AT407089B - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der dichte von flüssigkeiten - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten mit einem Messkörper, an dem ein erstes Schallsendeelement zur Aussendung von   Schallimpulsen   und ein erstes Schallempfangselement zum Empfangen der vom ersten Schallsendeelement ausgesendeten Schallimpulse einander gegenüberliegend angeordnet sind, und mit einem zwischen dem ersten Schallsendeelement und dem ersten Schallempfangselement vorgesehenen und mit der zu messenden Flüssigkeit füllbaren ersten Messvolumen, das - in Richtung einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem ersten Schallsende- und dem ersten Schallempfangs- element gemessen - eine Flüssigkeitsschicht mit einer ersten Dicke ausbildet. 



   Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten durch Messung des Schallwiderstandes und der Schallgeschwindigkeit bekanntgeworden, die sich in die folgenden zwei Hauptgruppen unterteilen lassen. 



   Bei einer Vorrichtung der ersten Hauptgruppe werden Schallimpulse durch eine Schichtfolge Festkörper/Flussigkeit/Festkörper gesendet Das Grössenverhältnis von Empfangs- und Sende- impuls hängt hauptsächlich vom Schallwiderstand der Flüssigkeit ab, es wird aber auch wesentlich vom Schallabsorptionskoeffizienten der Flüssigkeit beeinflusst Wenn dieser nicht bekannt ist, sind nur sehr ungenaue Dichtebestimmungen möglich Die Schallgeschwindigkeit wird aus der Laufzeit der Impulse durch die Flussigkeitsschicht berechnet Die Änderung des Schallwiderstandes der Flüssigkeit bewirkt eine nahezu proportionale Änderung der Grösse des Empfangsimpulses 
Demgegenüber treffen bei einer Vorrichtung der zweiten Hauptgruppe Schallimpulse der Grösse Ao auf eine Grenzfläche Festkörper/Flüssigkeit auf,

   wobei der an der Grenzfläche reflektierte Anteil AR folgenden Wert beträgt- 
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 EMI1.2 
 



   Der reflektierte Anteil A hängt nur zu einem kleinen Teil vom Schallwiderstand Zp der Flüssigkeit ab. Nachteilig ist bei dieser Bauart daher, dass sich Änderungen des Schallwiderstandes der Flüssigkeit, insbesondere bei Verwendung eines metallischen Konstruktionswerkstoffes, nur wenig auf die Grösse des reflektierten Anteils der Schallimpulse auswirken. Kleine Unsicherheiten bei der Messung dieser Grösse führen daher zu grossen Unsicherheiten in der Bestimmung des Schallwiderstandes der Flüssigkeit und damit auch der Dichte. 
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 1999 findet sich eine zusammenfassende Darstellung uber beide Bauarten von Dichte- bestimmungsvorrichtungen Insbesondere ist eine Vorrichtung der zweiten Hauptgruppe 
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 werkstoff verwendet.

   Damit ist zwar eine deutliche Verminderung der Messunsicherheit möglich, wegen der kleinen Wärmeleitfähigkeit von Glas und der bei dieser Bauart erforderlichen grossen Materialdicken muss dafür eine grosse thermische Trägheit der Messeinrichtung in Kauf genommen werden. Der Schallabsorptionskoeffizient hat dabei keinen Einfluss auf das Messergebnis 
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine relativ hohe Messempfindlichkeit erreichbar ist, ohne dass es dabei zu einer Erhöhung der thermischen Trägheit der Vorrichtung kommt. 



   Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass am Messkorper zumindest ein zweites Schall- sendeelement und zumindest ein zweites Schallempfangselement einander gegenüberliegend angeordnet sind, und dass zwischen dem zweiten Schallsende- und dem zweiten Schallempfangs- element ein zweites, mit der zu messenden Flüssigkeit füllbares Messvolumen vorgesehen ist, das - in Richtung einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem zweiten Schallsendeelement und dem zweiten Schallempfangselement gemessen - eine Flüssigkeitsschicht mit einer zur ersten Dicke unterschiedlichen zweiten Dicke ausbildet 
Es wird dabei vom Messprinzip der ersten Hauptgruppe Gebrauch gemacht und somit die relativ hohe Empfindlichkeit der Messung im Schalldurchgang genutzt.

   Durch die Ermittlung der Schall- 

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 empfangssignale von zwei, unterschiedliche Wegstrecken in der Flüssigkeit durchlaufenden Schall- wellen kann die durch die Flüssigkeit erzeugte Absorption bestimmt und die Messung des Schallwiderstandes daher entsprechend vom Einfluss der Absorption befreit werden. Der Messkörper kann dabei aus beliebigen Materialien gebildet sein. 



   In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Messvolumen miteinander verbunden sind, wodurch die im ersten und zweiten Messvolumen beinhaltete Flüssigkeit ständig in thermischem Kontakt stehen und jegliche Temperatur- unterschiede daher immer sofort ausgeglichen werden Die Verbindung zwischen den beiden Volumina kann durch eine Verbindungsleitung zwischen diesen oder durch eine Vereinigung der beiden Volumina zu einem Gesamtvolumen geschaffen werden. 



   In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die zweite Dicke 2 bis 10mal so gross wie die erste Dicke gewählt werden, wodurch sich die beiden aus den Flüssigkeitsschichten mit erster und zweiter Dicke resultierenden Empfangssignalamplituden deutlich voneinander unterscheiden, sodass die Messempfindlichkeit gesteigert werden kann 
Eine andere Variante der Erfindung kann darin bestehen, dass am Messkörper ein weiteres Schallsendeelement und ein weiteres Schallempfangselement zur Durchführung von Referenz- messungen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Damit kann eine Kompensation des Temperatur- und Alterungsverhaltens der verschiedenen Bestandteile der erfindungsgemässen Messvorrichtung und die damit einhergehende Beeinflussung der Sendeschallimpulse erzielt werden. 



   Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass der Messkörper zwei gegenüberliegende parallele Flächen aufweist, wobei das erste, das zweite und das weitere Schallsendeelement an einer der Flächen nebeneinander angeordnet und das erste, das zweite und das weitere Schallempfangselement an der gegenüberliegenden Fläche in entsprechenden Abständen angeordnet sind. 



   Eine solche Ausbildung ermöglicht die Anbringung von an parallelen Seitenflächen genau gegenüberliegenden Sende- und Empfangselementen. Im Inneren des Messkörpers können die beiden Messvolumina in entsprechend konstruktiv einfacher Form angeordnet sein, damit die unterschiedlichen Flüssigkeitsschichtdicken von Schallimpulsen durchlaufen werden können 
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Schallsendeelemente und die Schallempfangselemente am Grund von Vertiefungen des Messkörpers angeordnet sein, wobei die Tiefe der Vertiefungen so ausgebildet ist,

   dass die Differenz des Abstandes des Schallsende- elements vom Schallempfangselement und der kleineren Dicke des ersten Volumens ungefähr gleich gross wie die Differenz des Abstandes des Schallsendeelements vom Schallempfangs- element und der grösseren Dicke des zweiten Volumens ist 
Die Tiefe der Vertiefungen ist dabei so gewählt, dass jene Schallimpulse, die das zweite Messvolumen durchwandern, ungefähr die gleiche Strecke im Festkörper durchlaufen, wie die Schallimpulse, die das erste Messvolumen durchlaufen. 



   Der Messkörper kann weiters in ein mit der zu messenden Flüssigkeit befülltes bzw von dieser durchströmtes Füllvolumen, beispielsweise eine Rohrleitung, hineinragen, wobei das erste und das zweite Volumen mit diesem Füllvolumen direkt in Verbindung stehen Dies ermöglicht es, Änderungen in der Dichte einer strömenden Flüssigkeit festzustellen 
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das erste, das zweite und gegebenenfalls das weitere Schallsendeelement und das erste, das zweite und gegebenenfalls das weitere Schallempfangselement aus elektro-akustischen Schallwandlern gebildet sein, wobei das erste, das zweite und gegebenenfalls das weitere Schallsendeelement mit einer elektronischen Impulssendevorrichtung und das erste, das zweite und gegebenenfalls das weiter Schallempfangs- element mit einer elektronischen Impulsempfangsvorrichtung verbindbar sind.

   



   Die Schallerzeugung mittels elektro-akustischer Schallwandler ermöglicht den Einsatz von elektronischen Impulsgeneratoren und Empfängern mit hoher Genauigkeit. 



   Es wird dabei vorzugsweise eine gemeinsame   Impulsempfangsvomchtung   verwendet, wobei gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist, dass das erste, das zweite und gegebenenfalls das weitere Schallempfangselement über steuerbare Schalter mit der Impulsempfangsvorrichtung verbindbar sind. Dadurch kann eine gegenüber anderen Änderungen, die z. B. durch Temperaturschwankungen oder Alterungsprozesse bedingt sind, sehr rasche 

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 Abtastung der einzelnen Empfangssignale durchgerührt werden, wobei die erhaltenen Werte zur Berechnung der Dichte unter Berücksichtigung der Absorption innerhalb der Flüssigkeit weiterverwendet werden können. 



   Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit aus den Messwerten für den Schallwiderstand und der Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit, wobei Schallimpulse mit einer Sendesignalamplitude angeregt werden, die nach Durchlaufen einer ersten Festkörperschicht in eine Schicht der zu messenden Flüssigkeit eintreten, diese durchlaufen, danach in eine zweite Festkörperschicht eintreten, und wobei die Empfangssignalamplitude nach Durchlaufen der zweiten Festkörperschicht gemessen wird 
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vorgenanntes Verfahren anzugeben, mit dem eine Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit mit hoher Empfindlichkeit vorgenommen werden kann. 



   Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass Schallimpulse sowohl entlang einer Flüssig- keitsschicht mit einer ersten Dicke als auch entlang einer Flüssigkeitsschicht mit einer zweiten Dicke gesendet und empfangen werden, dass aus den beiden unterschiedlichen Empfangssignal- amplituden relativ zur Sendesignalamplitude die Schallabsorption in der Flüssigkeit bestimmt wird, und dass der Schallwiderstand unter Berücksichtigung der ermittelten Schallabsorption berechnet wird. 



   Das   Grossenverhältnis   zwischen Empfangsimpuls und Sendeimpuls hängt bei dieser Messung hauptsächlich vom Schallwiderstand der Flüssigkeit ab Das Bestimmen der Empfangsamplituden bei unterschiedlicher Dicke der Flüssigkeitsschichten erlaubt es jedoch, die in der Flüssigkeit auftretende Absorption der Schallimpulse bei der Bestimmung der Dichte zu berücksichtigen. 



   Weiters kann vorgesehen sein, dass als Referenzmessung Schallimpulse entlang nur einer Festkörperschicht gesendet und empfangen werden. Damit kann das Verhältnis der Grösse von Sendeschallimpuls und   Empfangsschallimpuls   auf dieser Referenzstrecke bestimmt werden. Bei Kenntnis dieses konstanten Wertes ist es möglich, den Alterungs- und Temperatureinfluss auf das Sendesignal durch Messung des Empfangssignals auf der Referenzstrecke ständig zu überwachen bzw. aus dem Empfangssignal das jeweils gerade vorherrschende Sendesignal zu bestimmen, welches zugleich auch das erste und das zweite Schallsendeelement anregt. 



   In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schallimpulse entlang der Flüssigkeitsschicht mit der ersten Dicke, entlang der Flüssigkeitsschicht mit der zweiten Dicke und entlang nur der Festkörperschicht synchron und parallel zueinander gesendet werden. 



   Durch das synchrone Senden der Sendeschallsignale wird sichergestellt, dass zur gleichen Zeit das gleiche Sendesignal die einzelnen Schichten durchwandert und ein direkter Vergleich der an der Empfangsseite gemessenen Werte dadurch möglich wird. 



   Schliesslich kann gemäss einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, dass die zum Empfangen der synchron gesendeten Schallimpulse vorgesehenen Empfangs- 
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   Damit können die Grössenverhältnisse von Sende- und   Empfangsimpulsen   der drei verschie- denen Messstrecken in ständiger Abfolge gemessen und zur Berechnung der Dichte der Flüssigkeit verwendet werden Die im Vergleich zur Dauer eines Messzyklus langsamen Temperatur- änderungen bzw der alterungsbedingten Änderungen der Messanordnung bzw der Sende- und Empfangsvorrichtungen haben daher keinen Einfluss auf das Messergebnis. 



   Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der beigeschlossenen Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels eingehend erläutert Es zeigt dabei 
Fig.1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung und 
Fig 2 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemassen Vor- richtung 
Fig.11 zeigt eine Messanordnung zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten mit Hilfe von Schallimpulsen, die durch die zu messende Flüssigkeit gesendet werden.

   Die Messung erfolgt dabei in Schalldurchgangsrichtung und es wird das Grössenverhältnis von Empfangsimpuls zu Sendeimpuls bestimmt, das vom Schallwiderstand der Flüssigkeit und der Schallabsorption in der Flüssigkeit abhängig ist Die für die Berechnung der Dichte erforderliche Schallgeschwindigkeit wird aus der Laufzeit der Schallimpulse durch die Flüssigkeit bestimmt Die Dauer der Schall- 
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  Zur Ermittlung der für die Bestimmung der Dichte benötigten Messwerte werden   Schallimpulse   

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 mit einer Sendesignalamplitude angeregt, die nach Durchlaufen einer ersten Festkörperschicht in eine Schicht der zu messenden Flüssigkeit eintreten, diese durchlaufen, danach in eine zweite Festkörperschicht eintreten, wobei die Empfangssignalamplitude nach Durchlaufen der zweiten Festkörperschicht gemessen wird. 



   Die Vorrichtung ist aus einem zwei parallele Seitenflächen 7,8 aufweisenden Messkörper 1 gebildet, an welchen Seitenflächen 7, 8 ein erstes Schallsendeelement S1 zur Aussendung von Schallimpulsen und ein erstes Schallempfangselement E1 zum Empfangen der vom ersten Schall- sendeelement S1 ausgesendeten Schallimpulse einander gegenüberliegend angeordnet sind 
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 mit der zu messenden Flüssigkeit füllbares erstes Messvolumen 10 vorgesehen, das - in Richtung einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem Schallsende- und dem Schallempfangselement gemessen - eine Flüssigkeitsschicht mit einer ersten Dicke 11 ausbildet 
Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass am Messkörper 1 ein zweites Schallsendeelement S2 und ein zweites Schallempfangselement E2 einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei zwischen dem zweiten Schall sende- und dem zweiten Schallempfangselement S2,

   E2 ein zweites, mit der zu messenden Flüssigkeit füllbares Messvolumen 2 vorgesehen ist, das - in Richtung einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem zweiten Schallsendeelement S2 und dem zweiten Schallempfangselement E2 gemessen - eine Flüssigkeitsschicht mit einer zur ersten Dicke  11 unter-   schiedlichen zweiten Dicke 12 ausbildet 
Bei Anregung der Schallsendeelemente S1 und S2 senden diese jeweils Schallimpulse aus, die zuerst eine Festkörperschicht des Messkörpers 1 durchlaufen und dann in die Messvolumina 10, 2 
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 überliegenden Schallempfangselemente E1 E2 auftreffen 
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste und das zweite Messvolumen 10,2 miteinander verbunden, sodass gewährleistet ist, dass die Flüssigkeit in beiden Volumina auf gleicher Temperatur gehalten ist.

   Im Rahmen der Erfindung können das erste und das zweite Messvolumen 10,2 aber auch getrennt oder nur durch einen Kanal miteinander verbunden sein 
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist weiters die zweite Dicke 12 doppelt so gross wie die erste Dicke 11 gewählt, sodass sich die beiden Dicken erheblich voneinander unterscheiden und die Messempfindlichkeit gesteigert werden kann. Das Dickenverhältnis ist vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10, kann aber auch anders gewählt werden. 



   Die Bestimmung der Dichte pp der in den beiden Messvolumina 10, 2 enthaltenen Flussigkeit geschieht durch Messung des Schallwiderstandes Zp und der Schallgeschwindigkeit up, wobei die Beziehung 
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 zur Anwendung gelangt. Durch zusätzliche Messung des Absorptionskoeffizienten der Flüssigkeit wird der wesentliche Nachteil der in der Beschreibungseinleitung als Bauart der ersten Haupt- gruppe bezeichneten Bauart eliminiert Die Messung wird dabei von dem für den Messkörper 1 gewählten Material völlig unabhängig 
Zur Bestimmung des Schallwiderstandes   Zp   werden über die Schallsendeelemente S1 und   S2   Impulse der Grösse Ao in einen Festkörper mit bekanntem Schallwiderstand Zs eingestrahlt,

   der den Messkörper 1 bildet Die Schallimpulse werden sowohl durch eine Flüssigkeitsschicht mit einer ersten Dicke I1 als auch durch eine Flüssigkeitsschicht mit einer zweiten Dicke 12 gesendet, wobei aus den beiden unterschiedlichen   Empfangsamphtuden   die Schallabsorption in der Flüssigkeit bestimmt wird. Die Berechnung des Schallwiderstandes erfolgt unter Berücksichtigung der ermittel- ten Schallabsorption. 



   Nach Durchlaufen der zwischen den Schallsendeelementen S1, S2 und den Messvolumina 10 bzw. 2 liegenden Festkörperschicht erreichen die Impulse eine Grenzfläche Festkörper/Flüssigkeit. 



  Ein Anteil der Impulse wird an dieser Grenzfläche reflektiert, der andere Anteil der Grösse 
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 tritt in die in den Volumina 10, 2 befindhche Flüssigkeit ein 
Die von dem Schallsendeelement S1 ausgehenden Impulse durchlaufen in der zu messenden Flüssigkeit innerhalb des Volumens 10 eine Schicht mit der Dicke 11 und erfahren durch Absorption eine Abschwächung auf die Grösse 
 EMI5.1 
 wobei ap der Schallabsorptionskoeffizient der Flussigkeit ist 
Die von dem Schallabsorptionselement S2 ausgehenden Impulse durchlaufen in der zu messenden Flüssigkeit innerhalb des Volumens 2 eine Schicht der Dicke 12 und werden auf 
 EMI5.2 
 abgeschwächt.

   
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 fläche Flüssigkeit/Festkörper reflektiert Der andere Anteil tritt in die zwischen den Austrittsseiten der Volumina 10, 2 und dem ersten und zweiten Schallempfangselement E1, E2 liegende Fest- körperschicht ein 
 EMI5.4 
 Impulse der Grösse 
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 empfangen, von dem zweiten Empfangselement E2 Impulse der Grösse 
 EMI5.6 
 
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 und Ap2 einer Flüssigkeit mit bekanntem Schallwiderstand, z. B.

   Wasser, mittels Gleichung 5 und 6 ermittelt werden 
Zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit wird aus den Messwerten Ap1 und Ap2 mit Gleichung (5) und (6) der   Schall-Absorptronskoeffizient   ap berechnet 
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Der Schallwiderstand Zp der zu messenden Flüssigkeit ergibt sich aus der Gleichung (5) und (7) zu 
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Die Grösse der Sendeimpulse Ao hängt von der Temperatur ab und kann sich mit der Zeit durch Alterung von Bauelementen der erfindungsgemässen Vorrichtung verändern 
Diese Temperatureinflüsse werden in dem in Fig 1 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel durch eine zur Gänze im Festkörper des Messkörpers 1 liegende Referenzstrecke eliminiert,

   die die   Genauig-   keit der Dichtemessung noch verbessern hilft Bei dieser Referenzmessung werden Schallimpulse entlang nur einer Festkörperschicht gesendet und empfangen. Dazu sind am Messkörper 1 ein weiteres Schallsendeelement Sr und ein weiteres Schallempfangselement Er zur Durchführung dieser Referenzmessung einander gegenüberliegend angeordnet. 



   Vor Inbetriebnahme der erfindungsgemässen Anordnung wird das Verhältnis k von Ao zur Grösse A, der Empfangsimpulse der Referenzstrecke bestimmt 
Bei gleichem Temperatur- und Alterungsverhalten von Ao und Ar steht dann bei jeder Messung von Ar ein aktueller Wert von Ao zur Verfügung: 
 EMI6.3 
 
Das erste, das zweite und das weitere Schallsendeelement S1, S2, Sr und das erste, das zweite und das weitere Schallempfangselement E1, E2, Er sind vorzugsweise aus elektro-akustischen Schallwandlern gebildet, wobei das erste, das zweite und das weitere Schallsendeelement S1, S2, Sr mit einer elektronischen Impulssendevorrichtung 3 und das erste, das zweite und das weitere Schallempfangselement E1, E2,

   Er mit einer elektronischen Impulsempfangsvorrichtung 4 verbunden bzw verbindbar sind 
Die Impulssendevorrichtung 3 und die Impulsempfangsvorrichtung 4 dienen der Anregung der   Schall-Sendeimpulse   und zur Messung der Grösse der Empfangsimpulse und werden von der Temperatur des Gehäuses, in dem sie untergebracht sind, beeinflusst In der in Fig 1 gezeigten 
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 sodass sie von der   Impulssendevorrichtung   3 zugleich mit Spannungsimpulsen gleicher Grosse versorgt werden Die Schallimpulse werden dabei entlang der Flussigkeitsschicht mit der ersten Dicke I1, entlang der Flüssigkeitsschicht mit der zweiten Dicke I2 und entlang nur der Festkörperschicht synchron und parallel zueinander gesendet 
Das erste, das zweite und das weitere Schallempfangselement E1, E2, Er sind über steuerbare Schalter 12,13,

   14 mit der Impulsempfangsvorrichtung 4 verbindbar Die Empfangselemente E1, E2 und Er werden über diese in kurzen Zeitabständen alternierend mit der Impulsempfangs- vorrichtung 4 zur Messung der Grösse der Empfangsimpulse Ap1, Ap2 und Ar verbunden Da in den zur Bestimmung der Dichte dienenden Gleichungen (7) und (8) nur die Grössenverhältnisse von Impulsen auftreten, haben im Vergleich zur Dauer eines Messzyklus langsame Änderungen der Temperatur der elektronischen Schaltungen innerhalb der Impulssende- und Impulsempfangs- vorrichtung 3,4 keinen Einfluss auf das Messergebnis Das gilt auch fur alterungsbedingte Änderungen dieser elektronischen Schaltungen 
Die Form des Messkörpers 1 kann beliebig gestaltet sein, beispielsweise wie in Fig 1 gezeigt, wobei das erste, das zweite und das weitere Schallsendeelement S1, S2,

   Sr an einer ebenen Fläche nebeneinander angeordnet sind und das erste, das zweite und das weitere Schall- empfangselement E1, E2 Er an der gegenüberliegenden parallelen Fläche oder am dazu parallelen Grund von Vertiefungen 9 in entsprechenden Abständen angeordnet sind oder bevorzugt wie in Fig 2 gezeigt als Körper, der in ein mit der zu messenden Flüssigkeit gefülltes Fullvolumen, beispielsweise eine Rohrleitung 20, hineinragt, wobei das erste und das zweite Volumen 10,2 mit 

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 diesem Füllvolumen in Verbindung stehen und wobei das erste, das zweite und das weitere Schallsendeelement S1, S2, Sr sowie das erste, das zweite und das weitere Schallempfangs- element   Ei,   E2, Er in gegenüberliegenden Vertiefungen 9 angeordnet sind, wobei die Tiefen der Vertiefungen 9 so gewählt werden,

   dass die im Festkörper zurückgelegten Wege für die die Messvolumina 10, 2 durchlaufenden Schallimpulse ungefähr gleich lang sind.

Claims (13)

Dies wird erreicht, indem die Differenz des Abstandes des Schallsendeelements S1 vom Schallempfangselement E und der kleineren Dicke I1 des ersten Volumens 10 ungefähr gleich gross wie die Differenz des Abstandes des Schallsendeelements S2 vom Schallempfangselement E2und der grösseren Dicke 12 des zweiten Volumens 2 gewählt wird Die Sendevornchtung 3 und die Empfangsvorrichtung 4 sind mit einer Recheneinheit 11 verbunden, die aus den gemessenen Werten die Dichte der Flüssigkeit bestimmt PATENTANSPRÜCHE:

1 Messanordnung zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten mit einem Messkörper, an dem ein erstes Schallsendeelement zur Aussendung von Schallimpulsen und ein erstes Schallempfangselement zum Empfangen der vom ersten Schallsendeelement ausgesen- deten Schallimpulse einander gegenüberliegend angeordnet sind, und mit einem zwischen dem ersten Schallsendeelement und dem ersten Schallempfangselement vorgesehenen und mit der zu messenden Flüssigkeit fullbaren ersten Messvolumen, das - in Richtung einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem ersten Schallsende- und dem ersten Schallempfangselement gemessen - eine Flüssigkeitsschicht mit einer ersten Dicke ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass am Messkörper (1) zumindest ein zweites Schallsendeelement (S2) und zumindest ein zweites Schallempfangselement (E2) einander gegenüberliegend angeordnet sind,

und dass zwischen dem zweiten Schallsende- und dem zweiten Schallempfangselement (S2, E2) ein zweites, mit der zu messenden Flüssigkeit fullbares Messvolumen (2) vorgesehen ist, das - in Richtung einer gedachten Verbindungs- linie zwischen dem zweiten Schallsendeelement (S2) und dem zweiten Schallempfangs- element (E2) gemessen - eine Flussigkeitsschicht mit einer zur ersten Dicke (I1) unter- schiedlichen zweiten Dicke (12) ausbildet

2 Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Messvolumen (2, 10) miteinander verbunden sind

3. Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dicke (I2) 2 bis 10 mal so gross wie die erste Dicke (11) ist.

4 Messanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Messkörper (1) zur Durchführung von Referenzmessungen ein weiteres Schallsendeelement (Sr) und ein weiteres Schallempfangselement (Er) einander gegenüberliegend angeordnet sind

5 Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (1) zwei gegenüberliegende parallele Flächen aufweist, wobei das erste, das zweite und das weitere Schallsendeelement (S1, S2, Sr) an einer der Flächen neben- einander angeordnet und das erste, das zweite und das weitere Schallempfangselement (E1, E2, Er) an der gegenüberliegenden Flache in entsprechenden Abständen angeordnet sind.

6. Messanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsende- elemente (S1, S2, Sr) und die Schallempfangselemente (E1, E2, Er) am Grund von Vertiefungen (9) des Messkörpers (1) angeordnet sind, wobei die Tiefe der Vertiefungen (9) so ausgebildet ist, dass die Differenz des Abstandes des Schallsendeelements (S1) vom Schallempfangselement (Ei) und der kleineren Dicke (I1) des ersten Volumens (10) ungefähr gleich gross Wie die Differenz des Abstandes des Schallsendeelements (S2) vom Schallempfangselement (E2) und der grosseren Dicke (I2) des zweiten Volumens (2) ist.

7 Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (1 ) in ein mit der zu messenden Flüssigkeit befülltes bzw von dieser durchströmtes Fullvolumen, beispielsweise eine Rohrleitung, hineinragt, wobei das erste und das zweite Volumen (10,2) mit diesem Fullvolumen direkt in <Desc/Clms Page number 8> Verbindung stehen.

8 Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, das zweite und gegebenenfalls das weitere Schallsendeelement (S1, S2, S1) und das erste, das zweite und gegebenenfalls das weitere Schallempfangselement (E1, E2, EMI8.1 gegebenenfalls das weitere Schallsendeelement (S1, S2, Sr) mit einer elektronischen Impulssendevorrichtung (3) und das erste, das zweite und gegebenenfalls das weitere Schallempfangselement (E1, E2, Er) mit einer elektronischen Impulsempfangsvorrichtung (4) verbindbar sind

9. Messanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, das zweite und gegebenenfalls das weitere Schallempfangselement (E1, E2, Er) über steuerbare Schalter (12, 13, 14) mit der Impulsempfangsvorrichtung (4) verbindbar sind.

10 Verfahren zur Bestimmung der Dichte einer Flussigkeit aus den Messwerten fur den Schallwiderstand und der Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit, wobei Schallimpulse mit einer Sendesignalamplitude angeregt werden, die nach Durchlaufen einer ersten Festkörperschicht in eine Schicht der zu messenden Flüssigkeit eintreten, diese durchlaufen, danach in eine zweite Festkörperschicht eintreten, und wobei die Empfangs- signalamplitude nach Durchlaufen der zweiten Festkörperschicht gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass Schallimpulse sowohl entlang einer Flüssigkeitsschicht mit einer ersten Dicke (I1) als auch entlang einer Flüssigkeitsschicht mit einer zweiten Dicke (12) gesendet und empfangen werden, dass aus den beiden unterschiedlichen Empfangssignal- amplituden relativ zur Sendesignalamplitude die Schallabsorption in der Flussigkeit bestimmt wird,

und dass der Schallwiderstand unter Berücksichtigung der ermittelten Schallabsorption berechnet wird.

11 Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzmessung Schallimpulse entlang nur einer Festkörperschicht gesendet und empfangen werden.

12 Verfahren nach 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallimpulse entlang der Flussigkeitsschicht mit der ersten Dicke (I1), entlang der Flüssigkeitsschicht mit der zweiten Dicke (12) und entlang nur der Festkorperschicht synchron und parallel zueinander gesendet werden

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Empfangen der synchron gesendeten Schallimpulse vorgesehenen Schallempfangselemente (E1, E2, Er) in Zeitabständen alternierend mit einer Impulsempfangsvorrichtung (4) verbunden werden.