DE1623069B1 - Vorrichtung zum Messen der Dichte eine Mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung F i g. 5 ist ein Querschnitt durch die Ausführungszum Messen der Dichte eines Mediums mit einem form nach F i g, 4 längs der Linie 10-10'.
rohrförmigen Körper aus elastischem Material, mit In der F i g. 1 ist ein Dichtemesser zum Messen der einer Einrichtung zum Erregen von natürlichen Dichte eines Gases gezeigt. Ein zylindrisches Rohr 11 Schwingungen im rohrförmigen Körper durch elasti- 5 aus ferromagnetischem Material, ist innerhalb einer sehe Verformung und mit einer auf die Schwingungen Kammer 12 angeordnet, die mit einem Einlaßkanall3 ansprechenden Einrichtung, die ein der Schwingung und einem Auslaßkanal 14 versehen ist. Die Strömungsentsprechendes Signal erzeugt. Eine Vorrichtung der richtungen des Gases während des Betriebes sind beschriebenen Art ist beispielsweise aus der Fachzeit- durch Pfeile, beispielsweise die Pfeile 15, angegeben, schrift »Control«, März 1961, S. 113, bekannt. Bei io Die zylindrische Rohrwand 16 des Rohres 11 endet in dieser bekannten Vorrichtung ist der rohrf örmige einem mit ihm aus einem Teil bestehenden Flansch 17, Körper in Form eines Tastkopfes oder Abtastrohres der mit Schiebesitz in die Kammer 12 eingesetzt ist und ausgebildet, das in das Medium, dessen Dichte ge- zwischen einem Verkleidungsteil 18 für die Kammer 12, messen werden soll, eingetaucht wird. In vielen Fällen, an dem er angeschweißt ist, und einem Verstärker 19 insbesondere in Industriebetrieben, muß die Dichte 15 angeordnet ist. Der Verkleidungsteil 18 und der Vereines strömenden Mediums gemessen werden, ohne daß stärker 19 sitzen ebenfalls mit Schiebesitz in der Kamdabei die Strömung gestört wird. Für diesen Zweck ist mer 12. An den Enden der Kammer 12 sind fest eingeein Tastkopf nicht geeignet. Weiterhin kann ein Tast- paßte Abschlußplatten 20 und 21 vorgesehen,
kopf von Turbulenzen und von festen Gegenständen Ein zylindrischer Stützkörper 25 aus wärmehärtbeschädigt werden, die möglicherweise von dem Strö- ao barem Harz, der an eine Metallplatte 24 gebunden ist, mungsmedium mitgenommen werden. ist innerhalb des Rohrs 11 koaxial angeordnet. Ein

Bei einem Verfahren zum Messen der Dichte mit Flansch an der Metallplatte 24 wird mittels eines der bekannten Vorrichtung wird das zu messende Sicherungsringes 25, der in einen am Rand des Flan-Medium sowohl mit der inneren Oberfläche als auch sches 17 befindlichen Ansatz mit Innengewinde gemit der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Körpers 25 schraubt ist, gegen den Flansch 17 gedrückt. Ein in Berührung gebracht, so daß an dem Körper keine Dichtungsring 26 sorgt für einen gasdichten Verschluß Druckdifferenz angreift, die den Körper entweder zwischen der Metallplatte 24 und der inneren Oberdehnen oder zusammenziehen könnte. fläche des Rohrs 11.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vor- Eine Antriebsspule 27 und eine Aufnahmespule 28 richtung zum Messen der Dichte von Medien zu 30 sind derart in den Stützkörper 23 eingebettet, daß ihre

schaffen, die zwar das obige Meßverfahren ausnutzt, Achsen senkrecht zueinander und senkrecht zur Längs-

jedoch die mit dem bekannten Tastkopf verbundenen achse des Rohrs 11 stehen. Der Stützkörper 23, die

Nachteile vermeidet. Antriebsspule 27 und die Aufnahmespule 28 berühren

Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen die Innenwand des Rohrs 11 nicht, damit das Rohr Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gelöst, daß 35 schwingen kann, ohne an den Stiitzkörper 23 und die

der rohrf örmige Körper in einer Kammer angeordnet Spulen 27 und 28 anzustoßen. Zuleitungen 29 und 30

ist, daß die Kammer eine Einlaßöffnung und eine Aus- vom Ausgangsschaltkreis des Verstärkers 19 sind

laßöffnung für das zu messende Medium aufweist, durch eine Führung 31 in den Stützkörper 23 geführt,

welche sowohl über eine erste Leitung, gebildet von und nicht gezeigte Zuleitungen von der Aufnahmeder äußeren Oberfläche des rohrförmigen Körpers und 40 spule 28 sind durch eine weitere Führung 32 zum Ver-

der inneren Oberfläche der Kammer als auch über eine stärker 19 geführt. Die Führungen 31 und 32 verlaufen

zweite Leitung, die, gebildet von der Innenfläche des innerhalb von Isolierhülsen 33 und 24 durch die Metall-

rohrförmigen Körpers und einer Öffnung am einen platte 24.

Ende des rohrförmigen Körpers in die erste Leitung Eine Metallröhre 25 erstreckt sich von der Abschlußmündet, miteinander in Verbindung stehen. 45 platte 20 durch den Verstärker 19 und die Metallplatte

Durch diesen Aufbau wird der rohrförmige Körper 24 bis in den Stützkörper 23, in dem eine weitere durch eine Kammer geschützt, und die erfindungsge- Metallröhre 36 vorgesehen ist, die mit der Metallmäße Vorrichtung kann in einer zur Hauptströmungs- röhre 35 in Verbindung steth. Die Achse der weiteren leitung parallel geführten Meßströmungsleitung ange- Metallröhre 36 liegt parallel zur Achse der Aufnahmeordnet werden. Ferner wird durch das Vorhandensein 50 spule 28, und ihre Enden sind offen, so daß ein von der der ersten und zweiten Leitung sichergestellt, daß so- Metallröhre 35 kommendes Gas in den Raum zwischen wohl die innere Oberfläche als auch die äußere Ober- dem Stützkörper 23 und dem Rohr 11 strömen kann, fläche des rohrförmigen Körpers dem Strömungs- Kleine runde Löcher (nicht gezeigt) in der Rohrwand medium ausgesetzt sind, so daß kein Differenzdruck 16 in der Nähe des Flansches 17 ermöglichen einen entsteht und daß die Vorrichtung durchströmende 55 Gasstrom aus dem Raum innerhalb des Rohrs 11 in Medium nicht ins Stocken gerät. den ,Raum zwischen dem Rohr U und dem Verklei-

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an dungsteil 18.

Hand von Figuren beschrieben. Ein abgeschirmtes vieradriges Kabel 37 ist durch

F i g. 1 zeigt teilweise im Schnitt eine Ausführungs- die Abschlußwand 20 zum Verstärker 19 geführt. Zwei

form der Erfindung; 60 Leitungen dieses Kabels dienen zum Anschließen einer

F i g. 2 zeigt die natürlichen Glockenschwingungen Gleichspannungsquelle 28 an den Verstärker 19 und die

des im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 verwendeten anderen beiden Leitungen zum Anschließen des

rohrförmigen Körpers; Ausgangsschaltkreises des Verstärkers an einen Fre-

F i g. 3 zeigt weitere Formen der natürlichen quenzmesser 39. Die Abschirmung des Kabels 37

Glockenschwingungen des im Ausführungsbeispiel 65 ist mit der Kammer 12 und entsprechenden gemein-

nach F i g. 1 benutzten rohrförmigen Körpers; samen Leitern des Verstärkers 19 und des Frequenz-

F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Aus- messers 39 elektrisch verbunden,

führungsform der Erfindung; Während des Betriebs strömt Gas vom Einlaßkanal

3 4

13 durch einen Filter 40 zur Metallröhre 35. Bevor das det, die aus Frequenzen zusammengestellt ist, die

Gas die Kammer 12 durch den Auslaßkanal 14 ver- man beim Erregen des mit Gasen mit Standarddichten

läßt, wird es durch einen weiteren Filter 41 geleitet. gefüllten Rohrs 11 erhält.

Jeder der beiden Filter 40 und 41 enthält einen mit Die Wirkung des Gasdrucks auf die vorherrschende

Außengewinde versehenen Körper mit einem Durch- 5 Frequenz der Schwingungen des Rohrs 11 ist vernach-

gang, der mit einem Durchgang, der mit einer Masse lässigbar, weil das Gas sowohl innen als auch außen

aus gesintertem Metallpulver gefüllt ist. Der Filter 40 vom Rohr 11 strömt. Druckdifferenzen in axialer Rich-

ist im einen Ende der Metallröhre 35 und der Filter 41 tung des Rohrs 11, die mit dem Strömen des Gases in-

in einem rohrförmigen Ansatz 42 am Verkleidungsteil nerhalb und außerhalb des Rohrs 11 verbunden sind,

18 verschraubt. Das in den Raum zwischen dem Stütz- io werden etwa auf gleiche Größe gebracht, so daß längs

körper 23 und der Rohrwand 16 der Metallröhre 36 der Rohrwand 16 und der Endplatte 44 im wesentlichen

her einströmende Gas entweicht aus diesem Raum keine Druckunterschiede ausgebildet werden, d. h., der

durch die kleinen, obenerwähnten Löcher in der Rohr- Differentialdruck, der auf denjenigen Bereich des

wand 16 und durch eine runde Öffnung 43 in der End- Rohrs ausgeübt wird, der mit dem Gas in Berührung

platte 44 des Rohrs 11 an dem vom Flansch 17 ent- is ist, wird im wesentlichen konstant auf Null gehalten,

f ernten Ende. Die runde Öffnung 43 ist gegenüber dem Daher ist die Frequenz der natürlichen Glockenschwin-

Stützkörper 23 koaxial angeordnet, damit das Gas an gungen das Rohrs 11 in erster Linie von der Dichte des

allen Punkten des Raums zwischen der Endplatte 44 durch das Dichtemesser strömenden Gases abhängig,

und dem Stützkörper 23 in gleicher Weise strömen kann. Die Wirkung von Temperaturänderungen des Rohrs 11

Für gasdichte Verschlüsse der Kammer 12 sorgen ao kann durch Verwendung von geeignetem Material für

Dichtungsringe 45, 46, 47, 48 und 49. Die Dichtungs- das Rohr 11 für einen brauchbaren Arbeitsbereich

ringe 48 und 49 werden durch Scheiben 50 und 51 in klein gemacht werden.

den Abschlußplatten 20 und 21 gehalten. Die Scheiben In einem Dichtemesser nach der F i g. 1 kann die

50 und 51 sind in die Abschlußplatten 20 und 21 einge- Wandstärke der Rohrwand 16 ζ. Β. 0,05 mm betragen,

schraubt und mit mittleren Öffnungen versehen. Durch 25 Die ferromagnetische Legierung, aus der das Rohr 11

die mittlere Öffnung der Scheibe 51 ragt der Ansatz 42 besteht, ist eine Eisen-Nickel-Chrom-Legierung. Sie

und durch die mittlere Öffnung der Scheibe 50 die besitzt die folgende Zusammensetzung:

Metallrohr 35. Da s.Kabel 37 ist durch eine weitere _{Nickd (mit Kobalt) 41Q big 43 50 0/}

Öffnung m der Scheibe 50 gefuhrt. Chrom .. . 4 90 bis 5 75 °/„

Die Antriebsspule 27 und die Aufnahmespule 28 30 Titan 2'20 bis 2 75 °/

sind mit entsprechend zusammengesetzten Kernen 52 Aluminium ''.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. θ',3Ο bis 0,'80°/Ü

und 53 versehen. Jeder Kern 52, 53 enthalt einen Kohlenstoff 0,06 max. %

zylindrischen Permanentmagneten, der mit Weich- Mangan 0 08 max °/

eisenpolschuhen ausgerüstet ist und dessen Länge etwa Silicium l'oo max' °/°

gleich einen Siebenteil der Länge jedes Polschuhs ist. Da 35 Schwefel θ'θ4 max' °/°

die Achsen der Antriebsspule 27 und der Aufnahme- Phosphor θ'θ4 max' °/°

spule 28 senkrecht zueinander angeordnet sind, be- Eisen Rest '

steht zwischen diesen beiden Spulen nur eine geringe

direkte Kopplung. Der Verstärker 19 ist ein Transistorverstärker übli-

Während des Betriebs werden natürliche Glocken- 40 eher Bauart, der in ein wärmehärtbares Harz, oder eine Schwingungen des Rohrs 11 erregt und durch die Keramik, eingebettet ist und einen Tiefpaßfilter aufRückkopplung von der Aufnahmespule 28 über den weist, dessen Grenzfrequenz unterhalb der 2. Harmo-Verstärker 19 zur Antriebsspule 27 aufrechterhalten. nischen der höchsten natürlichen Glockenschwingung Die Schwingungen werden durch einen auf das Rohr 11 liegt, die beim Betrieb erwartet wird. Die vorherrübertragenen mechanischen Stoß oder durch elektrische 45 sehende Frequenz der Schwingungen ist bei diesem Rauscheffekte in der Antriebsspule 27 beim Einschal- Ausführungsbeispiel die 1. Harmonische, d. h. die ten des Verstärkers 19 eingeleitet. Die Endplatte 44 und Grundschwingung.

der Flansch 17 sind ausreichend dick, so daß während Obgleich das bisher beschriebene Ausführungsbei-

der Schwingungen an den Enden des Rohrs 11 Knoten spiel einen rohrförmigen Hohlkörper mit kreisförmi-

gebildet werden. Die F i g. 2 und 3 zeigen mögliche 5° gern Querschnitt hat, können andere Ausführungsbei-

Schwingungsformen und die F i g. 2 die Grund- spiele Hohlkörper aufweisen, die keinen kreisförmigen

Schwingung. Die durchgezogenen Linien zeigen den Querschnitt haben.

ungestörten Schnitt durch die zylindrische Rohrwand Das in der F i g. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel kann 16 des Rohrs während der natürlichen Glocken- mit einem rohrförmigen Körper nach der F i g. 5 ausschwingungen, die in den F i g. 2 und 3 gezeigt sind. 55 gestattet werden, wobei der Stützkörper 23 durch einen In der Praxis können die natürlichen Glockenschwin- in der F i g. 4 gezeigten Stützkörper 23' ersetzt wird, gungen eine Kombination der in den F i g. 2 und 3 der jedoch zusätzlich die Metallröhren 35 und 36 entgezeigten Schwingungsformen oder weiterer Schwin- hält, die in F i g. 1 gezeigt sind. Die Gleichspannungsgungsf ormen sein. quelle 38 zum Herstellen einer Vormagnetisierung

Die vorherrschende Frequenz der natürlichen Glok- 60 mittels einer Vormagnetisierungswicklungen 97 können

kenschwingungen des Rohrs 11 wird mit dem elek- zusammen mit einem Verstärker in der gleichen Weise

irischen Frequenzmesser 39 gemessen. Die Frequenz wie der Verstärker 19 im Ausführungsbeispiel der

des Stroms, der der Antriebsspule 27 zugeleitet wird, F i g. 1 eingekapselt sein. Der rohrf örmige Körper ent-

ist gleich der Frequenz der vorherrschenden Schwin- hält hier ein flaches Rohr 90 aus ferromagnetischem

gungen des Rohrs 11. Der Frequenzmesser 39 üblicher 65 Material mit zwei ebenen Wandabschnitten 91 und

Bauweise kann in dem beim Betrieb des Dichtemessers zwei gekrümmten Wandabschnitten 92. Das eine Ende

erwarteten Bereich arbeiten und direkt in Dichteein- des Rohrs 90 ist durch eine mit einer Öffnung 43 ver-

heiten geeicht sein, wenn man eine Eichkurve verwen- sehene ebene Endplatte 93 abgeschlossen. Die Wand-

abschnitte 91 liegen einander parallel gegenüber. Beim Betrieb werden mit Hilfe einer Anordnung, die eine Antriebsspule 94, und zwei Aufnahmespulen 95 und 96 enthält, natürliche Glockenschwingungen des Rohrs

90 erregt. Die Achsen der Spulen 94, 95 und 96 liegen in einer Ebene, die auch die Längsachse des Rohrs 90 enthält und senkrecht zu den Wandabschnitten 91 verläuft, und stehen außerdem senkrecht zur Längsachse des Rohrs 90. Jede der Spulen 94,95 und 96 enthält eine Vormagnetisierungswicklung 97 und eine Antriebs- bzw. Aufnahmewicklung 98, die auf einen isolierenden Wicklungsträger gewickelt sind. Für die Spulen 94, 95,96 sind außerdem Weicheisenkerne vorgesehen, in denen beim Betrieb mittels der Vormagnetisierungswicldungen 97 diejenigen Polaritäten erzeugt werden, die in der F i g. 4 mit den Buchstaben N und S entsprechend einem Nord- oder Südpol angegeben sind. Zwei Magnetshunts 99 aus Weicheisen dienen dazu, die Aufnahmespulen 95 und 96 vom Magnetfeld der Antriebsspule 94 abzuschirmen.

Durch die Polaritäten der Aufnahmespulen 95 und 96 wird eine weitere Abschirmung erreicht, da ihre Vormagnetisierungsfelder durch die Wandabschnitte

91 des Rohrs 90 unter Bildung eines magnetischen Kreises gekoppelt werden. Drei Gleichspannungsquellen (nicht gezeigt) sind mit den drei Vormagnetisierungswicklungen 97 verbunden, wozu (nicht gezeigte) Leiter in den Stützkörper 23' aus wärmehärtbarem Kunstharz eingebettet sind.

Der Ausgangsschaltkreis eines (nicht gezeigten) Verstärkers ist mit der Antriebswicklung 98 der Antriebsspule 94 und der Eingangsschaltkreis dieses Verstärkers mit den Aufnahmewicklungen 98 der Aufnahmespulen 95 und 96 verbunden. Natürliche Glokkenschwingungen des Rohrs 90 werden angeregt und durch Rückkopplung von den Aufnahmewicklungen 98 der Aufnahmespulen 95 und 96, die auf die Schwingungen der Wandabschnitte ansprechen, durch den Verstärker zu den Antriebswicklungen 98 der Antriebsspule 94 aufrechterhalten.

Ein Vorteil des in Fi g. 5 gezeigten Rohres 90 mit nichtkreisförmigem Querschnitt besteht gegenüber dem Rohr 11 mit kreisförmigem Querschnitt darin, daß die vorherrschende Frequenz der natürlichen Glockenschwingungen der Rohre mit _ nichtkreisförmigem Querschnitt empfindlicher für Änderungen der Dichte ist.

Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung können Einrichtungen zum Anregen natürlicher Glockenschwingungen in den rohrförmigen Körpern 11,90, z. B. magnetostrictive oder mechanische, durch Stoß wirksame Einrichtungen, vorgesehen sein, mit denen gedämpfte Schwingungen angeregt werden, die man abklingen läßt und für jede Frequenzmessung erneut anregt.

Andere Einrichtungen zum Anregen natürlicher Glockenschwingungen in rohrförmigen Körpern 11,90 können elektrische Oszillatoren mit einstellbarer Frequenz enthalten, deren Ausgang mit dem rohrförmigen Körper 11,90 gekoppelt ist. Diese Oszillatoren können zum direkten Ablesen der Dichteeinheiten geeicht sein. Beim Betrieb wird die Frequenz des Oszillators so lange variiert, bis eine Einrichtung zum Messen der Amplitude der Schwingungen des rohrförmigen Körpers 11, 90 ein Amplitudenmaximum anzeigt. Die diesem Maximum zugeordnete Frequenz ist die vorherrschende Frequenz der natürlichen Glockenschwingungen.

Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen natürliche Glockenschwingungen erregt werden, besteht auch die Möglichkeit, andere natürliche Schwingungen, z. B. natürliche Transversal-, Longitudinalschwingungen oder Biegeschwingungen, anzuregen. Außerdem können auch an Stelle der vorherrschenden Frequenz andere Frequenzen der natürlichen Schwingungen gemessen werden, die durch die besondere Bau- und Betreibsweise gegenüber Änderungen der Druckdifferenzen unempfindlich sind.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Dichte eines Mediums mit einem rohrförmigen Körper aus elastischem Material, mit einer Einrichtung zum Erregen von natürlichen Schwingungen im rohrförmigen Körper durch elastische Verformung und mit einer auf die Schwingungen ansprechende Einrichtung, die ein der Schwingung entsprechendes Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (11, 90) in einer Kammer (12) angeordnet ist, daß die Kammer (12) eine Einlaßöffnung (13) und eine Auslaßöffnung(14) für das zu messende Medium aufweist, welche sowohl über eine erste Leitung, gebildet von der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Körpers (11, 90) und der inneren Oberfläche der Kammer (12), als auch über eine zweite Leitung, die, gebildet von der Innenfläche des rohrförmigen Körpers ((H, 90) und einer Öffnung (43) am einen Ende des rohrförmigen Körpers (11,90), in die erste Leitung mündet, miteinander in Verbindung stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (90) ein Rohr mit zwei ebenen Wandabschnitten (91) ist, die einander parallel gegenüberstehend angeordnet sind und deren Breite größer als ihr Abstand ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (90) aus ferromagnetischem Material besteht, daß die Einrichtung zum Erregen der Schwingungen eine innerhalb des Körpers (90) befestigte Antriebsspule (94) enthält, deren Achse die Längsachse des Körpers (90) senkrecht schneidet, daß die auf die Schwingungen ansprechende Einrichtung zwei Aufnahmespulen (95, 96) enthält, deren Achsen parallel und symmetrisch zur Achse der Antriebsspule (94) und in einer die Längsachse des Körpers (90) enthaltenden Ebene angeordnet sind und die mit Vormagnetisierungswicklungen (97) ausgerüstet sind, deren Vormagnetisierungsfelder durch die Wandabschnitte (91) unter Bildung eines magnetischen Kreises gekoppelt sind, daß zum Abschirmen der Aufnahmespulen (95, 96) von der Antriebsspule (94) im Raum zwischen der Antriebsspule (94) und den Aufnahmespulen (95, 96) Magnetshunts (99) vorgesehen sind und daß die Achsen aller Spulen (94, 95, 96) die Ebene der Wandabschnitte (91) senkrecht durchsetzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen