AT398494B - Sampling-verfahren für schwingungs-aräometer - Google Patents

Description

AT 398 494 B

Die Erfindung betrifft ein Sampling-Verfahren für eine Flüssigkeit, deren Dichte in einer Schwingröhre eines Schwingungs-Aräometers gemessen werden soll.

Das Schwingungs-Aräometers ist ein Gerät zur Messung der Dichte von Flüssigkeiten auf der Grundlage von Schwingungsdauem einer Schwingröhre, die mit Flüssigkeiten gefüllt ist. Die Schwingröhre ist eine dünne, U-förmige Röhre, wie in Figur 1 gezeigt. Eine nähere Beschreibung unter Bezugnahme auf Figur 1 folgt später.'

Die Flüssigkeiten werden in die Schwingröhre entweder durch Ausübung von Druck auf die Flüssigkeiten oder durch Verringerung des Drucks in der Röhre eingeleitet. Die Einleitung wird gewöhnlich nach einer vorbestimmten Zeit t0 nach Beginn der Einleitung unabhängig von der Viskosität der Flüssigkeiten gestoppt. Wenn mehrere Flüssigkeiten nacheinander und automatisch gemessen werden, ist die Zeit to so bemessen, daß die Schwingröhre mit der Flüssigkeit gefüllt werden kann, die die höchste Viskosität aufweist. Daraus folgt, daß je geringer die Viskosität einer anderen Flüssigkeit ist, desto größer muß die für das Sampling bereitstehende Menge der Flüssigkeit sein, die in die Schwingröhre in der Zeit t0 eingeleitet wird.

Solch eine Vorrichtung weist Nachteile auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile ein Sampling-Verfahren für Flüssigkeiten in einem Schwingungs-Aräometer bereitzustellen, das den Unterschied zwischen den Viskositäten der Flüssigkeiten ausgleicht und das für das Sampling nur eine bestimmte Menge jeder Flüssigkeit erfordert, die zur Füllung der Schwingröhre benötigt wird. Flüssigkeitsverluste beim Sampling können bei diesem Verfahren so gering wie möglich gehalten werden. Außerdem können falsche Messungen, bevor die Schwingröhre vollkommen mit den Flüssigkeiten gefüllt ist, vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Einleitung der Flüssigkeit in die Schwingröhre, während die Schwingüngsdauer der Schwingröhre gemessen wird;

Bestimmung jenes eine erste Zeitspanne t0 nach Beginn der Einleitung der Flüssigkeit liegenden Zeitpunkts t0,bei dem die Schwingungsdauer einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet;

Unterbrechung der Einleitung der Flüssigkeit eine zweite Zeitspanne fc nach dem genannten Zeitpunkt to, wobei die zweite Zeitspanne ta durch Multiplikation der ersten Zeitspanne to mit einer vorbestimmten Konstanten bestimmt wird.

Hierzu wird die Schwingungsdauer der Schwingröhre kontinuierlich gemessen, während die jeweilige Flüssigkeit in die Röhre geleitet wird. Wenn die Flüssigkeit einen bestimmten Punkt der Röhre erreicht hat, ändert sich plötzlich die Schwingungsdauer. Dieser Zeiptunkt bzw. die seit Beginn des Einleitens bis dorthin vergangene erste Zeitspanne wird bestimmt. Eine an diese erste Zeitspanne anschließende zweite Zeitspanne und damit der am Ende dieser zweiten Zeitspanne liegende Zeitpunkt zur Unterbrechung des Füllvorgangs wird abhängig von der ersten Zeitspanne bestimmt, die vom Beginn der Einleitung bis zur Änderung der Schwingungsdauer vergeht. Diese zweite Zeitspanne wird durch Multiplikation der vorherigen Zeitspanne mit einer vorbestimmten Konstanten bestimmt. Um Schwingungsdauern genau zu messen, ist es bereits bekannt, die Gesamtdauer einer gegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Schwingungen zu ermitteln und,daraus die mittlere Schwingungsdauer zu berechnen. Um die erste Zeitspanne bzw. den am Ende dieser Zeitspanne liegenden Zeitpunkt zu ermitteln, bei dem sich während des Einleitens der Flüssigkeit in die Schwingröhre die Schwingungsdauer plötzlich über einen vorgegebenen Schwellwert ändert, kommt es weniger auf eine genaue als vielmehr auf eine rasche Ermittlung der Schwingungsdauer an. Würde man für die Ermittlung der Schwingungsdauer längere Zeit benötigen, so bestünde bei Flüssigkeiten mit geringer Viskosität die Gefahr, daß die Füllung der Schwingröhre bereits lange abgeschlossen ist, bevor überhaupt die während des Einfüllens auftretende Schwingungsdaueränderung endgültig erfaßt ist. Um dies zu vermeiden, ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß die vorbestimmte Konstante r, die mit der ersten Zeitspanne to zum Erhalt der daran anschließenden zweiten Zeitspanne t2 multipliziert wird, durch die Gleichung r = (ti/t0-1) gegeben ist, wobei to die für eine Flüssigkeit gemessene erste Zeitspanne ist und ti die für die Flüssigkeit gemessene Gesamtfülldauer ab Beginn der Einleitung bis zur vollständigen Füllung der Schwingröhre ist.

Man hat damit während des Einfüllens eine rasche Schwingungsdauer-Ermittlung und nach dem Einfüllen zur eigentlichen Dichte der Schwingung eine länger dauernde, dafür aber doch genaue Schwingungsdauer-Ermittlung.

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. 2

AT 398 494 B

In diesen zeigt:

Figur 1 ein Schwingungs-Aräometer, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, in einem schematischen Diagramm;

Figur 2 eine Schaltung für die vorliegende Erfindung, in einem Blockdiagramm;

Figur 3 die Funktionsweise einer Zentraleinheit (CPU) 13 in einem Flußdiagramm;

Figur 4(a) den Füllzustand der Flüssigkeit beim Sampling wenn das Sampling beginnt, bzw.

Figur 4(b) wenn die Flüssigkeit einen Punkt (a) erreicht, bzw.

Figur 4(c) wenn das Sampling beendet ist, in schematischer Darstellung.

Wie in Figur 1 gezeigt, wird eine U-förmige, dünne Schwingröhre 1 von einer Stütze P unterstützt. Ein Magnet 2 ist an der Röhre 1 am Grund der U-Form angebracht und schwingt mit der Röhre. Ein Nachweissignal in Form eines elektrischen Signals, welches die Schwingung des Magneten 2 anzeigt, wird von einem Nachweiskopf 3 erzeugt. Die Dichte der Flüssigkeit, die die Röhre 1 füllt, wird auf der Grundlage des Nachweissignals durch eine Schaltung berechnet, wie später unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben wird. Das Nachweissignal wird außerdem dazu verwendet, die Schwingröhre über einen Antriebskopf 4 anzutreiben. Ein Ende der Röhre 1 ist in Richtung einer Schwingröhre 5 in einem Behälter 6 geöffnet, aus welchem die Flüssigkeit in die Schwingröhre 5 gelangt.

Die Flüssigkeit wird über eine Pumpe 9, die mit dem anderen Ende der Röhre 1 über ein Ventil 7 und einen weiteren Behälter 8 verbunden ist, in die Röhre gepumpt. Eine weitere Möglichkeit ist, die Flüssigkeit durch Ausübung von Druck auf die Flüssigkeit im Behälter 6 durch einen Kompressor einzufüllen.

Wie in Figur 2 dargestellt, wird ein von dem Nachweiskopf 3 erzeugtes Meßsignal Si an eine Vorverarbeitungs-Schaltung 12 angelegt, nachdem es durch einen Verstärker 11 verstärkt wurde. Über eine bestimmte Zahl von Schwingungsdauern des Meßsignals Si werden Referenztaktimpulse bekannter Dauer gezählt. Das digitale Zählergebnis Sa wird von der Vorverarbeituntgs-Schaltung 12 erzeugt und an die Zentraleinheit (CPU) 13 angelegt, die die Schwingungsdauer des Meßsignals Si auf der Grundlage des digitalen Zählergebnisses S2 bestimmt und die Dichte der Flüssigkeit berechnet. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 11 wird so wie sie ist oder nachdem sie in ein Rechteckimpulssignal verwandelt wurde dem Antriebskopf 4 zugeführt. Der Aufbau der oben beschriebenen Schaltung entspricht dem Stand der Technik.

Wie in Figur 3 gezeigt, beginnt die Zentraleinheit (CPU) 13 mit dem automatischen Sampling-Programm der vorliegenden Erfindung, wenn eine Starttaste auf der nicht abgebildeten Tastatur betätigt wird. Das Ventil 7 wird geöffnet und der Motor 9 wird angetrieben (Schritt Fi). Gleichzeitig werden die Messung der Schwingung durch den Nachweiskopf 3 und der Antrieb der Schwingröhre 1 durch den Antriebskopf in Gang gesetzt. Die Schwingungsdauer des Meßsignals Si wird auf der Grundlage des digitalen Zälergebnfsses S2 der genannten Referenztaktimpulse berechnet (Schritt F2).

Die Schwingungsdauer einer Schwingröhre 1, die Gase enthält, unterscheidet sich deutlich von der einer Röhre, die Flüssigkeit enthält. Erstere Schwingungsdauer ist wesentlich kürzer als letztere. Demgemäß wird in einer Speichervorrichtung der Zentraleinheit (CPU) 13 ein Schwellenwert bereitet, um zu bestimmen, ob der Inhalt der Schwingröhre aus Gasen oder aus Flüssigkeiten besteht. Die errechnete Schwingungsdauer wird mit dem Schwellenwert in Schritt F3 verglichen. Berechnung und Vergleich werden wiederholt, solange die ermittelte Schwingungsdauer kleiner ist als der Schwellenwert. Wenn die Schwingungsdauer den Schwellenwert übersteigt, wird in Schritt F* eine Restzeit (zweite Zeitspanne) t2 berechnet. Der Berechnungsvorgang wird später noch näher erläutert. Der Berechnungsvorgang wird später noch näher erläutert. In Schritt Fs wird bestimmt, ob die zweite Zeitspanne t2 nach einer ersten Zeitspanne ab Beginn der Füllung, welche am jenem Zeitpunkt (Ende der ersten Zeitspanne) gerechnet wird, an dem die gemessene Schwingungsdauer den Schwellenwert überschritten hat, vergangen ist. Nachdem festgestellt wurde, daß die Restzeit t2 vergangen ist, wird auf Stufe Fß die Pumpe 9 gestoppt und gleichzeitig das Ventil 7 geschlossen. Die zweite Zeitspanne ta wird auf der Grundlage der folgenden empirischen Fakten bestimmt. Es ist experimentell erwiesen, daß eine Änderung der Schwingungsdauer erfolgt, wenn die Sampling-Flüssigkeit ungefähr den Punkt (a) erreicht hat, der in Fig. 4B dargestellt ist. Wie die Tabelle 1 zeigt, ist ein Verhältnis ti zu to ungefähr konstant, also unabhängig von der kinematischen Viskosität der Flüssigkeit, wobei die erste Zeitspanne t0 benötigt wird vom Beginn des Sampling bis zu dem Zeitpunkt, wo die Flüssigkeit den Punkt (a) erreicht hat (hier wird die Schwingungsdauer einen Schwellenwert überschreiten), und wobei die Zeitspanne ti benötigt wird, um die Schwingrohre vom Beginn des Sampling bis zum Punkt (b) in Fig. 4C zu füllen. Diese Tatsache ist einsichtig, da die Menge der Flüssigkeit, die während der Einleitung einen Querschnitt der Schwingröhre 1 pro Zeit durchfließt als konstant angenommen wird. Demgemäß wird die Restzeit (zweite Zeitspanne) ta = ti - to durch die Gleichung t2 = to x r 3

Claims (3)

1. AT 398 494 B erhalten, wobei r = (ti /t0) -1 ist. TABELLE 1 kinematische Viskosität (cst) L> (sec) ti (sec) tl/to 1,0 1,1 2,0 1,82 1,7 1,8 3,4 1,89 2,8 2,9 5,4 1,86 7,4 7,6 15,0 1,97 11,0 10,5 20,2 1,92 16,0 17,5 34,6 1,98 25,0 28,5 54,3 1,91 42,0 52,8 100,0 1,89 73,0 84,6 159,8 1,89 Die Referenztaktimpulse, aus deren Anzahl S2 die Schwingungsdauer und daraus die Dichte der Flüssigkeiten berechnet werden kann, werden gewöhnlich über Hunderte von Perioden des Meßsignals S1 gezählt. Durch Division der gezählten Referenztaktimpulse S2 durch die Zahl der Meßsignalperioden erhält man eine mittlere Referenztaktzahl pro Schwingungsdauer des Meßsignals und aus der Kenntnis der Dauer eines Referenztaktes die mittlere Schwingungsdauer mit hoher Genauigkeit. Da die Berechnung in Schritt F2 andererseits lediglich dem Nachweis der Änderung der Schwingungsdauer dient und nicht der genauen Bestimmung von Dichten, ist es ausreichend, die Referenztaktimpulse über einige wenige Perioden des Meßsignals zu zählen und daraus die Schwingungsdauer zu berechnen. Folglich ist die Zeit, die für die Messung der Schwingungsdauer während der Einleitung benötigt wird, wesentlich kürzer als die Zeit zur hochgenauen Bestimmung der Schwingungsdauer für die Dichtenberechnung. Dies erlaubt eine rasche Feststellung der Änderung der Schwingungsdauer und damit eine rasche Feststellung jenes Zeitpunkts, bei dem die Schwingungsdauer einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Kurz zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem die Schwingungsdauer einer Schwingröhre gemessen wird, während die Flüssigkeiten, deren Dichte gemessen werden soll, in die Schwingröhre eingefüllt werden. Wenn die Schwingungsdauer nach einer ersten Zeitspanne to einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird die Einleitung noch um eine zweite Zeitspanne t2 fortgesetzt, die sich durch Multiplikation der ersten Zeitspanne (zwischen dem Beginn der Einleitung und dem überschreiten eines Schwingungsdauer-Schwellenwerts) mit einem vorbestimmten Verhältnis ergibt. Die erste Zeitspanne to, deren Dauer von der Viskosität der eingeleiteten Flüssigkeit abhängt, bestimmt also automatisch die darauffolgende zweite Zeitspanne und damit den Zeitpunkt, an dem die Einleitung gestoppt wird (Ende der zweiten Zeitspanne). Die gesamte Einieitzeit ti ist also automatisch an die Viskosität der Flüssigkeit angepaßt. Folglich wird immer eine passende, konstante Menge an Flüssigkeit in die Schwingröhre unabhängig von den Viskositäten der Flüssigkeiten eingeleitet. Patentansprüche 1. Sampling-Verfahren für eine Flüssigkeit, deren Dichte in einer Schwingröhre eines Schwingungs-Aräometers gemessen werden soll, gekennzeichnet durch Einleitung der Flüssigkeit in die Schwingröhre, während die Schwingungsdauer der Schwingröhre (1) gemessen wird; Bestimmung jenes, eine erste Zeitspanne (to) nach Beginn der Einleitung der Flüssigkeit liegenden Zeitpunkts (to),bei dem die Schwingungsdauer einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet; Unterbrechung der Einleitung der Flüssigkeit eine zweite Zeitspanne (fc) nach dem genannten Zeip-tunkt (to), wobei die zweite Zeitspanne fe) durch Multiplikation der ersten Zeitspanne (U mit einer vorbestimmten Konstanten (r) bestimmt wird. 4 AT 398 494 B
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Konstante (r), die mit der ersten Zeitspanne (to) zum Erhalt der daran anschließenden zweiten Zeitspanne (tz) multipliziert wird, durch die Gleichung r = (ti/t0-1) gegeben ist, wobei to die für eine Flüssigkeit gemessene erste Zeitspanne ist und tl die für die Flüssigkeit gemessene Gesamtfülldauer ab Beginn der Einleitung bis zur vollständigen Füllung der Schwingröhre ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsdauer in an sich bekannter Weise aus der gemessenen Gesamtdauer einer gegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Schwingungen ermittelt wird, und daß die genannte Anzahl der einer Schwingungsdauer-Ermittlung zugrundegelegten aufeinanderfolgenden Schwingungen während der Einleitung der Flüssigkeit in die Schwingröhre kleiner ist als während der nach Abschluß der Einleitung erfolgenden Schwingungsdauer-Ermittlung zur Bestimmung der Fiüssigkeitsdichte. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 5