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Die
Erfindung betrifft ein Messgerät
zur Dichtebestimmung mit einem einstückigen Adaptergehäuse.
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Eine
Methode der Dichtebestimmung umfasst das Einbringen einer fluiden,
also flüssigen und/oder
gasförmigen,
Probe in eine schwingfähige U-förmige Messzelle,
z. B. ein Glasrohr. Die fluidgefüllte
Messzelle wird zu einer ungedämpften
Schwingung oder Oszillation angeregt. Anhand der Veränderung
in der Frequenz und Periode der Oszillation im Vergleich zur mit
einer Standard-Probe gefüllten Messzelle
kann die Dichte der Probe bestimmt werden. Geräte zur Dichtemessung die nach
dieser Methode arbeiten werden auch als Biegeschwinger bezeichnet.
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Beim
Beschicken der Messzelle mit einer Probe sollte beachtet werden,
dass dieses möglichst blasenfrei
mit einer vorgegeben Menge oder einem vorgegebenen Volumen der Probe
geschieht. Als einfachste Möglichkeit
der Beschickung bietet sich die manuelle Beschickung mit einer geeigneten
Pipette oder Spritze an. Diese ist jedoch zeitaufwendig, so dass
insbesondere für
Reihenmessungen die U-förmige
Messzelle an eine Pumpe angeschlossen und als Durchflusszelle verwendet
wird, bzw. eine Probe eingefüllt
und die Zuleitung und Ableitung mittels Ventilen abgesperrt wird.
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Gerade
bei Laborgeräten,
bei denen die U-förmige
Messzelle schwingfähig
in einem Gehäuse eingebaut
ist, besteht die Schwierigkeit, die Messzelle fluiddicht an ein
Probenreservoir anzuschliessen, ohne dass die Messzelle, welche
häufig
aus Glas ist, beschädigt
oder sogar zerstört
wird. Zudem können die
Messergebnisse beeinträchtigt
werden, da die Anschlüsse
der Messzelle bei einer Messung mitschwingen.
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Bekannte
Messgeräte
weisen für
die manuelle und/oder die automatische Beschickung komplexe, aufwendig
herzustellende Adaptergehäuse
und Adapter auf, die häufig
Metallteile umfassen. Die Metallteile haben insbesondere den Nachteil,
dass so die notwendige thermische Isolation der Messzelle nicht
gewährleistet
werden kann, was teilweise durch mathematische Korrekturfaktoren
oder Korrekturfunktionen auszugleichen versucht wird. Zudem ist der
Zusammenbau und das Anschliessen der Messzelle an ein Probenreservoir
aufwendig und kann zu einer Beschädigung der Messzelle führen. Weiterhin schwingen
die Adapter und Adaptergehäuse
während
einer Messung mit, so dass diese Bauteile einerseits das Messergebnis
beeinträchtigen
können und
andererseits durch das Oszillieren beschädigt oder zerstört werden
können.
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Als
Aufgabe ergibt sich somit die Bereitstellung eines Messgeräts zur Dichtebestimmung
mit einer thermisch isolierten Messzelle und einer verbesserten,
benutzerfreundlichen Lösung
zum Anschliessen der Messzelle.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Messgerät
zur Dichtebestimmung mit einer in einem Gehäuse angeordneten Messzelle,
welche eine Einlassöffnung
und eine Auslassöffnung
für eine
fluide Probe aufweist. Weiterhin weist das Messgerät einen ersten
Adapter zur Verbindung der Einlassöffnung mit einem Probenreservoir,
einen zweiten Adapter zur Verbindung der Auslassöffnung mit einem Abfallbehälter, und
ein Adaptergehäuse
auf. Das Adaptergehäuse
ist am Gehäuse
befestigt und weist jeweils eine Durchführung für den ersten und den zweiten Adapter
auf. Das Adaptergehäuse
ist einstückig
ausgestaltet und die Adapter sind jeweils mit einem ersten Befestigungsmittel
werkzeugfrei im Adaptergehäuse
fixierbar.
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Die
Einstückigkeit
des Adaptergehäuses
ist sehr vorteilhaft, da dieses gleichförmiger oszilliert und so weniger
Einfluss auf das Messergebnis hat. Vorteilhaft ist auch die werkzeugfreie
Fixierung der Adapter im Adaptergehäuse, da so ein zu starkes Anziehen
der Befestigungsmittel und eine nachfolgende mögliche Beschädigung oder
Zerstörung
der Messzelle verhindert werden kann. Die Benutzerfreundlichkeit
wird zudem durch getrennt einsetzbaren Adapater erhöht, welche
einen Adapterwechsel erleichtern.
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Das
Adaptergehäuse
besteht vorzugsweise aus einem Material, welches eine geringe Wärmeausdehnung
und eine hohe Festigkeit insbesondere bei hohen Temperaturen aufweist,
vorzugsweise oberhalb von ca. 70°C,
so dass das Adaptergehäuse die
oszillierende Messung möglichst
wenig beeinflusst. Die thermische Isolierung der Messzelle nach aussen
wird durch das erfindungsgemässe
Adaptergehäuse
stark verbessert, da das Adaptergehäuse isolierend wirkt und den
Wärmeaustausch
mit der Umgebung minimiert. Zudem wird auch das Einregeln der Messtemperatur
erleichtert, da das erfindungsgemässe Adaptergehäuse den
Wärmeabfluss nach
aussen stark minimiert. Als besonders geeignet hat sich ein Material
aus einer Mischung von Kohlenstoff und Polyetherketon herausgestellt.
Weitere einsetzbare Materialien umfassen Kunststoffe mit einem geringen
Kriechverhalten auch bei höheren
Temperaturen, wie beispielsweise gefüllte Thermoplaste oder Duroplaste.
Weiterhin zeichnet sich ein Adaptergehäuse aus einem derartigen Material
durch sein geringes Eigengewicht aus, wodurch die Dämpfung und
damit auch das Messergebnis verbessert werden.
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Die
Adapter bestehen vorzugsweise aus einem chemisch beständigen Material,
was resistent gegenüber
den eingesetzten Substanzen und Reinigungsmitteln ist und zudem
transparent oder zumindest semitransparent ist, so dass Verunreinigungen und
Ablagerungen durch den Benutzer rasch und einfach visuell zu erkennen
sind. Geeignete Materialien sind beispielsweise Polymere wie FEP
(Perfluor(ethylen-Propylen))
und verwandte Polymere.
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Das
Adaptergehäuse
dient als Aufnahme für die
Adapter und ist mit dem Gehäuse
des Messgeräts
verbunden. Das Adaptergehäuse
kann über
eine Schraubverbindung, eine Steckverbindung oder eine Klebeverbindung
mit dem Gehäuse
verbunden sein, wobei die Verbindung so gewählt sein sollte, dass sie sich
auch bei einer Oszillation der Messzelle nicht löst, und die Messung nicht beeinflusst.
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Zur
Detektion einer möglichen
Beschädigung
oder Undichtigkeit der Messzelle weist das Adaptergehäuse zudem
eine Ablaufrinne auf, so dass aus einer beschädigten Messzelle austretendes
Fluid aus dem Gehäuse
heraus geleitet wird und eine Beschädigung für den Benutzer sofort erkennbar
ist. Eine Beschädigung
der Messzelle kann einfach festgestellt und diese rasch ausgetauscht
werden.
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Das
Messgerät
zur Dichtebestimmung weist ferner eine Temperiereinheit zur Regelung
der Temperatur der Messzelle auf, welche ein Teil einer Steuer-
und/oder Regeleinheit ist. Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann
im Gehäuse
angeordnet oder als externe Einheit ausgestaltet sein.
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Das
Messgerät
weist auch Mittel zur Induzierung einer Oszillation der Messzelle
auf, wobei die Adapter und das Adaptergehäuse so ausgestaltet sind, dass
sie die Oszillation der Messzelle nicht beeinträchtigen.
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Ein
erfindungsgemässes
Messgerät
zur Dichtebestimmung mit einem Adaptergehäuse wird im Folgenden anhand
der Figuren beschrieben, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
sind. Die Figuren zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Messgeräts zur Dichtebestimmung;
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2 eine
dreidimensionale Darstellung eines Adaptergehäuses mit eingesetzten Adaptern;
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3 eine
dreidimensionale Explosionsansicht eines Adaptergehäuses und
zugehörigen
Adaptern;
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4 einen
Schnitt durch das Adaptergehäuses
mit eingesetzten Adaptern aus 2 entlang der
Ebene A-A;
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5 einen
Schnitt durch das Adaptergehäuses
mit eingesetzten Adaptern aus 2 entlang der
Ebene B-B.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Dichtemessgeräts, welches
nach dem Prinzip eines Biegeschwingers arbeitet. Das Messgerät umfasst
ein Gehäuse 1,
welches hier nur angedeutet ist, in welchem eine Messzelle 2 angeordnet
ist. Die Messzelle 2 ist im Wesentlichen ein U-förmiges Rohr, beispielsweise
ein Glasrohr, welches schwingfähig im
Gehäuse 1 angeordnet
ist.
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Die
Messzelle 2 ist von einem wärmeleitenden Bereich 3 umgegeben,
an welche zumindest von einer Seite eine Temperiereinheit 4 in
Form von Peltierelementen angrenzt. Die Temperatur der Messzelle 2 kann
mittels der Temperiereinheit 4 geregelt werden. Zur Temperaturerfassung
und Temperaturregelung weist das Messgerät mehrere Temperatursensoren 5, 6, 7 auf,
welche an verschiedenen Stellen im Gehäuse 1 angeordnet sind.
Die Temperiereinheit 4 ist mit eine Steuer- und/oder Regeleinheit 8, 9 verbunden,
welche – wie
hier gezeigt – im
und/oder ausserhalb des Gehäuses 1 angeordnet
sein kann. Die Messzelle 2, der wärmeleitende Bereich 3 und die
Peltierelemente 4 sind von einer thermischen Isolation 17 umgeben.
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Um
die Messzelle 2 in eine Schwingung zu versetzen, weist
das Messgerät
eine Oszillationseinheit 10 auf, welche am geschlossenen
Ende der U-förmigen
Messzelle 2 angeordnet ist.
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Die
Messzelle 2 kann durch ihre beiden offenen Ende befüllt oder
entleert werden, dazu ist jedes Ende mit einem Adapter 11, 12 verbunden,
welcher von einem Adaptergehäuse 13 gehalten
wird. Durch die Adapter 11, 12 kann die Messzelle 2 manuell,
mittels einer Spritze befüllt
oder entleert werden. Weiterhin kann ein Adapter 11, 12 mit
einem Probenreservoir 14 und der andere mit einem Abfallbehälter 15 verbunden
werden und die Messzelle 2 mit Hilfe einer Pumpe 16 im
Durchfluss betrieben werden.
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2 zeigt
das Adaptergehäuse 13 und
die Adapter 11, 12 in einer dreidimensionalen
Darstellung. Das Adaptergehäuse 13 besteht
aus einem Anschlussbereich 18, welcher zur Befestigung
des Adaptergehäuses 13 am
Gehäuse
des Messgeräts dient.
Der Anschlussbereich 18 kann mit mindestens einem Befestigungsmittel 19 am
Gehäuse
befestigt werden, vorzugsweise ist das Befestigungsmittel 19 als
Schraube ausgestaltet.
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An
den Anschlussbereich 18 schliesst ein glockenförmiger Übergangsbereich 20 an,
welcher den Anschlussbereich 19 mit einem Aufnahmebereich 21 für die Adapter 11, 12 verbindet.
Der Anschlussbereich 18, der Übergangsbereich 20 und
der Aufnahmebereich 21 sind einstückig aus einem polymeren Werkstoff,
beispielsweise mit Kohlenstoff angereichtem Polyetherketon, ausgestaltet.
Wie es anhand der 3 bis 5 noch deutlich
wird, weist der Aufnahmebereich 21 zwei getrennte Aufnahmen 23, 24 mit
Klemmbacken für
die Adapter 11, 12 auf, so dass diese unabhängig von
einander gewechselt werden können.
Die Adapter 11, 12 sind jeweils mit einem weiteren
Befestigungsmittel 22, beispielsweise einem Stift oder
einer Schraube, in der Aufnahme fixiert. Die Befestigungsmittel 22 sind
so gewählt, dass
die Adapter 11, 12 manuell und insbesondere werkzeugfrei
fixiert werden können.
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3 zeigt
eine Explosionsdarstellung der 2. Hier
sind deutlich die Aufnahmen 23, 24 in dem Adaptergehäuse 13,
genauer dessen Aufnahmebereich 21, zu erkennen. Die Aufnahmen 23, 24 weisen
einen im Wesentlichen runden Durchmesser und einen Einschnitt 29 auf,
welcher eine Verbindung nach aussen schafft, so dass durch Zusammendrücken mittels
eines geeigneten Befestigungsmittels 22, wie beispielsweise
einer Schraube, der Durchmesser der Aufnahme 23, 24 reduziert
und einer Klemmbacke gleich der zugehörige Adapater 11, 12 zur
Fixierung festgeklemmt werden kann.
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Weiterhin
weist das Adaptergehäuse 13 eine Ablaufrinne 30 auf, über die
im Falle einer beschädigten
Messzelle das Messmedium aus dem Messgerät austreten kann. Die Ablaufrinne 30 stellt
somit ein Mittel zur Detektion einer Leckage dar und dient zudem
dazu, versehentlich austretendes Messmedium aus der Messgerät hinauszuleiten.
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Jeder
Adapter 11, 12 weist an einem Ende einen Schlauchanschluss 25, 26 und
an seinem anderen Ende einen Anschluss 27, 28 für die Messzelle auf.
Die Anschlüsse 27, 28 sind
im Wesentlichen spitz zulaufend und an die Ausgänge der Messzelle angepasst
ausgestaltet, so dass die Adapter 11, 12 eine
Oszillation der Messzelle nicht beeinträchtigen oder verhindern. Je
ein Schlauchanschluss 25, 26 ist, wie hier gezeigt,
mittels einer Mutter, mit einem Anschluss 27, 28 verbunden.
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Anstelle
eines Schlauchanschlusses 25, 26 kann das Ende
beispielsweise auch als Rohranschluss oder als Anschluss für eine manuelle
Beschickung mit einer Spritze ausgestaltet sein.
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4 zeigt
einen Schnitt durch das, in 2 gezeigte,
zusammengesetzte Adaptergehäuse 13 und
die Adapter 11, 12 entlang der Ebene A-A. Wie hier
zu erkennen ist, sind die Schlauchanschlüsse 25, 26 zu
einem grossen Teil in den Anschlüssen 27, 28 geführt und
werden mit einer Mutter oder einem anderen geeigneten Befestigungsmittel
fixiert. Die Aufnahmen 23, 24 sind so angeordnet,
dass die Adapter 11, 12 schräg im Adaptergehäuse geführt werden,
so dass die freien Enden der Anschlüsse 27, 28 einen
spitzen Winkel bilden.
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5 zeigt
einen Schnitt durch das, in 2 gezeigte,
zusammengesetzte Adaptergehäuse 13 und
die Adapter 11, 12 entlang der Ebene B-B. In dieser
Ansicht ist insbesondere die Anordnung der Ablaufrinne 30 im
Adaptergehäuse 13 zu
erkennen. Die Ablaufrinne 30 stellt vorzugsweise einen
Teil des einstückig
ausgebildeten Adaptergehäuses
dar und erstreckt sind vom glockenförmigen Übergangsbereich 20 in
Richtung des Aufnahmebereichs 21 nach aussen.
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Obwohl
die Erfindung durch die Darstellung spezifischer Ausführungsbeispiele
beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, dass zahlreiche weitere Ausführungsvarianten
in Kenntnis der vorliegenden Erfindung geschaffen werden können, beispielsweise
indem die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele miteinander
kombiniert und/oder einzelne Funktionseinheiten der Ausführungsbeispiele
ausgetauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Messzelle
- 3
- Wärmeleitender
Bereich
- 4
- Temperiereinheit
- 5
- Temperatursensor
- 6
- Temperatursensor
- 7
- Temperatursensor
- 8
- Steuer-
und/oder Regeleinheit
- 9
- Steuer-
und/oder Regeleinheit
- 10
- Oszillationseinheit
- 11
- Adapter
- 12
- Adapter
- 13
- Adpatergehäuse
- 14
- Probenreservoir
- 15
- Abfallbehälter
- 16
- Pumpe
- 17
- Thermische
Isolation
- 18
- Anschlussbereich
- 19
- Befestigungsmittel
- 20
- Übergangsbereich
- 21
- Aufnahmebereich
- 22
- Befestigungsmittel
- 23
- Aufnahme
- 24
- Aufnahme
- 25
- Schlauchanschluss
- 26
- Schlauchanschluss
- 27
- Anschluss
- 28
- Anschluss
- 29
- Einschnitt
- 30
- Ablaufrinne
