Die Erfindung betrifft einen modularen vibronischen Sensor zur Bestimmung und/oder Überwachung von zumindest einer Prozessgröße eines Mediums. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Messzelle umfassend einen erfindungsgemäßen Sensor, ein tragbares Messgerät zur Analyse eines Mediums mit einer erfindungsgemäßen Messzelle und ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Sensors.

Das Medium befindet sich beispielsweise in einem Behältnis, beispielsweise in einem Behälter oder in einer Rohrleitung, oder in der Messzelle.

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 DE102010030982A1 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.

Mit einem vibronischen Sensor lassen sich entsprechend mehrere Prozessgrößen bestimmen und für eine Charakterisierung des jeweiligen Prozesses heranziehen. In vielen Fällen werden für eine umfassende Prozessüberwachung und/oder -kontrolle allerdings weitere Informationen über den Prozess, insbesondere Kenntnis über weitere physikalische und/oder chemische Prozessgrößen und/oder -parameter benötigt. Dies kann beispielsweise durch die Integration weiterer Feldgeräte in den jeweiligen Prozess erreicht werden. Dann können die von den verschiedenen Messgeräten zur Verfügung gestellten Messwerte in einer den Geräten übergeordneten Einheit geeignet weiterverarbeitet werden.

Zudem sind verschiedene vibronische Multisensoren bekannte geworden, mit welchen sich weitere Prozessgrößen ermitteln lassen. Beispielsweise sind solche Sensoren offenbart worden, bei welchem neben dem vibronischen Messprinzip das Ultraschall-Messprinzip zum Einsatz kommt, wie beispielsweise die Sensoren aus DE102018127526A1 , DE102019116150A1 , DE102019116151A1 , DE102019116152, DE102019110821A1 , DE102020105214A1 , DE102020116278A1 , oder auch der bisher unveröffentlichten, deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102021122534.5. Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Funktionalität eines vibronischen Sensors weiter zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den modularen, vibronischen Sensor nach Anspruch 1 , durch die Messzelle nach Anspruch 11 , das tragbare Messgerät nach Anspruch 12, das Verfahren nach Anspruch 13, sowie durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Sensors nach Anspruch 18.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor handelt es sich um einen modularen, vibronischen Sensor zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums mit einer Sensoreinheit. Die Sensoreinheit umfasst einen, insbesondere elektrisch isolierenden, ersten Grundkörper sowie ein erstes Schwingelement, welches ein erstes und zweite piezoelektrisches Element aufweist, und ein zweites Schwingelement, welches ein drittes und viertes piezoelektrisches Element aufweist.

Erfindungsgemäß sind das erste und zweite Schwingelement jeweils in einem ersten Endbereich an oder in dem ersten Grundkörper befestigt. Zudem sind das erste und zweite bzw. das dritte und vierte piezoelektrische Element jeweils über eine Verbindungs-Fläche aneinander befestigt, insbesondere aneinander geklebt. Dabei weisen die Verbindungs-Flächen des ersten und zweiten bzw. dritten und vierten piezoelektrischen Elements jeweils die gleiche Polarisation auf. Es sind also bezogen auf das erste und zweite bzw. dritte und vierte piezoelektrische Element jeweils gleich polarisierte Flächen einander zugewandt.

Die beiden Schwingelemente bilden eine mechanisch schwingfähige Einheit, beispielsweise in der Form einer Schwinggabel. Das erste und zweite bzw. das dritte und vierte piezoelektrische Element bilden jeweils eine Antriebs-ZEmpfangseinheit zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen der Schwingelemente mittels eines geeigneten Anregesignals. Die mechanischen Schwingungen werden im Falle, dass die Schwingelemente zumindest teilweise von Medium bedeckt sind, von den Eigenschaften des Mediums beeinflusst, so dass anhand zumindest eines von den Schwingelementen empfangenen Empfangssignals, welches die Schwingungen der Schwingelemente repräsentiert, eine Aussage über die zumindest eine Prozessgröße generierbar ist.

Die piezoelektrischen Elemente können aber auch der Erzeugung eines Sendesignals, welches in Form eines Antwortsignals empfangen wird, dienen. 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 ist es auch möglich, zumindest zwei Messprinzipien in einer einzigen Vorrichtung zu realisieren, nämlich das vibronische Messprinzip und das Ultraschall-Messprinzip. Dies erlaubt insbesondere auch die simultane Bestimmung und/oder Überwachung mehrerer, insbesondere auch verschiedener, Prozessgrößen. Dabei können das Empfangssignal und das Antwortsignal vorteilhaft unabhängig voneinander ausgewertet und die Anzahl ermittelbarer Prozessgrößen deutlich erhöht werden, was zu einer höheren Funktionalität des jeweiligen Sensors bzw. in einem erweiterten Anwendungsbereich resultiert.

Das erfindungsgemäße, modulare Sensorkonzept ermöglicht dabei eine besonders einfache Anpassbarkeit auf verschiedene Geometrien. Die Dimensionierung der Schwingelemente und des Grundkörpers können adaptiv gewählt werden. Im Prinzip können unterschiedlich ausgestaltete Schwingelemente mit demselben Grundkörper verwendet werden. Die Gestaltungsfreiheit betrifft nicht nur die Dimensionierung und Geometriewahl, sondern auch die jeweils verwendeten Materialien. Dies erlaubt besonders vorteilhaft eine Miniaturisierung entsprechender vibronischer Sensoren.

Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäßer Sensor besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Beispielsweise ist keine Fertigung einer separaten Antriebs-ZEmpfangseinheit notwendig. Die Herstellung von Schwingelementen und Antriebs-ZEmpfangseinheit erfolgt vielmehr gemeinsam in einem Schritt. Zudem kann der Grundkörper in einem Teilbereich zur Aufnahme einer Elektronik aufweisen, so dass auch in diesem Zusammenhang eine Vereinfachung des Sensoraufbaus erreichbar ist.

In einer Ausgestaltung handelt es sich bei jedem der piezoelektrischen Elemente um einen länglichen, flachen Körper, insbesondere um einen Körper mit im Wesentlichen rechteckiger Querschnittsfläche. Aber auch andere Formen für die Querschnittsfläche sind denkbar und fallen unter die vorliegende Erfindung. Ecken der piezoelektrischen Elemente können in manchen Ausgestaltungen zudem abgerundet sein.

In einer weiteren Ausgestaltung ist jedes piezoelektrische Element eines jeden Schwingelements einzeln elektrisch kontaktiert. Insbesondere sind die piezoelektrischen Elemente jeweils über eine Kontakt-Fläche elektrisch kontaktiert, welche Kontakt-Fläche jeweils gegenüber derjeweiligen Verbindungs-Fläche angeordnet ist. Die jeweils aneinander befestigten piezoelektrischen Elemente sind also jeweils auf voneinander abgewandten Seiten elektrisch kontaktiert.

Es ist von Vorteil, wenn die piezoelektrischen Elemente im ersten Endbereich elektrisch kontaktiert sind, also in dem Bereich, in dem die Schwingelemente an oder in dem Grundkörper befestigt sind. Es ist ferner von Vorteil, wenn die beiden Schwingelemente entlang einer gedachten Linie durch einen Mittelpunkt einer Querschnittsfläche des Grundkörpers und im gleichen Abstand zu dem Mittelpunkt angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet sind. Vorteilhaft sind dabei jeweils die Kontakt-Flächen des ersten und zweiten Schwingelements parallel zueinander ausgerichtet. Auf diese Weise wird eine mechanische Schwingungsentkopplung erreicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schwingelemente zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen. Vorteilhaft sind die Schwingelemente zumindest in einem medienberührenden Bereich mit der Beschichtung versehen. Dabei können unterschiedlichste Beschichtungsmaterialien verwendet werden. Beispielsweise kann es sich um eine isolierende Beschichtung handeln. Es kann sich aber ebenso um eine wasseraufnehmende Beschichtung handeln.

In noch einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der erfindungsgemäße Sensor einen, insbesondere elektrisch isolierenden, zweiten Grundkörper, wobei das erste und zweite Schwingelement jeweils in einem zweiten Endbereich an oder in dem zweiten Grundkörper befestigt sind. In dieser Ausgestaltung sind die beiden Schwingelemente demnach in beiden Endbereichen befestigt.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn für jedes Schwingelement eine erste elektrische Kontaktierung im ersten Endbereich und vermittels der beiden Kontakt-Flächen und eine zweite elektrische Kontaktierung im zweiten Endbereich und im Bereich der sich zugewandten Verbindungs-Flächen der jeweiligen beiden piezoelektrischen Elemente erfolgt. Ein derartiges Kontaktierungskonzept ist vorteilhaft ohne zusätzliche Maßnahmen zur Verwendung mit leitfähigen Medien.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der erfindungsgemäße Sensor ein Filterelement, welches derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass es die beiden Schwingelemente zumindest teilweise umgibt. Das Filterelement umfasst beispielsweise eine, vorzugsweise poröse, Membran oder eine selektive Membran. Das

Filterelement ist insbesondere im Bereich zumindest des ersten und/oder zweiten Grundkörpers befestigbar.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Messzelle zur Analyse eines Mediums umfassend einen erfindungsgemäßen modularen vibronischen Sensor. Unter einer Messzelle wird erfindungsgemäß im Prinzip ein abgeschlossenes Volumen mit einem, beispielsweise universellen Anschluss zum Anschließen eines Sensors verstanden. Der erfindungsgemäße modulare vibronische Sensor ist beispielsweise vermittels des ersten Grundkörpers in die Messzelle einbringbar. Dazu kann der Grundkörper mit einem zu dem Anschlusselement der Messzelle komplementär ausgestalten Anschlusselement versehen ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein tragbares Messgerät zur Analyse eines Mediums, umfassend eine erfindungsgemäße Messzelle, eine Elektronik und eine Vorrichtung zur Probennahme. Die Elektronik kann beispielsweise über eine Anzeigeeinheit verfügen. Das tragbare Messgerät dient beispielsweise zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, der Dichte, Viskosität oder Schallgeschwindigkeit eines Mediums oder um eine Konzentration einer Substanz, welche in dem Medium enthalten ist.

Ferner wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen modularen vibronischen Sensors zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer ersten Prozessgröße eines Mediums, wobei die Sensoreinheit mittels eines Anregesignals zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, wobei die mechanischen Schwingungen der Sensoreinheit empfangen und in ein Empfangssignal umgewandelt werden, und wobei anhand des Empfangssignals die zumindest eine erste Prozessgröße ermittelt wird. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um den Füllstand, die Dichte oder die Viskosität des Mediums. Die Sensoreinheit umfasst das erste und zweite Schwingelement.

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 Sensoreinheit zumindest zeitweise zu Resonanzschwingungen angeregt. Die mechanischen Schwingungen werden durch das die Schwingstäbe umgebende Medium beeinflusst, so dass anhand eines die Schwingungen repräsentierenden Empfangssignals Rückschlüsse auf verschiedene Eigenschaften des Mediums möglich sind.

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. Das jeweils ausgesendete Sendesignal durchläuft zumindest teilweise das Medium und wird von diesem in seinen Eigenschaften beeinflusst. Entsprechend können anhand des jeweils empfangenen Antwortsignals ebenfalls Rückschlüsse auf verschiedene Medien gezogen werden.

Es ist hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens von Vorteil, wenn das erste piezoelektrische

Element des ersten Schwingelements und das vierte piezoelektrische Element des zweiten Schwingelements mit dem Anregesignal beaufschlagt werden, und wenn das Empfangssignal von dem zweiten piezoelektrischen Element des ersten Schwingelements und dem dritten piezoelektrischen Element des zweiten Schwingelements empfangen wird. In dieser Ausgestaltung werden also insbesondere einander zugewandte und voneinander abgewandte piezoelektrische Elemente eines jeden Schwingelements gemeinsam angesteuert. Daraus resultieren gegenphasige Schwingungen der Sensoreinheit.

In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das erste piezoelektrische Element des ersten Schwingelements und das dritte piezoelektrische Element des zweiten Schwingelements mit dem Anregesignal beaufschlagt, wobei das Empfangssignal von dem zweiten piezoelektrischen Element des ersten Schwingelements und dem vierten piezoelektrischen Element des zweiten Schwingelements empfangen wird. Auf diese Art und Weise kann die zweiten Grundmode der Sensoreinheit angeregt werden, bei welchem das erste und zweite Schwingelement parallele Schwingungen ausführen.

Eine Anregung der Sensoreinheit in unterschiedlichen Moden ist besonders vorteilhaft in dem Falle, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich eine Zustandsüberwachung, vorzugsweise eine vorausschauende Wartung, durchgeführt werden soll. Die unterschiedlichen Schwingungsmoden können dabei abwechselnd angeregt werden. Es ist aber auch denkbar, die zusätzliche Mode nur auf Bedarf anzuregen.

In noch einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest eine zweite Prozessgröße des Mediums bestimmt oder überwacht. Dazu wird ein Sendesignal ausgesendet, ein Antwortsignal empfangen, wobei anhand des Antwortsignals die zumindest eine zweite Prozessgröße bestimmt wird. Bei der zweiten Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um die Schallgeschwindigkeit des Mediums.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn das erste Schwingelement mit dem Sendesignal beaufschlagt wird, wobei das Antwortsignal von dem zweiten Schwingelement empfangen wird.

Es ist ferner von Vorteil, wenn die zumindest eine erste und zweite Prozessgröße abwechselnd bestimmt werden. Es ist aber ebenfalls möglich, dass die Sensoreinheit gleichzeitig mittels des Anregesignals und mittels des Sendesignals beaufschlagt wird, wobei das Anregesignal und das Sendesignal einander überlagert werden.

Die erfindungsgemäß ermittelbaren Prozessgrößen sind beispielsweise gegeben durch einen vorgebbaren Füllstand, die Dichte, die Viskosität, die Schallgeschwindigkeit oder eine aus zumindest einer dieser Größen abgeleitete Größe. Auch die Konzentration/Konzentrationen von einer oder zwei unterschiedlichen Substanzen in dem Medium kann/können ermittelt werden. Besonders bevorzugt wird anhand des Empfangssignals die Dichte und/oder Viskosität des Mediums und anhand des Antwortsignals die Schallgeschwindigkeit innerhalb des Mediums bestimmt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass neben den hier explizit genannten Prozessgrößen auch weitere Prozessgrößen und/oder -parameter, welche mittels der beiden durchgeführten Messungen zugänglich sind, ebenfalls bestimmt und für eine Charakterisierung des jeweiligen Mediums herangezogen werden können.

Ein erfindungsgemäßer Sensor, eine Messzelle, ein tragbares Messgerät sowie das Verfahren können beispielsweise verwendet werden zur Überwachung eines Gärprozesses. Bei einer Gärung wird Zucker in Ethanol umgewandelt. Um eine qualitative Überwachung gewährleisten zu können, ist es deshalb erforderlich, sowohl die Konzentration von Zucker als auch von Ethanol zu bestimmen.

Zudem kann der erfindungsgemäße Sensor vorteilhaft auch als Single-Use Sensor verwendet werden. Dabei kann der Sensor jeweils spezifisch an die jeweilige Aufgabe angepasst werden. Vorteilhaft ist ferner auch eine Verwendung in einem Labor, insbesondere zur Ermittlung der jeweiligen Prozessgröße anhand eines vergleichsweise geringen Flüssigkeitsvolumens bzw. einer kleinen Probenmenge. Eine weitere vorteilhafte Verwendung betrifft die Validierung von Sensoren, und zwar aufgrund der einfachen und kostengünstigen Hersteilbarkeit des erfindungsgemäßen Sensors. Schließlich betrifft eine vorteilhafte Verwendung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Sensors als Gassensor zur Bestimmung und/oder Überwachung eines gasförmigen Mediums. Insbesondere kann eine Resonanzfrequenz eines erfindungsgemäßen Sensors jeweils individuell an die jeweilige Applikation angepasst werden.

Es sei darauf verwiesen, dass die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sensor beschriebenen Ausgestaltungen sich mutatis mutandis auch auf die erfindungsgemäße Messzelle, das erfindungsgemäße tragbare Messgerät und das erfindungsgemäße Verfahren anwenden lassen und umgekehrt.

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 eine erste mögliche Ausgestaltung eines modularen vibronischen Sensors mit einem Grundkörper; Fig. 3 eine zweite mögliche Ausgestaltung eines modularen vibronischen Sensor mit einem ersten und einem zweiten Grundkörper;

Fig. 4 eine bevorzugte Möglichkeit zur Kontaktierung der piezoelektrischen Elemente eines Schwingelements;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Anordnung der Schwingstäbe auf dem Grundkörper,

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Messzelle, und

Fig. 7 ein tragbares Messgerät.

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 undZoder -speisung erfolgt.

Eine erste beispielhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen, modularen vibronischen Sensors 1 ist in Fig. 2 skizziert. Der Sensor 1 verfügt über eine Sensoreinheit 2 umfassend einen, insbesondere isolierenden, ersten Grundkörper 7, ein erstes Schwingelement 8, welches zumindest ein erstes 9a und ein zweites 9b piezoelektrisches Element aufweist, und ein zweites Schwingelement 10, welches zumindest ein drittes 11a und viertes 11 b piezoelektrisches Element aufweist.

Die beiden Schwingelemente 8, 10 sind in einem ersten Endbereich Ei in dem Grundkörper 7 befestigt und das erste 9a und zweite 9b bzw. das dritte 11a und vierte 11 b piezoelektrische Element des ersten 8 bzw. zweiten Schwingelements 10 sind jeweils vermittels einer Verbindungs- Fläche V aneinander befestigt. Die geometrische Form der piezoelektrischen Elemente 9a, 9b, 11a, 11 b weisen jeweils vorzugsweise eine längliche Querschnittsfläche auf. Sie können herkömmlichen Schwingstäben eines vibronischen Sensors nachgebildet sein.

Zudem ist jedes piezoelektrische Element 9a, 9b, 11a, 11 b einzeln vermittels einer Anschlussleitung 12a-12d über den Verbindungs-Flächen V jeweils gegenüber liegende Kontakt-Flächen K kontaktiert. Sämtliche Kontaktierungen sind somit im ersten Endbereich Ei angeordnet.

Dann ist es beispielsweise möglich, das erste 9a und vierte 11 b piezoelektrische Element mittels der ersten 12a und vierten 12d Anschlussleitung mit einem geeigneten Anregesignal zu beaufschlagen und vom zweiten 9b und dritten 11a piezoelektrischen Element vermittels der zweiten 12b und dritten 12c Anschlussleitung ein Empfangssignal zu empfangen, um das vibronische Messprinzip zu realisieren, oder umgekehrt. Zur Verwirklichung des Ultraschall-Messprinzips ist es wiederum denkbar, ein Sendesignal vom ersten 9a und zweiten 9b piezoelektrischen Element vermittels der ersten 12a und zweiten 12b Anschlussleitung auszusenden und ein Antwortsignal vom dritten 11a und vierten 11b piezoelektrischen Element vermittels der dritten 12c und vierten 12d Anschlussleitung zu empfangen, oder umgekehrt. Aber auch andere elektrische Kontaktierungsmöglichkeiten für die piezoelektrischen Elemente 9a, 9b, 11a, 11 b sind denkbar und fallen ebenfalls unter die vorliegende Erfindung.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung für einen erfindungsgemäßen Sensor ist Gegenstand von Fig. 3. Im Gegensatz zu der Ausgestaltung aus Fig. 2 umfasst die Sensoreinheit 2 zusätzlich einen zweiten Grundkörper 13, wobei die Schwingelemente 8, 10 im zweiten Endbereich E ₂ im zweiten Grundkörper 13 befestigt sind.

Für eine derartige Ausgestaltung, aber nicht nur für eine solche, zeigt Fig. 4 eine weitere bevorzugte Möglichkeit zur Kontaktierung der piezoelektrischen Elemente 9a, 9b, 11a, 11 b. Die piezoelektrischen Elemente 9a, 9b eines jeden Schwingelements 8,10 (dargestellt ist der Einfachheit halber nur das erste Schwingelement 8) sind über die Verbindungs-Flächen V mittels einer zweiten Anschlussleitung 14b und über die beiden Kontakt-Flächen K mittels einer ersten Anschlussleitung 14a elektrisch kontaktiert, also in beiden Endbereichen Ei und E ₂ . Eine solche Kontaktierung ist insbesondere vorteilhaft für eine Verwendung des Sensors 1 mit leitfähigen Medien M.

Eine bevorzugte Anordnung der beiden Schwingelemente 8, 10 relativ zueinander und zum Grundkörper 7 ist in Fig. 5 dargestellt. Die beiden Schwingelemente 8,10 sind entlang einer gedachten Linie I durch einen Mittelpunkt m einer Querschnittsfläche des Grundkörpers 7 und im gleichen Abstand zu dem Mittelpunkt m angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet. Im vorliegenden Fall weist die Querschnittsfläche eine runde Form auf. Eine solche Ausgestaltung der Querschnittsfläche des Grundkörpers 1 ist aber nicht zwingend notwendig. Im Falle, dass zwei Grundkörper 7,13 verwendet werden, können beide Grundkörper mit identischen Querschnittsflächen ausgestaltet sein und ihre Mittelpunkte können übereinander angeordnet sein. In Fig. 6 ist eine erfindungsgemäße Messzelle 15 mit einem erfindungsgemäßen Sensor 1 ähnlich wie der aus Fig. 2, gezeigt. In dem Grundkörper bei der Sensorvariante aus Fig. 6 ist der Grundkörper 7 zudem zur Aufnahme der Elektronik 6. Eine solche Ausführung eines erfindungsgemäßen Sensors 1 ist besonders kompakt und die notwendigen Herstellungsschritte werden weiter reduziert.

Ein erfindungsgemäßes, tragbares Messgerät 16 ist schließlich in Fig. 7 skizziert. Das Messgerät 16 umfasst ein Gehäuse 17 mit einem optionalen Griff 17a und einer Vorrichtung zur Probennahme 18, eine erfindungsgemäße Messzelle 15 mit einem, hier nicht gezeigten, erfindungsgemäßen Sensor 1 , und einer Elektronik 19 mit optionaler Anzeigeeinheit.

Bezugszeichenliste

1 Vibronischer Sensor

2 Sensoreinheit

3 Behälter

4 Schwingfähige Einheit

5 Antriebs-ZEmpfangseinheit

6 Elektronik

7 Erster Grundkörper

8 erstes Schwingelemente

9a, 9b erstes und zweites piezoelektrisches Element

10 zweites Schwingelemente

11a, 11b drittes und vierts piezoelektrisches Element

12a-12d Anschlussleitungen

13 Zweiter Grundkörper

14a, 14b Anschlussleitungen

15 Messzelle

16 tragbares Messgerät

17 Gehäuse

17a Griff

18 Vorrichtung zur Probennahme

19 Elektronik mit Anzeigeeinheit

M Medium

Ei , E ₂ erster und zweiter Endbereich der Schwingelemente

K Kontakt-Fläche

V Verbindungs-Fläche Mittelpunkt gedachte Linie