Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ermitteln der Dichte und/oder Dichteänderung von Gas gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Klarstellung des Begriffs "Gas" sei hiezu vermerkt, dass dieser Begriff sowohl ein aus einem einzigen chemischen Element bestehendes Gas - wie zum Beispiel Schwefelhexafluorid - oder auch ein Gemisch von mehreren gasförmigen Elementen - wie zum Beispiel Erdgas - umfassen soll.
Bei elektrischen Schaltvorrichtungen für hohe, beispielsweise mindestens etwa 10 kV betragende Spannungen und/oder für grosse Ströme sind die festen und beweglichen, elektrischen Kontakte häufig in gasdichten Kammern angeordnet, die als Schutzgas Schwefelhexafluorid enthalten. Wenn in den Kammern solcher Vorrichtungen Lecks entstehen und das Schwefelhexafluorid durch diese ausströmt und eventuell dafür Luft in die Kammern einströmt, kann dies zur Zerstörung der Schaltvorrichtung führen und unter Umständen sogar Brände und Explosionen verursachen.
Es sind bereits verschiedene Einrichtungen und Verfahren bekannt, um die in Kammern von Schaltvorrichtungen vorhandene Gasdichte auf die eine oder andere Art zu überwachen. Eine insbesondere für diesen Zweck vorgesehene, aus der DE-A 3 611 632 bekannte Einrichtung zum Messen der Dichte von einem Fluid, insbesondere eben von Schwefelhexafluorid, weist eine Kammer auf, in der eine als mechanischer Schwinger dienende Stimmgabel angeordnet ist. Bei einigen zu Testzwecken hergestellten und im wesentlichen gemäss dieser Publikation ausgebildeten Einrichtungen ist die Stimmgabel in einer Hülse mit kreiszylindrischer Innenfläche angeordnet, und hat in einem zur Längsrichtung ihrer Zinken parallelen Projektion eine rechteckige Umrissform.
Die in der besagten Projektion parallel zur mittleren Schwingungsrichtung der Zinken gemessene Breite der Stimmgabel ist grösser als die rechtwinklig zur Schwingungsrichtung gemessene Höhe der Stimmgabel. Die Einrichtung weist ferner durch eine Spule gebildete Erregungs- sowie Detektionsmittel und eine Elektronikvorrichtung auf. Zum Ermitteln einer Dichte wird die Stimmgabel mit ihrer Grund-Resonanzfrequenz zum Schwingen gebracht. Das von der Stimmgabel mitbewegte Gas beeinflusst dann die Resonanzfrequenz, so dass deren Wert ein Mass für die Dichte des Gases gibt.
Die bekannte Einrichtung hat den Nachteil, dass die zur Ermittlung der Dichte erfasste Resonanz-Schwingungsfrequenz des Schwingers stark von der Temperatur des Gases abhängig ist. Diese Temperaturabhängigkeit der Schwingungsfrequenz nimmt mit zunehmendem Molekulargewicht des untersuchten Gases zu und ist daher zum Beispiel bei Schwefelhexafluorid verhältnismässig gross. Da die Schwingungsfrequenz von der Temperatur des Gases abhängig ist, wird die erzielbare Messgenauigkeit durch Änderungen der Gastemperatur erheblich beeinträchtigt.
Zudem ist die Resonanz-Schwingungfrequenz des Schwingers der bekannten Einrichtung auch von der Art des Gases abhängig, dessen Dichte zu messen ist. Dieser Einfluss der Gasart wirkt sich zum Beispiel dann störend aus, wenn die Dichte eines aus einer Mischung von chemischen Elementen bestehenden Gases gemessen werden soll, dessen Zusammensetzung beim Eichen der Einrichtung nicht genau bekannt ist und/oder im Lauf der Zeit variieren kann. Dieser Fall kann zum Beispiel beim Messen der Dichte von Erdgas auftreten, dessen Zusammensetzung je nach der Herkunft oder im Verlauf der Zeit etwas ändern kann. Der Einfluss der Gasart auf die Schwingungsfrequenz kann sich zudem auch dann störend auswirken, wenn mit ein- und derselben Einrichtung wahlweise die Dichte chemisch verschiedener Gase gemessen werden soll.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Nachteile der bekannten Einrichtung zu beheben und insbesondere zu ermöglichen, dass die Dichte und/oder Dichteänderung eines Gases möglichst unabhängig von dessen Temperatur und Art ermittelt werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Einrichtung und eine Verwendung von dieser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung und der Verwendung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Gemäss der Erfindung sollen mindestens 70% der sich beim Schwingen des Schwingers bewegenden, mit dessen Schwingungsrichtung einen Winkel bildenden Fläche des Schwingers von den beim Betrieb - d.h. beim Schwingen des Schwingers - ruhenden Flächen einen im folgenden mit a bezeichneten, durch den freien Innenraum gemessenen Abstand haben, der höchstens gleich dem im folgenden mit amax bezeichneten Maximal-Abstand ist, der gegeben ist durch die Formel
amax = K/fv (1).
In der den Maximal-Abstand amax festlegenden Formel (1) ist K eine Konstante, die höchstens 2 m/s beträgt, und fv die Schwingungsfrequenz des Schwingers im Vakuum bei einer 20 DEG C betragenden Temperatur. Mit der letzteren ist dabei selbstverständlich die Schwinger-Temperatur gemeint, die etwa mit der Temperatur der Kammer-Wandung und der Umgebung identisch ist. Die gesamte Fläche oder - genauer gesagt - Begrenzungsfläche des beim Betrieb schwingenden Teils des Schwingers kann zur Überprüfung dieser Bedingung in geeignete Flächenabschnitte unterteilt werden. Die Angabe "durch den freien Innenraum gemessen" soll besagen, dass der Abstand jeweils entlang einer Geraden gemessen werden soll, die vollständig durch den freien Innenraum der Kammer hindurch verläuft ohne den Schwinger zu durchdringen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes haben ferner mindestens 70% der zur Schwingungsrichtung des Schwingers parallelen, sich beim Schwingen des Schwingers bewegenden Schwinger-Fläche von einer beim Schwingen des Schwingers ruhenden Fläche eine durch den freien Innenraum gemessenen Abstand, der höchstens gleich dem genannten Maximal-Abstand amax ist.
Der bzw. jeder schwingende Teil des Schwingers - z.B. die Zinken einer Stimmgabel - können sich beim Schwingen eventuell entlang von Bahnen bewegen, die zwar fast gerade, aber bei genauer Betrachtung leicht gebogen sind. Zur Klarstellung der verwendeten Begriffe "mit der Schwingungsrichtung einen Winkel bildend" und "in zur Schwingungsrichtung paralleler Richtung" sei angemerkt, dass dabei unter der Schwingungsrichtung jeweils diejenige gerade Bewegungsrichtung verstanden wird, mit welcher der betreffende Schwingerteil seine Ruhelage passiert.
Die beim Schwingen ruhende Fläche kann mindestens teilweise durch die Wandung der Kammer und beispielsweise teils durch die Wandung sowie teils durch unmittelbar oder mittelbar sowie fest mit dieser verbundene Verdrängungsmittel oder beispielsweise vollständig durch die Wandung gebildet sein.
Die Konstante K kann abhängig von der Art des Gases oder Gasgemischs, dessen Dichte zu ermitteln ist, auf einen geeigneten Wert festgelegt werden, der auch kleiner als 2 m/s sein und beispielsweise höchstens 1,5 m/s oder sogar nur höchstens 1,3 m/s betragen kann. Dabei ist es vorteilhaft, die Konstante K umso kleiner festzulegen, je kleiner die Schallgeschwindigkeit c ist, mit der sich eine Schallwelle im Gas oder Gasgemisch ausbreitet, dessen Dichte zu ermitteln ist. Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist daher K höchstens 1,5% oder noch besser höchstens 1,2% oder sogar nur 1% der Schallgeschwindigkeit c einer sich im untersuchten Gas ausbreitenden Schallwelle ist. Ferner ist es günstig, wenn die Bedingung, dass der Abstand a höchstens amax ist, für einen mehr als 70% betragenden, möglichst grossen Teil der sich beim Schwingen des Schwingers bewegenden Fläche von diesem erfüllt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann der genannte Abstand a der mit der Schwingungsrichtung einen Winkel bildenden Schwingerfläche und/oder der zur Schwingungsrichtung parallelen Schwingerfläche von einer ruhenden Fläche daher die angegebene Bedingung für mindestens 80% oder sogar für mindestens 90% der betreffenden Schwingerfläche erfüllen. Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes kann der Abstand a die genannte Bedingung im wesentlichen - d.h. abgesehen von Ausnahmestellen, wie Anschluss-Einmündungen und dergleichen -für die ganze Fläche des beim Ermitteln einer Dichte schwingenden Teils des Schwingers erfüllen.
Es wurde nämlich gefunden, dass die unerwünschte Abhängigkeit der Resonanz-Schwingungsfrequenz von der Temperatur des Gases und von der chemischen Art des Gases mindestens zu einem grossen Teil durch den Einfluss einer von der Temperatur und Art des Gases abhängigen Eigenschaften von diesem - und zwar von der Kompressibilität des Gases - verursacht wird.
Die Kompressibilität bewirkt nämlich, dass das beim Ermitteln einer Dichte vom Schwinger mitbewegte Gas nicht überall in Phase mit der Schwingungsbewegung des Schwingers ist. Je grösser die Phasenverschiebung zwischen dem bewegten Gas und dem Schwinger ist, desto grösser wird der Einfluss der Temperatur auf die Resonanz-Schwingungsfrequenz. Zudem wurde erkannt, dass ein grosser Wert der genannten Phasenverschiebung auch die Messempfindlichkeit - d.h. die Grösse der sich für eine bestimmte Dichteänderung ergebende Frequenzänderung - reduziert. Die Phasenverschiebung phi zwischen der Bewegung einer bestimmten Gaszelle - d.h. eines bestimmten Gas-Volumenbereichs - ist um so grösser, je weiter die betreffende Gaszelle vom Schwinger entfernt ist und je kleiner die Wellenlänge lambda einer sich mit der Schwingungsfrequenz durch das Gas ausbreitenden Schallwelle ist.
Die Wellenlänge ist von der Schallgeschwindigkeit c und von der momentanen Schwingungsfrequenz f abhängig und bekanntlich bestimmt durch die Formel
lambda = c/f (2).
Für im Sinn der Thermodynamik ideales Gas ist die Schallgeschwindigkeit c umgekehrt proportional zur Quadratwurzel aus dem Molekulargewicht und proportional zur Quadratwurzel aus der absoluten Temperatur. Die Schallgeschwindigkeit ist zum Beispiel bei einem Druck von 0,1 MPa und bei einer Temperatur von 20 DEG C für Schwefelhexafluorid etwa 134 m/s, für Luft etwa 344 m/s und für Erdgas - abhängig von dessen Zusammensetzung etwa 370 m/s bis 420 m/s.
Die Resonanz-Schwingungsfrequenz ist von der Ausbildung des Schwingers und zudem davon abhängig, ob dieser mit der Grund-Resonanzfrequenz oder einer Resonanzfrequenz höherer Ordnung zum Schwingen gebracht wird. Ferner ist die Resonanz -Schwingungsfrequenz selbstverständlich von der Dichte des Gases abhängig, das den Schwinger umgibt und dessen Dichte zu ermitteln ist. Die sich bei gegebenen Schwinger beim Messen der Dichte eines Gases ergebende Frequenz f ist jeweils kleiner als die sich beim Schwingen im Vakuum ergebende Frequenz fv.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist der Schwinger derart ausgebildet und wird beim Betrieb derart erregt, dass er mit seiner Grund-Resonanzfrequenz schwingt. Ferner ist es günstig, wenn die Resonanz-Schwingungsfrequenz des Schwingers im Vakuum höchstens 1500 Hz, mindestens 100 Hz und beispielsweise 500 Hz bis 1000 Hz beträgt. Der Maximal-Abstand amax kann dann vorzugsweise höchstens 3 mm und beispielsweise höchstens 2 mm oder sogar nur höchstens 1,5 mm betragen.
Der im Innenraum einer Kammer angeordnete Schwinger kann beispielsweise durch eine Stimmgabel gebildet sein, die zwei Zinken und einen diese miteinander verbindenden, zum Beispiel aus einem Steg und einem Schaft bestehenden Verbindungsabschnitt aufweist. Die Zinken können in einer zu ihrer Längsrichtung parallelen Projektion eine im allgemeinen viereckige, insbesondere rechteckige Umrissform haben. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann dann mindestens der die beiden Zinken und beispielsweise noch mindestens einen Teil des Verbindungsabschnitts enthaltende Bereich des Kammer-Innenraums in einem zur Zinken-Längsrichtung rechtwinkligen Schnitt viereckig, d.h. durch einen Wandungsabschnitt mit viereckiger Innenfläche begrenzt sein. Dies ermöglicht, dass die Wandung jede der beiden Zinken der Stimmgabel bei drei Zinken-Seiten - d.h.
Zinken-Längsflächen mit kleinem Abstand umschliesst. Ferner können noch formfeste, unmittelbar oder mittelbar fest mit der Wandung der Kammer verbundene Verdrängungsmittel mit einem zwischen den beiden Zinken angeordneten Verdränger vorgesehen sein. Dadurch kann erreicht werden, dass auch die einander zugewandten Zinken-Seiten - d.h. Zinken-Längsflächen - in kleinem Abstand von einem beim Schwingen des Schwingers ruhenden - d.h. nicht schwingenden Teil - eben dem Verdränger stehen.
Bei der Erörterung des Standes der Technik wurden bereits ungefähr gemäss der DE-A 3 611 632 ausgebildete und hergestellte, eine Stimmgabel aufweisende Einrichtungen beschrieben, deren Stimmgabeln in einer zur Zinken-Längsrichtung parallelen Projektion eine rechteckige Umrissform haben, aber in einem kreiszylindrischen Innenraum angeordnet sind. Bei den Einrichtungen gemäss der DE-A 3 611 632 ist ferner der zwischen den Zinken vorhandene Zwischenraum vollständig offen. Bei diesen bekannten Einrichtungen haben daher verschiedene Flächenabschnitte der Stimmgabel-Zinken - insbesondere auf den einander zugewandten Seiten der beiden Zinken - von der Innenfläche der Wandung der Kammer Abstände, die wesentlich grösser als der vorgängig definierte Maximal-Abstand amax sind.
Die Wandlermittel zur Erregung sowie Detektion von Schwingungen der Stimmgabel können zum Beispiel zwei Wandler mit je einer Spule aufweisen, von denen jede mit einer der beiden Zinken der Stimmgabel zusammenwirkt und als Schwingungserreger dient. Als Schwingungsdetektor kann dann beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler vorgesehen werden, der beim die beiden Zinken miteinander verbindenden Steg der Stimmgabel angeordnet wird. Es ist jedoch auch möglich, ähnlich wie bei der Einrichtung gemäss der bereits zitierten DE-A 3 611 632 nur eine einzige Spule vorzusehen, die dann sowohl zur Erregung als auch zur Detektion von Schwingungen dient. Eventuell können die Wandlermittel anstelle von elektromagnetisch oder piezoelektrisch arbeitenden Wandlern oder zusätzlich zu solchen auch optisch arbeitende Wandler aufweisen.
Die Stimmgabel kann beim Betrieb der Einrichtung in bekannter Weise derart zum Schwingen gebracht werden, dass sich ihre Zinken entlang der von diesen aufgespannten Ebene abwechselnd zueinander hin und voneinander weg bewegen, nämlich biegen. Die beiden Zinken werden beim Schwingen durch den Verbindungsabschnitt schwingungsmässig miteinander gekoppelt. Da sich bei den miteinander verbundenen Enden der Zinken Schwingungsknoten ergeben, bleibt der Verbindungsabschnitt auch beim Schwingen des Schwingers jedoch praktisch ruhend und bewegt sich insbesondere viel weniger als die freien Enden der Zinken, so dass die vom Verbindungsabschnitt verursachte Bewegung des den Schwinger im Innenraum umgebenden Gases praktisch vernachlässigbar ist.
Bei einem aus einer Stimmgabel bestehenden Schwinger besteht dessen beim Betrieb der Einrichtung schwingender Teil daher - zumindest im wesentlichen aus den Zinken der Stimmgabel. Wenn der Schwinger aus einer Stimmgabel besteht, ist daher unter der sich beim Schwingen des Schwingers bewegenden Fläche die Gesamtheit der Begrenzungsflächenabschnitte der beiden Zinken des Schwingers zu verstehen.
Der Schwinger kann statt aus einer Stimmgabel zum Beispiel auch aus einem im Ruhezustand ebenen Plättchen mit beispielsweise rundem Umriss bestehen, wie es aus der DE-B 2 712 789 sowie der dieser entsprechenden US-A 4 114 423 und der DE-B 2 831 963 sowie der dieser entsprechenden US-A 4 177 669 bekannt ist. Das Plättchen kann dann beispielsweise gemäss diesen Publikationen im Zentrum befestigt sein. Die Wandlermittel zur Erregung sowie Detektion von Schwingungen können beispielsweise ebenfalls ähnlich wie in diesen Publikationen ausgebildet sein.
Das als Schwinger dienende Plättchen soll dann jedoch gemäss der vorliegenden Erfindung derart in einer vorzugsweise gasdichten Kammer angeordnet werden, dass der Abstand der sich beim Schwingen des Schwingers bewegenden Begrenzungsfläche des Schwingers von einer ruhenden Fläche die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Bedingungen und vorzugsweise auch möglichst viele der in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Bedingungen erfüllt, soweit die abhängigen Ansprüche nicht ausschliesslich einen aus einer Stimmgabel bestehenden Schwinger betreffen, erfüllt. Es sei noch angemerkt, dass ein derartiges Plättchen statt eben auch leicht gewölbt sein und/oder anstelle eines im allgemeinen kreisförmigen Umrisses auch einen im allgemeinen polygonalen Umriss oder irgend eine andere Umrissform haben und/oder eventuell mit Einschnitten, Schlitzen, Löchern oder Rippen versehen sein kann.
Wenn man die Entfernung einer schwingenden Gaszelle von der ihre Schwingungsbewegung verursachenden Stelle der Begrenzungsfläche des Schwingers entlang der zur Ausbreitung der Schwingungsbewegung durch das Gas misst und die derart gemessene Entfernung mit e bezeichnet, gilt für die Phasenverschiebung phi - in Graden gemessen - die Formel
phi = 360 DEG e/lambda (3).
Beim Ermitteln der Dichte eines Gases mit Hilfe eines schwingenden Schwingers wird dessen Resonanzfrequenz vor allem durch dasjenige Gas beeinflusst, das sich in einer zur Schwingungsrichtung des Schwingers parallelen Projektion im Bereich des letzteren befindet und an eine zur Schwingungsrichtung des Schwingers mindestens ungefähr und vorzugsweise genau rechtwinklige Fläche des Schwingers angrenzt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist daher ein relativ grosser Teil der gesamten, sich beim Schwingen bewegenden Schwinger-Begrenzungsfläche ungefähr oder genau rechtwinklig zur Schwingungsrichtung des Schwingers. In den Innenraum-Bereichen, die an relativ grosse, zur Schwingungsrichtung mindestens annähernd rechtwinklige Schwinger-Flächenabschnitte angrenzen, kann die Ausbreitungsrichtung einer Schwingungsbewegung durch das den Schwinger umgebende Gas zur Richtung, in welcher der Abstand a gemessen wird, mindestens ungefähr parallel sein. In diesem Fall ist die grösstmögliche, entlang der besagten Ausbreitungsrichtung gemessene Entfernung e einer Gaszelle vom Schwinger gleich dem Abstand a.
Wenn die genannte Ausbreitungsrichtung parallel zur Richtung ist, in welcher der Abstand a gemessen wird, und wenn dieser ferner höchstens gleich amax ist, kann man in die Formel (3) für die Entfernung e den Maximal-Abstand amax einsetzen und erhält dann die maximal mögliche Phasenverschiebung
phimax = 360 DEG K/c (4).
Bei einer etwas vereinfachten Betrachtungsweise kann man annehmen, dass mindestens für einen für die Ermittlung der Dichte massgeblichen Teil des Gases die Phasenverschiebung höchstens gleich dem durch die Formel (4) gegebenen Maximalwert phimax ist.
In der Tabelle 1 sind daher für verschiedene Werte der Schallgeschwindigkeit c und der Konstanten K die in Grad gemessenen Werte der maximalen Phasenverschiebung phimax im Abstand amax = K/f vom Schwinger angegeben, welche sich unter der Voraussetzung ergeben, dass sich eine Schallwelle parallel zur Richtung ausbreitet, in welcher der Abstand a gemessen wird. Der obere in der Tabelle 1 angegebene Schallgeschwindigkeitswert c = 134 m/s entspricht der Schallgeschwindigkeit von Schwefelhexafluorid bei 20 DEG C und bei einem Druck von 0,1 MPa.
Der untere in der Tabelle 1 angegebene Schallgeschwindigkeitswert c = 380 m/s entspricht einer im Schallgeschwindigkeitsbereich verschiedener Erdgasarten mit einer Temperatur von 0 DEG C und einem Druck von 0,1 MPa liegenden Schallgeschwindigkeit.
<tb><TABLE> Columns=4
<tb>Title: Tabelle 1
Maximale Phasenverschiebung phimax im Maximal-Abstand amax = K/fv vom Schwinger.
<tb>Head Col 01 AL=L: Schallgeschwindigkeit c
[m/s]
<tb>Head Col 02 to 04 AL=L: Phasenverschiebung phimax für
<tb>SubHead Col 02 AL=L>K = 2 m/s [ DEG ]:
<tb>SubHead Col 03 AL=L>K = 1,5 m/s [ DEG ]:
<tb>SubHead Col 04 AL=L>K = 1,3 m/s [ DEG ]:
<tb> <SEP>134 <SEP>5,37 <SEP>4,03 <SEP>3,43
<tb> <SEP>400 <SEP>1,80 <SEP>1,35 <SEP>1,17
<tb></TABLE>
Gemäss der Tabelle 1 ist die maximale Phasenverschiebung für - den grössten Wert der Konstanten K - bei der Schallgeschwindigkeit von Schwefelhexafluorid höchstens 5,37 DEG und bei der Schallgeschwindigkeit von Erdgas höchstens 1,8 DEG . Durch eine geeignete Auswahl und Festlegung der Konstanten K kann also erreicht werden, dass die Phasenverschiebung relativ klein wird, so dass Kompressibilität des Gases die Ermittlung der Dichte nur wenig stört. Die Phasenverschiebung phimax ist gemäss der Formel (4) proportional zum Quotienten K/c. Wenn die Schallgeschwindigkeit einen relativ kleinen Wert hat, wie es für Schwefelhexafluorid zutrifft, ist es daher - wie schon erwähnt - günstig, einen relativ kleinen Wert der Konstanten K zu wählen und ihn beispielsweise auf nur 1,5 m/s oder sogar nur 1,3 m/s festzulegen.
Wenn hingegen die Schallgeschwindigkeit - wie diejenige von Erdgas - relativ gross ist, darf K einen verhältnismässig grossen Wert haben, so dass man K zum Ermitteln der Dichte von Erdgas beispielsweise auf den grössten angegebenen Wert von 2 m/s festlegen kann.
Es sei noch daran erinnert, dass mit steigender Temperatur die Schallgeschwindigkeit zu- und dementsprechend die Phasen verschiebung abnimmt. Wenn die Gastemperatur also mehr oder weniger als 20 DEG C beträgt, werden die maximalen Phasenverschiebungen kleiner bzw. grösser als die in der Tabelle 1 angegebenen Werte.
In der Tabelle 2 sind für einige Schwingungsfrequenzen fv des im Vakuum schwingenden Schwingers die sich bei den in der Tabelle 1 angegebenen Werten der Konstanten K ergebenden Werte des Maximal-Abstandes amax angegeben.
<tb><TABLE> Columns=4
<tb>Title: Tabelle 2
Maximal-Abstand amax = K/fv für verschiedene Schwingungsfrequenzen fv des im Vakuum schwingenden Schwingers bei den in der Tabelle 1 angegebenen Werten der Konstanten K.
<tb>Head Col 01 AL=L: Schwingungsfrequenz fv
[Hz]
<tb>Head Col 02 to 04 AL=L:
Maximal-Abstand amax = K/fv für
<tb>SubHead Col 02 AL=L>K = 2 m/s [mm]:
<tb>SubHead Col 03 AL=L>K = 1,5 m/s [mm]:
<tb>SubHead Col 04 AL=L>K = 1,3 m/s [mm]:
<tb> <SEP>3000 <SEP>0,67 <SEP>0,50 <SEP>0,43
<tb> <SEP>2500 <SEP>0,80 <SEP>0,60 <SEP>0,52
<tb> <SEP>2000 <SEP>1,00 <SEP>0,75 <SEP>0,65
<tb> <SEP>1500 <SEP>1,33 <SEP>1,00 <SEP>0,87
<tb> <SEP>1000 <SEP>2,00 <SEP>1,50 <SEP>1,30
<tb> <SEP>900 <SEP>2,22 <SEP>1,67 <SEP>1,44
<tb> <SEP>800 <SEP>2,50 <SEP>1,86 <SEP>1,62
<tb> <SEP>700 <SEP>2,86 <SEP>2,14 <SEP>1,86
<tb> <SEP>600 <SEP>3,33 <SEP>2,50 <SEP>2,16
<tb> <SEP>500 <SEP>4,00 <SEP>3,00 <SEP>2,60
<tb> <SEP>100 <SEP>20,00 <SEP>15,00 <SEP>13,00
<tb></TABLE>
Der Schwinger wird beim Betrieb vorzugsweise mit seiner Grund-Resonanzfrequenz zum Schwingen gebracht, die im Vakuum - wie schon erwähnt - höchstens 1500 Hz, mindestens 100 Hz und vorzugsweise 500 Hz bis 1000 Hz betragen kann und nämlich beispielsweise 700 bis 800 Hz beträgt. Es sei noch angemerkt, dass die sich beim Ermitteln der Dichte eines Gases ergebende Resonanz-Schwingungsfrequenz bei gegebener Ausbildung der Einrichtung jeweils etwas kleiner ist als die sich beim Schwingen im Vakuum ergebende Resonanz-Schwingungsfrequenz fv. Gemäss der Tabelle 2 ergeben sich für K = 2 m/s beim im Vakuum mit Schwingungsfrequenzen fv von 700 Hz bzw. 800 Hz schwingenden Schwinger für den Maximal-Abstand amax die Werte 2,86 mm bzw. 2,50 mm.
Falls für K ein Wert von 2 m/s gewählt wird und die Resonanz-Schwingungsfrequenz fv im Vakuum zum Beispiel den Wert 700 Hz oder 800 Hz hat, soll also der Maximal-Abstand amax 2,86 mm bzw. 2,50 mm betragen. Falls für K ein Wert von 1,5 m/s gewählt wird, soll der Maximal-Abstand amax für die beiden genannten Frequenzen 2,14 mm bzw. 1,86 mm betragen. Wenn für K sogar nur ein Wert von 1,3 m/s gewählt wird, soll der Maximal-Abstand amax für die beiden genannten Frequenzen von 700 Hz bzw. 800 Hz sogar nur 1,86 mm bzw. nur 1,62 mm betragen.
Die Einrichtung weist vorzugsweise noch eine mechanisch fest mit ihr verbundene und beispielweise in einen Hohlraum der ihre Kammer bildenden Wandung eingebaute Elektronikvorrichtung auf, die elektrisch mit den Wandlermitteln verbunden und ausgebildet ist, um in Zusammenwirkung mit den Wandlermitteln den Schwinger mit einer Resonanzfrequenz zum Schwingen zu bringen und den Wert der Resonanzfrequenz zu ermitteln. Es sei hier angemerkt, dass die Elektronikvorrichtung selbstverständlich auch ausgebildet sein kann, um statt der Frequenz die Periodendauer der Schwingungen zu ermitteln, die bekanntlich gleich dem Reziprokwert der Frequenz ist und also auch ein Mass für diese gibt. Die Einrichtung kann ferner noch Stromversorgungsmittel, Anzeigemittel zur Anzeige der ermittelten Frequenz und/oder Dichte und/oder Pegelüberwachungs mittel aufweisen.
Solche allfällige Pegelüberwachungsmittel können beispielsweise ausgebildet sein, um Dichteänderungen, bei denen die Schwingungsfrequenz und/oder Dichte mindestens einen Grenzwert unter- und/oder überschreitet, durch ein elektrisches und/oder optisches und/oder akustisches Signal zu signalisiren.
Es sind bereits Überwachungsgeräte für die Überwachung des Drucks und/oder der Dichte des in Hochspannungs-Schaltvorrichtungen vorhandenen Schwefelhexafluorids bekannt, die einen als Druckfühler dienenden, auf einer Seite an das Schwefelhexafluorid angrenzenden Federbalg und zwei durch Verbindungsmittel mit diesen verbundenen Schaltkontakte aufweisen. Da die Stärke der Deformation des Federbalges vom Druck des Gases abhängig ist, der - bei konstanter Dichte mit steigender Temperatur zunimmt, sind die Verbindungsmittel mit einem Bimetallelement versehen, damit die Auslenkung der Schaltkontakte möglichst wenig durch die Temperatur beeinflusst wird und mehr oder weniger ein Mass für die Dichte des Schwefelhexafluorids gibt.
Die zwei Kontakte sind dann derart eingestellt, dass sie ihren Schaltzustand ändern, wenn die Dichte des Schwefelhexafluorids einen ersten bzw. einen zweiten Grenzwert unterschreitet. Diese bekannten Überwachungsgeräte sind jedoch verhältnismässig störanfällig und sollten daher periodisch überprüft und geeicht werden.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann daher beispielsweise einen Teil einer Prüf- und Eich-Einrichtung bilden und ausgebildet werden, um einen Federbalg und Schaltkontakte aufweisende Überwachungsgeräte der vorgängig beschriebenen Art von Zeit zu Zeit zu kontrollieren und zu eichen. Die erfindungsgemässe Einrichtung kann zu diesem Zweck mit einem Verbindungsorgan ausgerüstet sein, mit dem sie und insbesondere der Innenraum ihrer Kammer vorübergehend mit dem den Federbalg enthaltenden Innenraum des Uberwachungsgerätes verbunden werden kann. Die Prüf- und Eicheinrichtung kann dann ferner Ventile, eine Saugpumpe, eine Schwefelhexafluorid-Quelle und sonstige Mittel aufweisen, um nach dem Verbinden der erfindungsgemässen Einrichtung mit dem Überwachungsgerät die Schwefelhexafluorid-Dichte in diesem zu ändern und dieses zu prüfen und eichen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann jedoch auch dauernd mit einem Schwefelhexafluorid enthaltenden Innenraum einer elektrischen Hochspannungs- und/oder Hochstrom-Schaltvorrichtung verbunden werden, um die Dichte des Schwefelhexafluorids zu überwachen. Die erfindungsgemässe Einrichtung kann in diesem Fall über elektrische und/oder optische Leitungen mit einer räumlich von ihr getrennten Steuer- und/oder Überwachungsanlage verbunden sein, wobei beispielsweise mehrere erfindungsgemässe Einrichtung mit ein- und derselben Steuer- und/oder Überwachungsanlage verbunden sein können. Diese kann dann die bereits erwähnten Stromversorgungs- und/oder Anzeige- und/oder regelüberwachungsmittel aufweisen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann auch vorgesehen werden, um die Dichte oder Dichteänderung von einem strömenden Gas, zum Beispiel Erdgas, zu ermitteln. In diesem Fall kann die Kammer der Einrichtung Gas-Verbindungsmittel mit zwei Gas-Anschlüssen aufweisen, die derart angeordnet sind, dass das zu untersuchende Gas durch den den Schwinger enthaltenden Innenraum der Kammer hindurchströmen kann. Dabei kann zum Beispiel der ganze Strom eines Gases oder ein von einem Gas-Hauptstrom abgezweigter Gas-Nebenstrom durch die Kammer hindurchgeleitet werden.
Der Erfindungsgegenstand wird anschliessend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
die Fig. 1 eine teils in Ansicht, teils im Längsschnitt und etwas vereinfacht gezeichnete Einrichtung zum Ermitteln der Dichte und/oder Dichteänderung von Gas,
die Fig. 2 den separat sowie ebenfalls teils in Ansicht und teils im Schnitt gezeichneten, aus einer Stimmgabel bestehenden Schwinger der Einrichtung in grösserem Massstab,
die Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Bereich der Einrichtung entlang der Linie III-III der Fig. 1 in noch grösserem Massstab als die Fig. 2, wobei die zur Schwingungserregung dienenden Wandler weggelassen wurden,
die Fig. 4 einen vereinfachten Schnitt durch eine andere Einrichtung, deren Schwinger durch ein rundes, mit Einschnitten versehenes Plättchen gebildet ist,
die Fig.
5 eine Draufsicht auf das als Schwinger dienende Plättchen der Einrichtung gemäss der Fig. 4, wobei auch noch die Wandler zur Erregung und Detektion von Schwingungen angedeutet sind,
die Fig. 6 eine Seitenansicht eines Schwingers, der aus einem runden Plättchen mit Rippen besteht,
die Fig. 7 eine Draufsicht auf den in der Fig. 6 ersichtlichen Schwinger,
die Fig. 8 eine Seitenansicht eines Schwingers, der durch ein Plättchen mit im wesentlichen quadratischem Umriss gebildet ist,
die Fig. 9 eine Draufsicht auf den Schwinger nach Fig. 8,
die Fig. 10 einen teils in Ansicht, teils im Schnitt gezeichneten, stabförmigen Schwinger, wobei noch die zum Halten von diesem dienenden Halter angedeutet sind, und
die Fig. 11 eine Draufsicht auf das eine Ende des in der Fig. 10 gezeichneten Schwingers.
Die in der Fig. 1 ersichtliche Einrichtung zum Ermitteln der Dichte und/oder Dichteänderung von Gas weist eine Kammer 1 mit einer mehrteiligen Wandung 3 auf. Die Wandung weist als Hauptbestandteil eine einstückige Hülse 5 auf, die mit einem durchgehenden, koaxialen Loch 5a versehen ist. Dieses hat am einen Ende der Hülse einen kreiszylindrischen Abschnitt 5b, der durch einen kurzen, sich verjüngenden, konischen Abschnitt 5c mit einem engeren, im Querschnitt viereckigen, nämlich quadratischen Abschnitt 5d verbunden ist. An diesen schliesst dann ein eine Erweiterung bildender, kreiszylindrischer Abschnitt 5e an, auf den ein anderer kreiszylindrischer Abschnitt 5f mit grösserem Durchmesser folgt. Ein radiales, aus einer abgestuften Bohrung bestehendes, zum Teil mit einem Innengewinde versehenes Loch 5g mündet in den Abschnitt 5b des koaxialen Lochs 5a.
Die Hülse 5 ist im Bereich des viereckigen Lochabschnitts 5d mit zwei radialen, sich diametral gegenüberstehenden Sacklöchern 5g versehen, von denen in der Fig. 1 nur eines gezeichnet ist. Der Grund der Sacklöcher 5g - wie es besonders deutlich in der Fig. 3 ersichtlich ist - durch einen schmalen stegförmigen Abschnitt des Mantels der Hülse 5 von je einer der Viereck-Seiten des Lochabschnitts 5d getrennt. Die Hülse 5 besitzt ferner zwei zu ihrer Achse parallele, aber gegen diese versetzte, aus je einer Bohrung bestehende Löcher 5i, von denen jedes vom sich in der Fig. 1 oben befindenden Ende der Hülse 5 her in eines der Sacklöcher 5h mündet.
Am sich in der Fig. 1 oben befindenden Ende der Hülse 5 ist ein Flansch 7 angeordnet. Der Flansch 7 hat ein koaxiales, durchgehendes Loch 7a und zwei axiale, durchgehende, je mit einem der Löcher 5i fluchtenden Löcher 7b. Eine Hülse 9 liegt zwischen der Umfangsfläche des Flansches 7 und einem axial vorstehenden Kragen der Hülse 5 an dieser an und ist an ihrem der Hülse 5 abgewandten Ende durch einen Deckel 11 abgeschlossen. Dieser, die Hülse 9 und der Flansch 7 sind durch nicht gezeichnete Verschraubungsmittel lösbar miteinander und mit der Hülse 5 verbunden.
Im zylindrischen Abschnitt 5b des Lochs 5a ist ein Halter 15 angeordnet, der einen radial satt im Lochabschnitt 5b sitzenden Kopf 15a, einen Schaft 15b und ein durchgehendes, koaxiales Loch 15c hat. Dessen in die Stirnfläche des Kopfs 15a mündender, erweiterter Endabschnitt ist mit einem Innengewinde versehen. Der Halter 15 ist mit einer in sein besagtes Innengewinde eingeschraubten, das Loch 7a des Flansches 7 durchdringenden ein durchgehendes, koaxiales Loch 17a aufweisenden Schraube 17 am Flansch 7 festgeschraubt und damit lösbar und starr mit der Wandung 3 der Kammer 1 verbunden.
Ein separat in der Fig. 2 gezeichneter, mechanischer, einstückiger Schwinger 21 ist aus einer Stimmgabel gebildet und besitzt - in den Fig. 1 und 2 der Reihe nach von oben nach unten - einen Schaft 21a, einen Steg 21b und zwei im Ruhezustand gerade sowie zueinander parallele Zinken 21c. Der Schaft 21a ist kreiszylindrisch und hat ein koaxiales, aus einer Bohrung bestehendes, in sein freies Ende mündendes Sackloch 21d. Wie es in der Fig. 3 ersichtlich ist, hat der durch den Steg 21b und die Zinken 21c gebildete Teil der Stimmgabel in einer zur Längsrichtung der Zinken parallelen Projektion eine viereckige, und zwar quadratische Umrissform, wobei die Quadratseitenlänge gleich dem Aussendurchmesser des Schafts 21a ist. Die beiden Zinken 21c werden durch den Steg 21b sowie zusätzlich durch den Schaft 21a miteinander verbunden.
Der Schaft 21a und der Steg 21b bilden also zusammen den die beiden Zinken 21c miteinander verbindenden und beim Betrieb schwingungsmässig miteinander koppelnden Verbindungsabschnitt der Stimmgabel. Jede Zinke 21c hat in einer zu ihrer Längsrichtung parallelen Projektion eine viereckige, nämlich rechteckige Umrissform. Die rechtwinklig zur Schwingungsrichtung der Zinken 21 gemessene Höhe jeder Zinke ist dabei wesentlich grösser als deren parallel zur Schwingungsrichtung gemessene Breite. Die beiden Zinken sind auf ihren einander abgewandten Breitseiten je mit einer nutförmigen Ausnehmung 21e versehen, die sich beginnend vom freien Zinkenende ungefähr über die halbe Länge der betreffenden Zinke erstreckt und bei ihrem dem freien Zinkenende abgewandten Ende bogenförmig ausläuft.
Der Schaft 15b des Halters 15 ragt in das Sackloch 21d des Schwingerschafts 21a hinein und ist dicht und fest mit diesem verbunden, nämlich verschweisst. Der Schaft 21a der Stimmgabel ist mindestens zum grössten Teil innerhalb des zylindrischen Abschnitts 5b und des konischen Abschnitts 5c des Lochs 5a angeordnet, während sich der Steg 21b und die Zinken 21c der Stimmgabel im viereckigen Abschnitt 5d des Lochs 5a befinden. Gemäss der Fig. 3 ist jede Seite des in der zur Zinken-Längsrichtung parallelen Projektion vom Umriss des Stegs 21b und der Zinken 21c gebildeten Viereckes - d.h. Quadrats - parallel zu einer ihr zugewandten Begrenzungsfläche des Abschnitts 5d des Lochs 5a und von dieser Begrenzungsfläche durch einen spaltförmigen Zwischenraum getrennt.
Die Grundflächen der Ausnehmungen 21e sind - abgesehen von ihren bogenförmig auslaufenden Endabschnitten - eben und parallel zu den ihnen zugewandten Begrenzungsflächen des Lochabschnitts 5d. Die freien Enden der Zinken 21c sind durch eine zur Längsrichtung der letzteren rechtwinklige Fläche begrenzt.
Die einander zugewandten sowie die einander abgewandten Längsflächen oder Breitseiten der Zinken 21c und die ebenen Teile der Grundflächen der Ausnehmungen 21e sind also - mindestens im Ruhezustand - rechtwinklig zur Schwingungsrichtung der Zinken 21c und bilden zusammen eben die gesamte, zur Schwingungsrichtung rechtwinklige, sich beim Schwingen des Schwingers bewegende Fläche von diesem. Die sich in der Fig. 3 oben und unten befindenden Längsflächen oder Schmalseiten der Zinken, die einander zugewandten Rand- oder Seitenflächen jeder Ausnehmung 21e und die an den freien Enden der Zinken vorhandenen Endflächen der Zinken sind dagegen mindestens im Ruhezustand - parallel zur Schwingungsrichtung der Zinken und bilden also zusammen eben die gesamte, zur Schwingungsrichtung parallele Fläche des Schwingers, die sich beim Schwingen von diesem bewegt.
Die Einrichtung weist durch einen einstückigen Verdrängungskörper 23 gebildete Verdrängungsmittel auf. Der Verdrängungskörper 23 besitzt einen kreiszylindrischen Flansch 23a, der mindestens zum Teil im Abschnitt 5e des Lochs 5a der Hülse 5 sitzt und mit nicht ersichtlichen Schrauben lösbar an dieser befestigt ist. Der Flansch 23a hat zwei achsparallele, durchgehende, aus Bohrungen bestehende Löcher 23c, von denen jedes beim freien Ende einer Zinke 21c in den Abschnitt 5d des Lochs 5a mündet. Der Verdrängungskörper 23 weist des weitern einen im Querschnitt viereckigen, nämlich rechteckigen, aus einem Dorn oder Finger bestehenden Verdränger 23b auf, der in den Lochabschnitt 5d sowie zwischen die beiden Zinken 21b hineinragt.
Der Verdränger 23b erstreckt sich in seiner Längsrichtung - von den freien Enden der Zinken 21b aus gemessen - mindestens über 50% und nämlich vorzugsweise mindestens aber 75% der Länge des zwischen den beiden Zinken vorhandenen Zwischenraumes. Wie man besonders deutlich in der Fig. 3 sehen kann, ist der Verdränger 23b im Querschnitt von den ihm zugewandten Seiten der Zinken durch spaltförmige Zwischenräume getrennt. Die rechtwinklig zur Schwingungsrichtung der Zinken gemessene Querschnittsabmessung des Verdrängers 23b ist mindestens gleich der der in der gleichen Richtung gemessenen Querschnittsabmessung, - d.h.
Höhe - der Zinken, so dass sich der Verdränger mindestens über die ganze Höhe der Zinken erstreckt und nämlich über die sich in der Fig. 3 unten und oben befindenden Längsränder oder Längs-Schmalseiten der Zinken hinaus bis mindestens annähernd zu den Begrenzungsflächen des Lochabschnitts 5d ragt.
Derjenige Teil des Lochs 5a, der nicht vom Halter 15, von der Stimmgabel 21 und vom Verdrängungskörper 23 eingenommen ist, bildet mindestens im wesentlichen den Innenraum 25 der Kammer 1, der zum Aufnehmen des Gases dient, dessen Dichte oder Dichteänderung zu ermitteln ist. Der Begriff "mindestens im wesentlichen" soll hierbei zum Ausdruck bringen, dass der mindestens teilweise freie Bereich des radialen Lochs 5g und die beiden Löcher 23a, die eventuell auch noch dem Innenraum zugerechnet werden könnten, dabei vernachlässigt werden.
Auf der dem Schwinger 21 - d.h. der Stimmgabel - abgewandten Seite des Flansches 23a ist ein Filter 27 angeordnet. Dieses besitzt ein lösbar am Verdrängungskörper 23 festgeschraubtes Halteplättchen mit zwei mit den Löchern 23c fluchtenden Löchern, in denen je ein zum Zurückhalten von Staub und sonstigen Schmutzpartikeln dienendes Drahtgeflechtsieb oder dergleichen eingesetzt ist.
In jedes der beiden radialen Sacklöcher 5h ist ein als Schwingungserreger dienender Wandler 31 eingesetzt und mit einem Befestigungselement 33 lösbar befestigt. Jeder Wandler 31 besteht aus einer Spule mit einem Topfkern, dessen eine Stirnseite der äussern Breitseite von einem der Zinken 21c zugewandt ist. Im Grundabschnitt des Sacklochs 21d des aus einer Stimmgabel bestehenden Schwingers 21 ist ein schematisch als Scheibe gezeichneter, piezoelektrischer Wandler 35 befestigt, der als Schwingungsdetektor dient. Die beiden Wandler 31 und der Wandler 35 bilden also zusammen Wandlermittel 31, 35 zur Erregung und Detektion von mechanischen Schwingungen des Schwingers 21. Im Innern der Hülse 37 ist eine schematisch durch einen Block angedeutete Elektronikvorrichtung 37 befestigt.
Diese ist über nicht gezeichnete, durch die Löcher 5i, 7b hindurch verlaufende Leiter elektrisch mit den Wandlern 31 und über ebenfalls nicht gezeichnete, durch die Löcher 15c, 17a hindurch verlaufende Leiter elektrisch mit dem Wandler 35 verbunden. Die Elektronikvorrichtung 37 ist ferner elektrisch leitend mit einem am Deckel 11 befestigten, elektrischen Steckanschluss 39, d.h. einem Chassis-Stecker verbunden. Dieser kann über ein Kabel mit nicht gezeichneten Elektronik- und/oder Anzeige- und/oder Pegelüberwachungs- und/oder Stromversorgungsmitteln verbunden werden.
Das sich in der Fig. 1 unten befindende Ende der Hülse 5 ist lösbar - beispielsweise durch nicht gezeichnete Schrauben - mit einem Verbindungsorgan 45 verbunden. Dieses ermöglicht, den Innenraum 25 über die Löcher 23c und das Filter 27 vorübergehend oder dauernd mit einem Raum zu verbinden, welcher Gas enthält, dessen Dichte zu messen ist. Bei diesem Raum kann es sich beispielsweise um die Schwefelhexafluorid enthaltende Kammer einer Hochspannungs-Schaltvorrichtung und/oder eines Druck- und/oder Dichte-Überwachungsgerätes einer solchen Schaltvorrichtung handeln. Im radialen Loch 5g ist beispielsweise eine Gas-Schnellkupplung befestigt, die mit Mitteln verbunden sein kann, um den Innenraum 25 der Kammer 3 nach Bedarf zu evakuieren oder zu belüften.
Im übrigen weist die Einrichtung noch verschiedene, nicht näher bezeichnete Dichtungen auf, um den Innenraum 35 und andere Hohlräume gegen die Umgebung abzudichten.
Die Wandung 3 oder mindestens deren durch die Hülse 5 gebildeter Teil, der Halter 15 und der Verdrängungskörper 23 bestehen aus einem metallischen, unmagnetischen Material, zum Beispiel rostfreiem Stahl. Der Schwinger 21 besteht aus einem metallischen, ferromagnetischen, aber magnetisch weichen Material, so dass er durch die Magnetfelder, welche beim Betrieb mit den aus Spulen bestehenden Wandlern 31 erzeugt werden, durch die den Grund der Sacklöcher 5h begrenzenden Abschnitte der Hülse 5 hindurch zum Schwingen gebracht werden kann. Der Schwinger 21 besteht zum Beispiel aus der unter dem Handelsnamen "NIVAROX" bekannten, thermokompensierenden Legierung, die als Hauptkomponenten Eisen sowie Nickel enthält und ferner noch Wolfram, Beryllium, Mangan und Silizium aufweist.
Der Begriff "thermokompensierend" bedeutet, dass der Elastizitätsmodul der Legierung innerhalb eines gewissen, relativ grossen Temperaturbereichs konstant ist oder mit einem wählbaren Koeffizienten linear ändert. Das gewünschte Temperaturverhalten des Elastizitätsmoduls kann dabei durch eine Wärmebehandlung und/oder andere Massnahmen festgelegt werden.
In der Fig. 3 sind noch die Abstände einiger Flächen der sich im Ruhezustand befindenden, beim Betrieb der Einrichtung schwingenden Zinken 21c des Schwingers 21 von dauernd, d.h. beim Betrieb ruhenden und unbewegt bleibenden Flächen der Wandung 3 und/oder des Verdrängers 23b angegeben. Es sind dies der Abstand a1 einer der innern, d.h. einander zugewandten, zur Schwingungsrichtung rechtwinkligen Längsflächen oder Breitseiten der Zinken vom Verdränger 23b, der Abstand a2 einer der beiden äussern, d.h.
einander abgewandten, zur Schwingungsrichtung rechtwinkligen Längsflächen oder Breitseiten der Zinken von der der betreffenden Zinken-Längsfläche zugewandten Begrenzungsfläche des Lochabschnitts 5d, der Abstand a3 des Grundes einer nutförmigen Ausnehmung 21e von der dieser zugewandten Begrenzungsfläche des Lochabschnitts 5d und der Abstand a4 einer zur Schwingungsrichtung parallelen Längsfläche oder Schmalseite einer Zinke von der ihr zugewandten Begrenzungsfläche des Lochabschnitts 5d. Die Abstände a1, a2, a3 sind dabei parallel zur Schwingungsrichtung gemessen, während der Abstand a4 rechtwinklig zur Schwingungsrichtung gemessen ist.
Die Quadratseiten des im Querschnitt quadratischen Lochabschnitts 5d haben beispielsweise eine Abmessung von 11 mm. Die Quadratseiten des in einer zur Längsrichtung der Zinken 21c parallelen Projektion vom Steg 21b und von den Zinken 21c aufgespannten Umriss- oder Hüllquadrats haben beispielsweise eine Abmessung von 9 mm. Der Abstand der einander zugewandten Flächen der beiden Zinken 21c beträgt beispielsweise 7,4 mm. Jede nutförmige Ausnehmung 21e ist beispielsweise 0,6 mm tief. Der Verdränger 23b ist im Querschnitt beispielsweise 5,45 mm breit und 10,5 mm hoch. Dementsprechend ist der Abstand a1 ungefähr gleich oder etwas kleiner als 1 mm und nämlich - bei Vernachlässigung allfälliger Fabrikationsungenauigkeiten - gleich 0,975 mm. Die Abstände a2 und a4 sind gleich gross und betragen ungefähr - d.h. bei Vernachlässigung der Fabrikationsungenauigkeiten - 1 mm.
Der Abstand a3 beträgt ungefähr 1,6 mm. Die Länge jeder Zinke 21c beträgt beispielsweise 35 mm, wobei diese Länge vom freien Ende einer Zinke bis zu derjenigen Stelle von dieser gemessen ist, bei welcher ihre innere Längsfläche in die bogenförmige Fläche des Stegs 21b übergeht.
Die Elektronikvorrichtung 37 ist ausgebildet, um den Schwinger 21 beim Betrieb in Zusammenwirkung mit den Wandlern 31, 35 mit der Grund-Resonanz-Schwingungsfrequenz zum Schwingen zu bringen und diese zu erfassen und durch ein elektrisches Signal darzustellen. Falls der Innenraum 25 ein Gas enthält, gibt die Schwingungsfrequenz f dann ein Mass für die Dichte des Gases. Wenn man die Dichte des Gases mit rho bezeichnet, kann diese dargestellt werden durch die Formel
rho = r [(fv/f)<2>- 1] (5).
Dabei ist r eine Konstante.
Gemäss durchgeführten Versuchen schwingt die aus dem angegebenen Material bestehende und die genannten Abmessungen aufweisende, den Schwinger 21 bildende Stimmgabel bei evakuiertem Innenraum 25 und bei normaler Raumtemperatur - d.h. bei etwa 20 DEG C - mit einer Grund-Resonanzfrequenz fv, die etwa 771 Hz beträgt. Wenn man diesen Wert und für die Konstante K einen Wert von 2 m/s in die Formel (1) einsetzt, wird der Maximal-Abstand amax = 2,6 mm. Wenn man für die Konstante K Werte von 1,5 m/s bzw. 1,3 m/s in die Formel (1) einsetzt, wird der Maximal-Abstand amax = 1,95 mm bzw. amax = 1,68 mm. Die Abstände a1, a2, a3, a4 sind also alle kleiner als die sich für die drei genannten Werte der Konstanten K ergebenden Maximal-Abstände amax.
Vom Gas, das sich beim Ermitteln einer Dichte oder Dichteänderung im vom Lochabschnitt 5d gebildeten Teil des KammerInnenraumes 25 befindet, hat also ein grosser Teil von den Zinken höchstens den Abstand a1 oder a2 oder a3 oder a4. Im in der Fig. 3 gezeichneten Querschnitt hat nämlich nur das sich unmittelbar in den Ecken des Lochabschnitts 5d befindende Gas vom Schwinger 21 einen Abstand, der geringfügig grösser ist als die identischen Abstände a2 und a4. Auch der Abstand der Ecken des Lochabschnitts 5d von der Stimmgabel ist jedoch immer noch kleiner als alle drei vorgängig angegebenen Maximal-Abstände amax. Die Abstände der Ecken des Lochabschnitts 5d vom Schwinger 21 könnten übrigens noch ein wenig verkleinert werden, indem die Ecken durch verrundete oder geneigte Übergänge ersetzt werden.
Gemäss der Fig. 1 kann ferner das zwischen dem Steg 21b und dem Verdränger 23b vorhandene Gas zum Teil einen Abstand vom Schwinger 21 haben, der grösser als die Abstände a1, a2, a3, a4 ist. Hiezu ist jedoch zu sagen, dass die unmittelbar an den Steg 21b angrenzenden Wurzel-Abschnitte der Zinken 21c beim Schwingen des Schwingers - wenn dieser beispielsweise mit seiner Grund-Resonanzfrequenz schwingt - im Vergleich zu den freien Enden der Zinken nur sehr wenig ausgelenkt werden. Dementsprechend wird das sich bei den Wurzel-Abschnitten der Zinken befindende Gas nur wenig bewegt und hat daher nur einen geringen Einfluss auf die Ermittlung der Dichte. Im übrigen könnte der Verdränger 23b ohne weiteres noch etwas länger ausgebildet werden, als es in der Fig. 1 gezeichnet ist.
Zudem könnte das dem Steg 21b zugewandte Ende des Verdrängers 23b im Bedarfsfall parallel zur ihm zugewandten Stegfläche gebogen werden, so dass der Abstand des Schwingers vom Verdränger 23b auch dort beispielsweise gleich dem Abstand a1 gemacht werden könnte. Der Abstand der freien Enden den Zinken 21c von der ihnen zugewandten Fläche des Flansches 23a des Verdrängungskörpers 23 beträgt beispielsweise höchstens oder ungefähr 2 mm, ist also mindestens noch kleiner als der sich für fv = 771 Hz und K = 2 m/s ergebende, 2,6 mm betragende Wert von amax und könnte im übrigen ohne weiteres kleiner, beispielsweise etwa 1 mm gemacht werden. Das sich in den Löchern 23c befindende Gas kann zum Teil Abstände vom Schwinger haben, die etwas grösser sind als die vorgängig angegebenen Werte von amax.
Hiezu ist anzumerken, dass die an den Zinkenenden vorhandenen Flächen im Vergleich zur gesamten Begrenzungsfläche der Zinken relativ klein sowie zudem parallel zur Schwingungsrichtung der Zinken sind. Da sich die an den Zinkenenden vorhandene Flächen beim Schwingen der Zinken im wesentlichen entlang von sich selbst bewegen, verursachen sie nur eine relativ geringe Bewegung des an sie angrenzenden Gases. Im übrigen ist die in den Löchern 23c vorhandene Gasmenge verhältnismässig klein. Der Schaft 21a des Schwingers 21 befindet sich zu einem grossen Teil im Abschnitt 5b des Lochs 5a und hat dort von der Begrenzungsfläche des Lochabschnitts 5b und vom Kopf 15a des Halters 15 einen Abstand, der zum grössten Teil grösser als der grösste, vorgängig für amax angegebene Wert von 2,6 mm ist.
Dies ist jedoch belanglos, weil der Schaft 21a der Stimmgabel beim Schwingen von dieser nicht - oder mindestens praktisch nicht - schwingt.
Ein grosser Teil des sich im Lochabschnitt 5d befindenden Gases und insbesondere derjenige Teil von diesem, der sich in einer zur Schwingungsrichtung parallelen Projektion im Bereich der Zinken befindet und beim Ermitteln einer Dichte oder Dichteänderung intensiv mitbewegt wird, hat also vom Schwinger 21 einen Abstand, der höchstens gleich dem kleinsten der für amax angegebenen Werte von 1,68 mm und nämlich sogar kleiner als dieser ist. Der Abstand der beim Schwingen des Schwingers von diesem mitbewegten Gaszellen ist daher beim Messen der Dichte von Schwefelhexafluorid sehr viel kleiner als die Wellenlänge eines einer die Schwingungsfrequenz des Schwingers aufweisenden, sich durch das Gas ausbreitenden Schallwelle. Die Kompressibilität des Gases hat daher nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Resonanzfrequenz des Schwingers.
Dadurch kann der Einfluss der Temperatur niedrig gehalten werden. Dies soll anschliessend anhand einiger Messergebnisse erläutert werden.
In der Tabelle 3 sind für eine gemäss den Fig. 1 bis 3 ausgebildete Einrichtung, deren Abstände a1, a2, a3, a4, sowie sonstige Abmessungen die vorgängig angegebene Werte haben, und für eine nicht erfindungsgemäss ausgebildete Einrichtung mit anders angeordnetem Schwinger einige Messwerte angegeben. Dabei wurde für alle Messungen der gleiche Schwinger verwendet. Bei der nicht erfindungsgemässen und nicht gemäss den Fig. 1 bis 3 ausgebildeten Einrichtung ist kein dem Verdränger 23b entsprechender Verdränger vorhanden.
Zudem ist bei der nicht erfindungsgemässen Einrichtung der die Zinken der Stimmgabel enthaltende Bereich des Kammer-Innenraums im Querschnitt nicht quadratisch, sondern kreisförmig, wobei der Durchmesser des Kammer-Innenraums deutlich grösser als die Länge der Diagonalen des im Querschnitt von der Stimmgabel aufgespannten Quadrats ist.
<tb><TABLE> Columns=6
<tb>Title: Tabelle 3
Einfluss der Anordnung des Schwingers und des Schwingungsmodus auf die Abhängigkeit der Frequenz von der Dichte und auf die Temperaturkoeffizienten der Frequenz und Dichte.
<tb>Head Col 01 AL=L: Einrichtung
gemäss
den Fig. 1-3
<tb>Head Col 02 AL=L: Schwingungs-
modus
<tb>Head Col 03 to 04 AL=L: Resonanzfrequenz
<tb>Head Col 05 to 06 AL=L:
Temperaturkoeffizient
<tb>SubHead Col 03 AL=L>fv [Hz]:
<tb>SubHead Col 04 AL=L>f [Hz]:
<tb>SubHead Col 05 AL=L>Tk (f)-Tk (fv)
[ppm/ DEG C]:
<tb>SubHead Col 06 AL=L>Tk (rho)
[ppm/ DEG C]:
<tb> <SEP>Nein <SEP>Grundschwingung <SEP>771 <SEP>729 <SEP>5,5 <SEP>-103,4
<tb> <SEP>Ja <SEP>Grundschwingung <SEP>771 <SEP>717 <SEP>1,97 <SEP>-27,5
<tb> <SEP>Nein <SEP>1. Oberschwingung <SEP>2702 <SEP>2611 <SEP>40,3 <SEP>-1222
<tb> <SEP>Ja <SEP>1. Oberschwingung <SEP>2702 <SEP>2572 <SEP>19,7 <SEP>-422
<tb></TABLE>
In der Tabelle 3 sind in der Spalte 1 die Art der Einrichtung, in der zweiten Spalte der Schwingungsmodus, in der dritten Spalte die sich im Vakuum ergebende Resonanzfrequenz fv und in der vierten Spalte die sich in Schwefelhexafluorid (SF6) mit einer Dichte von 25 kg/m<3> ergebende Resonanzfrequenz f angegeben, wobei die angegebenen Frequenzwerte bei normaler Raumtemperatur (ungefähr 20 DEG C) ermittelt wurden. In der fünften Spalte ist die Differenz der Temperaturkoeffizienten der sich bei einer Dichte von 25 kg/m<3> Schwefelhexafluorid ergebende Frequenz f und der sich im Vakuum ergebenden Frequenz fv angegeben. In der letzten Spalte ist dann der Temperaturkoeffizient der gemessenen und nämlich unter Verwendung der Formel (5) aus den Frequenzen errechneten Dichte des Schwefelhexafluorids angegeben.
Bei den angegebenen Temperaturkoeffizienten handelt es sich um Mittelwerte von im Temperaturbereich von -15 DEG C bis +40 DEG C gemessenen Messwerten.
Die Dichte von Schwefelhexafluorid beträgt bei 0 DEG C und und 0,1 MPa gleich 6,543 kg/m<3>. Die in der Tabelle 3 angegebene Dichte entspricht also einem Druck in der Grösse von 0,4 MPa. Wenn man die Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit vom Druck vernachlässigt und in der Formel (2) für die Schallgeschwindigkeit c den ungefähr 134 m/s betragenden für eine Temperatur von 20 DEG C und für einen Druck von 0,1 MPa geltenden Wert einsetzt, ergeben sich für die bei der Grundschwingung auftretenden Frequenzen von 771 Hz, 729 Hz und 717 Hz Wellenlängen von 173,8 mm bzw. 183,8 mm bzw. 186,9 mm. Bei den bei der ersten Oberschwingung auftretenden Frequenzen von 2702 Hz, 2611 Hz und 2572 Hz ergeben sich Wellenlängen von 49,6 mm bzw. 51,3 mm bzw. 52,1 mm.
Dazu ist anzumerken, dass sich im Vakuum selbstverständlich keine Schallwellen ausbreiten, so dass die für die Schwingung im Vakuum ausgegebenen Wellenlängen fiktiver Art sind. Der sich für die erfindungsgemässe Einrichtung für einen 2 m/s betragenden Wert der Konstanten K ergebende Maximal-Abstand amax = 2,6 mm entspricht also zum Beispiel bei der sich beim Betrieb der erfindungsgemässen Einrichtung mit der Grundschwingung bei einer Schwefelhexafluorid-Dichte von 25 kg/m<3> ergebenden Frequenz von 717 Hz und Wellenlänge von 186,9 mm 1,39% der Wellenlänge. Die sich für die Werte von K = 1,5 m/s und K = 1,3 m/s ergebenden Werte amax = 1,95 mm bzw. amax = 1,68 mm entsprechen 1,04% bzw. 0,90% der genannten Wellenlänge.
Der Schwinger 21 besteht - wie erwähnt - aus einer thermokompensierenden Legierung und ist derart beschaffen, dass seine Resonanzfrequenz im untersuchten Temperaturbereich praktisch unabhängig von der Temperatur und der Temperaturkoeffizient Tk(fv) praktisch Null und insbesondere wesentlich kleiner als der Temperaturkoeffizient Tk(f) ist. Die in der fünften Spalte der Tabelle 3 angegebene Temperaturkoeffizienten-Differenzen sind also praktisch identisch mit dem Temperaturkoeffizienten Tk(f), der sich beim Ermitteln der Dichte von 25 kg/m<3> ergebenden Frequenz. Gemäss der Tabelle 3 beträgt die Differenz der Temperaturkoeffizienten der Frequenz für die erfindungsgemässe Einrichtung weniger als 2 ppm/ DEG C und nur ungefähr einen Drittel des sich für die nicht erfindungsgemässe Anordnung ergebenden Werte.
Bei den Dichtemessungen deren Ergebnisse in der Tabelle 3 dargestellt sind, wurde der Innenraum 25 der Kammer 1 während der Änderung der Temperatur jeweils dicht abgeschlossen. Da sich die Kammer 3 beim Erwärmen ausdehnt, bewirkt dann die dadurch entstehende Volumenvergrösserung des Innenraums 25 eine Verkleinerung der Dichte. Für die im wesentlichen aus rostfreiem Stahl bestehende Kammer sollte die durch die Temperaturänderung verursachte Volumenvergrösserung des Innneraums theoretisch eine Dichteänderung von -48 ppm/ DEG C ergeben. Gemäss der Tabelle 3 ist der Temperaturkoeffizient der Dichte beim Betrieb mit der Grundschwingung bei der nicht erfindungsgemässen Einrichtung - 103,4 ppm/ DEG C und bei der erfindungsgemässen Einrichtung -27,5 ppm/ DEG C.
Bei der erfindungsgemässen Einrichtung ist der Temperaturkoeffizient der Dichte also betragsmässig ungefähr 4mal kleiner als bei der nicht erfindungsgemässen Einrichtung und sogar betragsmässig kleiner als der infolge der Volumenvergrösserung des Kammer-Innenraums resultierende Wert. Die gemäss der Erfindung ausgebildete, bemessene und betriebene Einrichtung ermöglicht also die Dichte von Schwefelhexafluorid im interessierenden, sich zum Beispiel von -15 DEG C bis +40 DEG C erstreckenden Temperaturbereich genau zu ermitteln.
Wie bereits erwähnt, kann man bei der für die Herstellung des Schwingers verwendeten, thermokompensierenden Legierung den Elastizitätsmodul statt temperaturunabhängig auch in einer einstellbaren Weise von der Temperatur abhängig machen. Wenn letzteres getan wird, ist die sich im Vakuum ergebende Resonanzfrequenz in einstellbarer Weise von der Temperatur abhängig. Falls die Einrichtung vorgesehen ist, um die Dichte immer bei abgeschlossenem Innenraum 25 zu ermitteln, besteht die Möglichkeit, den Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls des Schwingers derart einzustellen, dass die beim Ändern der Temperatur wegen der Änderung des Elastizitätsmoduls auftretende Frequenzänderung die wegen der Volumenänderung des Kammer-Innnenraums entstehende Frequenzänderung mindestens annähernd kompensiert. Auf diese Weise kann der Temperaturkoeffizient der Dichte noch zusätzlich reduziert werden.
Da die bei einer Temperaturänderung aus der Volumenänderung des Kammer-Innenraums resultierende Dichteänderung bei bekannter Temperaturdifferenz an sich genau errechnet werden kann, besteht im übrigen die Möglichkeit, auch noch die Temperatur der Wandung 3 und/oder des Schwingers 21 und/oder des Gases zu messen und den durch die Volumenänderung verursachten Messfehler rechnerisch zu korrigieren. Eine solche rechnerische Fehlerkorrektur kann ohne weiteres durch die in die Kammer 1 eingebaute Elektronikvorrichtung 37 und/oder durch mit dieser verbundene, externe Schaltungsmittel durchgeführt werden.
Aus den in der Tabelle 3 für den mit der ersten Oberschwingung schwingenden Schwinger angegebenen Messwerten geht hervor, dass die Anordnung gemäss den Fig. 1 bis 3 auch bei einer solchen Betriebsart günstigere Werte ergibt als die nicht den Fig. 1 bis 3 entsprechende Anordnung des Schwingers. Wenn man die sich beim Betrieb mit der ersten Oberschwingung im Vakuum ergebene Resonanzfrequenz fv = 2702 Hz in der Formel (1) einsetzt, ergibt sich für K = 2 m/s ein Maximal-Abstand amax = 0,74 mm. Die für das Ausführungsbeispiel der Einrichtung angegebenen Werte der Abstände a1, a2, a3, a4 sind dann grösser als amax, so dass die erfindungsgemässe Abstandsbedingung beim Betrieb mit der ersten Oberschwingung nicht erfüllt ist. Die Temperaturkoeffizienten der Frequenzen und Dichten sind daher beim Betrieb mit der ersten Oberschwingung wesentlich grösser als beim Betrieb mit der Grundschwingung.
Man könnte die Abstände a1, a2, a3, a4 an sich derart verkleinern, dass sie kleiner als der vorgängig angegebene Maximal-Abstand amax = 0,74 mm und sogar kleiner als die Maximal-Abstände werden, die sich bei der Oberschwingungs-Vakuum-Resonanzfrequenz fv = 2702 Hz für K = 1,5 m/s bzw. K = 1,3 m/s ergeben und amax = 0,55 mm bzw. amax = 0,48 mm betragen. Damit nicht extrem genaue Fabrikationstoleranzen eingehalten werden müssen und damit die Gefahr von Betriebsstörungen durch Verunreinigungen klein gehalten werden kann, ist es jedoch vorteilhaft, den Maximal-Abstand amax nicht allzu klein zu machen und den Schwinger dementsprechend in Vakuum mit Frequenzen zum Schwingen zu bringen, die - wie schon in der Einleitung angegeben - vorzugsweise höchstens 1500 Hz und beispielsweise 500 bis 1000 Hz betragen.
Die vereinfacht in der Fig. 4 dargestellte Einrichtung weist eine Kammer 101 auf, deren Wandung 103 durch zwei Wandungsteile 105, 107 gebildet ist, die beispielsweise aus je einer kreisförmigen Scheibe bestehen und in der Mitte ein axiales Loch 105a bzw. 107a haben. Die beiden Wandungsteile 105, 107 liegen aufeinander auf und sind beispielweise durch nicht gezeichnete Schrauben miteinander verbunden. Der Wandlungsteil 107 ist im mittleren Bereich seiner dem andern Wandlungsteil 105 zugewandten Seite mit einer Ausnehmung 107b versehen und durch eine Dichtung gegen die Umgebung abgedichtet. Im Loch 105a ist ein aus einem Bolzen bestehender Halter 115 lösbar oder unlösbar befestigt.
Ein im wesentlichen aus einem kreisförmigen Plättchen bestehender, in der Ausnehmung 107b angeordneter, separat in der Fig. 5 gezeichneter Schwinger 121 hat in seinem Zentrum ein Loch 121a und ist bei diesem am Halter 115 befestigt. Der Schwinger 121 hat in der Mitte einen beidseitig ebenen Bereich, an den ein zum Rand hin leicht dünner werdender Ringbereich anschliesst. Der Schwinger 121 ist durch vier radiale Einschnitte 121b in vier gleich grosse Sektoren unterteilt. Der nicht vom Halter 115 und Schwinger 121 eingenommene Bereich der Ausnehmung 107b bildet im wesentlichen den freien Innenraum 125 der Kammer 101. Die Wandlermittel weisen beispielsweise vier strichpunktiert in der Fig. 5 angedeutete Wandler 131, 135 auf, von denen jeder bei einem der vier Sektoren des Schwingers angeordnet ist.
Die beiden sich diametral gegenüberstehenden Wandler 131 können beispielsweise als Schwingungserreger und die beiden Wandler 135 als Schwingungsdetektoren dienen. Im übrigen können die Wandler beispielsweise je eine Spule aufweisen oder mindestens zum Teil durch piezoelektrische Wandler gebildet sein. Das Loch 107a ist mit einem Verbindungsorgan zum Zu- und Ableiten des Gases versehen, dessen Dichte zu ermitteln ist.
Der Schwinger 121 wird beim Betrieb derart zum Schwingen gebracht, dass sich radiale, sich im Zentrum des Schwingers bei dessen Befestigungsstelle schneidende Knotenlinien ergeben und dass er im wesentlichen zu seiner mit der Achse des Halters 115 zusammenfallenden Achse parallele Schwingungen ausführt. Die den Schwinger 121 in der Fig. 4 unten und oben begrenzenden Flächenteile des Schwingers 121 bilden zusammen dessen gesamte, mit der Schwingungsrichtung einen Winkel bildende Fläche, wobei dieser Winkel zum Teil genau und zum Teil annähernd ein rechter Winkel ist. Der Schwinger 125 weist ferner eine zur Schwingungsrichtung parallele Fläche auf, die durch die Begrenzungsränder der vier Einschnitte 121b und den kreisförmigen, fast schneiden- oder kantenartigen Umfangsrand gebildet ist.
Die Abmessungen des Schwingers 121, des Innenraums 125 und die sich im Vakuum ergebende Resonanzfrequenz des Schwingers 121 sind derart aufeinander abgestimmt, dass der Abstand der sich beim Schwingen des Schwingers bewegenden Fläche von diesem von den beim Schwingen ruhenden Flächen der Wandung 103 mindestens die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Bedingungen und vorzugsweise auch die sonstigen, in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Einleitung angegebenen Bedingungen erfüllt, soweit diese nicht ausschliesslich einen aus einer Stimmgabel bestehenden Schwinger betreffen.
Der in der Fig. 4 ersichtliche Schwinger 121 kann durch einen Schwinger 221 gemäss den Fig. 6 und 7 ersetzt werden. Dieser besteht aus einem kreisförmigen Plättchen, hat im Zentrum ein zur Befestigung dienendes Loch 221a und - ausserhalb der Einschnitte 121b - vier radiale Rippen 221b.
Die Fig. 8, 9 zeigen einen plättchenförmigen Schwinger 321 mit einem zentralen Loch 321a. Der Schwinger 321 hat einen im allgemeinen quadratischen Umriss, wobei die Quadratecken durch gebogene oder gerade Übergangsrandabschnitte ersetzt sind. Der Schwinger 321 kann ähnlich wie der Schwinger 121 in einer Kammer angeordnet werden, deren Innenraum aber vorzugsweise entsprechend der Umrissform des Schwingers im allgemeinen quadratisch ist.
Der in den Fig. 10 und 11 ersichtliche Schwinger 421 besteht aus einem Stab, dessen Breite wesentlich grösser ist als seine Dicke. Der Schwinger ist bei jedem seiner Längsränder mit zwei konischen Löchern 421a versehen, wobei die in den beiden Rändern vorhandenen Löcher paarweise miteinander fluchtende Achsen haben. Der Schwinger 421 ist zudem noch mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden, sich über seine ganze Länge und über den grössten Teil seiner Breite erstreckenden Nut 421b versehen. Der Schwinger 421 wird bei seinen Löchern, 421a durch schematisch angedeutete Halter 415 gehalten, die in die Löcher 421a eingreifende Spitzenlager bilden. Der Schwinger 421 kann durch nicht dargestellte Wandlermittel derart zum Schwingen gebracht werden, dass er Biegeschwingen entlang seiner Längsmittelebene ausführt, die rechtwinklig zu den Achsen der konischen Löcher 421a ist.
Der Schwinger 421 wird derart im Innenraum einer Kammer angeordnet, dass wiederum analoge Bedingungen erfüllt sind, wie sie für die anderen Schwinger erläutert wurden.
Die Einrichtungen können noch in verschiedener Hinsicht geändert werden. Zum Beispiel könnte man bei der anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Einrichtungen den zwischen den beiden Zinken 21c der Stimmgabel vorhandenen, durch einen separaten Verdrängungskörper 23 gebildeten Verdränger 23b durch einen Verdränger ersetzen, der aus einem mit der Hülse 5 zusammenhängenden Steg besteht.
The invention relates to a device for determining the density and / or density change of gas according to the preamble of claim 1.
In order to clarify the term "gas", it should be noted that this term is intended to encompass both a gas consisting of a single chemical element - such as sulfur hexafluoride - or a mixture of several gaseous elements - such as natural gas.
In the case of electrical switching devices for high voltages, for example at least about 10 kV, and / or for large currents, the fixed and movable electrical contacts are often arranged in gas-tight chambers which contain sulfur hexafluoride as the protective gas. If leaks occur in the chambers of such devices and the sulfur hexafluoride flows through them and possibly air flows into the chambers for this purpose, this can lead to the destruction of the switching device and possibly even cause fires and explosions.
Various devices and methods are already known for monitoring the gas density present in chambers of switching devices in one way or another. A device for measuring the density of a fluid, in particular of sulfur hexafluoride, which is known from DE-A 3 611 632 and is intended for this purpose in particular, has a chamber in which a tuning fork serving as a mechanical oscillator is arranged. In some devices manufactured for test purposes and designed essentially according to this publication, the tuning fork is arranged in a sleeve with a cylindrical inner surface and has a rectangular outline shape in a projection parallel to the longitudinal direction of its prongs.
The width of the tuning fork measured parallel to the mean direction of vibration of the tines in the projection is greater than the height of the tuning fork measured perpendicular to the direction of vibration. The device also has excitation and detection means formed by a coil and an electronic device. To determine a density, the tuning fork is made to vibrate with its basic resonance frequency. The gas moved by the tuning fork then influences the resonance frequency, so that its value gives a measure of the density of the gas.
The known device has the disadvantage that the resonance oscillation frequency of the oscillator, which is detected to determine the density, is strongly dependent on the temperature of the gas. This temperature dependence of the oscillation frequency increases with increasing molecular weight of the gas examined and is therefore relatively large, for example in the case of sulfur hexafluoride. Since the oscillation frequency depends on the temperature of the gas, the measurement accuracy that can be achieved is considerably impaired by changes in the gas temperature.
In addition, the resonant vibration frequency of the vibrator of the known device also depends on the type of gas whose density is to be measured. This influence of the gas type has a disruptive effect, for example, when the density of a gas consisting of a mixture of chemical elements is to be measured, the composition of which is not exactly known when the device is calibrated and / or can vary over time. This can occur, for example, when measuring the density of natural gas, the composition of which can change somewhat depending on its origin or over time. The influence of the gas type on the vibration frequency can also have a disruptive effect if the density of chemically different gases is to be measured with one and the same device.
The invention is therefore based on the object of eliminating disadvantages of the known device and, in particular, of making it possible for the density and / or density change of a gas to be determined as independently as possible of its temperature and type.
The object is achieved by means of a device and the use thereof with the features of claims 1 and 9, respectively. Advantageous refinements of the device and the use emerge from the dependent claims.
According to the invention, at least 70% of the surface of the oscillator which is moving when the oscillator is vibrating and whose direction of oscillation forms an angle should be different from that during operation - i.e. when the vibrator is in motion - resting surfaces have a distance, hereinafter referred to as a, measured by the free interior space, which is at most equal to the maximum distance, hereinafter referred to as amax, which is given by the formula
amax = K / fv (1).
In formula (1), which defines the maximum distance amax, K is a constant which is at most 2 m / s, and fv is the oscillation frequency of the oscillator in a vacuum at a temperature of 20 ° C. The latter naturally means the oscillator temperature, which is approximately identical to the temperature of the chamber wall and the environment. The entire surface or - more precisely - the boundary surface of the part of the oscillator that vibrates during operation can be divided into suitable surface sections to check this condition. The indication "measured by the free interior" is intended to mean that the distance is to be measured in each case along a straight line which runs completely through the free interior of the chamber without penetrating the transducer.
In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention, at least 70% of the oscillating surface that is parallel to the oscillation direction of the oscillator and moves when the oscillator is oscillating has a distance measured by the free interior space that is at most equal to the maximum Distance is amax.
The or each vibrating part of the transducer - e.g. the tines of a tuning fork - can possibly move along paths when swinging, which are almost straight, but are slightly curved on closer inspection. To clarify the terms used "forming an angle with the direction of vibration" and "in the direction parallel to the direction of vibration" it should be noted that the direction of vibration is understood to be the straight direction of movement with which the relevant part of the oscillator passes its rest position.
The surface at rest when vibrating can be formed at least partly by the wall of the chamber and, for example, partly by the wall and partly by displacement means directly or indirectly and firmly connected to it, or for example completely by the wall.
Depending on the type of gas or gas mixture whose density is to be determined, the constant K can be set to a suitable value which can also be less than 2 m / s and for example at most 1.5 m / s or even only at most 1. Can be 3 m / s. It is advantageous to set the constant K the smaller the smaller the speed of sound c with which a sound wave propagates in the gas or gas mixture, the density of which is to be determined. In a preferred development, K is therefore at most 1.5% or even better at most 1.2% or even only 1% of the speed of sound c of a sound wave propagating in the gas under investigation. Furthermore, it is favorable if the condition that the distance a is at most amax is met by the latter for a part of the surface that moves as much as possible, which is as large as possible.
In an advantageous embodiment of the subject of the invention, said distance a of the oscillating surface forming an angle with the oscillation direction and / or the oscillating surface parallel to the oscillating direction from a stationary surface can therefore meet the specified condition for at least 80% or even for at least 90% of the relevant oscillating surface. In a particularly advantageous development of the subject matter of the invention, the distance a can essentially - i.e. apart from exceptions, such as connection openings and the like - for the entire area of the part of the oscillator vibrating when determining a density.
It has been found that the undesirable dependence of the resonance oscillation frequency on the temperature of the gas and on the chemical nature of the gas is at least to a large extent due to the influence of a property which is dependent on the temperature and nature of the gas - namely on the Compressibility of the gas - is caused.
This is because the compressibility means that the gas which is moved by the vibrator when determining a density is not always in phase with the vibratory movement of the vibrator. The greater the phase shift between the moving gas and the oscillator, the greater the influence of temperature on the resonance oscillation frequency. It was also recognized that a large value of the phase shift mentioned also affects the measurement sensitivity - i.e. the size of the frequency change resulting for a specific density change - reduced. The phase shift phi between the movement of a particular gas cell - i.e. of a certain gas volume range - the greater the distance the gas cell in question is from the oscillator and the smaller the wavelength λ of a sound wave propagating through the gas at the oscillation frequency.
The wavelength depends on the speed of sound c and on the instantaneous oscillation frequency f and is known to be determined by the formula
lambda = c / f (2).
For ideal gas in the sense of thermodynamics, the speed of sound c is inversely proportional to the square root of the molecular weight and proportional to the square root of the absolute temperature. The speed of sound is, for example, at a pressure of 0.1 MPa and at a temperature of 20 ° C for sulfur hexafluoride about 134 m / s, for air about 344 m / s and for natural gas - depending on its composition about 370 m / s to 420 m / s.
The resonance oscillation frequency depends on the design of the vibrator and also on whether it is made to vibrate at the basic resonance frequency or a resonance frequency of a higher order. Furthermore, the resonance oscillation frequency is of course dependent on the density of the gas that surrounds the oscillator and whose density is to be determined. The frequency f that results for a given oscillator when measuring the density of a gas is lower than the frequency fv that results when oscillating in a vacuum.
In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention, the oscillator is designed in such a way and is excited during operation in such a way that it oscillates at its basic resonance frequency. Furthermore, it is favorable if the resonant oscillation frequency of the vibrator in a vacuum is at most 1500 Hz, at least 100 Hz and, for example, 500 Hz to 1000 Hz. The maximum distance amax can then preferably be at most 3 mm and for example at most 2 mm or even only at most 1.5 mm.
The oscillator arranged in the interior of a chamber can be formed, for example, by a tuning fork which has two prongs and a connecting section connecting them, for example consisting of a web and a shaft. The tines can have a generally quadrangular, in particular rectangular, outline shape in a projection parallel to their longitudinal direction. In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention, at least the area of the chamber interior containing the two tines and, for example, at least a part of the connecting section, can then be square in a section perpendicular to the longitudinal direction of the tines, i.e. be delimited by a wall section with a square inner surface. This allows the wall of each of the two prongs of the tuning fork to have three prong sides - i.e.
Long tine surfaces enclose with a small distance. In addition, dimensionally stable displacement means, directly or indirectly firmly connected to the wall of the chamber, can be provided with a displacer arranged between the two prongs. This can ensure that the tine sides facing each other - i.e. Longitudinal tine surfaces - at a short distance from one that is stationary when the oscillator is vibrating - i.e. non-vibrating part - just stand against the displacer.
In the discussion of the prior art, devices designed and manufactured approximately according to DE-A 3 611 632 and having a tuning fork have already been described, the tuning forks of which have a rectangular outline shape in a projection parallel to the longitudinal direction of the prongs, but are arranged in a circular cylindrical interior . In the devices according to DE-A 3 611 632, the space between the tines is also completely open. In these known devices, therefore, different surface sections of the tuning fork tines - in particular on the mutually facing sides of the two tines - have distances from the inner surface of the wall of the chamber which are considerably larger than the previously defined maximum distance amax.
The transducer means for exciting and detecting vibrations of the tuning fork can, for example, have two transducers, each with a coil, each of which interacts with one of the two prongs of the tuning fork and serves as a vibration exciter. A piezoelectric transducer can then be provided as the vibration detector, for example, which is arranged at the web of the tuning fork connecting the two prongs to one another. However, it is also possible, as in the device according to DE-A 3 611 632 already cited, to provide only a single coil, which then serves both for excitation and for the detection of vibrations. The transducer means may also have optically operating transducers instead of electromagnetically or piezoelectrically operating transducers or in addition to such.
During operation of the device, the tuning fork can be made to vibrate in a known manner in such a way that its tines alternately move towards and away from one another along the plane spanned by them, namely bend. The two tines are coupled to one another in terms of vibrations by the connecting section during vibration. However, since there are oscillation nodes at the ends of the tines connected to one another, the connecting section remains practically stationary even when the oscillator swings and in particular moves much less than the free ends of the tines, so that the movement of the gas surrounding the oscillator in the interior caused by the connecting section is practically negligible.
In the case of an oscillator consisting of a tuning fork, the part which oscillates during operation of the device therefore consists, at least essentially, of the prongs of the tuning fork. If the vibrator consists of a tuning fork, the area that moves when the vibrator vibrates is therefore to be understood as the entirety of the boundary surface sections of the two tines of the vibrator.
Instead of a tuning fork, the vibrator can also consist, for example, of a plate which is flat in the idle state and has, for example, a round outline, as described in DE-B 2 712 789 and in US Pat. No. 4,114,423 and DE-B 2,831,963 and that corresponding to this corresponding US-A 4 177 669 is known. According to these publications, the plate can then be attached in the center, for example. The transducer means for excitation and detection of vibrations can, for example, also be designed similarly to those in these publications.
However, according to the present invention, the plate serving as a vibrator should then be arranged in a preferably gas-tight chamber such that the distance of the boundary surface of the vibrator that moves when the vibrator vibrates from a stationary surface meets the conditions specified in the independent claims and preferably also as many as possible fulfills the conditions specified in the dependent claims, insofar as the dependent claims do not exclusively concern an oscillator consisting of a tuning fork. It should also be noted that such a plate is instead of slightly curved and / or instead of a generally circular outline also has a generally polygonal outline or some other shape and / or may be provided with incisions, slits, holes or ribs can.
If one measures the distance of a vibrating gas cell from the point on the boundary surface of the vibrator causing its vibrational movement along the distance for the vibrational movement to propagate through the gas and designates the distance measured in this way with e, the formula applies to the phase shift phi - measured in degrees
phi = 360 ° e / lambda (3).
When determining the density of a gas with the aid of a vibrating oscillator, its resonance frequency is influenced above all by that gas which is located in a projection parallel to the oscillation direction of the oscillator in the region of the latter and on a surface which is at least approximately and preferably exactly rectangular to the oscillation direction of the oscillator of the transducer.
In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention, therefore, a relatively large part of the entire vibrating boundary surface that moves when vibrating is approximately or exactly perpendicular to the direction of vibration of the vibrator. In the interior areas that adjoin relatively large vibrating surface sections that are at least approximately perpendicular to the direction of vibration, the direction of propagation of an oscillating movement through the gas surrounding the vibrator can be at least approximately parallel to the direction in which the distance a is measured. In this case, the greatest possible distance e of a gas cell from the vibrator, measured along the said direction of propagation, is equal to the distance a.
If the direction of propagation mentioned is parallel to the direction in which the distance a is measured, and if this is also at most equal to amax, the maximum distance amax can be used for the distance e in formula (3) and the maximum possible is then obtained Phase shift
phimax = 360 ° K / c (4).
With a somewhat simplified approach, one can assume that at least for a part of the gas that is decisive for the determination of the density, the phase shift is at most equal to the maximum value phimax given by formula (4).
Table 1 therefore shows the values of the maximum phase shift phimax measured in degrees for the various values of the speed of sound c and the constant K at the distance amax = K / f from the transducer, which result on the assumption that a sound wave is parallel to the direction spreads in which the distance a is measured. The upper sound velocity value c = 134 m / s given in Table 1 corresponds to the sound velocity of sulfur hexafluoride at 20 ° C and at a pressure of 0.1 MPa.
The lower sound velocity value c = 380 m / s given in Table 1 corresponds to a sound velocity in the sound velocity range of various natural gas types with a temperature of 0 ° C and a pressure of 0.1 MPa.
<tb> <TABLE> Columns = 4
<tb> Title: Table 1
Maximum phase shift phimax at the maximum distance amax = K / fv from the transducer.
<tb> Head Col 01 AL = L: speed of sound c
[m / s]
<tb> Head Col 02 to 04 AL = L: phase shift phimax for
<tb> SubHead Col 02 AL = L> K = 2 m / s [DEG]:
<tb> SubHead Col 03 AL = L> K = 1.5 m / s [DEG]:
<tb> SubHead Col 04 AL = L> K = 1.3 m / s [DEG]:
<tb> <SEP> 134 <SEP> 5.37 <SEP> 4.03 <SEP> 3.43
<tb> <SEP> 400 <SEP> 1.80 <SEP> 1.35 <SEP> 1.17
<tb> </TABLE>
According to Table 1, the maximum phase shift for - the largest value of the constant K - is not more than 5.37 ° at the speed of sound of sulfur hexafluoride and at most 1.8 ° at the speed of sound of natural gas. With a suitable selection and definition of the constant K it can be achieved that the phase shift becomes relatively small, so that compressibility of the gas only slightly disturbs the determination of the density. According to the formula (4), the phase shift phimax is proportional to the quotient K / c. If the speed of sound has a relatively small value, as is the case for sulfur hexafluoride, it is - as already mentioned - to choose a relatively small value of the constant K and, for example, to only 1.5 m / s or even only 1, 3 m / s.
If, on the other hand, the speed of sound - like that of natural gas - is relatively high, K may have a relatively large value, so that K can be determined to determine the density of natural gas, for example, to the largest value of 2 m / s.
It should also be remembered that as the temperature rises, the speed of sound increases, and accordingly the phase shift decreases. If the gas temperature is more or less than 20 ° C, the maximum phase shifts become smaller or larger than the values given in Table 1.
Table 2 shows the values of the maximum distance amax resulting from the values of the constant K given in Table 1 for some oscillation frequencies fv of the oscillator vibrating in a vacuum.
<tb> <TABLE> Columns = 4
<tb> Title: Table 2
Maximum distance amax = K / fv for different oscillation frequencies fv of the oscillator oscillating in a vacuum with the values of the constant K given in Table 1.
<tb> Head Col 01 AL = L: oscillation frequency fv
[Hz]
<tb> Head Col 02 to 04 AL = L:
Maximum distance amax = K / fv for
<tb> SubHead Col 02 AL = L> K = 2 m / s [mm]:
<tb> SubHead Col 03 AL = L> K = 1.5 m / s [mm]:
<tb> SubHead Col 04 AL = L> K = 1.3 m / s [mm]:
<tb> <SEP> 3000 <SEP> 0.67 <SEP> 0.50 <SEP> 0.43
<tb> <SEP> 2500 <SEP> 0.80 <SEP> 0.60 <SEP> 0.52
<tb> <SEP> 2000 <SEP> 1.00 <SEP> 0.75 <SEP> 0.65
<tb> <SEP> 1500 <SEP> 1.33 <SEP> 1.00 <SEP> 0.87
<tb> <SEP> 1000 <SEP> 2.00 <SEP> 1.50 <SEP> 1.30
<tb> <SEP> 900 <SEP> 2.22 <SEP> 1.67 <SEP> 1.44
<tb> <SEP> 800 <SEP> 2.50 <SEP> 1.86 <SEP> 1.62
<tb> <SEP> 700 <SEP> 2.86 <SEP> 2.14 <SEP> 1.86
<tb> <SEP> 600 <SEP> 3.33 <SEP> 2.50 <SEP> 2.16
<tb> <SEP> 500 <SEP> 4.00 <SEP> 3.00 <SEP> 2.60
<tb> <SEP> 100 <SEP> 20.00 <SEP> 15.00 <SEP> 13.00
<tb> </TABLE>
During operation, the oscillator is preferably caused to oscillate at its basic resonance frequency, which, as already mentioned, can be a maximum of 1500 Hz, at least 100 Hz and preferably 500 Hz to 1000 Hz, namely, for example, 700 to 800 Hz. It should also be noted that the resonance oscillation frequency which results when determining the density of a gas is in each case somewhat smaller for a given design of the device than the resonance oscillation frequency fv which results when oscillating in a vacuum. According to Table 2, the values 2.86 mm and 2.50 mm for K = 2 m / s for the vibrator vibrating in a vacuum with vibration frequencies fv of 700 Hz or 800 Hz for the maximum distance amax.
If a value of 2 m / s is selected for K and the resonance oscillation frequency fv in the vacuum has the value 700 Hz or 800 Hz, for example, the maximum distance amax should be 2.86 mm or 2.50 mm. If a value of 1.5 m / s is selected for K, the maximum distance amax should be 2.14 mm and 1.86 mm for the two frequencies mentioned. If only a value of 1.3 m / s is selected for K, the maximum distance amax for the two frequencies mentioned of 700 Hz or 800 Hz should even be only 1.86 mm or only 1.62 mm.
The device preferably also has a mechanically firmly connected electronic device, for example built into a cavity of the wall forming its chamber, which is electrically connected to the transducer means and designed to cause the oscillator to vibrate at a resonance frequency in cooperation with the transducer means and determine the value of the resonance frequency. It should be noted here that the electronic device can of course also be designed to determine the period of the oscillations instead of the frequency, which is known to be equal to the reciprocal of the frequency and therefore also gives a measure of this. The device can also have power supply means, display means for displaying the determined frequency and / or density and / or level monitoring means.
Any level monitoring means of this type can be designed, for example, to signal density changes in which the oscillation frequency and / or density falls below and / or exceeds at least one limit value by means of an electrical and / or optical and / or acoustic signal.
Monitoring devices for monitoring the pressure and / or the density of the sulfur hexafluoride present in high-voltage switching devices are already known, which have a bellows which serves as a pressure sensor and adjoins the sulfur hexafluoride on one side and two switching contacts connected to the latter by connecting means. Since the degree of deformation of the bellows depends on the pressure of the gas, which - with constant density increases with increasing temperature - the connecting means are provided with a bimetallic element so that the deflection of the switching contacts is influenced as little as possible by the temperature and more or less a measure for the density of the sulfur hexafluoride.
The two contacts are then set such that they change their switching state when the density of the sulfur hexafluoride falls below a first or a second limit value. However, these known monitoring devices are relatively susceptible to faults and should therefore be checked and calibrated periodically.
The device according to the invention can therefore, for example, form part of a test and calibration device and be designed to control and calibrate a monitoring device having the bellows and switching contacts of the type described above from time to time. For this purpose, the device according to the invention can be equipped with a connecting element with which it and in particular the interior of its chamber can be temporarily connected to the interior of the monitoring device containing the bellows. The test and calibration device can then furthermore have valves, a suction pump, a sulfur hexafluoride source and other means in order to change the sulfur hexafluoride density in the monitoring device after connecting the device according to the invention and to test and calibrate the latter.
However, the device according to the invention can also be continuously connected to an interior of an electrical high-voltage and / or high-current switching device containing sulfur hexafluoride in order to monitor the density of the sulfur hexafluoride. In this case, the device according to the invention can be connected via electrical and / or optical lines to a control and / or monitoring system which is spatially separate from it, it being possible for several devices according to the invention to be connected to one and the same control and / or monitoring system. This can then have the power supply and / or display and / or control monitoring means already mentioned.
The device according to the invention can also be provided to determine the density or density change of a flowing gas, for example natural gas. In this case, the chamber of the device can have gas connection means with two gas connections which are arranged such that the gas to be examined can flow through the interior of the chamber containing the oscillator. In this case, for example, the entire stream of a gas or a secondary gas stream branched off from a main gas stream can be passed through the chamber.
The subject matter of the invention is subsequently explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. Show in the drawing
1 is a partly in view, partly in longitudinal section and somewhat simplified device for determining the density and / or density change of gas,
2 shows the vibrator of the device, which is drawn separately and also partly in view and partly in section, consisting of a tuning fork, on a larger scale,
3 shows a cross section through an area of the device along the line III-III of FIG. 1 on an even larger scale than FIG. 2, the transducers used to excite vibrations being omitted,
4 shows a simplified section through another device, the oscillator of which is formed by a round plate provided with incisions,
the fig.
5 shows a plan view of the plate of the device according to FIG. 4 serving as a vibrator, the transducers for excitation and detection of vibrations also being indicated,
6 is a side view of an oscillator, which consists of a round plate with ribs,
7 is a plan view of the vibrator shown in FIG. 6,
8 is a side view of a vibrator, which is formed by a plate with a substantially square outline,
9 is a plan view of the vibrator of FIG. 8,
10 shows a rod-shaped oscillator, partly in view and partly in section, the holders serving to hold it being indicated, and
11 is a plan view of one end of the vibrator shown in FIG. 10.
The device shown in FIG. 1 for determining the density and / or density change of gas has a chamber 1 with a multi-part wall 3. The main component of the wall is a one-piece sleeve 5, which is provided with a continuous, coaxial hole 5a. This has a circular cylindrical section 5b at one end of the sleeve, which section is connected by a short, tapered, conical section 5c to a narrower section 5d which is square in cross section, namely square. This is followed by a circular-cylindrical section 5e forming an extension, followed by another circular-cylindrical section 5f with a larger diameter. A radial hole 5g consisting of a stepped bore and partially provided with an internal thread opens into the section 5b of the coaxial hole 5a.
The sleeve 5 is provided in the region of the square hole section 5d with two radial, diametrically opposed blind holes 5g, of which only one is shown in FIG. 1. The bottom of the blind holes 5g - as can be seen particularly clearly in FIG. 3 - is separated from one of the square sides of the hole section 5d by a narrow web-shaped section of the casing of the sleeve 5. The sleeve 5 also has two holes 5i parallel to its axis, but offset from it, each consisting of a hole, each of which opens into one of the blind holes 5h from the end of the sleeve 5 located at the top in FIG. 1.
At the top of the sleeve 5 in FIG. 1, a flange 7 is arranged. The flange 7 has a coaxial through hole 7a and two axial through holes 7b each aligned with one of the holes 5i. A sleeve 9 lies between the peripheral surface of the flange 7 and an axially projecting collar of the sleeve 5 and is closed at its end facing away from the sleeve 5 by a cover 11. This, the sleeve 9 and the flange 7 are detachably connected to each other and to the sleeve 5 by screwing means not shown.
A holder 15 is arranged in the cylindrical section 5b of the hole 5a and has a head 15a, a shaft 15b and a continuous, coaxial hole 15c, which sits radially snugly in the hole section 5b. Its enlarged end section opening into the end face of the head 15a is provided with an internal thread. The holder 15 is screwed to the flange 7 with a screw 17 screwed into its internal thread, penetrating the hole 7a of the flange 7 and having a continuous coaxial hole 17a, and is thus releasably and rigidly connected to the wall 3 of the chamber 1.
A mechanical, one-piece oscillator 21, shown separately in FIG. 2, is formed from a tuning fork and has - in FIGS. 1 and 2 in sequence from top to bottom - a shaft 21a, a web 21b and two straight in the idle state as well parallel prongs 21c. The shaft 21a is circular-cylindrical and has a coaxial blind hole 21d consisting of a bore and opening into its free end. As can be seen in FIG. 3, the part of the tuning fork formed by the web 21b and the prongs 21c has a quadrangular, namely square outline shape in a projection parallel to the longitudinal direction of the prongs, the square side length being equal to the outer diameter of the shaft 21a . The two prongs 21c are connected to one another by the web 21b and additionally by the shaft 21a.
The shaft 21a and the web 21b thus together form the connecting section of the tuning fork which connects the two prongs 21c to one another and which is coupled to one another in terms of vibration during operation. Each tine 21c has a quadrangular, namely rectangular outline shape in a projection parallel to its longitudinal direction. The height of each tine measured at right angles to the direction of oscillation of the prongs 21 is considerably greater than the width measured parallel to the direction of oscillation. The two tines are each provided on their broad sides facing away from one another with a groove-shaped recess 21e which, starting from the free tine end, extends approximately over half the length of the tine in question and ends in an arc at its end facing away from the free tine end.
The shaft 15b of the holder 15 protrudes into the blind hole 21d of the oscillating shaft 21a and is tightly and firmly connected to it, namely welded. The shaft 21a of the tuning fork is arranged at least for the most part within the cylindrical section 5b and the conical section 5c of the hole 5a, while the web 21b and the prongs 21c of the tuning fork are located in the square section 5d of the hole 5a. 3, each side of the square formed in the projection parallel to the longitudinal direction of the tine by the outline of the web 21b and the tines 21c - i.e. Square - parallel to a boundary surface of the section 5d of the hole 5a facing it and separated from this boundary surface by a gap-shaped intermediate space.
The base surfaces of the recesses 21e - apart from their arcuate end sections - are flat and parallel to the boundary surfaces of the hole section 5d facing them. The free ends of the tines 21c are delimited by an area perpendicular to the longitudinal direction of the latter.
The mutually facing and the opposing longitudinal surfaces or broad sides of the prongs 21c and the flat parts of the base surfaces of the recesses 21e are - at least in the idle state - at right angles to the direction of vibration of the prongs 21c and together form the entire, perpendicular to the direction of vibration, when the Schwingers moving surface of this. In contrast, the longitudinal surfaces or narrow sides of the tines located at the top and bottom in FIG. 3, the mutually facing edge or side surfaces of each recess 21e and the end surfaces of the tines present at the free ends of the tines are at least in the idle state - parallel to the direction of vibration of the tines and together they form the entire surface of the vibrator which is parallel to the direction of vibration and which moves when it vibrates.
The device has displacement means formed by a one-piece displacement body 23. The displacement body 23 has a circular cylindrical flange 23a, which is seated at least partially in the section 5e of the hole 5a of the sleeve 5 and is detachably fastened to it by screws which cannot be seen. The flange 23a has two axially parallel, continuous, holes 23c, each of which opens at the free end of a prong 21c in the section 5d of the hole 5a. The displacement body 23 furthermore has a displacer 23b which is quadrangular in cross-section, namely rectangular, and which consists of a mandrel or finger and projects into the hole section 5d and between the two prongs 21b.
The displacer 23b extends in its longitudinal direction - measured from the free ends of the tines 21b - at least over 50% and namely preferably at least 75% of the length of the space between the two tines. As can be seen particularly clearly in FIG. 3, the displacer 23b is separated in cross section from the sides of the tines facing it by gap-shaped spaces. The cross-sectional dimension of the displacer 23b measured perpendicular to the direction of vibration of the tines is at least equal to that of the cross-sectional dimension measured in the same direction, i.e.
Height - of the tines, so that the displacer extends at least over the entire height of the tines and namely extends beyond the longitudinal edges or longitudinal narrow sides of the tines located at the top and bottom in FIG. 3 and at least approximately to the boundary surfaces of the perforated section 5d .
That part of the hole 5a which is not occupied by the holder 15, the tuning fork 21 and the displacement body 23 forms at least essentially the interior 25 of the chamber 1 which serves to receive the gas, the density or change in density of which is to be determined. The term “at least essentially” is intended to express that the at least partially free area of the radial hole 5g and the two holes 23a, which could possibly also be attributed to the interior, are neglected.
On the transducer 21 - i.e. A filter 27 is arranged on the side of the flange 23a facing away from the tuning fork. This has a holding plate which is detachably screwed to the displacement body 23 and has two holes aligned with the holes 23c, in each of which a wire mesh screen or the like is used to retain dust and other dirt particles.
A transducer 31 serving as a vibration exciter is inserted into each of the two radial blind holes 5h and is detachably fastened with a fastening element 33. Each transducer 31 consists of a coil with a pot core, one end of which faces the outer broad side of one of the prongs 21c. In the base section of the blind hole 21d of the oscillator 21 consisting of a tuning fork, a piezoelectric transducer 35, schematically shown as a disc, is fastened, which serves as a vibration detector. The two transducers 31 and the transducer 35 thus together form transducer means 31, 35 for the excitation and detection of mechanical vibrations of the vibrator 21. An electronic device 37, schematically indicated by a block, is fastened in the interior of the sleeve 37.
This is electrically connected to the transducers via conductors, not shown, running through the holes 5i, 7b and also to the transducer 35, via conductors, also not shown, running through the holes 15c, 17a. The electronic device 37 is also electrically conductive with an electrical plug connection 39 fastened to the cover 11, i.e. connected to a chassis connector. This can be connected via a cable to electronics and / or display and / or level monitoring and / or power supply means, not shown.
The end of the sleeve 5 located at the bottom in FIG. 1 is detachably connected to a connecting element 45, for example by screws not shown. This enables the interior 25 to be temporarily or permanently connected to a space containing gas, the density of which is to be measured, via the holes 23c and the filter 27. This space can be, for example, the sulfur hexafluoride-containing chamber of a high-voltage switching device and / or a pressure and / or density monitoring device of such a switching device. In the radial hole 5g, for example, a gas quick coupling is fastened, which can be connected to means for evacuating or ventilating the interior 25 of the chamber 3 as required.
In addition, the device also has various seals, not specified, in order to seal the interior 35 and other cavities from the environment.
The wall 3 or at least its part formed by the sleeve 5, the holder 15 and the displacement body 23 consist of a metallic, non-magnetic material, for example stainless steel. The oscillator 21 is made of a metallic, ferromagnetic, but magnetically soft material, so that it can oscillate through the magnetic fields, which are generated during operation with the transducers 31 consisting of coils, through the sections of the sleeve 5 delimiting the bottom of the blind holes 5h can be brought. The oscillator 21 consists, for example, of the thermo-compensating alloy known under the trade name "NIVAROX", which contains iron and nickel as main components and also has tungsten, beryllium, manganese and silicon.
The term "thermocompensating" means that the elastic modulus of the alloy is constant within a certain, relatively large temperature range or changes linearly with a selectable coefficient. The desired temperature behavior of the elasticity module can be determined by heat treatment and / or other measures.
In Fig. 3, the distances of some surfaces of the tines 21c of the vibrator 21 which are in the idle state and vibrate during operation of the device are of permanent, i.e. surfaces of the wall 3 and / or the displacer 23b specified which are stationary and remain stationary during operation. This is the distance a1 of one of the inside, i.e. mutually facing longitudinal surfaces or broad sides of the tines at right angles to the direction of oscillation from the displacer 23b, the distance a2 of one of the two, i.e.
Longitudinal surfaces or broad sides of the tines which face away from one another and are perpendicular to the direction of vibration, from the boundary surface of the hole section 5d facing the relevant tine longitudinal surface, the distance a3 of the bottom of a groove-shaped recess 21e from the boundary surface of the hole section 5d facing this and the distance a4 of a longitudinal surface parallel to the direction of vibration or narrow side of a prong from the boundary surface of the hole section 5d facing it. The distances a1, a2, a3 are measured parallel to the direction of vibration, while the distance a4 is measured perpendicular to the direction of vibration.
The square sides of the hole section 5d, which is square in cross section, have a dimension of 11 mm, for example. The square sides of the outline or envelope square spanned by the web 21b and the tines 21c in a projection parallel to the longitudinal direction of the tines 21c have a dimension of 9 mm, for example. The distance between the mutually facing surfaces of the two prongs 21c is, for example, 7.4 mm. Each groove-shaped recess 21e is, for example, 0.6 mm deep. The displacer 23b is 5.45 mm wide and 10.5 mm high in cross section, for example. Accordingly, the distance a1 is approximately equal to or slightly less than 1 mm and namely - if any manufacturing inaccuracies are neglected - equal to 0.975 mm. The distances a2 and a4 are of equal size and are approximately - i.e. if the manufacturing inaccuracies are neglected - 1 mm.
The distance a3 is approximately 1.6 mm. The length of each prong 21c is, for example, 35 mm, this length being measured from the free end of a prong to the point at which its inner longitudinal surface merges with the arcuate surface of the web 21b.
The electronic device 37 is designed to vibrate the oscillator 21 during operation in cooperation with the transducers 31, 35 with the basic resonance oscillation frequency and to detect it and to represent it by an electrical signal. If the interior 25 contains a gas, the oscillation frequency f then gives a measure of the density of the gas. If you denote the density of the gas by rho, it can be represented by the formula
rho = r [(fv / f) <2> - 1] (5).
Where r is a constant.
According to tests carried out, the tuning fork consisting of the specified material and having the stated dimensions and forming the vibrator 21 vibrates when the interior 25 is evacuated and at normal room temperature - i.e. at about 20 ° C - with a basic resonance frequency fv, which is about 771 Hz. If one uses this value and a value of 2 m / s for the constant K in the formula (1), the maximum distance amax = 2.6 mm. If one uses values of 1.5 m / s or 1.3 m / s for the constant K in the formula (1), the maximum distance becomes amax = 1.95 mm or amax = 1.68 mm. The distances a1, a2, a3, a4 are all smaller than the maximum distances amax resulting for the three values of the constant K mentioned.
A large part of the gas is at most the distance a1 or a2 or a3 or a4 from the gas which is located in the part of the chamber interior 25 formed by the hole section 5d when a density or change in density is found. In the cross section shown in FIG. 3, only the gas located directly in the corners of the hole section 5d is at a distance from the oscillator 21 which is slightly larger than the identical distances a2 and a4. However, the distance between the corners of the hole section 5d from the tuning fork is still smaller than all three previously specified maximum distances amax. The distances of the corners of the hole section 5d from the vibrator 21 could, by the way, be reduced a little more by replacing the corners with rounded or inclined transitions.
According to FIG. 1, the gas present between the web 21b and the displacer 23b can also be at a distance from the oscillator 21 that is greater than the distances a1, a2, a3, a4. In this context, however, it must be said that the root portions of the tines 21c directly adjacent to the web 21b are only very little deflected when the vibrator vibrates - for example if it vibrates with its basic resonance frequency - compared to the free ends of the tines. Accordingly, the gas located at the root sections of the tines is moved only slightly and therefore has only a minor influence on the determination of the density. Otherwise, the displacer 23b could easily be made somewhat longer than is shown in FIG. 1.
In addition, the end of the displacer 23b facing the web 21b could, if necessary, be bent parallel to the web surface facing it, so that the distance of the vibrator from the displacer 23b could also be made equal to the distance a1 there, for example. The distance of the free ends of the tines 21c from the surface of the flange 23a of the displacement body 23 facing them is, for example, at most or approximately 2 mm, that is to say at least even smaller than that resulting for fv = 771 Hz and K = 2 m / s, 2 , 6 mm value of amax and could otherwise easily be made smaller, for example about 1 mm. The gas located in the holes 23c can in some cases have distances from the oscillator which are somewhat larger than the previously stated values of amax.
It should be noted in this regard that the areas present at the tine ends are relatively small compared to the entire boundary area of the tines and are also parallel to the direction of vibration of the tines. Since the surfaces present at the tine ends move essentially along themselves when the tines vibrate, they cause only a relatively slight movement of the gas adjacent to them. Otherwise, the amount of gas present in the holes 23c is relatively small. The shaft 21a of the vibrator 21 is located to a large extent in the section 5b of the hole 5a and there there is a distance from the boundary surface of the hole section 5b and from the head 15a of the holder 15, which for the most part is larger than the largest, previously specified for amax Value is 2.6 mm.
However, this is irrelevant because the shaft 21a of the tuning fork does not - or at least practically not - vibrate when it swings.
A large part of the gas located in the hole section 5d and in particular that part of it which is located in a projection parallel to the direction of vibration in the area of the tines and is moved intensively when determining a density or density change, is thus at a distance from the vibrator 21 which is at most equal to the smallest of the values of 1.68 mm specified for amax and is even smaller than this. The distance of the gas cells that move when the vibrator vibrates is therefore much smaller when measuring the density of sulfur hexafluoride than the wavelength of a sound wave that has the oscillation frequency of the vibrator and propagates through the gas. The compressibility of the gas therefore has only a negligible influence on the resonance frequency of the vibrator.
The influence of temperature can be kept low. This will then be explained using a few measurement results.
Table 3 shows a few measured values for a device designed according to FIGS. 1 to 3, whose distances a1, a2, a3, a4 and other dimensions have the values given above, and for a device not designed according to the invention with a differently arranged oscillator . The same transducer was used for all measurements. In the device not according to the invention and not designed according to FIGS. 1 to 3, there is no displacer corresponding to the displacer 23b.
In addition, in the device not according to the invention, the area of the chamber interior containing the prongs of the tuning fork is not square in cross section, but rather circular, the diameter of the chamber interior being significantly larger than the length of the diagonals of the square spanned by the tuning fork in cross section.
<tb> <TABLE> Columns = 6
<tb> Title: Table 3
Influence of the arrangement of the vibrator and the vibration mode on the dependence of the frequency on the density and on the temperature coefficients of the frequency and density.
<tb> Head Col 01 AL = L: establishment
according to
1-3
<tb> Head Col 02 AL = L: vibration
mode
<tb> Head Col 03 to 04 AL = L: resonance frequency
<tb> Head Col 05 to 06 AL = L:
Temperature coefficient
<tb> SubHead Col 03 AL = L> fv [Hz]:
<tb> SubHead Col 04 AL = L> f [Hz]:
<tb> SubHead Col 05 AL = L> Tk (f) -Tk (fv)
[ppm / DEG C]:
<tb> SubHead Col 06 AL = L> Tk (rho)
[ppm / DEG C]:
<tb> <SEP> no <SEP> fundamental wave <SEP> 771 <SEP> 729 <SEP> 5.5 <SEP> -103.4
<tb> <SEP> Yes <SEP> fundamental wave <SEP> 771 <SEP> 717 <SEP> 1.97 <SEP> -27.5
<tb> <SEP> no <SEP> 1. Harmonic <SEP> 2702 <SEP> 2611 <SEP> 40.3 <SEP> -1222
<tb> <SEP> Yes <SEP> 1. Harmonic <SEP> 2702 <SEP> 2572 <SEP> 19.7 <SEP> -422
<tb> </TABLE>
In Table 3, the type of device in column 1, the vibration mode in the second column, the resonance frequency fv resulting in the vacuum in the third column and the sulfur hexafluoride (SF6) with a density of 25 kg in the fourth column / m <3> resulting resonance frequency f specified, the specified frequency values having been determined at normal room temperature (approximately 20 ° C.). In the fifth column is the difference in temperature coefficients at a density of 25 kg / m <3> Sulfur hexafluoride frequency f and the vacuum frequency fv given. The last column then shows the temperature coefficient of the density of the sulfur hexafluoride measured, namely using the formula (5) calculated from the frequencies.
The specified temperature coefficients are mean values of measured values measured in the temperature range from -15 ° C to +40 ° C.
The density of sulfur hexafluoride at 0 ° C and 0.1 MPa is 6.543 kg / m <3>. The density given in Table 3 thus corresponds to a pressure of 0.4 MPa. If one neglects the dependency of the speed of sound on the pressure and in formula (2) for the speed of sound c the value around 134 m / s for a temperature of 20 ° C and a pressure of 0.1 MPa applies, for the frequencies of 771 Hz, 729 Hz and 717 Hz occurring with the fundamental vibration of wavelengths of 173.8 mm, 183.8 mm and 186.9 mm. The frequencies of 2702 Hz, 2611 Hz and 2572 Hz that occur with the first harmonic result in wavelengths of 49.6 mm, 51.3 mm and 52.1 mm.
It should be noted that, of course, no sound waves propagate in a vacuum, so that the wavelengths emitted for the vibration in the vacuum are fictitious. The maximum distance amax = 2.6 mm, which results for the device according to the invention for a value of the constant K of 2 m / s, thus corresponds, for example, to the fact that during operation of the device according to the invention with the fundamental vibration at a sulfur hexafluoride density of 25 kg / m <3> resulting frequency of 717 Hz and wavelength of 186.9 mm 1.39% of the wavelength. The values for the values of K = 1.5 m / s and K = 1.3 m / s result in amax = 1.95 mm and amax = 1.68 mm, respectively, 1.04% and 0.90% of the wavelength mentioned.
The oscillator 21 consists - as mentioned - of a thermo-compensating alloy and is designed in such a way that its resonance frequency in the examined temperature range is practically independent of the temperature and the temperature coefficient Tk (fv) is practically zero and in particular considerably smaller than the temperature coefficient Tk (f). The temperature coefficient differences given in the fifth column of Table 3 are practically identical to the temperature coefficient Tk (f), which is found when determining the density of 25 kg / m <3> resulting frequency. According to Table 3, the difference in the temperature coefficients of the frequency for the device according to the invention is less than 2 ppm / ° C. and only about a third of the values obtained for the arrangement not according to the invention.
In the case of the density measurements, the results of which are shown in Table 3, the interior 25 of the chamber 1 was sealed off during the change in temperature. Since the chamber 3 expands when heated, the resulting increase in volume of the interior 25 causes a reduction in the density. For the chamber, which consists essentially of stainless steel, the increase in volume of the interior caused by the change in temperature should theoretically result in a change in density of -48 ppm / DEG C. According to Table 3, the temperature coefficient of the density during operation with the fundamental oscillation is - 103.4 ppm / DEG C for the device not according to the invention and -27.5 ppm / DEG C for the device according to the invention.
The temperature coefficient of the density in the device according to the invention is therefore approximately 4 times smaller in magnitude than in the device not according to the invention and even smaller in amount than the value resulting as a result of the increase in volume of the chamber interior. The device designed, dimensioned and operated according to the invention thus enables the density of sulfur hexafluoride to be determined precisely in the temperature range of interest, which extends, for example, from -15 ° C. to + 40 ° C.
As already mentioned, in the case of the thermocompensating alloy used for the production of the vibrator, the modulus of elasticity can also be made dependent on the temperature in an adjustable manner instead of temperature-independent. If the latter is done, the resonance frequency resulting in the vacuum is adjustable depending on the temperature. If the device is provided to always determine the density when the interior 25 is closed, it is possible to set the temperature coefficient of the elasticity module of the vibrator in such a way that the frequency change occurring when the temperature changes due to the change in the elasticity module is due to the change in volume of the chamber. Interior frequency change occurring at least approximately compensated. In this way, the temperature coefficient of density can be further reduced.
Since the change in density resulting from a change in temperature from the change in volume of the chamber interior can be precisely calculated with a known temperature difference per se, there is also the possibility of also measuring the temperature of the wall 3 and / or the oscillator 21 and / or the gas and mathematically correct the measurement error caused by the volume change. Such a computational error correction can easily be carried out by the electronic device 37 built into the chamber 1 and / or by external circuit means connected to it.
It can be seen from the measurement values given in Table 3 for the oscillator vibrating with the first harmonic that the arrangement according to FIGS. 1 to 3 also yields more favorable values in such an operating mode than the arrangement of the oscillator not corresponding to FIGS. 1 to 3 . If one uses the resonance frequency fv = 2702 Hz during operation with the first harmonic in vacuum in the formula (1), the maximum distance for K = 2 m / s is amax = 0.74 mm. The values of the distances a1, a2, a3, a4 specified for the exemplary embodiment of the device are then greater than amax, so that the distance condition according to the invention is not fulfilled during operation with the first harmonic. The temperature coefficients of the frequencies and densities are therefore significantly greater when operating with the first harmonic than when operating with the fundamental.
The distances a1, a2, a3, a4 per se could be reduced in such a way that they become smaller than the previously specified maximum distance amax = 0.74 mm and even smaller than the maximum distances which are found in the harmonic vacuum Resonance frequency fv = 2702 Hz for K = 1.5 m / s or K = 1.3 m / s and amax = 0.55 mm or amax = 0.48 mm. So that extremely precise manufacturing tolerances do not have to be adhered to and so that the risk of malfunctions due to contamination can be kept small, it is advantageous not to make the maximum distance amax too small and accordingly to make the vibrator vibrate in a vacuum with frequencies that - As already stated in the introduction - preferably at most 1500 Hz and for example 500 to 1000 Hz.
The device shown in simplified form in FIG. 4 has a chamber 101, the wall 103 of which is formed by two wall parts 105, 107, each consisting for example of a circular disk and having an axial hole 105a or 107a in the middle. The two wall parts 105, 107 rest on one another and are connected to one another, for example, by screws, not shown. The conversion part 107 is provided in the central region of its side facing the other conversion part 105 with a recess 107b and sealed from the surroundings by a seal. In the hole 105a, a holder 115 consisting of a bolt is fastened releasably or non-releasably.
An oscillator 121 consisting essentially of a circular plate, arranged in the recess 107b and shown separately in FIG. 5, has a hole 121a in its center and is fastened to the holder 115 there. The oscillator 121 has in the middle a flat area on both sides, to which a ring area that becomes slightly thinner towards the edge is connected. The oscillator 121 is divided into four sectors of equal size by four radial incisions 121b. The area of the recess 107b which is not occupied by the holder 115 and the oscillator 121 essentially forms the free interior 125 of the chamber 101. The converter means have, for example, four converters 131, 135 indicated by dash-dotted lines in FIG. 5, each of which is in one of the four sectors the transducer is arranged.
The two diametrically opposed transducers 131 can serve, for example, as vibration exciters and the two transducers 135 as vibration detectors. Otherwise, the transducers can each have a coil, for example, or can be at least partially formed by piezoelectric transducers. The hole 107a is provided with a connecting element for supplying and discharging the gas, the density of which is to be determined.
During operation, the oscillator 121 is caused to oscillate in such a way that there are radial node lines intersecting in the center of the oscillator at its attachment point and that it oscillates essentially parallel to its axis coinciding with the axis of the holder 115. The surface parts of the vibrator 121 which delimit the vibrator 121 in FIG. 4 at the bottom and at the top together form its entire surface which forms an angle with the direction of vibration, this angle being partly exact and partly approximately a right angle. The vibrator 125 also has a surface parallel to the direction of vibration, which is formed by the boundary edges of the four incisions 121b and the circular, almost cutting or edge-like peripheral edge.
The dimensions of the vibrator 121, the interior 125 and the resonance frequency of the vibrator 121 which results in a vacuum are coordinated with one another such that the distance of the surface moving when the vibrator vibrates from the surface of the wall 103 at rest when vibrating is at least as shown in FIGS Independent claims specified conditions and preferably also the other conditions specified in the dependent claims and in the introduction met, unless these relate exclusively to a transducer consisting of a tuning fork.
The oscillator 121 shown in FIG. 4 can be replaced by an oscillator 221 according to FIGS. 6 and 7. This consists of a circular plate, has a hole 221a in the center which serves for fastening and - outside the incisions 121b - four radial ribs 221b.
8, 9 show a plate-shaped vibrator 321 with a central hole 321a. The vibrator 321 has a generally square outline, with the square corners being replaced by curved or straight transition edge portions. The vibrator 321 can be arranged in a chamber similar to the vibrator 121, but the interior of which is preferably generally square, in accordance with the outline shape of the vibrator.
The oscillator 421 shown in FIGS. 10 and 11 consists of a rod, the width of which is considerably greater than its thickness. The vibrator is provided with two conical holes 421a at each of its longitudinal edges, the holes in the two edges having axially aligned axes. The oscillator 421 is also provided with a groove 421b which extends in its longitudinal direction and extends over its entire length and over most of its width. The oscillator 421 is held at its holes 421a by schematically indicated holders 415, which form tip bearings which engage in the holes 421a. The vibrator 421 can be caused to vibrate by transducer means, not shown, in such a way that it carries out bending vibrations along its longitudinal center plane, which is perpendicular to the axes of the conical holes 421a.
The oscillator 421 is arranged in the interior of a chamber such that conditions similar to those described for the other oscillators are again met.
The facilities can still be changed in various ways. For example, in the devices described with reference to FIGS. 1 to 3, the displacer 23b, which is present between the two prongs 21c of the tuning fork and is formed by a separate displacement body 23, could be replaced by a displacer which consists of a web connected to the sleeve 5.