AT523471B1

AT523471B1 - Procedure for viscosity correction in a density measurement

Info

Publication number: AT523471B1
Application number: ATA50039/2020A
Authority: AT
Inventors: Christensson Niklas
Original assignee: eralytics GmbH
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2022-08-15
Also published as: AT523471A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln eines viskositätsbedingten Messfehlers (E) bei der Dichtemessung einer Flüssigkeit mit einem Dichtemessgerät (1), welches einen die Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwinger (2) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden weiteren Schritte aufweist: Ermitteln zumindest einer ersten Korrekturamplitude einer angeregten Schwingung bei einer ersten Temperatur (T) sowie einer zweiten Korrekturamplitude einer angeregten Schwingung bei einer zweiten Temperatur (T) während der Anpassung der Temperatur (T) der Flüssigkeit an eine Zieltemperatur (TZiel); Ermitteln von zumindest zwei Dämpfungskorrekturwerten (Dk) aus den Kehrwerten der zumindest zwei Korrekturamplituden; Bestimmung eines Steigungswertes aus einer numerischen Ableitung (dDk/dT) der Dämpfungskorrekturwerte (Dk) nach der Temperatur (T); Ermitteln eines Dämpfungswertes (D) aus dem Kehrwert der bei der Zieltemperatur (TZiel) gemessenen Amplitude (A); Ermitteln eines eindeutigen Viskositätswertes (η ) aus einer vorbestimmten, einen Maximalwert der Dämpfung (D) aufweisenden Dämpfungssättigungsfunktion (D(η)) mittels des Steigungswertes, wobei beim Schritt des Ermittelns des eindeutigen Viskositätswertes (η ) bei einem positiven Steigungswert der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (η ), welcher größer ist als der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert; bei einem negativen Steigungswert der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (η ), welcher geringer ist als der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert und bei einem Steigungswert von Null der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (η ), welcher der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert ist, ausgewählt wird; Auswählen des dem eindeutigen Viskositätswert (η ) entsprechenden Messfehlers (E) aus einer vorbestimmten Messfehlerverteilungsfunktion (E(η)).Method for determining a viscosity-related measurement error (E) when measuring the density of a liquid using a density measuring device (1) which has a flexural vibrator (2) containing the liquid, the method having the following further steps: determining at least a first correction amplitude of an excited oscillation at a first temperature (T) and a second correction amplitude of an excited vibration at a second temperature (T) during adjustment of the temperature (T) of the liquid to a target temperature (Ttarget); determining at least two damping correction values (Dk) from the reciprocal values of the at least two correction amplitudes; determining a slope value from a numerical derivative (dDk/dT) of the damping correction values (Dk) with respect to temperature (T); determining an attenuation value (D) from the reciprocal of the amplitude (A) measured at the target temperature (Ttarget); Determination of a unique viscosity value (η ) from a predetermined damping saturation function (D(η)) having a maximum value of the damping (D) by means of the slope value, wherein in the step of determining the unique viscosity value (η ) with a positive slope value the value corresponding to the damping value (D ) corresponding unique viscosity value (η ) which is greater than the viscosity value corresponding to the maximum damping value (D); with a negative gradient value, the unique viscosity value (η ) corresponding to the damping value (D), which is lower than the viscosity value corresponding to the maximum value of the damping (D) and with a gradient value of zero, the unique viscosity value (η ) corresponding to the damping value (D), which is the viscosity value corresponding to the maximum value of damping (D) is selected; Selecting the measurement error (E) corresponding to the unique viscosity value (η ) from a predetermined measurement error distribution function (E(η)).

Description

Verfahren zur Viskositätskorrektur bei einer Dichtemessung Process for viscosity correction in a density measurement

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines viskositätsbedingten Messfehlers bei der Dichtemessung einer Flüssigkeit mit einem Dichtemessgerät, welches einen die Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwinger aufweist, wobei gemäß dem Verfahren zunächst die Temperatur der Flüssigkeit einer Zieltemperatur angepasst wird, dann eine Periodendauer sowie eine Amplitude einer durch eine Anregeeinheit angeregten Schwingung des Biegeschwingers gemessen wird, und dann eine Dichte der Flüssigkeit aus der The present invention relates to a method for determining a viscosity-related measurement error when measuring the density of a liquid using a density meter which has a flexural vibrator containing the liquid, with the method first adapting the temperature of the liquid to a target temperature, then a period and an amplitude of a an excitation unit excited oscillation of the oscillating vibrator is measured, and then a density of the liquid from the

Periodendauer ermittelt wird. Period is determined.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Dichtemessgerät zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit, umfassend einen die zu messende Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwinger, welcher zum Anpassen einer Temperatur der Flüssigkeit an eine Zieltemperatur mit einer Temperierungsvorrichtung, sowie zum Anregen einer Schwingung des Biegeschwingers mit einer Anregeeinheit verbunden ist und Temperaturmessmittel zum Messen der Temperatur der Flüssigkeit aufweist, wobei der Biegeschwinger des Weiteren zum Messen einer Periodendauer sowie einer Amplitude der Schwingung des Biegeschwingers mit einer Furthermore, the invention relates to a density measuring device for measuring the density of a liquid, comprising a vibrating vibrator containing the liquid to be measured, which is connected to a temperature control device for adapting a temperature of the liquid to a target temperature and to an excitation unit for exciting an oscillation of the vibrating vibrator and Having temperature measuring means for measuring the temperature of the liquid, wherein the flexural vibrator further for measuring a period and an amplitude of the oscillation of the flexural vibrator with a

Messeinrichtung verbunden ist. Measuring device is connected.

Die Dichtemessung von Flüssigkeiten unter Verwendung eines Biegeschwingers ist eine seit langem bekannte und weitverbreitete Methode zur Messung der Dichte von Flüssigkeiten. Hierbei wird ein Biegeschwinger, der beispielsweise als U-förmiges Rohr ausgeführt sein kann, mit der zu messenden Flüssigkeit gefüllt, und beispielsweise piezoelektrisch oder magnetisch mit einer Resonanzfrequenz des Biegeschwingers zu einer Resonanzschwingung angeregt. Durch die im Biegeschwinger enthaltene Flüssigkeit ändert sich im Vergleich zum leeren Biegeschwinger die Masse und somit in weiterer Folge die Resonanzfrequenz des Biegeschwingers. In Folge kann durch die Messung der Resonanzfrequenz des die Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwingers, beispielsweise mit einem Frequenzzähler, auf die Dichte der Flüssigkeit geschlossen werden, wobei die Dichte der Flüssigkeit direkt proportional zum The measurement of the density of liquids using a vibrating U-tube is a well-known and widely used method for measuring the density of liquids. In this case, a flexural vibrator, which can be designed as a U-shaped tube, for example, is filled with the liquid to be measured and excited, for example piezoelectrically or magnetically, with a resonance frequency of the flexural vibrator to produce a resonance vibration. Due to the liquid contained in the oscillating tube, the mass changes compared to the empty oscillating tube and consequently the resonant frequency of the oscillating tube. As a result, by measuring the resonant frequency of the flexural vibrator containing the liquid, for example with a frequency counter, the density of the liquid can be closed, the density of the liquid being directly proportional to the

Kehrwert des Quadrats der gemessenen Resonanzfrequenz ist. is the reciprocal of the square of the measured resonant frequency.

Dabei hängt die Resonanzfrequenz des Biegeschwingers einerseits von der Masse der Flüssigkeit im Biegeschwinger, und andererseits von der Viskosität der Flüssigkeit, welche ebenfalls einen Einfluss auf das Schwingungsverhalten des Biegeschwingers hat, ab. Dieser Einfluss der Viskosität der Flüssigkeit auf das Messergebnis äußert sich in einer Dämpfung der Resonanzschwingung, die eine viskositätsbedingte Verschiebung der Resonanzfrequenz des Biegeschwingers bewirkt, welche einen viskositätsbedingten Messfehler bei der Bestimmung der Dichte aus der Resonanzfrequenz verursacht. Bei niedrigviskosen The resonant frequency of the flexural vibrator depends on the one hand on the mass of the liquid in the flexural vibrator and on the other hand on the viscosity of the liquid, which also has an influence on the vibration behavior of the flexural vibrator. This influence of the viscosity of the liquid on the measurement result is expressed in a damping of the resonance vibration, which causes a viscosity-related shift in the resonance frequency of the flexural vibrator, which causes a viscosity-related measurement error when determining the density from the resonance frequency. For low-viscosity

Flüssigkeiten hat die Viskosität der Flüssigkeit nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf das liquids, the viscosity of the liquid has only a negligible effect on this

Messergebnis, bei höherviskosen Flüssigkeiten nimmt der viskositätsbedingte Messfehler Measurement result, with higher-viscosity liquids, the viscosity-related measurement error decreases

jedoch stark zu. however strongly.

Es sind verschiedene Lösungsansätze zur Viskositätskorrektur bekannt, welche jedoch einige Various approaches to viscosity correction are known, but some

Nachteile aufweisen. have disadvantages.

Die Patentanmeldung US2012/0073368 A1 beschreibt ein Verfahren zur Messung der Dichte einer Flüssigkeit mittels eines Biegeschwingers. In dem Verfahren wird der Biegeschwinger durch ein, von einer Anregeeinheit übertragenes, Anregungssignal zu Schwingungen bei einer Resonanzfrequenz des Biegeschwingers angeregt. Eine Pulsbreite des Anregungssignals, welche einer Schwingungsdämpfung des Biegeschwingers proportional ist, wird derart angepasst, dass eine vorbestimmte, konstante Amplitude der Schwingung des Biegeschwingers auftritt. Da die hierfür benötigte Pulsbreite von der Viskosität der Flüssigkeit abhängt, kann aus der Pulsbreite ein Wert für die Viskosität der Flüssigkeit bestimmt werden, welcher zur Korrektur der Dichte bezüglich des Viskositätseinflusses der Patent application US2012/0073368 A1 describes a method for measuring the density of a liquid using a flexural vibrator. In the method, the flexural vibrator is excited to oscillate at a resonant frequency of the flexural vibrator by an excitation signal transmitted by an excitation unit. A pulse width of the excitation signal, which is proportional to a vibration damping of the flexural vibrator, is adjusted in such a way that a predetermined, constant amplitude of the vibration of the flexural vibrator occurs. Since the pulse width required for this depends on the viscosity of the liquid, a value for the viscosity of the liquid can be determined from the pulse width, which is used to correct the density with regard to the influence of the viscosity

Flüssigkeit herangezogen werden kann. liquid can be used.

Hierbei ist jedoch bekannt, dass der Zusammenhang zwischen der Schwingungsdämpfung und der Viskosität mehrdeutig ist, da die Schwingungsdämpfung des Biegeschwingers bis zu einer Grenzviskosität, bei der ein Maximalwert der Schwingungsdämpfung auftritt, zunimmt, und bei Viskositätswerten, welche über der Grenzviskosität liegen, wieder abnimmt. Somit However, it is known that the connection between the vibration damping and the viscosity is ambiguous, since the vibration damping of the oscillating vibrator increases up to a limiting viscosity at which a maximum value of the vibration damping occurs, and decreases again at viscosity values that are above the limiting viscosity. Consequently

existieren zu im Wesentlichen jedem Wert der Dämpfung zwei Viskositätswerte. there are essentially two viscosity values for each damping value.

Deshalb besteht der Nachteil dieses Verfahrens darin, dass man nicht bestimmen kann, welcher der beiden in Frage kommenden Viskositätswerte der korrekte Wert ist, wodurch eine Therefore, the disadvantage of this method is that one cannot determine which of the two viscosity values in question is the correct value, resulting in a

eindeutige Viskositätskorrektur nicht möglich ist. clear viscosity correction is not possible.

Ein weiteres, aus der Patentschrift US 6,334,356 B1 bekanntes Verfahren zur Bestimmung eines viskositätsbedingten Messfehlers bei der Dichtebestimmung einer Flüssigkeit mittels eines Biegeschwingers nutzt ebenfalls die Abhängigkeit der Schwingungsdämpfung des Biegeschwingers von der Viskosität der Flüssigkeit. In der US 6,334,356 B1 werden zwei Schwingungsmoden des Biegeschwingers angeregt, wobei eine erste Schwingungsdämpfungskurve des Biegeschwingers bei einer Grundfrequenz sowie eine zweite Schwingungsdämpfungskurve des Biegeschwingers bei einer Oberfrequenz gemessen wird. Durch den Vergleich der beiden gemessenen Schwingungsdämpfungskurven kann ein eindeutiger Viskositätswert, und aus diesem ein eindeutiger Korrekturwert zur Ermittlung Another method known from US Pat. No. 6,334,356 B1 for determining a viscosity-related measurement error when determining the density of a liquid using a flexural vibrator also uses the dependence of the vibration damping of the flexural vibrator on the viscosity of the liquid. In US Pat. No. 6,334,356 B1, two vibration modes of the flexural vibrator are excited, with a first vibration damping curve of the flexural vibrator being measured at a fundamental frequency and a second vibration damping curve of the flexural vibrator being measured at an upper frequency. By comparing the two measured vibration damping curves, a clear viscosity value, and from this a clear correction value, can be determined

einer korrigierten Dichte aus einer gemessenen, unkorrigierten Dichte ermittelt werden. a corrected density can be determined from a measured, uncorrected density.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Biegeschwinger zu mehreren Schwingungen bei mehreren Frequenzen angeregt werden muss. Die Messung bei einer Oberfrequenz des Biegeschwingers ist für Biegeschwinger aus Metall, insbesondere wenn es sich um einen hochfrequenten X-Biegeschwinger handelt, nämlich nachteilig, da einerseits bei dieser Art von Biegeschwingern die Schwingung bei der Oberfrequenz für den Benutzer als akustisch unangenehm empfunden wird, und andererseits eine sehr hohe Frequenzauflösung des Dichtemessgeräts erforderlich ist, was wiederum den apparativen Aufwand erhöht. Des Weiteren ist die Messung der zweiten Schwingungsdämpfungskurve des Biegeschwingers bei der Oberfrequenz mit einer großen Messungenauigkeit behaftet, welche sich durch den Vergleich der beiden gemessenen Schwingungsdämpfungskurven auf The disadvantage of this method is that the oscillating tube has to be excited to perform multiple oscillations at multiple frequencies. The measurement at an upper frequency of the flexural vibrator is disadvantageous for flexural vibrators made of metal, especially if it is a high-frequency X-flexible vibrator, because on the one hand, with this type of flexural vibrator, the vibration at the upper frequency is perceived as acoustically unpleasant for the user, and on the other hand, a very high frequency resolution of the density measuring device is required, which in turn increases the expenditure on equipment. Furthermore, the measurement of the second vibration damping curve of the flexural vibrator at the upper frequency is subject to a large measurement inaccuracy, which is revealed by comparing the two measured vibration damping curves

das Ermitteln des eindeutigen Viskositätswertes überträgt. determining the unique viscosity value.

Des Weiteren offenbart die Patentschrift AT 505 985 B1 ein Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwertes zur Korrektur eines viskositätsbedingten systematischen Messfehlers bei der Dichtebestimmung einer Flüssigkeit, welche in einem Biegeschwinger angeordnet ist. In dem Verfahren wird der Biegeschwinger während des Messvorgangs zu einer Schwingung in einer Grundfrequenz sowie zu einer Schwingung in einer Oberfrequenz des Biegeschwingers angeregt. Aus den beiden Schwingungen werden zwei unkorrigierte Dichten ermittelt. Aus der relativen Differenz der unkorrigierten Dichten kann mittels einer von der relativen Differenz abhängigen und vorbestimmbaren Korrekturwertefunktion ein Korrekturwert zur Furthermore, the patent specification AT 505 985 B1 discloses a method for determining a correction value for correcting a viscosity-related systematic measurement error when determining the density of a liquid which is arranged in a oscillating vibrator. In the method, the flexural vibrator is excited during the measurement process to oscillate at a fundamental frequency and to oscillate at an upper frequency of the flexural vibrator. Two uncorrected densities are determined from the two oscillations. From the relative difference between the uncorrected densities, a correction value for the

Ermittlung einer korrigierten Dichte ermittelt werden. Determination of a corrected density are determined.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass zur Ermittlung einer tatsächlichen Dichte mehrere Dichtemessungen bei verschiedenen Anregungsfrequenzen durchgeführt werden müssen, weshalb in dem zum Ermitteln der korrigierten Dichte verwendeten Dichtemessgerät aufwändige Elektronikkomponenten verbaut sein müssen, wodurch ein hoher apparativer The disadvantage of this method is that to determine an actual density, several density measurements must be carried out at different excitation frequencies, which is why complex electronic components have to be installed in the density measuring device used to determine the corrected density, which means that a high level of equipment is required

Aufwand gegeben ist. effort is given.

Somit besteht nach wie vor ein Bedarf nach einer verbesserten Ermittlung eines viskositätsbedingten Messfehlers bei der Dichtemessung einer Flüssigkeit mit einem There is therefore still a need for improved determination of a viscosity-related measurement error when measuring the density of a liquid using a

Dichtemessgerät, welches einen die Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwinger aufweist. Density meter, which has a flexural vibrator containing the liquid.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren sowie ein Dichtemessgerät The object of the invention is therefore to provide a method and a density measuring device

bereitzustellen, welche die Nachteile des Stands der Technik vermeiden. provide, which avoid the disadvantages of the prior art.

Diese Aufgabe wird durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Ermitteln eines viskositätsbedingten Messfehlers bei der Dichtemessung einer Flüssigkeit mit einem Dichtemessgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einem Dichtemessgerät zum This object is achieved by providing a method for determining a viscosity-related measurement error when measuring the density of a liquid with a density meter according to the preamble of claim 1 and a density meter for

Messen einer Dichte einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4 gelöst. Measuring a density of a liquid according to the preamble of claim 4 solved.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte: The method according to the invention comprises the following steps:

Ermitteln zumindest einer ersten Korrekturamplitude einer angeregten Schwingung bei einer ersten Temperatur sowie einer zweiten Korrekturamplitude einer angeregten Schwingung bei einer zweiten Temperatur während der Anpassung der Temperatur der Flüssigkeit an die Zieltemperatur; determining at least a first correction amplitude of an excited vibration at a first temperature and a second correction amplitude of an excited vibration at a second temperature while adjusting the temperature of the liquid to the target temperature;

Ermitteln von zumindest zwei Dämpfungskorrekturwerten aus den Kehrwerten der zumindest zwei Korrekturamplituden; determining at least two damping correction values from the reciprocal values of the at least two correction amplitudes;

Bestimmung eines Steigungswertes aus einer numerischen Ableitung der Dämpfungskorrekturwerte nach der Temperatur; determining a slope value from a numerical derivative of the damping correction values with respect to temperature;

Ermitteln eines Dämpfungswertes aus dem Kehrwert der bei der Zieltemperatur gemessenen Amplitude; determining an attenuation value from the reciprocal of the amplitude measured at the target temperature;

Ermitteln eines, dem ermittelten Dämpfungswert entsprechenden, eindeutigen Viskositätswertes aus einer vorbestimmten, einen Maximalwert der Dämpfung aufweisenden Dämpfungssättigungsfunktion mittels des Steigungswertes, wobei beim Schritt des Ermittelns des eindeutigen Viskositätswertes (negq) bei einem positiven Steigungswert der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (nea), welcher größer ist als der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert; bei einem negativen Steigungswert der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (n.q), welcher geringer ist als der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert und bei einem Steigungswert von Null der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (nea), welcher der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert ist, ausgewählt wird; Determination of a clear viscosity value corresponding to the determined damping value from a predetermined damping saturation function having a maximum damping value by means of the slope value, wherein in the step of determining the clear viscosity value (negq) with a positive slope value the clear viscosity value (nea ), which is greater than the viscosity value corresponding to the maximum damping value (D); with a negative slope value, the unique viscosity value (n.q) corresponding to the damping value (D), which is lower than the viscosity value corresponding to the maximum value of the damping (D) and with a slope value of zero, the unique viscosity value (nea) corresponding to the damping value (D), which is the viscosity value corresponding to the maximum value of damping (D) is selected;

Auswählen des dem eindeutigen Viskositätswert entsprechenden Messfehlers aus einer Selecting the measurement error corresponding to the unique viscosity value from a

vorbestimmten Messfehlerverteilungsfunktion. predetermined measurement error distribution function.

Hierdurch ist einerseits der Vorteil erhalten, dass der Kehrwert der Amplitude der Schwingung des Biegeschwingers, welche während dem Messvorgang kontinuierlich aufgezeichnet wird, als Maß für die Schwingungsdämpfung herangezogen wird. Die Amplitudenmessung ist im Vergleich zu Verfahren, bei denen die Güte der Schwingung des Biegeschwingers als Maß für die Schwingungsdämpfung in einer weitaus aufwändigeren Messung bestimmt wird, mit einem geringeren apparativen Aufwand verbunden, sowie genauer und schneller messbar. On the one hand, this has the advantage that the reciprocal value of the amplitude of the vibration of the flexural vibrator, which is continuously recorded during the measuring process, is used as a measure for the vibration damping. Compared to methods in which the quality of the vibration of the flexural vibrator is determined as a measure of the vibration damping in a much more complex measurement, the amplitude measurement is associated with less equipment and can be measured more precisely and quickly.

Darüber hinaus kann bereits während der Anpassung der Temperatur der Flüssigkeit an die Zieltemperatur mittels der Dämpfungssättigungsfunktion und dem Steigungswert ein eindeutiger Viskositätswert ermittelt werden, anhand dessen der Messfehler ausgewählt wird. Somit wird vermieden, dass bei jedem Messvorgang mehrere Werte der Dichte oder Güte ermittelt werden müssen, womit zusätzlich Messzeit eingespart wird, ohne an In addition, a clear viscosity value can already be determined during the adjustment of the temperature of the liquid to the target temperature using the damping saturation function and the gradient value, on the basis of which the measurement error is selected. This avoids having to determine several values of the density or quality with each measurement process, which saves additional measurement time

Messgenauigkeit einzubüßen. sacrificing measurement accuracy.

Erfindungsgemäß ist beim Schritt des Ermittelns des eindeutigen Viskositätswertes bei einem positiven Steigungswert der dem Dämpfungswert entsprechende eindeutige Viskositätswert größer als der dem Maximalwert der Dämpfung entsprechende Viskositätswert, und bei einem negativen Steigungswert der dem Dämpfungswert entsprechende eindeutige Viskositätswert geringer als der dem Maximalwert der Dämpfung entsprechende Viskositätswert. Bei einem Steigungswert von Null ist der dem Dämpfungswert entsprechende eindeutige Viskositätswert According to the invention, in the step of determining the unique viscosity value, if the gradient value is positive, the unique viscosity value corresponding to the damping value is greater than the viscosity value corresponding to the maximum damping value, and if the gradient value is negative, the unique viscosity value corresponding to the damping value is lower than the viscosity value corresponding to the maximum damping value. When the slope value is zero, is the unique viscosity value corresponding to the damping value

jener Viskositätswert, welcher dem that viscosity value which the

Maximalwert der Dämpfung entspricht. Somit kann vorteilhafterweise bereits aus einer einmalig vorzunehmenden Messung von jeweils zwei Messwerten der Temperatur und der Amplitude bestimmt werden, welcher der beiden Viskositätswerte, welche während dem Messvorgang für die Viskositätskorrektur in Frage kommen, oder ob der dem Maximalwert corresponds to the maximum value of the damping. It is thus advantageously possible to determine from a one-time measurement of two measured values of the temperature and the amplitude which of the two viscosity values that come into question for the viscosity correction during the measuring process, or whether it is the maximum value

der Dämpfung entsprechende Viskositätswert für die Korrektur herangezogen wird. The viscosity value corresponding to the damping is used for the correction.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zum Ermitteln eines viskositätsbedingten Messfehlers anschließend an das Auswählen des Messfehlers mit Hilfe des ausgewählten Messfehlers die Dichte korrigiert. Somit kann in einfacher Art und According to a further preferred embodiment of the method, in order to determine a viscosity-related measurement error, the density is corrected with the aid of the selected measurement error after the measurement error has been selected. Thus, in a simple way and

Weise die korrigierte Dichte durch das Dichtemessgerät ermittelt werden. way the corrected density can be determined by the density meter.

Die Messeinrichtung des erfindungsgemäßen Dichtemessgerätes ist mit einer Recheneinheit verbunden, welche dazu ausgebildet ist, die korrigierte Dichte der Flüssigkeit aus der gemessenen Periodendauer, der gemessenen Amplitude sowie der gemessenen Temperatur zu ermitteln. Hierdurch ist der Vorteil erhalten, dass die korrigierte Dichte mittels der Recheneinheit schnell und einfach ermittelt werden kann. Insbesondere kann die Recheneinheit die vorbestimmte Dämpfungssättigungsfunktion sowie die vorbestimmte Fehlerverteilungsfunktion verwenden, um die korrigierte Dichte aus den gemessenen The measuring device of the density measuring device according to the invention is connected to a computing unit which is designed to determine the corrected density of the liquid from the measured period, the measured amplitude and the measured temperature. This has the advantage that the corrected density can be determined quickly and easily using the computing unit. In particular, the computing unit can use the predetermined attenuation saturation function and the predetermined error distribution function to calculate the corrected density from the measured

Periodendauern, Amplituden und Temperaturen zu ermitteln. to determine periods, amplitudes and temperatures.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Dichtemessgerätes ist der Biegeschwinger aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt. Somit kann vorteilhafterweise die Amplitude der Schwingung des Biegeschwingers mit einer besonders hohen Genauigkeit According to a preferred embodiment of the density measuring device, the oscillating vibrator is made of a metal or a metal alloy. Thus, advantageously, the amplitude of the vibration of the flexural vibrator with a particularly high accuracy

gemessen werden. be measured.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Dichtemessgerätes sind die Temperaturmessmittel Heißleiter. Somit kann die Temperatur der Flüssigkeit, welche sich in dem Biegeschwinger befindet, besonders einfach gemessen werden, indem Heißleiter an der Oberfläche des Biegeschwingers positioniert werden und aus der Widerstandsänderung der Heißleiter Rückschlüsse auf die Temperatur der Flüssigkeit gezogen werden. Insbesondere können zur Temperaturmessung ein einzelnes oder mehrere einzelne Heißleiterelemente an einem einzelnen Oberflächensegment oder mehreren verschiedenen Oberflächensegmenten According to a further preferred embodiment of the density measuring device, the temperature measuring means are thermistors. The temperature of the liquid in the flexural vibrator can thus be measured particularly easily by positioning thermistors on the surface of the flexural vibrator and drawing conclusions about the temperature of the liquid from the change in resistance of the thermistors. In particular, a single or a plurality of individual thermistor elements on a single surface segment or on a plurality of different surface segments can be used for temperature measurement

des Biegeschwingers positioniert werden. of the U-tube can be positioned.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme The present invention will now be described by way of example with reference

auf die Figuren näher erläutert. explained in more detail on the figures.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten eines Figure 1 shows a schematic representation of the essential components of a

Dichtemessgerätes gemäß Anspruch 4. Density meter according to claim 4.

Figur 2 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf von Dämpfungskorrekturwerten zweier verschiedener Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur der Flüssigkeiten darstellt. FIG. 2 shows a diagram which shows the course of the damping correction values of two different liquids with different viscosities as a function of the temperature of the liquids.

Figur 3 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf einer Schwingungsdämpfung eines Biegeschwingers in Abhängigkeit von der Viskosität einer Flüssigkeit darstellt. FIG. 3 shows a diagram which shows the course of vibration damping of a flexural vibrator as a function of the viscosity of a liquid.

Figur 4 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf einer Messfehlerverteilungsfunktion in Figure 4 shows a diagram showing the course of a measurement error distribution function in

Abhängigkeit von der Viskosität einer Flüssigkeit darstellt. Represents dependence on the viscosity of a liquid.

Figur 1 zeigt ein Dichtemessgerät 1, welches einen Biegeschwinger 2 aufweist, welcher mit der zu messenden Flüssigkeit gefüllt ist. Der Biegeschwinger 2 wird mit Hilfe einer Anregeeinheit 3 zu Schwingungen angeregt. Darüber hinaus ist der Biegeschwinger 2 mit einer Temperierungsvorrichtung 4 verbunden, welche dazu ausgebildet ist, die Temperatur T der Flüssigkeit im Biegeschwinger 2 an eine Zieltemperatur Tzieı anzupassen. Zur Messung der Temperatur T der Flüssigkeit ist der Biegeschwinger 2 mit Temperaturmessmitteln 5 verbunden. FIG. 1 shows a density measuring device 1 which has a flexural vibrator 2 which is filled with the liquid to be measured. The oscillating vibrator 2 is excited to oscillate with the aid of an excitation unit 3 . In addition, the oscillating vibrator 2 is connected to a temperature control device 4, which is designed to adjust the temperature T of the liquid in the oscillating vibrator 2 to a target temperature Tzieı. The oscillating vibrator 2 is connected to temperature measuring means 5 to measure the temperature T of the liquid.

In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform des Dichtemessgerätes 1 sind die Temperaturmessmittel 5 an einem Ende des Biegeschwingers 2 an einer von der Schwingung des Biegeschwingers 2 nicht beeinflussten Stelle positioniert. Es ist aber möglich, dass die Temperaturmessmittel an einer anderen, von der Schwingung des Biegeschwingers 2 nicht beeinflussten Stelle des Biegeschwingers 2 vorgesehen sind. Darüber hinaus können die Temperaturmessmittel 5 auch mehrere Temperaturmesselemente umfassen, die an mehreren von der Schwingung des Biegeschwingers 2 nicht beeinflussten Positionen des Biegeschwingers 2 vorgesehen sind. In the embodiment of the density measuring device 1 illustrated in FIG. However, it is possible for the temperature measuring means to be provided at a different point on the flexural vibrator 2 that is not influenced by the vibration of the flexural vibrator 2 . In addition, the temperature measuring means 5 can also comprise a number of temperature measuring elements which are provided at a number of positions of the flexural vibrator 2 which are not influenced by the vibration of the flexural vibrator 2 .

Des Weiteren ist der Biegeschwinger 2 zum Messen einer Periodendauer sowie einer Amplitude A der Schwingung des Biegeschwingers 2 mit einer Messeinrichtung 6 verbunden, welche wiederum mit einer Recheneinheit 7 verbunden ist. Die Recheneinheit 7 ist dazu ausgebildet die korrigierte Dichte der Flüssigkeit aus der gemessenen Periodendauer, der Furthermore, the flexural vibrator 2 is connected to a measuring device 6 for measuring a period and an amplitude A of the oscillation of the flexural vibrator 2 , which in turn is connected to a computing unit 7 . The computing unit 7 is designed to the corrected density of the liquid from the measured period, the

gemessenen Amplitude A sowie der gemessenen Temperatur T zu ermitteln. to determine the measured amplitude A and the measured temperature T.

Figur 2 zeigt ein Diagramm 8, welches den Verlauf von Dämpfungskorrekturwerten Dr zweier verschiedener Flüssigkeiten in Abhängigkeit von der sich während der Zeit des Temperaturangleiches ändernden Temperatur T der Flüssigkeiten im Bereich ihrer Zieltemperatur Tzieı darstellt. In dem Diagramm 8 sind zwei Dämpfungskorrekturkurven 11, FIG. 2 shows a diagram 8, which shows the course of damping correction values Dr of two different liquids as a function of the temperature T of the liquids, which changes during the time of temperature equalization, in the range of their target temperature Tzieı. In the diagram 8 are two damping correction curves 11,

14 sowie vier Dämpfungskorrekturmesswerte 9, 10, 12, 13 zweier Flüssigkeiten abgebildet. 14 and four damping correction measurements 9, 10, 12, 13 of two liquids.

Die beiden Flüssigkeiten unterscheiden sich bezüglich ihrer Viskosität n, wobei eine erste Flüssigkeit eine höhere Viskosität n aufweist als eine zweite Flüssigkeit. Die Dämpfungskorrekturkurve 11 der ersten Flüssigkeit kann beispielsweise durch einen Fit The two liquids differ in terms of their viscosity n, with a first liquid having a higher viscosity n than a second liquid. The damping correction curve 11 of the first liquid can, for example, by a fit

durch die bei zwei verschiedenen Temperaturen T während des Temperaturangleiches der by the at two different temperatures T during the temperature adjustment of

Probe gemessenen Dämpfungskorrekturmesswerte 9, 10 der ersten Flüssigkeit ermittelt werden. Sample measured damping correction values 9, 10 of the first liquid are determined.

Die Dämpfungskorrekturkurve 14 der zweiten Flüssigkeit kann beispielsweise durch einen Fit durch die bei zwei verschiedenen Temperaturen T während des Temperaturangleiches der Probe gemessenen Dämpfungskorrekturmesswerte 12, 13 der zweiten Flüssigkeit ermittelt The damping correction curve 14 of the second liquid can be determined, for example, by fitting the measured damping correction values 12, 13 of the second liquid at two different temperatures T during the temperature equalization of the sample

werden. will.

Die Dämpfungskorrekturkurven können alternativ auch durch einen Fit durch mehr als zwei Dämpfungskorrekturmesswerte ermittelt werden sowie unterschiedliche Formen, Alternatively, the damping correction curves can also be determined by a fit using more than two damping correction measured values, as well as different shapes,

beispielsweise eine exponentielle Form, aufweisen. for example an exponential form.

Wie Figur 2 zu entnehmen ist, ist ein Steigungswert der Dämpfungskorrekturkurve 11 der höherviskosen ersten Flüssigkeit positiv, da die Dämpfungskorrekturwerte Dx der ersten Flüssigkeit mit steigender Temperatur T der ersten Flüssigkeit ansteigen. As can be seen from FIG. 2, a gradient value of the damping correction curve 11 of the higher-viscosity first liquid is positive, since the damping correction values Dx of the first liquid increase with increasing temperature T of the first liquid.

Da die Viskosität n der ersten Flüssigkeit mit steigender Temperatur T der ersten Flüssigkeit abnimmt, ist dies äquivalent mit der Aussage, dass die Dämpfungskorrekturwerte Dx der Since the viscosity n of the first liquid decreases as the temperature T of the first liquid increases, this is equivalent to saying that the damping correction values Dx der

ersten Flüssigkeit mit abnehmender Viskosität 1 der ersten Flüssigkeit ansteigen. first liquid increase with decreasing viscosity 1 of the first liquid.

Wie Figur 2 des Weiteren entnommen werden kann, ist der Steigungswert der Dämpfungskorrekturkurve 14 der niederviskosen zweiten Flüssigkeit negativ, da die Dämpfungskorrekturwerte Dx der zweiten Flüssigkeit mit steigender Temperatur T der zweiten Flüssigkeit abnimmt. As can also be seen from FIG. 2, the gradient value of the damping correction curve 14 of the low-viscosity second liquid is negative, since the damping correction values Dx of the second liquid decrease with increasing temperature T of the second liquid.

Da die Viskosität n der zweiten Flüssigkeit mit steigender Temperatur T der zweiten Flüssigkeit abnimmt, ist dies äquivalent mit der Aussage, dass die Dämpfungskorrekturwerte Since the viscosity n of the second liquid decreases as the temperature T of the second liquid increases, this is equivalent to saying that the damping correction values

Dx der zweiten Flüssigkeit mit abnehmender Viskosität n der zweiten Flüssigkeit abnimmt. Dx of the second liquid decreases with decreasing viscosity n of the second liquid.

Figur 3 zeigt in einem Diagramm 15 den Verlauf einer Schwingungsdämpfung D eines Biegeschwingers 2 in Abhängigkeit von der Viskosität 1 einer Flüssigkeit, wobei aus Darstellungsgründen die Werte der Dämpfung D zur besseren Veranschaulichung gegen die Wurzel der Viskosität 1 aufgetragen sind. Die resultierende Kurve wird im Folgenden als Dämpfungssättigungsfunktion 16 bezeichnet. In a diagram 15, FIG. 3 shows the course of a vibration damping D of a flexural vibrator 2 as a function of the viscosity 1 of a liquid, the values of the damping D being plotted against the square root of the viscosity 1 for better illustration. The resulting curve is referred to as the attenuation saturation function 16 below.

Die Dämpfungssättigungsfunktion 16 kann beispielsweise bei einer Kalibrierung des Dichtemessgerätes 1 vor der Messung bestimmt werden, wobei die Kalibrierung insbesondere mittels verschiedener Viskositätseichöle, welche jeweils eine bekannte Viskosität 1 The damping saturation function 16 can be determined, for example, when calibrating the density measuring device 1 before the measurement, the calibration being carried out in particular by means of different viscosity calibration oils, each of which has a known viscosity 1

aufweisen, durchgeführt werden kann. have, can be performed.

Wie Figur 3 zu entnehmen ist, weist die Dämpfungssättigungsfunktion 16 zwei Äste auf, As can be seen from FIG. 3, the attenuation saturation function 16 has two branches,

welche durch einen Maximalwert der Dämpfung D bei einer Grenzviskosität 17 getrennt sind. which are separated by a maximum value of the damping D at an intrinsic viscosity 17.

Auf einem linken Ast der Dämpfungssättigungsfunktion 16 steigt die Dämpfung D mit steigender Viskosität 1 an, während auf einem rechten Ast der Dämpfungssättigungsfunktion 16 die Dämpfung D mit steigender Viskosität 1 abnimmt. On a left-hand branch of the damping saturation function 16, the damping D increases with increasing viscosity 1, while on a right-hand branch of the damping saturation function 16 the damping D decreases with increasing viscosity 1.

Durch das Vorhandensein der beiden Äste ist ersichtlich, dass im Wesentlichen zu jedem By the presence of the two branches it can be seen that essentially each

Wert der Dämpfung D zwei korrespondierende Werte der Viskosität 1 existieren. value of damping D two corresponding values of viscosity 1 exist.

Zur Bestimmung eines eindeutigen Viskositätswertes 1eq aus einem ermittelten Dämpfungswert D mittels der Dämpfungssättigungsfunktion 16 kann nun der Steigungswert der Flüssigkeit herangezogen werden, um zu entscheiden, auf welchem der beiden Äste der To determine a clear viscosity value 1eq from a determined damping value D using the damping saturation function 16, the slope value of the liquid can now be used to decide on which of the two branches the

eindeutigen Viskositätswert n.q liegt. unique viscosity value n.q.

Es kann davon ausgegangen werden, dass nur Flüssigkeiten gemessen werden, deren Viskosität mit steigender Temperatur abnimmt. Deshalb kann die Änderung der Schwingungsdämpfung in Abhängigkeit von der sich während der Angleichszeit ändernden It can be assumed that only liquids are measured whose viscosity decreases with increasing temperature. Therefore, the change in the vibration damping depending on the changing during the adjustment time

Temperatur betrachtet werden, ohne die Viskosität der Flüssigkeit explizit messen zu müssen. temperature can be considered without having to explicitly measure the viscosity of the liquid.

Ist der Steigungswert einer Flüssigkeit positiv, so befindet sich der eindeutige Viskositätswert neq auf dem rechten Ast der Dämpfungssättigungsfunktion 16, da die Dämpfung D der Flüssigkeit mit abnehmender Viskosität 1 der Flüssigkeit ansteigt. If the gradient value of a liquid is positive, then the unique viscosity value neq is on the right branch of the damping saturation function 16, since the damping D of the liquid increases with decreasing viscosity 1 of the liquid.

Ist der Steigungswert einer Flüssigkeit hingegen negativ, so befindet sich der eindeutige Viskositätswert neq auf dem linken Ast der Dämpfungssättigungsfunktion 16, da die Dämpfung D mit abnehmender Viskosität 1 der Flüssigkeit abnimmt. On the other hand, if the gradient value of a liquid is negative, then the unique viscosity value neq is on the left branch of the damping saturation function 16, since the damping D decreases with decreasing viscosity 1 of the liquid.

Figur 4 zeigt ein Diagramm 18, welches den Verlauf zweier Messfehlerverteilungsfunktionen E(n) in Abhängigkeit von der Viskosität 1 einer Flüssigkeit darstellt. Analog zu Figur 3 sind in Figur 4 die Werte der Messfehler E zur besseren Veranschaulichung gegen die Wurzel der Viskosität 1 aufgetragen. FIG. 4 shows a diagram 18 which shows the course of two measurement error distribution functions E(n) as a function of the viscosity 1 of a liquid. Analogously to FIG. 3, in FIG. 4 the values of the measurement errors E are plotted against the square root of the viscosity 1 for better illustration.

Der Verlauf der Messfehlerverteilungsfunktionen E(n) ist abhängig von der Geometrie des Biegeschwingers 2, von dem Material, aus dem der Biegeschwinger 2 gefertigt ist, von der Schwingungsmode, im welcher die Messung durchgeführt wird und von der The course of the measurement error distribution function E(n) depends on the geometry of the flexural vibrator 2, on the material from which the flexural vibrator 2 is made, on the vibration mode in which the measurement is carried out and on the

Phasenverschiebung zwischen der Schwingungsanregung des Biegeschwingers 2 und dem Phase shift between the vibration excitation of the flexural vibrator 2 and the

Auslesen der Messwerte durch die Auswerteeinheit 6. Reading out the measured values by the evaluation unit 6.

Die Messfehlerverteilungsfunktion E(n) in Figur 4 entspricht einer Phasendifferenz von 45° The measurement error distribution function E(n) in FIG. 4 corresponds to a phase difference of 45°

zwischen einer Anregung und einem Auslesen einer Schwingung eines Biegeschwingers 2. between an excitation and a readout of a vibration of a flexural vibrator 2.

Aus der in Fig. 4 dargestellten Messfehlerverteilungsfunktion E(n) ist ersichtlich, dass ein Messfehler E bei einer Phasendifferenz von 45° im Bereich niedriger Viskosität 1 der Flüssigkeit im Wesentlichen Null beträgt und erst bei höheren Werten der Viskosität 7 It can be seen from the measurement error distribution function E(n) shown in Fig. 4 that a measurement error E with a phase difference of 45° in the low viscosity range 1 of the liquid is essentially zero and only at higher viscosity values 7

ansteigt. increases.

Claims

Patent Claims:

1. Method for determining a viscosity-related measurement error (E) when measuring the density of a liquid with a density measuring device (1) which has a flexural vibrator (2) containing the liquid, whereby according to the method first the temperature (T) of the liquid reaches a target temperature (Ttarget ) is adjusted, a period and an amplitude (A) of an oscillation of the oscillating vibrator (2) excited by an excitation unit (3) are measured and then a density of the liquid is determined from the period, the method being characterized by the following further steps :

determining at least a first correction amplitude of an excited vibration at a first temperature (T) and a second correction amplitude of an excited vibration at a second temperature (T) during the adjustment of the temperature (T) of the liquid to the target temperature (T target);

determining at least two damping correction values (Dx}) from the reciprocal values of the at least two correction amplitudes;

Determination of a gradient value from a numerical derivation (dDx/dT) of the damping correction values (DK) according to the temperature (T);

determining an attenuation value (D) from the reciprocal of the amplitude (A) measured at the target temperature (Ttarget);

Determination of a clear viscosity value (neq) corresponding to the determined damping value (D) from a predetermined damping saturation function (16) having a maximum value of the damping (D) by means of the slope value, wherein in the step of determining the clear viscosity value (nea) with a positive slope value the unique viscosity value (n.q) corresponding to the damping value (D) which is greater than the viscosity value corresponding to the maximum value of the damping (D); with a negative slope value, the unique viscosity value (na) corresponding to the damping value (D), which is lower than the viscosity value corresponding to the maximum value of the damping (D) and with a slope value of zero, the unique viscosity value (n24) corresponding to the damping value (D), which is the viscosity value corresponding to the maximum value of damping (D) is selected;

Select the measurement error (E) corresponding to the unique viscosity value (nea).

a predetermined measurement error distribution function (E(n));

2. The method according to claim 1, characterized in that to determine the viscosity-related measurement error (E) subsequent to the selection of the measurement error (E) with the aid of the selected measurement error (E) the density is corrected.

3. Density measuring device for measuring a density of a liquid, comprising a vibratory transducer (2) containing the liquid to be measured, which is used to adjust the temperature (T) of the liquid to a target temperature (Tzieı) with a temperature control device (4), and to stimulate an oscillation of the flexural vibrator (2) is connected to an excitation unit (3) and has temperature measuring means (5) for measuring the temperature (T) of the liquid, the flexural vibrator (2) also for measuring a period and an amplitude (A) of the oscillation of the flexural vibrator (2) is connected to a measuring device (6), characterized in that the measuring device (6) is connected to a computing unit (7) which is designed to calculate the corrected density of the liquid by means of a method according to one of Claims 1 to 3 from the measured period, the measured amplitude (A) and the

to determine the measured temperature (T).

4. Density meter according to claim 3, characterized in that the oscillating vibrator (2)

is made of a metal or a metal alloy.

5. Density meter according to claim 3 or 4, characterized in that the

Temperature measuring means (5) are thermistors.