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Dichtemesser zur Fernmessung des spezifischen Gewichtes von Strömungsmitteln Die Erfindung betrifftDichtemesser, u. zw. insbesondereDichtemesser mit einem elastisch aufgehängten schwingenden Hohlkörper.
Dichtemesser mit einem elastisch aufgehängten schwingenden Hohlkörper sind allgemein bekannt. Die Resonanzfrequenz eines derartigen Körpers ändert sich entsprechend der Dichte des durch den Korper strömenden Strömungsmittels. Da mechanische Schwingungen mit veränderlicher Frequenz leicht in elektrischeSignale veränderlicher frequenzumgewandelt werdenkonnen, deren Frequenz mit grosser Genauigkeit gemessen werden kann, können auf diese Weise genaue Dichtemessungen erhalten werden. Die bekannten auf dem obigen Grundsatz beruhenden Dichtemesser arbeiten zwar unter Laboratoriumsbedingungen zufriedenstellend, sie ergeben jedoch keine genauenDichtemessungen unter ungünstigen Betriebsbedingungen,
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te von Strömungsmittelngeeignet, welche durch in Schächten verwendete Sonden fliessen.
Das grosse Be- dürfnis für einen kräftigen, mit einem elastisch aufgehängten Schwingungskörper arbeitenden Dichtemesser, welcher in einerSonde untergebracht werden kann, konnte bisher noch nicht befriedigt werden.
Diehauptsächlichen Hindernisse, welche die Anwendung der bekannten Dichtemesser auf diesem Gebiet verhindern, sind folgende :
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genden Hohlkörpers soweit vergrössert werden, dass hiedurch die Empfindlichkeit desDichtemesserserheblich verringert wird ;
2. der elastisch aufgehängte schwingende Körper erzeugt eine verhältnismässig grosse Einschnürung der Strömung des gemessenen Strömungsmittels, wodurch ein in vielen Anlagen unzulässiger hoher Druckabfall entsteht ;
3. da bekanntlich die elastischen Eigenschaften und somit die Resonanzfrequenzen von aufgehängten Schwingungskörpern von dem Differentialdruck zwischen der Innenfläche und der Aussenfläche seiner Wand, von der Viskosität und von der Temperatur des ihn durchströmenden Strömungsmittels abhängen, können die Beträge, um welche die Resonanzfrequenzen von den entsprechenden zentralen Frequenzen abweichen, nicht ohne weiteres bestimmten Ursachen zugeschrieben werden, so dass keine einfache mathematische Beziehung zwischen den Frequenzen des schwingenden Körpers und den Eigenschaften des Strömungsmittels gefunden werden kann ;
4. bei hohen Drücken werden Teile des Dichtemessers häufig durch die hohen Druckunterschiede beschädigt, welchen sie ausgesetzt sind.
Die Erfindung bezweckt daher die Herstellung eines Dichtemessers miteinem elastisch aufgehängten schwingenden Körper,welcher genaue dichtemessungen an unter hohem Druck stehenden Strömungsmitteln vornehmen kann.
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Die Erfindung bezweckt ferner die Herstellung eines derartigenDichtemessers, bei welchem die Dich- temessungen praktisch von der Viskosität des Strömungsmittels unabhängig sind.
Hiefür enthält erfindungsgemäss der Dichtemesser zur Fernmessung der Dichte von Strömungsmitteln einen Dichteübertrager mit einem Hohlkörper, welcher mit dem zu messenden Strömungsmittel gefüllt und starr mit wenigstens einer Torsionswelle verbunden ist, wobei elektrische Einrichtungen vorgesehen sind, welche einen Erreger und einen Detektor sowie einen Verstärker umfassen, welcher zwischen den Erreger und den Detektor geschaltet ist und die Schwingung mit der Resonanzfrequenz des Hohlkörpers um die Tor- sionswelle aufrechterhält, wobei diese Frequenz in einer einfachen Beziehung mit der Dichte des gemes- senen Strömungsmittels steht.
Gemäss einem ersten Kennzeichen des Übertragers ist der Halter für die Torsionswelle eine Hülle oder eine Leitung mit einem Einlass und einem Auslass, welche den Hohlkörper vollständig umgibt.
Gemäss einem weiteren Kennzeichen ist die Wand des Hohlkörpers eine vorzugsweise zylindrische Umdrehungsfläche um die Torsionswelle und ist mit einer zentralen Nabe durch radiale Rippen verbunden, so dass das strömende Strömungsmittel frei zwischen den Rippen strömen kann. Die Tórsionswelle hat einen niedrigen thermoelastischen Koeffizienten, und ihre Enden sind starr an den zentralen Naben von zwei Gittern befestigt, welche den-Einlass und den Auslass dieser Leitung bilden.
Infolge dieser Ausbildung kann der erfindungsgemässe Dichteübertrager in unter sehr hohem Druck ste- hende Strömungsmittel ohne Beschädigung des. Apparats eingetaucht wenden. Obwohl die Wand des Hohlkörpers dünn ist und eine geringe Trägheit hat, wird sie von dem hohen Druck des Strömungsmittels nicht beeinflusst, da sie vollständig in dieses eingetaucht ist. Aus dem gleichen Grund wird die Steifigkeit der Torsionswelle ebenfalls nicht von unter hohem Druck stehenden Strömungsmittelnbeeinflusst Ferner bietet ein derartiger Übertrager dem Strömungsmittelstrom nur einen äusserst geringen Widerstand, da die Ein- laps-fund Auslassgitter grosse Querschnitte haben können.
Gemäss einem besonderen Kennzeichen der Erfindung wird der kleinste Abstand zwischen der Aussenfläche der Wand des Hohlkörpers und der Innenfläche der Wand der ihn umgebenden Hülle auf einem Wert gehalten, welcher grösser als die halbe Wellenlänge der Schwingungsbewegung ist. Dies hat zur Folge, dass der Einfluss der Wand der Hülle auf das dynamische Verhalten des schwingenden Körpers vernachlässigbar bleibt.
Es ist im übrigen klar, dass die zufolge der Anwesenheit der mehr oder minder viskosen Flüssigkeit rings um den schwingenden Körper erzeugten Kräfte ausreichen, die Eigenfrequenz desselben zu ändern, selbst fürden fall, dassdiese Schwingumgeine Drehschwingung um seine Achse ist. Eine zusätzliche Eigenschaft der Erfindung ist, aus der Viskosität der Flüssigkeit sich ergebende Wirkungen zu kompensieren.
Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind in der Schleife des elektromechanischen Oszillators Einrichtungen vorgesehen, welche eine Phasenverschiebung von #/4 zwischen der von der Detektorwicklung erzeugten Spannung und der an die Erregerwicklung angelegten Spannung erzeugen.
Hiedurch wird die Schwingungsfrequenz als Funktion der Dichte in einem verhältnismässig grossen Viskositätsbereich praktisch von der Viskosität des Strömungsmittels unabhängig.
Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung enthält das Verstärkungssystem in der Schleife eine mit dem Detektor verbundene Vorverstärkungsstufe, eine den Erreger speisende Leistungsverstälkerstufe, und eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Verstärkung, von welcher ein Eingang mit einer Bezugsquelle verbunden ist, während ein anderer Eingang mit dem Ausgang des Vorverstärkers verbunden ist. Dieser Regler kann die Verstärkung des Vorverstärkers in Abhängigkeit von der Viskosität desStrö-
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eine konstante Amplitude hat. Unter diesen Umständen lässt sich nachweisen, dass die Amplitude des dem Erreger gelieferten Stroms mit der Viskosität des Strömungsmittels veränderlich ist, so dass durch Messung dieses Stroms die Viskosität der Flüssigkeit gemessen werden kann.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielshalber erläutert. Fig. l ist eine teilweise geschnittene schaubildliche Ansicht eines einfachen Dichteübertragers zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus des erfindungsgemässen Geräts. Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild einer den Übertrager der Fig. l benutzenden Dichtemesseranordnung.Fig.3 und 4 sind Zeigerdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. l. Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines Mess- und Regi- striersysteirs, welchesdasDichtemessersystem der Fig. 2 und zusätzliche Messgeräte zur gleichzeitigen Re-
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wünschenswerter Kenngrössen des untersuchten S trömungsmittels enthält.
Fig. 6Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7-7 der Fig. 6. Fig. 8 ist ein Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 6, Fig. 9 zeigt schematisch die Umwandlung der mechanischen Schwingungen in elektrische
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Der grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemässen DichteübertragersdesDichiemessers kann am besten unter Bezugnahme auf Fig. l erläutert werden. Der Dichtemesser enthält bewegliche und elastische Teile und ortsfeste oder unbewegliche Teile.
Die den"Dichtefühler"bildenden elastischen Teile umfassen einen länglichen Hohlkörper 34 mit einer dünnen Wand 36 und wenigstens einer Torsionswelle 42. Zur Vereinfachung der Herstellung und der analytischen Behandlung ist der Körper 34 vorzugsweise zylindrisch. Die Wand 36 ist durch radiale Rippen 38 mit einer Nabe 40 verbunden, welche mit dem mittleren Abschnitt der zentral in der Längsrichtung angeordneten Torsionswelle 42 fest verbunden ist.
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lass für das untersuchte Strömungsmittel und eine gewünschte elastische Steifigkeit werden durch ein Einlassgitter 18, welches aus einer durch radiale Rippen 22 mit der Hülle 10 verbundenen zentralen Nabe 20 besteht, undeinAuslassgitter 28 mit einer ebenfalls durch radiale Rippen 31 mit der Hül- le 10 verbundenen zentralen Nabe 30 hergestellt. Die Enden der Torsionswelle 42 sind zentral starrindenNaben 20 bzw. 30 befestigt. Der Aussendurchmesser des Zylinders 34 ist nur wenig kleineralsder Innendurchmesser des Zylinders 10, so dass der Ringraum 41 zwischen den Zylindern 10
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34 grössenordnungsmässig l, 5 mm beträgt. Der Zylinder 34 wird vollständig in das zuund so den nur eine geringe Trägheit besitzenden Zylinder 34 und die Welle 42 in Schwingungen zu versetzen.
Um ein selbstschwingendes System zu erstellen, wird in einigem Abstand von einem Ende der Torsionswelle ein Erregungssystem angeordnet, das diesem Teil der Welle eine motorische Funktion verleiht, während in einigem Abstand vom andern Ende ein Detektor vorgesehen ist, der diesem Teilder Welle die Funktion eines Generators gibt.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der mit der Torsionswelle 42 gekoppelten elektromagnetischen Anordnung.
Die Motorwirkung wird dadurch erhalten, dass ein Elektromagnet mit einem eine Erregerwicklung 52 tragenden Kern 50 auf einen Dauermagneten 62 zur Einwirkung gebracht wird, welcher mit einem Ende der Welle 42 gekuppelt ist. Bei Erregung des Elektromagneten durch einen sinusförmigen Strom i wird offenbar ein sinusförmiges Drehmoment Cm auf die Welle 42 ausgeübt, so dass dem Hohlzylinder 34 eine sinusförmige Winkelgeschwindigkeit w um die Achse der Welle erteilt wird.
Die Generatorwirkung wird dadurch erhalten, dass der von einem mit dem andern Ende der Welle 42 gekuppelten Dauermagneten 66 ausgehende Magnetfluss die Windungen einer Detektorwicklung 74 schneidet. Bekanntlich ist die Kreisfrequenz 21rf des in der Wicklung 74 induzierten Signals gleich der Kreisfrequenz w des Fühlers. Bei allmählicher Veränderung der Frequenz des angelegten Wechselstroms wird daher der Fühler in Resonanz geraten, wenn die Frequenz des Stroms gleich der Eigenfrequenz des Fühlers wird.
Die Eigenfrequenz des Fühlers wird durch folgende Formel ausgedrückt :
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worin = Steifheit des elastischen Systems
1 = Trägheit des elastischen Systems.
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dieSummevon 10 (Trägheit derworin e = Drehwinkel der Welle 42 k = Reibungskoeffizient
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= HöchstwertCm= angelegtes Drehmoment Cm-Höchstwert von Cm Für sinusförmige Schwingungen wird Gleichung (5) :
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worin
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=KMCo.Fig. 3 zeigt ein Zeigerdiagramm der Gleichung (G).
Bekanntlich ist die von den Klemmen der Detektorwicklung 74 gelieferte Spannung Vd in Phase mit der Bewegung des vibrierenden Körpers und somit auch mit dem Zeiger (- kweo). Damit 1 die gleiche Frequenz wie w hat, muss i mit dem Drehmoment Cm und somit mit dem Zeiger(-k###)in Phase sein (innerhalb #).Da die Erregerwick- lung einehoheinduktivität hat, eiltdieSpannung Vjn an der Wicklung 52 dem Strom i und somit V um Tr/2 nach.
DieobigeAnalyse der Arbeitsweise eines elektromechanischen Oszillators allgemeiner Art ist natürlich von dem Arbeiten des erfindungsgemässen Dichtemessers ganz verschieden. Wie bereits erwähnt, ver-
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ändert die viskose Kopplung insbesondere zwischen der Aussenfläche der Wand 36 und der untersuchten Flüssigkeit die Resonanzfrequenz des Fühlers beträchtlich. Anderseits zeigt eine mathematische Untersuchung der Resonanzerscheinung, dass der Einfluss der Innenfläche der Hülle 10 auf die Amplitude der viskosen Kopplung vernachlässigbar gemacht werden kann, wenn die Breite des Ringraums 41 grösser ist als die halbe Wellenlänge der in der Flüssigkeit durch den Zylinder 34 erregten Vibrationserscheinung.
Wenn z. B. derDichterr, esser zur Messung der Dichte von Petroleumprodukten benutzt wird und die Breite des Ringraums 41 angenähert l, 5 mm beträgt, ist die obige Bedingung erfüllt. Die Berechnung unterVerwendungderFrequenzfzeigttatsächlich, dassdieWellenlängederSchwingungsphase,dieinder Flüssigkeit durch die viskose Kupplung dieser Flüssigkeit mit einem schwingenden Korper sich wie folgt,
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ssenordnungsmässig l kHz beträgt, die grösste bei flüssigen Petroleumprodukten angetroffene Viskosität grö- ssenordnungsmässig 2 Poisen beträgt, und ihre Dichte grössenordnungsmässig den Wert von 0, 8 g/cm3 hat, beträgt die Wellenlänge der entsprechenden Schwingungsbewegung angenähert 1, 8 mm. Der Wert von 1, 5 mm,
welcher grösser als die Hälfte von 1, 8 ist, ist daher ein zweckmässiger Wert.
Der vernachlässigbare Einfluss der Innenfläche der Hülle 10 auf w führt zu einem verhältnis-
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36 zusätzlich von dem Strömungsmittel in dem Ringraum 41 ausgeübt wird.
Wie in dem Zeigerdiagramm der Fig. 4 dargestellt, wird diese viskose Dämpfung durch einen Zeiger
Cv wiedergegeben, welcher zwei Komponenten hat, deren jede angenähert die Amplitude/Aweo/ hat. Eine dieser Komponenten ist in Phase mit dem Trägheitszeiger I w Oo, während die andere mit dem Dämpfungszeiger (-kúJ8 in Phase ist.
Die Konstante A ist durch folgende Formel gegeben :
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worin r = Halbmesser des Zylinders 34 s = äussere Oberfläche der Wand 36 des Zylinders 34 p = Dichte des gemessenen Strömungsmittels 1) = Viskosität d s gemessenen Strömungsmittels.
Im allgemeinen kann der Wert von (-kw6o) gegenüber AW60 vernachlässigbar gemacht werden. Bei der Kopplung des Ausgangs der Detektorwicklung 74 mit dem Eingang eines die Erregerwicklung 52 speisenden Verstärkers wird offenbar das Auftreten des von der Viskosität des Strömungsmittels abhängen- denzusätzlichenTrägheitsfaktors(A###) die Resonanzfrequenz des in das Strömungsmittel eingetauchten Fühlers erheblich verändern (s. Gleichung (4)). Ebenso beeinflusst die mit (-kw6o) in Phase liegendezu-
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ge, dass die Amplitude der an den Ausgangsklemmen der Detektorwicklung 74 erscheinenden Spannung Vd zu A umgekehrt proportional ist, wenn das angelegte Torsionsmoment Cm konstant bleibt.
In dem erfindungsgemässen System wird Cm so vergrössert, dass Vd praktisch konstant bleibt. Durch Messung des Stroms in der Wicklung 52, welcher zu Cm proportional ist, ist es also möglich, auch eine Angabe über die Viskosität des Strömungsmittels zu erhalten.
Hiefür wird,wie in Fig-2 dargestellt, das Ausgangssignal vd über den Leiter 81 an einen Frequenzmesser 82 und an die Eingangsleitung 83 eines Verstärkungssystems angelegt, welches mit gestrichelten Linien umrahmt und mit 84 bezeichnet ist. Der einen dem Signal Vd entsprechenden Strom i liefernde Verstärker 84 enthälteine Schaltung zur Impedanzanpassung 85 mit zwei Ausgängen,I hr erster Ausgangist mit demersten eingang 86 eines Breitbandvorverstärkers 90 mit veränder- licher Verstärkung verbunden, während ihr zweiter Ausgang mit dem ersten Eingang 94 einer Vergleichsschaltung 96 verbunden ist, welche auch bei 92 ein von einer Bezugssignalquelle 98 geliefertes Bezugsspannungssignal empfängt.
Die Ausgangsgrösse der Vergleichsschaltung 96 wird an einen Gleichspannungsverstärker 100 angelegt, dessen Ausgang mit der Klemme 102 zur Steuerung der Verstärkung des Vorverstärkers 90 verbunden ist. Infolge der Schleife zur selbsttätigen Steuerung der Verstär-
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kung, in welche der Vorverstärker 90 eingeschaltet ist, hat offenbar das Ausgangssignal Vd auf der Leitung 81 praktisch eine konstante Amplitude.
DasSignal Vp wird an eine Phasenschieberschaltung 104 angelegt, welche den an sie angeleg- ten Signalen eine Phasenverschiebung von 450 erteilt. Der Ausgang des Phasenschiehers 104 ist mit einem geeigneten Leistungsverstärker 106 gekoppelt, dessenAusgangsstrom in der Leitung 107 die Ausgangsgrösse des Verstärkers 84 bildet. Zur Messung der Viskosität des Strömungsmittels ist die Leitung 107 mit der Leitung 110 über einen Strommesser 108 verbunden. Schliesslich ist die Leitung 110 mit der Erregerwicklung 52 auf dem Kern 50 verbunden.
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ohne die Vergleichsschaltungaufgehängten Systems benutzten Verstärkern auf.
Aus der obigen mathematischen Untersuchung, deren Ergebnis in Fig. 4 dargestellt ist, geht hervor, dass die in dem Verstärker 84 zwischen der an die Detektorwicklung 74 angelegten Spannung Vd und der an die Erregerwicklung 52 angelegten Span- nung Vm eingeführte Phasenverschiebung nicht mehr 7r/2 beträgt, sondern 7r/4. Dieser grund- sätzliche Unterschied verändert die Arbeitsweise des den erfindungsgemässenDichtemesser enthaltenden elektromechanischen Oszillators, die Verschiebung des Signals Vm und i somit von i (Vm undi sind um'Ir/2 verschoben) um T/4 ermöglicht es, dass das Torsionsmoment Cm (Cm und 1 sind in Phase) in Phase(innerhalb #) mit dem von der viskosen Koppiung herrührenden Zeiger Cv ist.
Man erhält daher folgende Gleichungen :
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die Schwingungsfrequenz f nicht mehr durch den zusätzlichen Träg-AwE), und diesem entgegengesetzt ist. Es wird daran erinnert, dass AQss durch die viskose Kopplung zwischen dm Zylinder 34 und dem Strömungsmittel, in welches er eingetaucht ist, erzeugt wird.
Die allgemeine Gleichung (4) ist daher wieder massgebend. Entsprechend ergibtder Frequenzmesser 82 gleiche Messungen für Strömungsmittel mit gleichen Dichten, selbst wenn ihre Viskositäten erheblich verschieden sind.
Ausser durchdieEinführung einer Phasenverschiebung von #/4 unterscheidet sich der die Aufrecht- erhaltungder elektromechanischen Schwingungen erzeugende Verstärker 84 von den typischen für derartige Systeme benntzten Verstärkern noch in einem andern wichtigen Punkt. Wie bereits erwähnt, würde beiBenutzungeinestypischenVerstärkersdieAmplimdederSpannungVdzuAumgekehrtproportional sein (da Cm in den bekannten Systemen konstant bleibt). Um ein amplitudenmoduliertes Signal Vd zu vermeiden, welches bereits als Funktion der Dichte frequenzmoduliert ist, und um zusätzlich einen zweiten kennzeichnenden Parameter des untersuchten Strömungsmittels zu erhalten, wird das Signal Vd durch die Schleife zur selbsttätigen Steuerung der Verstärkung, in welche der Vorverstärker 90 eingeschaltet ist, konstant gehalten.
Hiefür wird in der Vergleichsschaltung 96 das Wechselsignal Vd gleichgerichtet und gefiltert und dann mit dem von der Bezugsquelle 98 gelieferten Signal verglichen.
Jede Abweichung von einem Sollwert wird durch den Gleichstromverstärket 100 verstärkt, um das PotentialderSteuerelektrode102desVorverstärkers90zuerhöhenoderzuerniedrigen. AufdieseWei-
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proportional ist.
Eine unmittelbare Folge hievon ist, dass die grösste messbare Viskosität durch die grösste Leistung bestimmt ist, welche der Leistungsverstärker 106 liefern kann. Ferner ist es durch Kombination der von dem Frequenzmesser 82 und von dem Strommesser 108 gelieferten Informationen möglich, nicht nur die Dichte sondern auch die Viskosität des den Zylinder 34 umgebenden Strömungsmittels zu messen.
In der Fig. 5 sind, soweit Übereinstimmungen mit vorhergehenden Figuren bestehen, gleiche Bezugs-
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zeichen verwendet. Vor dem im Ganzen mit 11 bezeichneten Dichtemesser der Fig. 5 ist der Ausgang durchdenLeiter 81 mit einem digitalen Frequenzmesser 82 verbunden, welcher dem ersten Eingang 115 eines selbsttätigenschreibwerks 118 Steuersignale liefern kann. Ebenso ist der Leiter 107 der in
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2 gezeigten Anordnung mit einem digitalen Strommesserwelches z. B. ein Thermoelement mit nachgeschaltetem Verstarker enthält, uber einen Draht 113 mit einem digitalenSpannungsmesser 114 gekoppelt, welcher einem dritten Eingang 117 des Druckwerks
118 Steuersignale liefern kann.
Fig. 5 enthält offenbar alle Teile der Fig. 2, wozu noch das Thermometer 112, der digitale Span- nungsmesser 114 und das selbsttätige Schreibwerk 118 treten. Bei dieser Ausbildung zeichnet das selbsttätige Schreibwerk 118 gemäss einem vorbestimmten Arbeitsspiel Angaben auf, welche einerseits der Dichte und der Viskosität des gemessenen Strömungsmittels und anderseits der Temperatur des Strö- mungsmittels im Augenblick der Messung entsprechen. Die Kenntnis der Temperatur ist tatsächlich nötig, da selbst bei konstanter Dichte und Viskosität Temperaturschwankungen die Frequenz und die Amplitude von Vd beeinflussen. So dehnt sich z. B. bei einer Temperaturzunahme der Zylinder 34 aus, und das Volumen des durch die Rippen 38 in Umdrehung versetzten Strömungsmittels nimmt zu.
Ferner wird der Elastizitätskoeffizient der Torsionswelle 42 verändert, auch wenn diese vorzugsweise aus"Elinvar"besteht, welches einen kleinen thermoelastischen Koeffizienten hat. Um jedoch genaue Dichtemessungen zu erhalten, muss der Temperaturfehler berichtigt werden, wenn er nur grössenordnungsmässig 1 o auf 1000 C beträgt. Es wird daher die Benutzung von Eichkurven oder-tafeln empfohlen.
Es kann also ausgesagt werden, dass der erfindungsgemässe Dichtemesserbeiseiner Kombination mit einem Thermometer selbst unter den härtesten Betriebsbedingungen drei grundsätzliche Parameter liefert, nämlich die Dichte, die Viskosität und die Temperatur, welche bei ihrer Kombination gestatten, die Art des von der Leitung 10 geführten Strömungsmittels mit grosser Genauigkeit zu bestimmen.
Fig. 6 zeigt eine praktische Ausführung des in Fig. l dargesteIltenDichtemessers, welche in dem Dich- temesssystem derFig. 2 benutztwerden kann. Umeine wiederholte BeschreibunggleicherTeile zu vermeiden, sind in Fig. l und 6 gleiche Bezugszeichen für gleichartige Teile benutzt. Der unbewegliche Teil des Dichtemessers umfasst die Leitung 10, welche die Hülle eines Sondeninstrumentes sein kann und dicht auf einen zylindrischen Rahmen 12 passt, welcher vorzugsweise aus Aluminium besteht und an
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Einlassgitter 1: bestehtGlasfasern, undseineradialen Rippen 22 sind bei 24 an die Innenfläche 26 des Rahmens 12 angeklebt. Das Auslassgitter 28 kann aus einem beliebigen geeigneten Metall bestehen und ist bei 32 an die Innenfläche 26 angeklebt.
Derdlastische Abschnittdes Dichtemessers oder Fühlers umfasst den Hohlzylinder 34, welcher vorzugsweise aus einer leichien Aluminiumlegierung besteht, um seine Trägheit möglichst klein zu halten, und die Torsionswelle 42, welche vorzugsweise aus"Elinvar"besieht, um ihren thermoelastischen Koeffizienten zu erniedrigen. Die Enden 44 und 46 der Welle 42 sind in den Mitten der Naben 20 b ;. v. 00 der Gitter 18 bzw. J befestigt. Eine gewisse Zahl (z. B. sechs) von radialen Rippen 38 verbindet die Nabe 40, welche an der Welle 42 befestigt ist odei mit dieser ein Stück bildet, mit der Innenfläche der dünnen Wand 36 des Zylinders 34. Die Rippen 38 können aus dem gleichen Material wie der Zylinder 34 bestehen.
Aus den oben erläuterten Gründen ist es zweckmässig, dass der Zwischenraum 41 zwischen der Aussenfläche der Wand 36 und der Innenfläche 26 der Hülle 12 grössenordnungsmässig 1, 5 mm beträgt.
An dem unteren Ende der Nabe 40 ist ein konisches Tragglied 48 geringer Trägheit befestigt, an welches eine Magnetscheibe 64 bei 62 angeklebt oder mit Epoxy befestigt ist, welche zwei keramische Dauermagnete 58 und 60 trägt, welche einen Nordpol und einen Südpol bilden, wie dies aus Fig. 7 hervorgeht. Der die Erregerwicklung 52 tragende Magnetkern 50 ist lamelliert und in geeigneter Weise an der Nabe 20 des Gitters 18 befestigt. Da das Gitter 18 aus Glasfasern besteht, könnenkeineFoucauldströmeentstehen, so dass der Wirkungsgrad des Aufbaues verbessert ist. DerKern 50 hat einen flachen, in einer Querebene liegenden Abschnitt 51 und zwei sich in der Längsrichtung erstreckende U-förmige Arme 54 und 56, welche zueinander parallel und in bezug auf die Welle 42 svmmetrischsind. Die Magnete 58 und 60 sind zwischen den U-förmigen Polen 54 und 56 angeordnet.
Der Luftspalt zwischen den Polen 54,56 und den Magneten 58,60 beträgt grössenordnungsmä- i-dgimm. Dies hat zur Folge, dass das Instrument praktisch gegen Schmutzteilchen unempfindlich ist.
Die U-förmigen Pole 54 und 56 konzentrieren das durch den Wechselstrom in der Erregerwicklung 52 erzeugte Magnetfeld auf den von den Magneten 58 und 60 eingenommenen Raum.
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Bei Erregung der Wicklung 52 mit einem Wechselstrom 1. wirkt das resultierende magnetische Wechselfeld in an sich bekannterweise auf die Dauermagnete 58 und 60 und erzeugt ein Moment Cm an der Welle 42.
Zur Umwandlung der mechanischen Wechseldrehung in ein elektrisches Wechselsignal sind zweiflache keramische Magnete 66 und 68 an zwei diametral angeordneten Rippen'38 befestigt, wie in Fig. 8 dargestellt. Jeder Magnet 66 und 68 istradial so gepolt, dass der Nordpol an der Wand 36 des Zylinders 34 und der Südpol an der Nabe 40 liegt. Gegenüber den Magneten 66,68 sind in dem Rahmen 12 zwei weite Öffnungen 70 bzw. 72 ausgespart, in deren Umgebung der Mantel des Rahmens 12 mit Abflachungen 71 und 73 versehen ist. An diesen Abflachungen 71,73 sind zwei flache Magnetstäbe 78 bzw. 80 befestigt. EiDeDetektorwicklung 74 ist auf den Stab 78 und eine entsprechende Wicklung 76 auf den Stab 80 aufgewickelt. Die Wicklungen 74,76 sind vorzugs-
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Reihe geschaltet.
Gegenüber dem in der Längsrichtung mittleren Abschnitt des Zylinderszwischen der Leitung 10 und der Hülle 12 eine zylindrische magnetische Abschirmung 81 angeordnet. WenndieAchsen der Detektorwicklungen 74,76 zu der Achse der Erregerwicklung 52 parallel liegen, wird eine unmittelbar magnetische Induktion zwischen ihnen weitgehend ausgeschaltet. Die ma- gnetische Abschirmung 81 verringert ferner inden Wicklungen 74,76 induzierte Fehlersignale.
Wie aus Fig. 9 hervorgeht, schneiden bei einer Bewegung des Zylinders 34 die von den Dauermagneten 66und68 ausgehenden magnetischen Kraftlinien die Spulen 74 bzw. 76, wodurch in die-
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menden Strömungsmittels genau gemessen werden. Wenn. das Strömungsmittel ein Gas ist, erfährt der
Fühler eine verhältnismässig vernachlässigbÅare viskose Reibung. Bei einer Flüssigkeit ist die viskose Reibung beträchtlich, und die für den Vorverstärker 90 vorgesehene selbsttätige Steuerung der Verstärkung vergrössert den der Erregerwicklung 52 gelieferten Strom i in solchem Masse, dass die zusätzliche Belastung des Fühlers durch die Flüssigkeit ausgeglichen wird.
Handelt es sich um eine Flüssigkeit mit sehr hoher Viskosität, dann verwendet man einen Verstärker 84, dem ein Kreis mit einer Phasenverschie- bung von 45c'zugeordnet ist. Wie aus dem Kommentar zur Fig. 4 hervorgeht, istdanndieSchwingungs- frequenz des in die Flüssigkeit getauchten Hohlkörpers unabhängig von der Viskosität derselben, denn das durch die Gleichung (4) ausgedrückte allgemeine Gesetz gilt für das Arbeiten des erfindungsgemässen Dich-. temessers sowohl in FlüssigkeitenalsauchinGasen. Schliesslich arbeitet, da die elastisch schwingenden und die stationären Teiledes Dichtemessers voneinander getrennt sind (wobei die stationären Teile nur dazu dienen, dem Strömungsmittel eine Drehbewegung zu erteilen),
der Dichtemesser jmDruckgleichge- wicht, und die abgeleiteten FrequenzmessungeD sind von Differentialdrücken unabhängig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dichtemesser zur Fernmessung des spezifischen Gewichtes von Strömungsmitteln mit einem mit diesem Strömungsmittel gefüllten Hohlkörper, welcher an einem Halter mittels wenigstens einer Torsionswelle starr befestigt ist, wobei durch einen Erreger, einen Detektor und einen Verstärker gebildete elektrische Einrichtungen eine Schwingung des so gefüllten und aufgehängten Hohlkörpers mit seiner Eigenfrequenz um die Torsionswelle aufrechterhalten, wobei diese Frequenz in bekannter Weise an das spezifische Gewicht des Strömungsmittels gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussen- wand (36) des Hohlkörpers (34) ein Umdrehungskörper um die Torsionswelle (42) ist, wobei radiale Trennwände (38) und grosse Öffnungen im Hohlkörper vorgesehen sind,
so dass das zu untersuchende Strömungsmittel frei zwischen den Trennwänden strömen kann.