohen Prozesstemperaturen treten bereits Depolarisationserscheinungen der verwendeten Piezokeramiken auf, die die Antriebsleistung des Sensors verringern. Ebenso können etwaige Überschwinger der Prozesstemperatur für eine weitere Depolarisation sorgen. Solche Depolarisationserscheinungen können daneben auch über Alterserscheinungen von Sensoren auftreten.Such drives can generally be used at process temperatures of up to 300°C. At these high process temperatures, depolarization phenomena in the piezoceramics used already occur, which reduces the drive power of the sensor. Any overshoots in the process temperature can also cause further depolarization. Such depolarization phenomena can also occur due to aging of sensors.

Durch eine Depolarisation der Piezoelemente des Antriebs verliert dieser mit der Zeit an Leistung, d.h. bei gleicher aufgewendeter elektrischer Energie wird weniger mechanische Energie erzeugt und umgekehrt. Das bedeutet, dass die mechanische Schwingungseinheit mit weniger mechanischer Energie zu Schwingungen angeregt wird und folglich mit einer geringeren Amplitude schwingt. Ferner bedeutet das, dass auch eine geringere Amplitude für die Detektion der Schwingung zur Verfügung steht und dadurch nur ein kleineres elektrisches Signal zur Schwingungsdetektion zur Verfügung steht.Due to depolarization of the piezo elements of the drive, the drive loses power over time, i.e. less mechanical energy is generated for the same amount of electrical energy used and vice versa. This means that the mechanical vibration unit is excited to vibrate with less mechanical energy and consequently vibrates with a lower amplitude. This also means that a lower amplitude is available for detecting the vibration and therefore only a smaller electrical signal is available for vibration detection.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Konzept für einen Aufbau eines vibronischen Füllstandsensors vorzuschlagen, welches einen dauerhaften Betrieb des Sensors bei gleichbleibender Signalqualität ermöglicht.It is the object of the invention to propose a concept for a construction of a vibronic level sensor, which enables continuous operation of the sensor with constant signal quality.

Diese Aufgabe wird durch einen Sensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Die in den Unteransprüchen einzeln aufgeführten Merkmale können sowohl in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander als auch mit den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterten Merkmale kombiniert werden und andere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen.This object is achieved by a sensor with the features of patent claim 1. Advantageous embodiments and variants of the invention emerge from the subclaims and the following description. The features listed individually in the subclaims can be combined with each other in any technically reasonable manner and with the features explained in more detail in the following description and represent other advantageous embodiments of the invention.

Ein erfindungsgemäßer vibronischer Sensor mit einer in Schwingung versetzbaren Membran, einem piezoelektrischen Antrieb zum Versetzen der Membran in Schwingung und zur Erfassung von Schwingungen der Membran, einem an der Membran angeordnete mechanische Schwingungseinheit zur Übertragung von Schwingungen der Membran auf ein mechanische Schwingungseinheit umgebendes Medium. Eine Resonanzfrequenz der mechanischen Schwingungseinheit ist abhängig von dem sie umgebenden Medium. Der piezoelektrische Antrieb weist wenigsten ein Piezoelement und Elektroden zur elektrischen Kontaktierung des wenigstens einen Piezoelements auf. Erfindungsgemäß zeichnet sich der vibronische Sensor dadurch aus, dass der Antrieb gekapselt ausgeführt ist mit einer den Antrieb beabstandet umgebenden Hülle und einer isolierenden gasförmige oder flüssige Füllung, wobei die Füllung eine elektrische Durchbruchfeldstärke von mehr als 3 kV/mm aufweist. Die Hülle zur Kapselung des Antriebs ist wenigstens abschnittsweise flexibel ausgebildet und vorzugsweise so ausgelegt, dass eine thermische Ausdehnung der Füllung durch eine korrespondierende Ausdehnung der Hülle aufgenommen wird.A vibronic sensor according to the invention with a membrane that can be set into vibration, a piezoelectric drive for setting the membrane into vibration and for detecting vibrations of the membrane, a mechanical vibration unit arranged on the membrane for transmitting vibrations of the membrane to a medium surrounding the mechanical vibration unit. A resonance frequency of the mechanical vibration unit depends on the medium surrounding it. The piezoelectric drive has at least one piezo element and electrodes for electrically contacting the at least one piezo element. According to the invention, the vibronic sensor is characterized in that the drive is encapsulated with a casing surrounding the drive at a distance and an insulating gaseous or liquid filling, the filling having an electrical breakdown field strength of more than 3 kV/mm. The casing for encapsulating the drive is flexible at least in sections and is preferably designed such that a thermal expansion of the filling is absorbed by a corresponding expansion of the casing.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist es, dass der Antrieb des vibronischen Sensors gekapselt ausgeführt und mit einem isolierenden Medium gefüllt ist, das eine Durchbruchfeldstärke von wenigstens 3 kV/mm aufweist. Beträgt eine an ein Piezoelement angelegte Feldstärke 3 kV/mm, so kann das Piezoelement neu polarisiert werden. Alterungs- und Degradationseffekte, die durch zu hohe Temperaturen, Alterung oder zu große mechanische Beanspruchungen auftreten, können durch eine neue Polarisation des Piezos behoben werden, sodass eine erhöhte Standzeit des Sensors und - wenn eine Depolarisation bewusst in Kauf genommen wird - auch ein größeres Betriebsfenster erzielt werden kann. Das bedeutet, dass der Sensor bspw. bei höheren Temperaturen eingesetzt werden kann, da eine dadurch auftretende Depolarisation des Piezomaterials und eine damit einhergehende sinkende Performance des Antriebs durch eine rechtzeitige Neupolarisation wieder behoben werden kann.It is essential for the present invention that the drive of the vibronic sensor is encapsulated and filled with an insulating medium that has a breakdown field strength of at least 3 kV/mm. If the field strength applied to a piezo element is 3 kV/mm, the piezo element can be repolarized. Ageing and degradation effects that occur due to excessive temperatures, ageing or excessive mechanical stress can be remedied by repolarizing the piezo, so that an increased service life of the sensor and - if depolarization is consciously accepted - a larger operating window can be achieved. This means that the sensor can be used at higher temperatures, for example, because any depolarization of the piezo material that occurs as a result and any associated drop in performance of the drive can be remedied by timely repolarization.

Gekapselt soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung bedeuten, dass der Antrieb in einer geschlossenen und mit einem Isolator gefüllten Hülle angeordnet ist. Die Hülle umschließt den Antrieb in Umfangsrichtung, schließt ihn rückseitig ab und ist vorderseitig ebenfalls abgeschlossen, vorzugsweise durch die Membran.In the context of the present application, encapsulated means that the drive is arranged in a closed casing filled with an insulator. The casing encloses the drive in the circumferential direction, closes it off at the back and is also closed off at the front, preferably by the membrane.

Durch eine Isolation mit einer Durchbruchfeldstärke von mehr als 3 kV/mm ist sichergestellt, dass bei Anlegen eines für eine Neupolarisation ausreichenden elektrischen Feldes kein Überschlag erfolgt, der zu einer Beschädigung des Piezomaterials oder der elektrischen Kontakte, bspw. durch Abbrand an den Elektroden, führen würde.Insulation with a breakdown field strength of more than 3 kV/mm ensures that when an electric field sufficient for repolarization is applied, no arcing occurs that could damage the Piezomate. materials or the electrical contacts, e.g. due to burn-off of the electrodes.

Neupolarisation bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das betroffene Piezoelement mit einer ausreichend großen Feldstärke beaufschlagt wird, um eine Sättigungspolarisation des piezoelektrischen Materials zu erreichen. Liegt diese Sättigungsfeldstärke für eine Polarisationszeit an, so verbleibt nach Abschalten des elektrischen Feldes eine remanente Polarisation, mit der das Piezoelement remanent, also verbleibend, polarisiert werden kann.In this context, repolarization means that the piezo element in question is subjected to a sufficiently high field strength to achieve saturation polarization of the piezoelectric material. If this saturation field strength is present for a polarization time, a remanent polarization remains after the electric field is switched off, with which the piezo element can be remanently polarized.

Eine Flüssigkeit oder ein Gas als Isolator in der Hülle hat gegenüber einem Verguss oder einem Feststoff als Isolator den Vorteil, dass Gase und Flüssigkeiten die dynamischen Eigenschaften des Sensors nur in reduziertem Maße beeinflussen. Vergussmassen dämpfen die Bewegung des Antriebs und der Membran in einem zu großen Ausmaß, sodass diese in der Praxis nicht eingesetzt werden können. Bei der Verwendung von Isolierflüssigkeiten kann eine vereinfachte Abdichtung der Hülle erreicht werden und auch eine Diffusion ist verhindert.A liquid or gas as an insulator in the casing has the advantage over a potting compound or a solid as an insulator that gases and liquids only have a reduced effect on the dynamic properties of the sensor. Potting compounds dampen the movement of the drive and the membrane to such an extent that they cannot be used in practice. Using insulating liquids makes it easier to seal the casing and also prevents diffusion.

Bei Anordnungen zum Ausgleich von thermisch induzierten Effekten wird standardmäßig ein Ausgleich zur Atmosphäre vorgenommen. Die Druckdifferenz wird durch ein entsprechendes, durchlässiges Element zur Atmosphäre ausgeglichen. Vorliegend wird eine durch thermische Ausdehnung auftretende Druckdifferenz durch die Verformung eines definierten, undurchlässigen Elements abgemildert.In arrangements for compensating thermally induced effects, compensation to the atmosphere is carried out as standard. The pressure difference is compensated to the atmosphere by a corresponding, permeable element. In this case, a pressure difference caused by thermal expansion is mitigated by the deformation of a defined, impermeable element.

In einer Weiterbildung zeichnet sich der vibronische Sensor dadurch aus, dass als Isolator eine Flüssigkeit ist und im speziellen ein Mineralöl, insbesondere Transformatorenöl, insbesondere gesättigte Pentaerythrit-tetrafettsäureester, aufweist, und vorzugsweise daraus besteht.In a further development, the vibronic sensor is characterized in that the insulator is a liquid and in particular a mineral oil, in particular transformer oil, in particular saturated pentaerythritol tetrafatty acid esters, and preferably consists thereof.

Die Anreicherung der Isolationsflüssigkeit mit den vorgenannten Stoffen erhöht die Durchschlagfestigkeit. Transformatorenöle sind aus der Anwendung in flüssigkeitsisolierten Transformatoren bekannt und gut erprobt. Transformatorenöle sind daher auch auf dem Markt verfügbar und hinsichtlich ihrer chemischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften gut erforscht.Enriching the insulation liquid with the aforementioned substances increases the dielectric strength. Transformer oils are well-known and well-tested from their use in liquid-insulated transformers. Transformer oils are therefore also available on the market and have been well researched in terms of their chemical, electrical and thermal properties.

Vorzugsweise ist das Flüssigkeitsvolumen innerhalb der Hülle so gering wie möglich, erfüllt aber die notwendigen Isolationsanforderungen. Das bedeutet, dass die Abstände der Hülle zu den Elektroden so gewählt wird, dass bei Befüllung der Hülle mit dem Isolator auch zur Hülle und Membran Durchschläge verhindert werden. Die Flüssigkeit weist vorzugweise ein Volumen von weniger als 3 ml, weiter bevorzugt weniger als 2 ml, weiter bevorzugt weniger als 1 ml auf.Preferably, the volume of liquid inside the casing is as small as possible, but still meets the necessary insulation requirements. This means that the distances between the casing and the electrodes are chosen so that when the casing is filled with the insulator, breakdowns to the casing and membrane are also prevented. The liquid preferably has a volume of less than 3 ml, more preferably less than 2 ml, more preferably less than 1 ml.

Zur Polarisation von Piezoelemente sind hohe Spannungen im Bereich von 3000V/mm nötig. Um Spannungsüberschläge zwischen Anode und Kathode zu verhindern, werden die Piezoelemente während der Polarisation mit nicht leitfähigem Öl umgeben. Da vibronische Sensoren, wie sie Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist, in allen Einbaulagen verwendbar sein müssen, muss die isolierende Füllung durch eine geeignete Hülle in Position gehalten werden. Erwärmt sich das Gerät, dehnt die Füllung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten aus, der sich von dem der Hülle unterscheidet. Es entsteht ein Über- oder Unterdruck, der ohne Kompensation die Membran vorspannen würde. Dies würde zu einer Steifigkeitsänderung und damit verbunden zu einer Verschiebung der Eigenfrequenz des vibronischen Sensors führen. Die Änderung des Innendrucks bewirkt zudem eine Last, die zusätzlich zum Prozessdruck die Membran belastet. Dieser Last müsste ohne geeignete Kompensation durch eine dickere Gabelmembran entgegengewirkt werden, wodurch die Schwingungsamplitude gedämpft würde.High voltages in the range of 3000V/mm are required to polarize piezo elements. To prevent voltage flashovers between the anode and cathode, the piezo elements are surrounded by non-conductive oil during polarization. Since vibronic sensors, as the subject of the present application, must be usable in all installation positions, the insulating filling must be held in position by a suitable casing. If the device heats up, the filling expands with a thermal expansion coefficient that is different from that of the casing. This creates an overpressure or underpressure that would pre-stress the membrane without compensation. This would lead to a change in stiffness and, as a result, to a shift in the natural frequency of the vibronic sensor. The change in internal pressure also causes a load that puts additional strain on the membrane in addition to the process pressure. Without suitable compensation, this load would have to be counteracted by a thicker fork membrane, which would dampen the vibration amplitude.

Der vorliegende vibronische Sensor ermöglicht damit eine flüssigkeitsisolierte Neupolarisation des Antriebs in eingebautem Zustand.The present vibronic sensor thus enables a liquid-isolated repolarization of the drive in the installed state.

Um eine ausreichend hohe Feldstärke für eine Neupolarisation des Piezos erzeugen zu können, weist der Sensor eine Hochspannungselektronik zur Bereitstellung einer Polarisationsspannung auf.In order to generate a sufficiently high field strength for repolarization of the piezo, the sensor has high-voltage electronics to provide a polarization voltage.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Hülle einen hülsenförmigen Abschnitt und eine Kontaktdurchführung auf. Der hülsenförmige Abschnitt umgibt den Antrieb in Radialrichtung, während die Kontaktdurchführung die Hülle in rückseitiger Richtung abschließt. Die Kontaktdurchführung kann bspw. plattenförmig ausgestaltet sein. In einer Ausgestaltungsform kann die Kontaktdurchführung eingeglaste Kontaktstifte aufweisen.In a preferred embodiment, the casing has a sleeve-shaped section and a contact feedthrough. The sleeve-shaped section surrounds the drive in the radial direction, while the contact feedthrough closes off the casing in the rear direction. The contact feedthrough can be designed in the form of a plate, for example. In one embodiment, the contact feedthrough can have glazed contact pins.

In einer Ausgestaltungsform des vibronischen Sensors kann der hülsenförmige Abschnitt in Radialrichtung verformbar ausgestaltet sein. Durch eine Verformbarkeit in Radialrichtung wird eine Bewegung in Axialrichtung minimiert. Das hat den Vorteil, dass bspw. die Kontaktdurchführung so ausgestaltet werden kann, dass diese nicht verformbar ist.In one embodiment of the vibronic sensor, the sleeve-shaped section can be designed to be deformable in the radial direction. Movement in the axial direction is minimized by deformability in the radial direction. This has the advantage that, for example, the contact feedthrough can be designed in such a way that it is not deformable.

In einer Ausgestaltungsform kann der hülsenförmige Abschnitt in Radialrichtung konkav vorgeformt sein. Ein konkav vorgeformter hülsenförmiger Abschnitt bedeutet vorliegend eine nach innen, also in Richtung des Antriebs ausgebildete Vorverformung des hülsenförmigen Abschnitts. Hierdurch kann der hülsenförmige Abschnitt an einem Rand der Membran befestigt werden und hat durch die nach Innen weisende Vorverformung dennoch einen Ausgleichsraum, in den sich der hülsenförmige Abschnitt bei einer thermischen Ausdehnung der Füllung, hineinverformen, also das Volumen der Hülle vergrößern kann. Durch die konkave Form wird auch dem „Knackfrosch“ Effekt Einhalt geboten. Die Hülse überschreitet nie die komplett zylindrische Form, sondern hat immer eine Wölbung ins Innere. Dadurch kann sich nicht schlagartig die Biegerichtung verändern.In one embodiment, the sleeve-shaped section can be preformed concavely in the radial direction. A concavely preformed sleeve-shaped section means in the present case an inwardly, i.e. pre-deformation of the sleeve-shaped section in the direction of the drive. This means that the sleeve-shaped section can be attached to one edge of the membrane and, thanks to the inward-facing pre-deformation, still has a compensation space into which the sleeve-shaped section can deform when the filling expands thermally, thus increasing the volume of the casing. The concave shape also prevents the "cracking frog" effect. The sleeve never exceeds the completely cylindrical shape, but always has a curvature inwards. This means that the bending direction cannot suddenly change.

Wäre der hülsenförmige Abschnitt streng zylindrisch, wäre bei einer Befestigung am Rand der Membran keine Ausdehnungsmöglichkeit in Radialrichtung gegeben.If the sleeve-shaped section were strictly cylindrical, there would be no possibility of expansion in the radial direction when attached to the edge of the membrane.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der hülsenförmige Abschnitt vorderseitig mit der Membran verschweißt ist. Ein Verschweißen des hülsenförmigen Abschnitts mit der Membran hat den Vorteil, dass durch eine Verschweißung eine sichere und dauerhaft dichte Verbindung zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt und der Membran geschaffen wird, die eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.In a preferred embodiment, the sleeve-shaped section is welded to the membrane on the front side. Welding the sleeve-shaped section to the membrane has the advantage that welding creates a secure and permanently tight connection between the sleeve-shaped section and the membrane, which has a high temperature resistance.

Alternativ ist auch eine Verklebung oder eine Verlötung möglich.Alternatively, gluing or soldering is also possible.

Weist der hülsenförmige Abschnitt in einem rückseitigen Bereich, in dem dieser mit der Kontaktdurchführung verbunden ist, einen kleineren Durchmesser auf, als in einem vorderseitigen Bereich, in dem dieser mit der Membran verbunden ist, ist es ferner besonders einfach möglich, den hülsenförmigen Abschnitt, ggf. bereits mit daran befestigter Kontaktdurchführung, an dem Rand der Membran zu befestigen. Die Befestigung kann durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen erfolgen.If the sleeve-shaped section has a smaller diameter in a rear area, in which it is connected to the contact feedthrough, than in a front area, in which it is connected to the membrane, it is also particularly easy to attach the sleeve-shaped section, possibly with the contact feedthrough already attached to it, to the edge of the membrane. The attachment can be carried out by welding, in particular by laser welding.

Wie bereits beschrieben kann der der hülsenförmige Abschnitt rückseitig mit der Kontaktdurchführung abdichtend verbunden, insbesondere ebenfalls verschweißt sein.As already described, the sleeve-shaped section can be sealingly connected to the contact feedthrough on the back, in particular also welded.

Auf diese Weise kann der Teil der Hülle aus Kontaktdurchführung und hülsenförmigem Abschnitt als Baugruppe vorgefertigt werden, die dann mit der Baugruppe bestehend aus Membran und Antrieb verbunden werden kann.In this way, the part of the casing consisting of the contact feedthrough and the sleeve-shaped section can be prefabricated as an assembly, which can then be connected to the assembly consisting of the membrane and the drive.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist die Hülle wenigstens abschnittsweise mit einer Wandstärke ausgeführt, die 1/3 und 1/4 oder weniger einer Dicke der Membran beträgt. Durch eine dementsprechende Ausgestaltung wird erreicht, dass sich die Hülle in einem vorbestimmten Bereich bei Auftreten einer thermisch induzierten Ausdehnung der Füllung verformt. Vorzugsweise ist die Hülle im Bereich des hülsenförmigen Abschnitts so ausgelegt, dass sie sich in diesem Bereich verformt.In a preferred embodiment, the casing is designed at least in sections with a wall thickness that is 1/3 and 1/4 or less of the thickness of the membrane. A corresponding design ensures that the casing deforms in a predetermined area when a thermally induced expansion of the filling occurs. The casing is preferably designed in the area of the sleeve-shaped section so that it deforms in this area.

In einer Ausführungsform weisen die Piezoelemente eine in Axialrichtung der Hülse längenvariable elektrische Kontaktierung auf. Durch längenvariabel elektrische Kontaktierungen kann eine Verschiebung der Kontaktdurchführung in Axialrichtung bei einer Verformung des hülsenartigen Abschnitts kompensiert werden.In one embodiment, the piezo elements have an electrical contact with variable length in the axial direction of the sleeve. By means of electrical contacts with variable length, a displacement of the contact leadthrough in the axial direction can be compensated for when the sleeve-like section is deformed.

Beispielsweise kann die längenvariable elektrische Kontaktierung durch eine Ausgestaltung der elektrischen Kontaktierung als wenigstens ein Kontaktpin mit wenigstens einer korrespondierend ausgebildeten Schiebehülse realisiert werden. Bspw. kann an dem Antrieb eine Buchse in Form einer Schiebehülse angeordnet sein, während an der Kontaktdurchführung ein Pin angeordnet ist, der in die Buchse eingreift. Je nach thermischer Ausdehnung und dementsprechend Verformung des hülsenartigen Abschnitts kann eine unterschiedlich große Überlappung zwischen der Buchse und dem Pin bestehen. Alternativ kann der Pin an dem Piezoelement und die Buchse an der Kontaktdurchführung angeordnet sein.For example, the length-variable electrical contact can be implemented by designing the electrical contact as at least one contact pin with at least one correspondingly designed sliding sleeve. For example, a socket in the form of a sliding sleeve can be arranged on the drive, while a pin that engages in the socket is arranged on the contact leadthrough. Depending on the thermal expansion and corresponding deformation of the sleeve-like section, there can be a varying amount of overlap between the socket and the pin. Alternatively, the pin can be arranged on the piezo element and the socket on the contact leadthrough.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines vibronischen Sensors 1 gemäß der vorliegenden Anmeldung.
The present invention is explained in detail below using exemplary embodiments with reference to the attached figures. They show:
  • 1 an embodiment of a vibronic sensor 1 according to the present application.

In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit gleicher Funktion.In the figures, unless otherwise stated, identical reference symbols designate identical or corresponding components with identical functions.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vibronischen Sensors 1 gemäß der vorliegenden Anmeldung. 1 shows an embodiment of a vibronic sensor 1 according to the present application.

Der vibronische Sensor 1 weist eine in mechanische Schwingungen in einer Axialrichtung A versetzbare Membran 5 sowie einen als Antrieb 3 bezeichneten elektromechanischen Wandler zur Erzeugung und Detektion dieser mechanischen Schwingungen auf. An der Membran 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine mechanische Schwingungseinheit 11 in Form von zwei paddelförmig ausgebildeten Schwingern angeordnet, mittels derer Schwingungen der Membran auf ein die mechanische Schwingungseinheit 11 umgebendes Medium übertragbar sind.The vibronic sensor 1 has a membrane 5 that can be set into mechanical vibrations in an axial direction A and an electromechanical transducer, referred to as drive 3, for generating and detecting these mechanical vibrations. In the present embodiment, a mechanical vibration unit 11 in the form of two paddle-shaped vibrators is arranged on the membrane 5, by means of which vibrations of the membrane can be transmitted to a medium surrounding the mechanical vibration unit 11.

Der Antrieb 3 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Piezoelement 4 auf, das unter Zwischenschaltung einer sogenannten Ausgleichskeramik 6 zur Kompensation unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Membran 5 und des Piezoelements 4 mit der Membran 5 verklebt ist. Das Piezoelement 4 ist über Elektroden 7 elektrisch kontaktiert, sodass ein elektrisches Signal zur Anregung des Piezoelements 4 angelegt und eine elektrische Spannung, die aus einer mechanischen Anregung des Piezoelements 4 resultiert, abgegriffen werden kann.In the present embodiment, the drive 3 has a piezo element 4, which is glued to the membrane 5 with the interposition of a so-called compensating ceramic 6 to compensate for different thermal expansion coefficients of the membrane 5 and the piezo element 4. The piezo element 4 is electrically contacted via electrodes 7, so that an electrical signal can be applied to excite the piezo element 4 and an electrical voltage resulting from a mechanical excitation of the piezo element 4 can be tapped.

Die Elektroden 7 sind vorliegend als mit dem Piezoelement verklebte Kontaktpins ausgestaltet, die sich in Axialrichtung A rückseitig von dem Piezoelement 4 weg erstrecken.The electrodes 7 are designed in the present case as contact pins glued to the piezo element, which extend in the axial direction A at the rear of the piezo element 4.

Der Antrieb 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einer Hülle 2 umgeben, die mit einer Füllung 9, vorliegend einem Transformatorenöl, gefüllt ist. Die Hülle 2 ist vorderseitig durch die Membran 5, in Umfangsrichtung durch einen hülsenförmigen Abschnitt 21 und rückseitig durch eine Kontaktdurchführung 23 gebildet. Der hülsenförmige Abschnitt 21 ist mittels einer ersten Schweißnaht 25 an einem Übergang von der Membran 5 und einem sich von der Membran 5 rückseitig in Axialrichtung A erstreckenden Rand 15 angeschweißt und so abdichtend mit der Membran 5 verbunden. Rückseitig ist der hülsenförmige Abschnitt 21 mit einer zweiten Schweißnaht 27 an der Kontaktdurchführung 23 befestigt. Auf diese Weise ist der Antrieb 3 abdichtend umschlossen und somit von dem restlichen Gehäuse des vibronischen Sensors 1 abgekapselt.In the present embodiment, the drive 3 is surrounded by a casing 2 which is filled with a filling 9, in this case a transformer oil. The casing 2 is formed at the front by the membrane 5, in the circumferential direction by a sleeve-shaped section 21 and at the rear by a contact feedthrough 23. The sleeve-shaped section 21 is welded by means of a first weld seam 25 to a transition from the membrane 5 and an edge 15 extending from the membrane 5 at the rear in the axial direction A and is thus connected to the membrane 5 in a sealing manner. At the rear, the sleeve-shaped section 21 is attached to the contact feedthrough 23 with a second weld seam 27. In this way, the drive 3 is sealed and thus encapsulated from the rest of the housing of the vibronic sensor 1.

Das Transformatorenöl weist eine Durchschlagfestigkeit von 5-30 kV/mm auf und ist somit optimal für eine Isolation des Antriebsgegenüber der Hülle 2 und dem Gehäuse geeignet.The transformer oil has a dielectric strength of 5-30 kV/mm and is therefore optimally suited for insulating the drive from the casing 2 and the housing.

Durch die Kontaktdurchführung 23 sind zwei korrespondierend zu den Elektroden 7 angeordnete und als Hülsen zur Aufnahme der als Kontaktpin ausgebildeten Elektroden 7 ausgebildete, elektrisch leitende Kontakte angeordnet. Die Kontakte bilden zusammen mit den Elektroden 7 eine Art Schiebehülse, sodass eine in Axialrichtung A längenvariable elektrische Kontaktierung gebildet ist.Two electrically conductive contacts arranged corresponding to the electrodes 7 and designed as sleeves for receiving the electrodes 7 designed as contact pins are arranged through the contact feedthrough 23. The contacts form a type of sliding sleeve together with the electrodes 7, so that an electrical contact with variable length in the axial direction A is formed.

Diese Längenvariabilität ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel notwendig, da der hülsenförmige Abschnitt 21 der Hülle 2 konkav vorgeformt ist. Das bedeutet im vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass der hülsenförmige Abschnitt 21 nach innen, d.h. in Richtung des Antriebs 3 vorgeformt ausgestaltet ist. Durch diese Vorformung wird in Radialrichtdung R ein Ausgleichsraum 24 geschaffen, in den sich die Hülle 2 ausdehnen kann. Durch eine temperaturbedingte Ausdehnung der Füllung dehnt sich diese innerhalb der Hülle 2 aus und drückt den hülsenförmigen Abschnitt 21 in Radialrichtung nach außen. Durch diese Verformung steigt die Erstreckung des hülsenförmigen Abschnittes 21 in Axialrichtung A, wodurch sich ein Abstand zwischen dem Piezoelement 4 und der Kontaktdurchführung 23 vergrößert. Durch die Vergrößerung des Abstands gleiten die Elektroden 7 weiter aus den Kontakten der Kontaktdurchführung 23 heraus, wobei aber gleichzeitig ein elektrischer Kontakt erhalten bleibt.This length variability is necessary in the present embodiment because the sleeve-shaped section 21 of the casing 2 is pre-formed concavely. In the present embodiment, this means that the sleeve-shaped section 21 is pre-formed inwards, i.e. in the direction of the drive 3. This pre-forming creates a compensation space 24 in the radial direction R, into which the casing 2 can expand. Due to temperature-related expansion of the filling, it expands within the casing 2 and pushes the sleeve-shaped section 21 outwards in the radial direction. Due to this deformation, the extension of the sleeve-shaped section 21 in the axial direction A increases, which increases the distance between the piezo element 4 and the contact feedthrough 23. As the distance increases, the electrodes 7 slide further out of the contacts of the contact feedthrough 23, but at the same time an electrical contact is maintained.

Ein vergrößertes Volumen der Füllung 9 und ein sich daraus ergebender erhöhter Innendruck im Inneren der Hülle 2 wird durch eine Verformung der Hülsenwandung des hülsenförmigen Abschnitts 21 und eine damit einhergehende Vergrößerung des umschlossenen Volumens kompensiert. Die Kontaktdurchführung 23 und auch die Membran 5 sind wesentlich steifer als die Hülsenwandung, weshalb der Innendruck zuerst auf dies Wandung einwirkt.An increased volume of the filling 9 and a resulting increased internal pressure inside the casing 2 is compensated by a deformation of the casing wall of the casing-shaped section 21 and a concomitant increase in the enclosed volume. The contact feedthrough 23 and also the membrane 5 are significantly stiffer than the casing wall, which is why the internal pressure acts on this wall first.

Wäre die Hülle 2 vollständig starr ausgebildet, würde sich bei einer Druckdifferenz unter Temperatureinfluss die Frequenz stark verschieben, da die Steifigkeit des Systems zunimmt. Membran 5 und Kabeldurchführung würden sich unter dem Einfluss des Innendrucks verformen.If the casing 2 were completely rigid, the frequency would shift significantly in the event of a pressure difference under the influence of temperature, as the stiffness of the system would increase. Membrane 5 and cable duct would deform under the influence of the internal pressure.

Der hülsenförmige Abschnitt 21 der Hülle 2 liegt im Innenbereich des vibronischen Sensors 1, weshalb ein Prozessdruck nicht auf diesen einwirkt. Somit muss der hülsenförmige Abschnitt 21 auch nicht auf den Prozessruck ausgelegt werden, sondern nur die temperaturindizierte Druckdifferenz ertragen können. Durch eine entsprechend angepasste Ausgestaltung der Hülle 2, insbesondere des hülsenförmigen Abschnitts 21 kann ein Volumen der Füllung 9 minimiert werden, sodass auch die thermische Ausdehnung der Füllung 9 minimiert wird.The sleeve-shaped section 21 of the casing 2 is located in the interior of the vibronic sensor 1, which is why a process pressure does not act on it. The sleeve-shaped section 21 therefore does not have to be designed for the process pressure, but only has to be able to withstand the temperature-indicated pressure difference. By appropriately adapting the design of the casing 2, in particular the sleeve-shaped section 21, the volume of the filling 9 can be minimized, so that the thermal expansion of the filling 9 is also minimized.

Bezugszeichenreference sign

11
Vibronischer Sensorvibronic sensor
22
HülleCovering
33
Antriebdrive
44
Piezoelementpiezo element
55
Membranmembrane
66
Ausgleichskeramikleveling ceramics
77
Elektrodenelectrodes
99
Füllung filling
1111
Mechanische SchwingeinheitMechanical oscillating unit
1313
Kontaktdurchführungcontact implementation
1515
Rand edge
2121
Hülsenförmiger Abschnittsleeve-shaped section
2323
Kontaktdurchführungcontact implementation
2424
Ausgleichsraumcompensation space
2525
Erste SchweißnahtFirst weld
2727
Zweite SchweißnahtSecond weld

Claims (10)

Vibronischer Sensor (1) mit einer in Schwingung versetzbaren Membran (5), einem piezoelektrischen Antrieb (3) zum Versetzen der Membran (5) in Schwingung und zur Erfassung von Schwingungen der Membran (5), einem an der Membran (5) angeordnete mechanische Schwingungseinheit (11) zur Übertragung von Schwingungen der Membran (5) auf ein mechanische Schwingungseinheit (11) umgebendes Medium, wobei eine Resonanzfrequenz der die mechanische Schwingungseinheit (11) abhängig von dem sie umgebenden Medium ist, wobei der piezoelektrische Antrieb (3) wenigsten ein Piezoelement (4)und Elektroden (7) zur elektrischen Kontaktierung des wenigstens einen Piezoelements (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (3) gekapselt ausgeführt ist mit einer den Antrieb (3) beabstandet umgebenden Hülle (2), die mit einer flüssige Füllung (9) gefüllt ist, wobei die Füllung (9) eine elektrische Durchbruchfeldstärke von mehr als 3 kV/mm aufweist, wobei die Hülle (2) wenigstens abschnittsweise flexibel ausgebildet ist.Vibronic sensor (1) with a membrane (5) that can be set into vibration, a piezoelectric drive (3) for setting the membrane (5) into vibration and for detecting vibrations of the membrane (5), a mechanical vibration unit (11) arranged on the membrane (5) for transmitting vibrations of the membrane (5) to a medium surrounding the mechanical vibration unit (11), wherein a resonance frequency of the mechanical vibration unit (11) is dependent on the medium surrounding it, wherein the piezoelectric drive (3) has at least one piezo element (4) and electrodes (7) for electrically contacting the at least one piezo element (4), characterized in that the drive (3) is encapsulated with a casing (2) surrounding the drive (3) at a distance therefrom, which is filled with a liquid filling (9), wherein the filling (9) has an electrical breakdown field strength of more than 3 kV/mm, wherein the casing (2) is designed to be flexible at least in sections. Vibronischer Sensor (1) gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hülle (2) einen hülsenförmigen Abschnitt (21) und eine Kontaktdurchführung (23) aufweist.Vibronic sensor (1) according to patent claim 1 , characterized in that the sheath (2) has a sleeve-shaped portion (21) and a contact feedthrough (23). Vibronischer Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Abschnitt (21) in Radialrichtung verformbar ausgestaltet ist.Vibronic sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve-shaped portion (21) is designed to be deformable in the radial direction. Vibronischer Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Abschnitt (21) in Radialrichtung (R) konkav vorgeformt ist.Vibronic sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve-shaped portion (21) is preformed concavely in the radial direction (R). Vibronischer Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Abschnitt (21) vorderseitig mit der Membran (5) verschweißt ist.Vibronic sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve-shaped section (21) is welded to the membrane (5) on the front side. Vibronischer Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Abschnitt (21) rückseitig mit der Kontaktdurchführung (23) abdichtend verbunden, insbesondere verschweißt ist.Vibronic sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve-shaped section (21) is sealingly connected, in particular welded, to the rear side of the contact leadthrough (23). Vibronischer Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülle (2) wenigstens abschnittsweise mit einer Wandstärke ausgeführt ist, die zwischen 1/3 und 1/4 oder weniger einer Dicke der Membran (5) beträgt.Vibronic sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the casing (2) is designed at least in sections with a wall thickness which is between 1/3 and 1/4 or less of a thickness of the membrane (5). Vibronischer Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezoelemente (4) eine in Axialrichtung (A) längenvariable elektrische Kontaktierung aufweisen.Vibronic sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the piezo elements (4) have an electrical contact that is variable in length in the axial direction (A). Vibronischer Sensor (1) gemäß Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung als wenigstens ein Kontaktpin mit wenigstens einer korrespondierend ausgebildeten Schiebehülse ausgebildet ist.Vibronic sensor (1) according to patent claim 8 , characterized in that the electrical contact is designed as at least one contact pin with at least one correspondingly designed sliding sleeve. Vibronischer Sensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung in Axialrichtung (A) vorgespannt ausgebildet ist.Vibronic sensor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical contact is prestressed in the axial direction (A).
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