AT398493B

AT398493B - Verfahren zur bestimmung der dichte einer in einer schwingröhre eines schwingungs-aräometers befindlichen flüssigkeit

Info

Publication number: AT398493B
Application number: AT0344187A
Authority: AT
Original assignee: Kyoto Electronics Mfg
Priority date: 1986-12-29
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1994-12-27
Also published as: JPS63168536A; DE3744326A1; ATA344187A; JPH07104248B2; US4912962A

Description

AT 398 493 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dichte einer in einer Schwingröhre eines Schwingungs-Aräometers befindlichen Flüssigkeit durch Bestimmung der Schwingungsdauer der Schwingröhre.

Das Schwingungs-Aräometer ist ein Instrument zur Messung der Dichte von Flüssigkeiten, die die Schwingröhre füllen auf der Grundlage von der Schwingdauer der Röhre, da die Schwingdauer in Abhängigkeit von den Flüssigkeitsdichten bestimmt wird.

Ein Schwingungs-Aräometer weist eine Schwingröhre auf, die als dünnes U-förmiges Rohr ausgebildet ist, welches mit einer Flüssigkeit R gefüllt ist, deren Dichte gemessen werden soll. Ein Magnet ist am Grund der U-Form der Schwingröhre angebracht. Die Schwingdauer der Röhre wird über den Magnet durch einen Abtastkopf abgetastet. Da die Anfangsschwingung der Schwingröhre sehr gering ist und sich rasch abschwächt, muß eine Fremdkraft auf die Röhre ausgeübt werden, so daß ein die Schwingung anzeigendes Signal ausreichend stark gehalten werden kann, bis der Abtastvorgang beendet ist. Dazu ist ein Antriebskopf neben dem Abtastkopf angeordnet. Der Antriebskopf übt eine äußere Kraft aus bzw. treibt die Schwingröhre auf der Grundlage des Schwingsignals an, das vom Abtastkopf erzeugt wird. Das Schwingsignal ist annähernd eine Sinuskurve und wird auf den Antriebskopf angelegt, nachdem es in seiner natürlichen Form verstärkt oder in ein rechteckiges Impulssignal verwandelt wurde. Die Meßgenauigkeit ist jedoch beeinträchtigt, wenn das Schwingsignal verzerrt wird oder seine Phase im Vergleich zu einer echten Sinuskurve nicht stabil ist.

Allgemein betrachtet wird das Verhältnis zwischen der Dichte px der Flüssigkeiten und der Schwingdauer Tx durch die Gleichung 9 x T A —Tx 9 A — - (P A 2 2TA —Tb

Pb ) (1) gegeben, mit px: Dichte der Substanz, deren Dichte gemessen werden soll

pa : Dichte einer ersten Bezugssubstanz A

Pb : Dichte einer zweiten Bezugssubstanz B

Tx: Schwingdauer der Substanz, deren Dichte gemessen werden soll

TA : Schwingdauer der ersten Bezugssubstanz A

T8 : Schwingdauer der zweiten Bezugssubstanz B

Diese Gleichung ist jedoch nicht immer genau anwendbar auf die Ergebnisse, die durch den oben beschriebeneo Stand der Technik erzielt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Abtastverfahren der Schwingdauer des Schwingungs-Aräometers unter Vermeidung der oben genannten Nachteile bereitzustellen, mit dem jegliche Verzerrungen des Schwingungssignals vermieden werden kann, und die Stabilität des Schwingungssignals erhöht wird, so daß die Gleichung (1) immer genau auf die Dichten und Schwingperioden anwendbar ist und daher korrekte Dichten der Flüssigkeiten ermittelt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Messung eines Schwingsignals, das die Schwingung der Schwingröhre anzeigt; Erzeugung eines mit dem Schwingsignal synchronisierten Antriebs-Impulssi-gnals, das in der gleichen Richtung ansteigt wie das Schwingsignal, wenn die Spannung des Schwingsignals Null beträgt; Antrieb der Schwingröhre durch das Antriebs-Impuissignal und Beginn der Messung der Schwingungsdauer der Schwingröhre, wenn die Spannung des Schwingsignais 180* nach Anlegung des Antriebs-Impulssignals Null beträgt.

Bei vorliegender Erfindung wird die Schwingröhre durch ein Impulssignal, das synchronisiert ist mit der Schwingung der Röhre, angetrieben. Das Impulssignal wird an die Röhre in gleicher Richtung wie die Schwingung angelegt, wenn die Spannung auf dem Schwingungssignal Null Volt ist. Jedes Anlegen erfolgt verzögerungsfrei. Das heißt, die Zeitspanne, für die die Fremdkraft auf die Röhre ausgeübt wird, ist sehr kurz in jedem Schwingkreis. Als Ergebnis kann ein äußerst stabiles verzerrungsfreies Schwingsignal erzielt werden.

Die Impulslänge des Impulssignals kann konstant sein unabhängig von der Schwingdauer oder sie kann im Verhältnis zur Dauer geändert werden. Ist die Impulslänge auf einen konstanten Wert festgelegt, können Fehler auftreten, obwohl die Struktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach ist, weil durch die Festlegung das Verhältnis der Impulslänge zur Schwingdauer variabel gemacht wird. 2

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Das antreibende Impulssignal ist ein Impuiszug, der in einer positiven oder negativen Richtung steigt, wenn die Spannung auf dem Schwingsignal Null Volt beträgt oder, genauer gesagt, wenn die Schwingung der Röhre von der negativen Halbwelle in eine positive Halbwelle bzw. umgekehrt übergeht. Die anderen Impulsfolgen werden die Schwingung stören.

Mit anderen Worten, die Fremdantriebskraft wird an die Schwingröhre nur dann ver2ögerungsfrei angelegt, wenn die Schwingröhre an ihrem ursprünglichen Platz ist oder wenn die Schwingung so wie sie ist belassen wird, während die Röhre von ihrem ursprünglichen Platz verbracht wird.

Folglich kann ein Schwingsignal in Form einer echten Sinuswelle erzielt werden, was die Meßgenauigkeit deutlich erhöht. Die Schwingung behält exakt das mit der Qieichung (1) definierte Verhältnis von Schwingdauer und Dichte.

Die Wirkung der vorliegenden, oben beschriebenen Erfindung kann noch verbessert werden durch Abtasten der Schwingdauer 180' nach dem Anlegen der Fremdkraft.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert wird.

In diesen zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Blockdiagramm, Fig. 2 die Funktion der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem Zeitdiagramm, Fig. 3 ein Aräometer nach dem Stand der Technik in einem schematischen Diagramm und Fig. 4 ein Zeitdiagramm der Schwing- und Antriebssignale nach dem Stand der Technik.

Figur 3 ist ein schematisches Diagramm, das den wesentlichen Teil eines Schwingungs-Aräometers darstelit. Die Schwingröhre 1, die als dünnes U-förmiges Rohr ausgebildet ist, ist mit einer Flüssigkeit R gefüllt ist, deren Dichte gemessen werden soll. Ein Magnet 4 ist am Qrund der U-Form der Schwingröhre 1 angebracht. Die Schwingdauer der Röhre 1 wird über den Magnet 4 durch einen Abtastkopf 2 abgetastet. Da die Anfangsschwingung der Schwingröhre 1 sehr gering ist und sich rasch abschwächt, muß eine Fremdkraft auf die Röhre 1 ausgeübt werden, so daß ein die Schwingung anzeigendes Signal ausreichend stark gehalten werden kann, bis der Abtastvorgang beendet ist. Ein Antriebskopf 3 ist neben dem Abtastkopf 2 angeordnet und übt eine äußere Kraft aus bzw. treibt die Schwingröhre 1 auf der Grundlage des Schwingsignals Si an, das vom Abtastkopf 2 erzeugt wird. Das Schwingsignal Si ist annähernd eine Sinuskurve, wie in Figur 4 (a) gezeigt, und wird auf den Antriebskopf 3 angelegt, nachdem es in seiner natürlichen Form verstärkt oder in ein rechteckiges Impulssignal verwandelt wurde, wie in Figur 4 (b) gezeigt. Die Meßgenauigkeit kann sich jedoch verschlechtern, wenn das Schwingsignal Si verzerrt wird oder seine Phase im Vergleich zu einer echten Sinuskurve nicht stabil ist.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, wird das in Fig. 2 (a) dargestellte Schwingsignal Si durch eine Nachweisspule 21 des Nachweiskopfes 2 erzeugt und zeigt die Schwingung der Schwingröhre 1 an, die mit der Flüssigkeit gefüllt ist, deren Dichte gemessen werden soll. Das Schwingsignal Si wird an eine Impulsformerschaltung 12 angelegt, nachdem es durch einen Verstärker 11 verstärkt wurde. Ein Ausgangssignal der Impulsformerschaltung 12 ist ein Rechteckimpulssignal S3, wie in Fig. 2 (c) dargestellt, das mit dem Schwingsignal Si synchronisiert ist. Das Rechteckimpulssignal S3 hat einen niedrigeren Spannungspegel, während das Schwingsignal Si positiv ist und einen höheren Spannungspegel, während das Signal Si negativ ist. Das Signal S3 wird an einen Impulsgeber 13 angelegt, der ein Antriebs-Impulssignal S2 erzeugt, dessen Anstiegsflanken den Abfallflanken des Signals S3 entsprechen. Mit anderen Worten, das Antriebs-Impulssignal S2 steigt jedes zweite Mal, wenn die Spannung des Schwingsignals Si Null Volt beträgt, genauer gesagt, gleichzeitig mit jedem Übergang des Schwingsignals Si von einer negativen Halbwelle zu einer positiven, wie in Fig. 2 (b) dargestellt. Die Antriebsspule 31 des Antriebskopfes 3 weist ein Antriebs-Impulssignal Sz für den Antrieb der Schwingröhre 1 auf.

Ein schwingendes Objekt, wie z. B. ein Pendel, behält eine stabile Schwingung ohne Dämpfung durch die Anwendung einer passenden Fremdkraft in der Bewegungsrichtung des Objekts, genau zu dem Zeitpunkt, zu dem keine Verschiebung des Objekts vorhanden ist. Aus dem gleichen Grund weist das Schwingsignal Si die Form einer Sinuswelle auf bei Anlegen des Antriebs-Impulssignal S2, wie oben beschrieben.

Obwohl die Dichten durch Verwendung des wie oben beschrieben erhaltenen Schwingsignals Si berechnet werden können, ermöglicht die folgende Ausführungsform eine genauere Bestimmung. Es kann nicht vermieden werden, daß das Schwingsignal Si durch einen Impuls, der bei der Anlegung des Antriebs-ImpulssignalS S2 entsteht, sehr leicht verzerrt wird. Andererseits kann das Schwingsignal Si als eine vollkommen exakte Sinuswelle betrachtet werden, wenn die Spannung des Signals auf Null Volt zurückkehrt 180* nach jedem Anlegen des Antriebs-Impulssignals S2, da kein beträchtlicher Einfluß durch das Anlegen 3

Claims

AT 398 493 B zurückbleibt. Aus der vorhergehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Rückkehr zur Spannung Null Volt einer Anstiegsflanke des Rechteckimpulssignals S3 entspricht. Die Dichten können genauer bestimmt werden durch Beginn der Messungen der Schwingungsdauern in Synchronisierung mit der Anstiegsflanke. Genauer gesagt wird das rechteckige Impulssignal S3 zu einer Torschaltung 14 geleitet. Dort wird das Signal S3 in ein zweites Rechteckimpulssignal Sn verwandelt, dessen Dauer um eine ganze Zahl N mal länger ist als die des ersten Signals S3. Eine Anzahl S von Taktimpulsen wird von einem Zähler 15 gezählt, während der Pegel des zweiten Rechteckimpulses St hoch ist. Die Zahl S wird durch die Zahl N dividiert zur Bestimmung der Zahl von Taktimpulsen, die für eine Schwingdauer des Schwingsignals S1 erzeugt werden. Die Schwingdauer des Schwingsignals S1 wird auf der Grundlage des Quotienten berechnet. Der berechnete Wert Tx der Dauer wird in die Gleichung (1) beim Rechner 16 eingesetzt, und das Ergebnis der Berechnung angezeigt. Da die Oberkante des Rechteckimpulssignals S3 sehr genau dem Übergang des Schwingsignals S1 von der positiven Halbwelle in die negative entspricht, können bei dieser Berechnung sehr genaue Dichten errechnet werden. Die Struktur der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung beruht auf dem Stand der Technik von der Torschaltung 14 bis zum Rechner 16. Obwohl das Antriebs-Impulssignal S2 ein Impulszug ist, der steigt, wenn das Schwingsignai S1 von der negativen Halbwelle zur positiven übergeht, so kann das Signal selbstverständlich auch aus einem anderen Impulszug bestehen, der mit jedem Übergang des Schwingsig-nals S1 von der positiven in die negative Halbwelle abfällt. Die Meßgenauigkeit der Dichtemessung kann durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erheblich erhöht werden, weil das Schwingsignal S1, das eine sehr genaue Sinuswelle frei von jeglichen Verzerrungen oder Phasenverschiebungen darstellt, durch Anwendung des Antriebs-Impulssignals S2 erhalten werden kann, das ein auf die Schwingröhre angelegtes Impulssignal ist, wenn die Spannung des Schwingsignals Null Volt beträgt. Folglich ist die Gleichung (1) stets genau anwendbar auf das Verhältnis zwischen den Dichten und den Schwingperioden. Kurz zusammengefaßt betrifft die Erfindung also ein Verfahren, bei dem eine Schwingdauer einer Schwingröhre eines Schwingungs-Aräometers nachgewiesen wird, während die Schwingung der Schwingröhre durch Anlegen einer Fremdkraft in Form eines Impulssignales an die Schwingröhre in einer Richtung aufrechterhalten wird, jedesmal wenn die Röhre ihren ursprünglichen Platz in dieser Richtung passiert, so daß eine stabile Schwingung frei von jeglichen Verzerrungseinflüssen erzielt wird. Patentansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung der Dichte einer in einer Schwingröhre eines Schwingungs-Aräometers befindlichen Flüssigkeit durch Bestimmung der Schwingungsdauer der Schwingröhre, gekennzeichnet durch Messung eines Schwingsignals (S1), das die Schwingung der Schwingröhre (1) anzeigt; Erzeugung eines mit dem Schwingsignal (S1) synchronisierten Antriebs-Impulssignals (S2), das in der gleichen Richtung ansteigt wie das Schwingsignal (S1), wenn die Spannung des Schwingsignals (S1) null beträgt; Antrieb der Schwingröhre (1) durch das Antriebs-Impulssignal (S2) und Beginn der Messung der Schwingungsdauer der Schwingröhre (1), wenn die Spannung des Schwingsignals (S1) 180" nach Anlegung des Antriebs-Impulssignals (S2) Null beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Erzeugung eines ersten Rechteckimpulssignals (S3), dessen Länge der positiven oder negativen Halbwelle des Schwingsignals (S1) entspricht wobei die Anstiegsflanken des Antriebs-Impulssignals (S2), den Abfallflanken des ersten Rechteckimpulssignals (S3) entsprechen; Antrieb der Schwingröhre (1) durch Anlegen des Antriebs-Impulssignals (S2); und Beginn der Messung der Schwingungsdauer der Schwingröhre (1) synchronisiert mit einer Anstiegsflanke des ersten Rechteckimpulssignals (S3), dessen Phase um 180* vom Anlegen des Antriebs-Impulssignals verzögert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Schwingungsdauer der Schwingröhre (1) ein zweites Rechteckimpulssignal (Sn) erzeugt wird, dessen Schwingungsdauer N-mal länger ist als die des ersten Rechteckimpulssignals (S3), und eine gezählte Zahl von Taktimpulsen, die, während der Pegel des zweiten Rechteckimpulssignals (Sn) hoch ist, gezählt werden, durch die Zahl N dividiert wird, um die Schwingungsdauer zu bestimmen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Antriebs-Impulssignals (S2) kleiner als ein Viertel der Schwingungsperiode der Schwingröhre (1) ist. 4 AT 398 493 B Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 5