CH615754A5

CH615754A5 -

Info

Publication number: CH615754A5
Application number: CH823276A
Authority: CH
Inventors: Edward R Brady
Original assignee: Itt
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1976-06-28
Publication date: 1980-02-15
Also published as: GB1543420A; FR2317644A1; CA1080998A; US3967490A; DE2627954A1; JPS5231773A; NL7606747A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vibrations-Dichtemessgerät mit einem zum Eintauchen in ein Fluid bestimmten Element, enthaltend eine in Schwingungen versetzbare Platte, weiter mit einem Schwingungsaufnehmer zur Aufnahme der Plattenschwingungen, mit ersten, die Platte in Eigenschwingungen versetzenden Mitteln und schliesslich mit zweiten Mitteln, welche ein vom Ausgangssignal des Schwingungsaufnehmers abgeleitetes Signal an die ersten Mittel rückführen.

Bekannte Vibrationsdichtemessgeräte (siehe z.B. das Schweizer Patent Nr. 543 085, welches im folgenden näher besprochen wird) leiden unter Frequenzverschiebungen als Folge von Temperaturschwankungen des Fluids und/oder des Geräts; die Gerät-Ausgangssignale sind folglich ungenau.

Ausserdem eignen sich diese herkömmlichen Geräte aus Gründen des technologischen Aufbaus kaum für den Einsatz bei hohen Fluid bzw. Umgebungstemperaturen.

Mit steigender bzw. fallender Temperatur expandiert bzw. kontrahiert das Volumen vieler Fluide. Es wird deshalb oftmals gewünscht, ein Vibrations-Dichtemessgerät zu besitzen, dessen

Ausgangssignal, unter Berücksichtigung der tatsächlichen (Fluid) temperatur, der Dichte des Fluids proportional ist, dies bezogen auf eine bestimmte Referenztemperatur. Es wäre dann möglich, den gesamten oder den auf die Zeiteinheit bezogenen s Massendurchsatz in einer Rohrleitung mit Hilfe eines Durchflussmessers zu bestimmen, dessen Ausgangssignal lediglich dem gesamten oder dem auf die Zeiteinheit bezogenen Volumendurchsatz entspricht.

Das erfindungsgemässe, im Patentanspruch 1 definierte ic Gerät ist so ausgelegt, dass der einwandfreie Betrieb bei hohen Temperaturen gewährleistet wird; auch die Anzeige der Fluid-dichte und gegebenenfalls der—temperatur unterliegt nicht mehr den erwähnten Schwankungen. Dies wird dadurch erreicht, dass als Schwingungsaufnehmer ein vorzugsweise i 5 direkt auf der in Schwingungen versetzbaren Platte befestigter Dehnmessstreifen verwendet wird; dieser wirkt sowohl als Temperatur- als auch als Vibrationsfrequenz-Fühler und liefert grundsätzlich zwei Signale, die in der Folge derart verarbeitet und kombiniert werden, dass das Gerät eine, wie bereits oben 2t erwähnt, auf eine bestimmte Referenztemperatur bezogene FluiddichteAnzeige abgibt.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich aus der folgenden Beschreibung uns vorbekannten und eines erfin-dungsgemässen Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten 25 Zeichnung besser verstehen. Die Figuren zeigen:

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 einen vergrösserten Längsschnitt eines Sondenteils aus Fig. 1,

Fig. 6 einen Längsschnitt entlang der Linie 6-6 durch ein ;w Befestigungsteil für den elektrischen Anschluss, der im wesentlichen an der Sonde befestigt ist, aus Fig. 2,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, ähnlich der in Fig. 3 gezeigten,

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 7 35 Fig. 9 eine Draufsicht der Platte mit dem auf dieser gebon-deten Dehnmessstreifen,

Fig. 10 ein Blockdiagramm des erfindungsgemässen Dichtemessgeräts,

Fig. 11 ein Blockdiagramm des Vorverstärkers aus Fig. 10,

40 und

Fig. 12 ein Schema der Linearisierungsschaltung aus Fig. 10.

In den Fig. 1-6 soll nun kurz das herkömmliche Dichtemessgerät, wie es bereit ausführlich im erwähnten Schweizerpatent beschrieben wurde, dargestellt werden.

45 In Fig. 1 wird eine Sonde 10' gezeigt, die einen Schaft 11 ' aufweist, und die ferner ein Gehäuse 12 an ihrem oberen Ende, einen röhrenförmigen Bauteil 13 an ihrem unteren Ende sowie einen am oberen Ende des Gehäuses 12 durch Bolzen 15 fixierten elektrischen Anschluss 14 besitzt. Die ringförmigen 50 Befestigungsteile 16 und 17 umgeben den Schaft 11' und befestigen die Sonde 10' in einem hohlen zylindrischen Ansatz 18 der Rohrleitung 19, wie in Fig. 2 gezeigt wird.

Aus den Fig. 1 und 2 ist eine Platte 20 aus rostfreiem Stahl 55 ersichtlich, die in dem Bauteilelement 13 senkrecht zur Achse eines hohlzylindrischen, magnetostriktiven innern Rohres 21 befestigt ist. Die Platte 20 kann auch symmetrisch zur Achse der ihn umgebenden äussern Hülse 22 befestigt werden.

Die Platte 20 kann rechteckig mit flachen und parallelen 60 oberen und unteren Begrenzungsflächen ausgebildet sein, wie in Fig. 2 gezeigt wird.

Der Schaft 11' besteht aus dem innern Rohr 21 und einem äussern magnetischen Rohr 23. Eine um einen Nylonspulenkörper 25 gewickelte Antriebsspule oder Magnetspulenwicklung 24 65 ist fest auf die äussere Fläche des innern Rohres 21 angepresst und sitzt im Zwischenraum zwischen den Rohren 21 und 23. Die Spule 24 wird so in einer weitgehend fixierten Stellung auf dem innern Rohr 21 gehalten.

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Die Platte 20 wird zwischen zwei Halbzylindern 26 und 27 gehalten, siehe Fig. 2 und 3.

Die Halbzylinder 26 bzw. 27 haben je vier Vorsprünge 28 bzw. 29. Diese Vorsprünge verhindern eine Längsbewegung der Platte 20 zwischen den Halbzylindern 26 und 27 und stellen wegen ihres geringen gegenseitigen Abstands bei 35 (Fig. 3) sicher, dass der Kontaktdruck der Halbzylinder auf die Platte genügend hoch ist.

Die Halbzylinder 26 und 27 und die Platte 20 besitzen eine Ivtulde oder Aussparung zur Aufnahme eines piezoelektrischen Kristalls 30. Der Kristall 30 hat elektrische Zuleitungen 31 und 32, die sich um die Halbzylinder 26 und 27 in Rillen 33 und 34 bis zu einem Punkt erstrecken, ab dem sie in das hohle Innere des innern Rohres 21 hineinragen. Dieser Einlass befindet sich an dem untern Ende des innern Rohres 21, siehe Fig. 2.

Das innere Rohr 21 hat einen ringförmigen Ansatz 39 mit einer Schulter 40. Das äussere Rohr 23 hat eine untere Ausbohrung 41, die von der engeren obern Ausbohrung 42 durch eine ringförmige Schulter 43 getrennt ist. Die Schultern 40 und 43 stossen aneinander. Von der Schulter 40 bis zu dem untern Ende des innern Rohres 21 ist dieses sowohl bei angeregter wie auch nichtangeregter Spule 24 stets unter axialer Druckspannung. Die Spule 24 wird mit Wechselstrom betrieben, der somit lediglich den Spannungsgrad des innern Rohres 21 ändert.

Die Art, in der die Sonde 10' an der Rohrleitung 19 befestigt ist, lässt sich besser aus der Fig. 5 erkennen. Dieser Figur ist zu entnehmen, dass das äussere Rohr 23 eine nach aussen gerichtete radiale Verbreiterung 45 besitzt, auf deren beiden Seiten 0-Ringe 46 und 47 aus Gummi durch die Befestigungsteile 16 und 17 angepresst werden. Das Befestigungsteil 17 ist im Ansatz 18 eingeschraubt und darin durch ein herkömmliches Abdichtmittel 48 abgedichtet, wie Fig. 2 zeigt. Aus Fig. 5 erkennt man ferner, dass das Befestigungsteil 16 bei 49 im Befestigungsteil 17 eingeschraubt ist. Das Ausmass, in dem die 0-Ringe 46 und 47 zusammengepresst werden, wird deshalb durch die Position des Befestigungsteils 16 bestimmt.

Aus der in Fig. 5 gezeigten Konstruktion erkennt man, dass die 0-Ringe 46 und 47 das äussere Rohr 23 berühren und dass deshalb der Schaft 11 niemals weder vom Befestigungsteil 16 noch vom Befestigungsteil 17 berührt wird.

Die Sonde 10, ist so konstruiert, dass die Leitungen der Spule 24 magnetisch gegen die Leitungen des Kristalls 30 abgeschirmt sind.

Wie bereits zuvor gesagt, erstrecken sich die Zuleitungen 31 und 32 vom Kristall 30 hinauf durch das Innere des innern Ringes 21. Am obern Ende des innern Rohres 21 sind nach Fig. 2 die Leitungen 31 und 32 am Einlass eines Differenzverstärkers 61 angeschlossen. Die Zuleitungen 31 und 32 treten somit aus der obern Öffnung des innern Rohres 21 aus.

Der Differenzverstärker 61 kann bei Bedarf im Innern einer Abschirmung 53 gehaltert werden.

Die Art, in welcher der Anschluss 14 an einem Zylinder 51 montiert ist, wird in Fig. 6 gezeigt.

Soweit die kurze Beschreibung des herkömmlichen Dichtemessgeräts.

Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm des erfindungsgemässen Dichtemessgeräts. Grundsätzlich soll hierzu betont werden, dass der piezoelektrische Kristall 30 durch einen Dehnmessstreifen 76 ersetzt wurde. Dies ist an sich neu, wobei der Streifen sowohl als Temperatur- als auch als Vibrationsfrequenz-Fühler wirkt. Da er direkt auf der Platte 20' angebracht ist, werden störende Vibrationen, die bei Verwendung eines Kristalls durch die Art seiner Befestigung auftreten können, vermieden.

Neu gegenüber dem Blockdiagramm aus dem US-Patent Nr. 3 677 067, Fig. 7 - siehe hierzu auch Abs. 2, Spalt 1, Schweizer PS Nr. 543 085 - ist weiter sowohl die Auslegung der Linearisierungsschaltung 109 (oder ausführlich: Fig. 12), als auch die Ankopplung dieser Schaltung an die einzelnen Elemente des Blockdiagramms. Ein Vorverstärker 77 ersetzt den Differenzverstärker 61 von Fig. 2.

Im Blockdiagramm erkennen wir die Sonde 10" enthaltend die Antriebsspule 24', die Platte 20', den Dehnmessstreifen 76 5 und den Vorverstärker 77. Eine Aussparung 78 nimmt die Anschlüsse 79 (Fig. 9) des Dehnmessstreifens 76 auf. Bis auf die weggelassene Rille 34 aus Fig. 3 sind die Halbzylinder 26' und 27' mit den Halbzylindern 26 und 27 identisch.

Die Anschlüsse 79 des Dehnmessstreifens sind mit dem io Vorverstärker 77 verbunden.

Der Dehnmessstreifen 76 ist auf der Platte 20' mit Hilfe einer Glasschicht 80 in bekannter Weise gebondet, siehe hierzu das US-Patent 3 775 839.

Ein Strom-Spannungs-Wandler 76' und die Linearisie-i5 rungsschaltung 109 sind an den Vorverstärker 77 angeschlossen, (Fig. 10).

In Fig. 10 liegt eine Differenzierschaltung 82 zwischen dem Wandler 76' und dem Rechteckwellenwandler 83.

Eine Amplitudensteuerstufe 90, ein Abgleichfilter 91 und 2« ein Leistungsverstärker 92 liegen in dieser Reihenfolge zwischen dem Rechteckwellenwandler 82 und der Antriebsspule 24'. Ein Phasenkomparator 93 empfängt ein Eingangssignal vom Ausgang der Amplitudensteuerstufe 90 und ein weiteres Eingangssignal vom Ausgang des Abgleichfilters 91 und liefert 25 ein Eingangssignal an einen Filterfrequenzregler 94. Dessen Ausgangssignal dient dazu, die Frequenzlage des Durchlassbandes des Filters 91 an die Grundfrequenz des Rechteckwellen-ausgangssignals der Amplitudensteuerstufe 90 anzupassen, damit das Signal durch das Filter 91 den Ausgang mit der 3o geringsten Dämpfung erreicht.

An die Linearisierungsschaltung 109 schliesst sich eine Anzeigevorrichtung 110 an.

Der Vorverstärker 77 in Fig. 11 enthält einen gesteuerten Speisungsteil 111, welcher über die Leitung 112 und den Ver-35 bindungspunkt 105 mit den Leitungen 113 und 114 verbunden ist. Der Dehnmessstreifen 76, der natürlich nicht Bestandteil des Verstärkers ist, liegt zwischen dem Verbindungspunkt 118 und der Masse.

Der Dehnmessstreifen 76 und Widerstände 122,123 und 4" 124 bilden eine Wheatstonsche Brücke. Der Widerstandswert des Widerstandes 124 liegt vorzugsweise in der Nähe des mittleren Widerstandsbereiches des Dehnmessstreifens 76. Die Bezugstemperatur wird als Temperatur definiert, bei der AT gleich Null ist, wie später noch erläutert wird. 45 Die Widerstandswerte der Widerstände 122 und 123 sind praktisch gleich. Der Widerstandswert des Widerstandes 123 ist vorzugsweise etwas grösser als jener des Widerstandes 124. Ein Kondensator 125 liegt zwischen dem Verbindungspunkt 118 und dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 126, 50 an seinem nichtinvertierenden Eingang ist der Verbindungspunkt 121 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 126 wird der Ausgangsleitung 131 des Vorverstärkers 77 zugeführt. Eine zweite Ausgangsleitung 130 ist an die Eingangsleitung 135 (Fig. 12) der Linearisierungsschaltung 109 5S angeschlossen. Aus Fig. 10 ist weiter ersichtlich, dass die Ausgangsleitung 136 des Phasenkomparators 93 gleichfalls dem Eingang (Leitung 137 in Fig. 12) der Linearisierungsschaltung 109 zugeführt wird.

60 Schliesslich ist noch zu erwähnen, dass die Ausgangsleitung 131 das Hauptrückkopplungssignal führt, durch welches die Platte 20' in Vibrationen versetzt wird, wobei der Leistungsverstärker 92 die Spule 24' speist und die Platte 20' in Abhängigkeit vom erwähnten Signal antreibt.

65 Auf der Ausgangsleitung 130 steht das Temperaturhilfssignal in Analogform an.

Die mit dieser verbundene Eingangsleitung 135 ist über einen Widerstand 163 mit dem invertierenden Eingang eines

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Differenzverstärkers 165 verbunden, wobei sein nichtinvertie-render Eingang an der Masse 166 liegt. 165 und die dazugehörenden Stromkreise bilden einen herkömmlichen Verstärker, dessen Nullpunkt in Abhängigkeit von der Stellung eines Potentiometer-Schleifers 169 verschiebbar ist.

In Fig. 12 wird das Schema der Linearisierungsschaltung 109 näher behandelt.

Ein einpoliger Umschalter 171 besitzt einen an den Verbindungspunkt 142 angeschlossenen Kontaktarm 172, einen Kontakt 173, der mit dem Eingang eines Inverters verbunden ist und einen mit dem Verbindungspunkt 143 verbundenen Kontakt 175; der Ausgang des Inverters 174 ist gleichfalls an den Verbindungspunkt 143 angeschlossen. Zweck des Umschalters 171 ist es, eine allfällige Frequenzabweichung bei der Schwingung des Flügels 20' zu berücksichtigen, welche Abweichung aus einer positiven oder negativen Frequenzänderung in Bezug auf die Temperatur herrühren kann.

Je nach der Lage des Kontaktarms 172 invertiert der Inverter das Eingangssignal zum Widerstand 189 oder nicht. Der Grund hierfür ist die bereits erwähnte Berücksichtigung der Frequenzabweichungen der Schwingungen.

Ein Differenzverstärker 176 enthält einen nichtinvertieren-den Eingang vom Verbindungspunkt 142 her, sowie ein temperaturgeeichtes Miliampermeter 177, welches zwischen dem Ausgang des Verstärkers 176 und seinem invertierenden Eingang liegt. Das Milliampermeter 177 gibt somit die Temperatur des Fluids an, in die die Platte 20' eingetaucht ist (der Strom durch das Amperemeter ist proportional zur Ausgangsspannung am Verbindungspunkt 139).

Zwischen den Verbindungspunkten 139 und 140 liegt ein Widerstand 178, zwischen den Verbindungspunkten 140 und 141 ein Widerstand 179. Der Verbindungspunkt 140 ist an den invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 180 angeschlossen. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 180 ist bei 185 geerdet. Der Verbindungspunkt 141 ist am Eingang 186 einer analogen Multiplizierschaltung 187, deren Ausgang 188 zum Anzeigegerät 110 führt.

Der Verbindungspunkt 144 liegt am invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 191, dessen nichtinvertierender Eingang an der Masse liegt.

Die Verstärker 180 und 191 mit den ihnen zugeordneten Stromkreisen sind praktisch mit dem Verstärker 165 identisch.

Der Verbindungspunkt 145 liegt am Eingang eines herkömmlichen Funktionsgenerators 197, der sein Eingangssignal quadriert. Sein Ausgangssignal wird einer Integrierschaltung 198 über einen elektronischen Schalter 199, der durch das Ausgangssignal eines UND-Gatters 200 betrieben wird, aufgedrückt. Die Integrierschaltung 198 enthält einen Widerstand 201 zwischen Schalter 199 und dem Verbindungspunkt 146. Sie enthält auch einen Kondensator 202, der zwischen den Verbindungspunkten 146 und 147 liegt. Ferner liegt zwischen diesen beiden Punkten auch noch ein elektronischer Schalter 203, der durch das Ausgangssignal des UND-Gatters 204 betrieben wird. Die Integrierschaltung 198 enthält ferner einen Verstärker 205.

Das Ausgangssignal der Integrierschaltung 198 passiert einen elektronischen Schalter 206, der durch das Ausgangssignal eines UND-Gatters 207 betrieben wird, welches durch eine Differenzierschaltung, bestehend aus einem Kondensator 208 und einem Widerstand 209, differenziert wird. Der Ausgang des Schalters 206 führt zum Eingang eines elektronischen Schalters 210, wobei ein Kondensator 211 am Verbindungspunkt 148 abzweigt.

Beide Schalter 199 und 210 werden durch das Ausgangssi1 gnal des UND-Gatters 200 betrieben. Das Ausgangssignal des Schalters 210 wird in eine Integrierschaltung 212 eingegeben, die mit der Integrierschaltung 198 identisch sein kann. Die Integrierschaltung 212 enthält einen Widerstand 213, einen

Kondensator 214, einen Verstärker 215 und einen elektronischen Schalter 216. Ein dem Schalter 206 ähnlicher elektronischer Schalter 217, der gleichzeitig mit ihm betrieben wird, liegt zwischen den Verbindungspunkten 157 und 158. Die beiden Schalter 203 und 216 werden durch das Ausgangssignal des UND-Gatters 204 betrieben. Der Verbindungspunkt 159 steht mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 223 in Verbindung, dessen nichtinvertierender Eingang zur Masse 224 führt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 223 führt über den Verbindungspunkt 162 zum zweiten Eingang 225 der ano-logen Multiplizierschaltung 187.

Der Funktionsgenerator 197 weist die Eingangsleitung 226 und die Ausgangsleitung 227 auf.

Über die bereits erwähnte zweite Eingangsleitung 137 der Linearisierungsschaltung 109 wird das Eingangssignal zu einem einstufigen Binärteiler 228 geführt; dessen «1 »-Ausgang 229 führt über Verbindungspunkt 149 zu einem der Eingänge des UND-Gatters 200. Ein zweiter einstufiger Binärteiler 230 weist einen «1 »-Ausgang 231, der zum andern der Eingänge des UND-Gatters 200 führt. Dieses besitzt eine weitere Eingangsleitung vom Verbindungspunkt 149 her. Ein Eingang des UND-Gatters 204 ist mit dem «0»-Ausgang 232 des Binärteilers 228 und ein zweiter Eingang mit dem «0» Ausgang 233 des Binärteilers 230 verbunden.

Die Verbindung der Eingänge zum UND-Gatter 207 ist aus dem Schema gemäss Fig. 12 ersichtlich.

Schliesslich wäre noch zu erwähnen, dass das an die Linearisierungsschaltung angeschlossene Anzeigegerät 110 ein in Dichte des Fluids geeichtes Voltmeter sein kann.

Die Linearisierungsschaltung 109 nach Fig. 12 «berechnet» die Dichte d eines Fluids bei einer Plattenresonanzfrequenz f, wobei die Dichteangaben temperaturkorrigiert sind sowohl in Bezug auf Temperaturänderungen des Dichtemessgeräts als auch auf temperaturbedingte Volumenänderungen des Fluids, gemäss folgenden Gleichungen (1), (2) und (3):

d =[("£") f1 +Ka'AT)2 +B][f(x)] * (1)

wobei A und B Eichkonstanten sind.

K eine der Zahlen +1 und — 1,

at der Temperaturkoeffizient der Resonanzperiode, wobei diese Periode als der reziproke Wert der Resonanzfrequenz definiert wird,

AT die Temperaturänderung des Fluids gegenüber einer bestimmten Vergleichstemperatur,

f(x) eine der zwei Funktionen, wobei eine der beiden Funktionen eine Konstante ist, und die andere f(AT), wobei f(AT) = 1 - ad AT

und ad der Temperaturkoeffizient des Volumens des besagten Fluids.

in welcher f(y) eine der ersten, zweiten und dritten Funktion ist, wobei die erste Funktion eine Konstante ist und die zweite bzw. dritte Funktion fa(AT) bzw. fb(AT) sind,

worin

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10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

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fa(AT) = [1+Ka.AT]2 und fb(AT) = [l+2KcxtAT].

Wenn Ra der Widerstandswert des Dehnmesstreifens 76 und Rb der Widerstandswert des Widerstandes 122 ist, variiert das Potential ea des Verbindungspunktes 118 in Fig. 11 entsprechend der Gleichung

Das Eingangssignal des Funktionsgenerator 197 ist direkt proportional zu

[l+KatAT]

(6)

Der Ausdruck (6) wird quadriert und doppelt integriert, wie üblich, um eine Spannung zu erhalten, die direkt proportional ist zu e„ =

RnE

Ra+Rb in welcher E das Potential des Verbindungspunktes 115 ist. Wenn

R„»Ra ist, dann gilt R,E

e,, s •

Rh

Wenn Ra = R0(l+aaAT),

worin R0 der Widerstandswert von Ra für AT = 0 ist, aa der Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes des Dehnmesstreifens 76 und

AT = T-Tr ist,

wobei T die Temperatur und Tr die Referenztemperatur ist, dann gilt

ER„

1+aAT

am Verbindungspunkt 158. Die Widerstände 219 und 220 liefern Eichkonstanten A und B auf die herkömmliche Weise. Das Eingangssignal an der analogen Multiplizierschaltung 187 i5 ist dann

^l+KatAT^2

+ B.

211 Die Dichte d mit Instrumentenfehler und Korrektur der Fluidausdehnung beträgt dann

,,d- [(-f)

in der f(x) = f(AT) und f(AT) = 1 -adAT

30 An die Leitung 186 der Multiplizierschaltung wird eine Spannung angelegt, die direkt proportional ist zu f(AT).

Die Gleichung (7) kann vereinfacht werden, wie die unten stehende Gleichung (8) zeigt, wenn

(7)

35

KatATmax.« 1 d

Gemäss Fig. 12, in welcher Rc der Widerstandswert des Widerstandes 163,

Rd der Widerstandswert des Widerstandes 164,

Re der Widerstandswert des Widerstandes 170,

e0 das Potential am Verbindungspunkt 139,

Ee das Potential des Schleifers 169 ist,

ist hinreichend bekannt, dass für einen Differenzverstärker 165 das Potential am Verbindungspunkt 138 als Masse dient und die Summe der Ströme in der Tat Null ist.

Dann ist

= [("^j(1+2Ka,AT)+B][f(X)]

(8)

40

In diesem Fall kann der Funktionsgenerator 197 weggélas-sen und die Leitungen 226 und 227 verbunden werden.

Die «Anzeigevorrichtung» kann ein Dichteanzeigegerät, ein Prozessregler oder dergleichen sein.

Um nun das Schema gemäss Fig. 12 mit der Gleichung (1) in Zusammenhang zu bringen, wird darauf hingewiesen, dass an den nachstehenden Leitungen bzw. Verbindungspunkten folgende Signale anstehen:

R„

+

R,

+

= 0

oder e„ =--

eoRc

EeRc R,

(5)

Setzt man (5) in (4) ein, so erhält man

4T-M&d ["

r RbRc ic l ER0Rdaa J °

e0Rc

+

EeRcl

AT =

Rd Re J

EeRbRc-ER0Re ER0Reaa

Leitung bzw. Matematische Darstellung des Signals Verbindungspunkt

226 (1+KcvAT)

227 (1 +Kat—AT)2

55

Somit ist AT direkt proportional zu e„. AT wird durch den Schalter 171 invertiert, wenn die Fehlabweichung der Instrumentfrequenz im Hinblick auf die Temperatur negativ ist.

65

(158)

225

186

188

(+Kcct-AT)2

(-£-) (l+Kat AT)+B

Ifs-i

(l-«dAT) (1+Kat-AT)2 + B

tj j(l-ad AT)J

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Die Widerstände RA und RB bestimmen die Konstanten A und B in den oben angeführten Gleichungen.

Das temperaturkorrigierte Sondensignal steht auf Leitung 225 an, das temperaturkorrigierte Fluidsignal an der Leitung 186.

Beim Betrieb des Dichtemessgeräts nach der Erfindung in Fig. 10, führen Nebengeräusche dazu, dass der Dehnmessstreifen 76 Signale in einem Frequenzbereich aufnimmt, der die Resonanzfrequenz des elektromagnetischen Oszillators nach Fig. 10 einschliesst. Dieser Oszillator enthält alle in Fig. 10 gezeigten Einrichtungen bis auf die Linearisierungsschaltung 109 und das Anzeigegerät 110. Die vom Dehnmessstreifen 76 erzeugten Wechselstromsignale werden durch den Vorverstärker 77 verstärkt, vom Strom-Spannungs-Wandler 76' umgewandelt und durch die Differenzierschaltung 82 differenziert. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 82 wird somit eine Sinuswelle sein, die durch den Rechteckwellenwandler 83 in eine Rechteckwelle umgewandelt wird. Die Amplitudensteuerstufe 90 kann dazu benutzt werden, das Ausgangssignal des Rechteckwellenwandlers auf einen brauchbaren Wert zu verringern. Die Frequenzlage des Durchlassbandes des Abieichfilters 91 wird dann durch den Filterfrequenzregler 94 variiert, um der Grundfrequenz des Ausgangssignals der Amplitudensteuerstufe zum Leistungsverstärker 92 mit einer minimalen Dämpfung zu folgen.

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Der Leistungsverstärker 92 treibt die Spule 24' mit einem Signal, das in Phase liegt zur Resonanzfrequenz des Ausgangssignals des Dehnmessstreifens 76. Die durch die Spule 24' erzeugte Schwingung des Flügels 20' steigt in ihrer Amplitude 5 an bis zur Begrenzung durch die Amplitudensteuerstufe 90. Zu diesem Zeitpunkt erreicht die Amplitude der Schwingung nahezu Ruheniveau. Strömt ein Fluid durch die Rohrleitung 19, und ändert sich die Dichte des Fluids, so ändert sich die Frequenz des Ausgangssignals des Abgleichfilters ebenfalls. Die m Linearisierungsschaltung 109 erzeugt dann ein Gleichspannungssignal, welches direkt proportional ist zur Fluiddichte, und zwar temperaturkorrigiert sowohl für das Dichtemessgerät wie auch für das Fluid. Diese Korrektur der Dichteangabe auf die «normale» Fluidtemperatur bewirkt, dass das Anzeigegerät 110 u eine Fluiddichte für eine gewählte, konstante, (normale) Temperatur angibt, und dies trotz der Temperaturschwankungen des Fluids.

Das Anzeigegerät 110 kann gegebenenfalls, wie bereits erwähnt, ein in Dichte geeichtes Voltmeter sein.

20 Teile der Sonde 10 werden in Schwingungen versetzt, da das auf die Spule 24' einwirkende, wechselnde Signal zu einer unterschiedlichen radialen Druckbelastung des Halbzylinders 26' führt, wobei sich das innere Rohr 21 axial zwischen der Schulter 43 und dem Anstosspunkt des innern Rohres 21 an 25 ihrem untern Ende mit dem Halbzylinder 26' ausdehnt und zusammenzieht.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vibrations-Dichtemessgerät mit einem zum Eintauchen in ein Fluid bestimmten Element, enthaltend eine in Schwingungen versetzbare Platte, weiter mit einem Schwingungsaufnehmer zur Aufnahme der Plattenschwingungen, mit ersten, die Platte in Eigenschwingungen versetzenden Mitteln und schliesslich mit zweiten Mitteln, welche ein vom Ausgangssignal des Schwingungsaufnehmers abgeleitetes Signal an die ersten Mittel rückführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsaufnehmer ein Dehnmessstreifen (76 Fig. 8) ist, der einerseits als Schwingungsaufnehmer ein erstes Signal erzeugt, das über Verstärker- (77, Fig. 10) und die zweiten, dieses Signal verarbeitenden Mittel (76', 82,83,90-94) auf die ersten, die Platte anregenden Mittel (24') zurückgeführt wird und ausserdem als Temperaturfühler ein zweites Signal erzeugt, das direkt der Temperatur des Fluids und/oder des Geräts proportional ist, wobei dieses zweite Signal an eine Linearisierungsschaltung (109) abgegeben wird, welche letztgenannte Schaltung (109) noch zusätzlich das Ausgangssignal aus den zweiten Mitteln (76', 82,83,90-94) erhält und derart ausgelegt ist, dass sie eine Angabe für den Wert der Dichte des Fluids bezogen auf eine bestimmte Bezugstemperatur liefert, wobei gleichzeitig auch Temperaturänderungen des Fluids und des Geräts kompensiert sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Angaben des Dichtewertes von der Linearisierungsschaltung (109) an eine Anzeigeanordnung (110) geliefert werden, wobei ihre Anzeige direkt proportional der Dichte des Fluids ist und wobei diese Dichte a basierend auf der Gleichung

HCfX 1 +KatAT^2 +bJ |l-adATj ermittelt wird,

in welcher Gleichung

A und B Eichkonstanten sind K eine der Zahlen +1 oder — 1 ist,

a, den Temperaturkoeffizienten der Resonanzperiode, die als reziproker Wert der Resonanzfrequenz definiert ist, darstellt,

AT die Temperaturabweichung des Fluids gegenüber einer vorbestimmten Temperatur ist, und ad der Temperaturkoeffizient des Volumens des Fluids ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnmessstreifen (76) direkt an der in Schwingungen versetzbaren Platte (20) befestigt ist.