DE1648339C3

DE1648339C3 - Geraet zum Bestimmen physikalischer Materialeigenschaften

Info

Publication number: DE1648339C3
Application number: DE1648339A
Authority: DE
Inventors: Banks William Burckhardt
Original assignee: AUTOMATION PROD
Current assignee: AUTOMATION PROD
Priority date: 1966-07-22
Filing date: 1967-07-21
Publication date: 1974-10-24
Also published as: DE1648339A1; NL157107B; GB1143050A; BE701579A; US3349604A; BR6791428D0; DE1648339B2; NL6710126A

Description

dadurch gekennzeichnet, daß das rät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, wel-Stützelement (2·) nahe am Schwingungsknoten ches in seiner Meßgenauigkeit durch äußere, auf des Schwingelementes (111) und des Gehäuses »5 seine Halterung einwirkende Schwingungen nicht beil!) liegt und daß das Gehäuse (12) und das einträchtigt wird. Die Halterung soll dabei so be-Schwingelement (111) so bemessen sind, daß ihre schaffen sein, das das Gerät ohne spezielle Justier-Resonanzfrequenzen sowie die durch das maßnahmen in einen beliebigen, das zu prüfende Schwingelement (111) und das Gehäuse (12) in Material enthaltenden Behälter eingesetzt werden bezug auf den gemeinsamen Stützpunkt wirksa- 3» kann.

men Momentbelastungen im wesentlichen gleich Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gesind, so daß bei der Betriebsfrequenz die Biege- löst, daß das Stützelement nahe am Schwingungsknobewegung des Gehäuses (12) und des Schwingele- ten des Schwingelementes und des Gehäuses liegt mentes (111) um den Stützpunkt im wesentlichen und daß das Gehäuse und das Schwingelement so begleich sind. 35 messen sind, daß ihre Resonanzfrequenzen sowie die

durch das Schwingelement und das Gehäuse in bezug auf den gemeinsamen Stützpunkt wirksamen Momentbelastungen im wesentlichen gleich sind, so daß

bei der Betriebsfrequenz die Biegebewegung des Ge-

4o häuses und des Schwingelementes um den Stützpunkt im wesentlichen gleich sind.

Dieses Gerät hat den Vorteil, daß es im Vergleich zu den bekannten Materialprüfgeräten gegen die Ein-

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Bestimmen wirkung äußerer Kräfte sowie gegen Fremdschwinphysikalischer Materialeigenschaften mit einem flexi- 45 gungen weitgehend unempfindlich ist. Es hat sich als blen Schwingelement, einem eine Abdichtung eines günstig erwiesen, in an sich bekannter Weise einen Materialbehälters bildenden, das Schwingelement an rückgekoppelten Schwingkreis vorzusehen, dessen einem zwischen seinen Enden liegenden Stützpunkt Eingang mit den Einrichtungen zur Ermittlung von haltenden Stützelement, einem mit dem zu untersu- Schwingungsänderungen des Schwingelementes verchenden Material in Berührung kommenden, aus der 5» bunden ist und dessen Ausgang mit den Einrichtuneinen Seite des Stützpunktes liegenden Materialprüf- gen in Verbindung steht, die das Schwingelement zu element, das mit dem Schwingelement verbunden ist, Eigenschwingungen anregen,
einem auf der anderen Seite des Stützelementes lie- In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfragenden Gehäuse, in dem Gehäuse angeordneten Ein- dung an Hand der Zeichnung im einzelnen dargerichtungen, die Querschwingungen auf das Schwing- 55 stellt. Es zeigt

element und das Materialprüfelement sowie auf das F i g. 1 eine schematische Darstellung einer AusGehäuse übertragen, und in dem Gehäuse ange- führungsform des Gerätes,
brachten Einrichtungen zur Ermittlung von Schwin- F i g, 2 eine Schnittansicht der in F i g, 1 dargestellgungsänderungen des Schwingelementes, wobei sich ten Ausführungsform und

das Gehäuse auf der dem Schwingelement gegen- 60 Fig.3 einen elektrischen Schaltplan eines Schaltüberliegenden Seite am Stützelement abstützt. kreises des vorliegenden Geräts.

Materialprüfgeräte dieser Art sind aus den USA,- In Fig.2 ist eine Ausführungsform eines als Gan-

Patentschriften 3 100 390 und 3 145 559 sowie aus zes mit 1· bezeichneten Gerätes zur Bestimmung der deutschen Patentschrift 1 171 646 bekannt. Es physikalischer Materialeigenschaften dargestellt, das handelt sich dabei um mit dem zu untersuchenden 65 einen mit einem zentral angeordneten T-fönnigen Material in Berührung kommende Schwingungsein- Rohrabschnitt 14 und rohrförmigen Seitenabschnitrichtungen. bei denen die Größe oder die Größenün- ten 16 und IS versehenes Gehäuse 12 aufweist
derung einer physikalischen Eigenschaft des mit den Der zentrale Rohrabschnitt 14 steht mit einem

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Stützelement, beispielsweise einem Gewindestück 20 gung des mit dem Teil 70 verbundenen Magnetan-

in Verbindung und wird von diesem abgestützt. Der kers 58 beeinllußt, und es entsteht ei« Ausgangs-

Rohrabschnitt 14 kann also mit einer Wand 21 eines signal in der Magnetspule 38.

Materialbehälters verbunden werden und ir dieser Die Detcktoreinrichtung wirkt als eine elektrische

eine Abdichtung bilden, so daß das Material im Be- 5 Stromquelle, die mit den elektrischen Leitungen 41

halter unter den noimalen Betriebsbedingungen ge- und 44 und damit mit der Magnetspule 36 verbunden

halten werden kann. ist, die wiederum den Schwingungserreger für den

Das Gehäuse 12 weist in seinem Abschnitt 16 eine schwingenden Magnetanker 56 bildet. Dieser Magnetelektromagnetisch arbeitende Schwingungserreger- anker versetzt den stangenförmigen Teil 70 und den einiichtung, beispielsweise eine elektromagnetische io rohrförmigen Teil 72 in Schwingungen, deren Fre-Spule 36 und einen Magnetkern 40 auf. Über elektri- quenz von der angelegten elektrischen Stromquelle sehe Leitungen 41 und 44 wird die Magnetspule 36 abhängt. Auf diese Weise wird eine Schwingung des von außen mit Strom versorgt, um ein flexibles Schwingelementes 111 vom Magnetanker 56 auf das Schwingelement anzuziehen und abzustoßen, wie das mit dem zu untersuchenden Material in Berührung noch näher beschrieben werden wird. _>5 kommende rohrförmige Teil 72 übertragen. Die

Im Abschnitt 18 des Gehäuses 12 ist eine im fol- Schwingung des rohrförmigen Teils 72 beeinflußt die genden als Detektoreinrichtung bezeichnete Einrich- Schwingung des Magnetankers 58, und in der Matung untergebracht, die eine elektromagnetische gnet- oder Empfangsspule 38 wird eine Spannung inSpule 38 und einen Dauermagneten 42 aufweist. Mit duziert, die proportional der Amplitude der Schwinder Magnetspule 38 stehen elektrische Leitungen 46 ao gung des Magnetankers 58 im magnetischen Feld des und 48 in Verbindung, die den in der Magnetspule Dauermagneten 42 ist. Auf diese Weise werden die 38 erzeugten Strom zu einer geeigneten elektrischen Größen oder Größenänderungen der physikalischen Meß- oder Anzeigeeinrichtung weiterleiten, wie noch Eigenschaften des mit dem als Prüfelement ausgebilbeschrieben werden wird. deten rohrförmigen Teil 72 in Berührung kommen-

Im Gehäuse 12 ist ein Magnetanker 56 angeord- as den Materials durch die Größe oder die Änderungen net, der in die Magnetspule 36 hineinreicht, von der der Schwingungen ausgedrückt, die auf den schwiner angezogen und abgestoßen wird, und mit der Fre- gungsfähigen, in geeigneter Weise mit einer elektriquenz der die Magnetspule 36 beaufschlagenden sehen Anzeige- oder Meßeinrichtung verbundenen elektrischen Spannung zum Schwingen gebracht Magnetanker 58 übertragen werden, wird. Ein Magnetanker 58 ist im Bereich der Ma- 30 Bei manchen Anwendungen des Geräts hat man gnctspule 38 vorgesehen und induziert, wenn er zum festgestellt, daß die das Gerät 10 tragende Wand 21 Schwingen gebracht wird, in der Magnetspule 38 eine des das Material enthaltenden Behälters, der beiSpannung, die der Schwingungsamplitude des Ma- spielsweise ein Tank oder eine Rohrleitung sein gnetankers 58 proportional ist. kann, bis zu einem gewissen Maße flexibel ist und

Das Schwingelement kann in beliebiger Weise aus- 35 äußeren Schwingungen unterliegt, die das Schwingebildet und beispielsweise von der in den bereits er- gungsgerät 10 beeinflussen, indem sie im Gerät IC wähnten USA.-f\ tentschriften beschriebenen Art Schwingungen absorbieren oder dämpfen und Meßsein. Es kann zwei schwingungsfähige, stangenför- fehler hervorrufen oder sogar den Einsatz des Gerämige Teile oder Stangen 70 und 72 von unterschied- tes 10 unmöglich machen. Die vorliegende Erfindung licher Resonanzfrequenz aufweisen. Die in Längs- 4» ist deshalb darauf gerichtet, das Gerät 19 gegenüber richtung miteinander ausgerichteten Teile stehen mit- seiner Halterung und seiner Umgebung weniger empeinander in Verbindung und bilden ein Schwingele- findlich zu machen.

ment 111. Das Teil 70 kann eine feste, zylindrische Da sowohl das Gehäuse 12 als auch das flexible Stange mit einer bestimmten Resonanzfrequenz sein. Schwingelement 111 von dem gleichen gemeinsamen Das Teil 72 kann hohl und rohrförmig sein und eine 45 Stützelement- oder Gewindestück 20 in der Wand 21 geringere Resonanzfrequenz haben. Die in Längs- abgestützt sind, befaßt sich die Erfindung damit, die richtung miteinander ausgerichteten und verbünde- vom Gerät 10 um den Stützpunkt erzeugten Biegenen Teile 7β und 72 sind miteinander durch geeig- momente des Gehäuses 12 und des flexiblen nete Einrichtungen, wie eine Buchse 74, dichtend Schwingelementes gleich groß zu machen, verbunden. Ein felxibles, rohrförmiges Stützteil 90 5<> F i g. 1 zeigt in übertriebenem Maße, wie, wenn trägt das Schwingelement 111 und steht mit dem Ge- der Magnetanker 56 von der im Gehäuse 12 liegenwindestück 20 in Verbindung, von dem es an der den Magnetspule 36 angezogen wird, das Schwing-Wand 21 des Materialbehälters abgestützt wird. Es element 111 um den Stützpunkt in einer Richtung sei beispielsweise angenommen, daß die von der Ma- und das Gehäuse 12 in der entgegengesetzten Richgnetspule 36 aufgebrachte Frequenz bei 120 Hz, die 55 tung um den Stützpunkt auf Biegung beansprucht Resonanzfrequenz des Teils 7Θ be^: 400 Hz und die v/ird. Wenn der Magnetanker 56 von der Magnet-Resonanzfrequenz des rohrförmigen Teils 72 bei spule abgestoßen wird, dann arbeiten die Magnetan-100 Hz liegt und daß die Schwingungen des mit dem ker 5(S und 58 und die Magnetspulen 36 und 38 nastangenförmiger· Teil 76 verbundenen Magnetankers türlich ic der Weise zusammen, daß sie das Schwing- 56 auf das rohrförmige Teil 72 übertragen werden όο element 111 In die entgegengesetzte Richtung und dieses zum Schwingen anregen. Das rohrförmige schwingen lassen und in ähnlicher Weise auch die Teil 72 kann dann als Materialprüfelement wirken Schwingrichtung des Gehäuses 12 entsprechend um- und in den Materialbehälter hineinreichen, um mit kehren. Die Verwindung oder Verdrehung des Gedem Material in Berührung zu kommen, dessen häuses 12 und des Schwingelementes 111 um den geEigenschaften ab Funktion der Schwingung des Ma- 85 meinsamen Stützpunkt hat eine unerwünschte Wirgnetankers 56 bestimmt werden sollen. Da das zu un- kung, wobei natürlich auch in der Wand 21 auftretersuchende Material mit dem rohrförmigen Teil 72 tende äußere Schwingungen das Gerät 1© ebenfalls

Gerätes ist besonders dann schädlich, wenn das Ge- scheinungen bewirken eine Änderung der Resonanzrät 10 genau oder annähernd mit der Resonanzfre- frequenz. Um das Gerät mit der Resonanzfrequenz quenz des Schwingelementes 111 betrieben wird, was betreiben zu können, ist daher eine elektrische Schalnormalerweise durch eine geringe Erregerkraft be- tung vorgesehen, die in Fig.3 gezeigt ist. Bei dieser wirkt wird, so daß jede unerwünschte Nebenwirkung 5 Schaltung wird das Ausgangssignal der Magnetspule ganz besonders stark in Erscheinung tritt. 38 einem Schwingungskreis 1Φ4 zugeführt, um eine

Uin das Gerät 10 (Fig.2) von seiner Halterung Rückkopplungsschwingung mit der Resonanzfreweniger abhängig zu machen, ist es erforderlich, daß quenz des Schwingelementes 11 zu erzeugen, indem die Resonanzfrequenz des Gehäuses im wesentlichen der Schwingungskreis 1*4 mit der als Schwingungsder Resonanzfrequenz des Schwingelementes 111 »° erreger wirkenden Magnetspule 36 verbunden wird, entspricht, das normalerweise auch die Magnetanker In diesem Fall wird das Gerät 10 mit seiner Reso-56 und 58, das stangenförmige Teil 70 und das rohr- nanzfrequenz weiterschwingen, wenn es nicht in ein förmige Teil 72 umfaßt. Jede geeignete Konstruktion hohe Energieverluste verursachendes Material, z. B. kann hierfür verwendet werden, v/obei aber, da im Pulver, stückiges Material, feste Körper oder Flüssig-Nonnalfalle das Gehäuse 12 eine viel höhere Reso- 15 keit mit einer hohen Viskosität eingetaucht wird. Ist nanzfrequenz als das Schwingelement 111 hat, die Re- dies der Fall, dann sinkt das Ausgangssignal unter sonanzfrequenz des Gehäuses dadurch abgesenkt einen vorbestimmten Wert, der vom Relais 106 erwerden kann, daß ein Gewicht 100 am Gehäuse an- faßt werden kann. Es können also physikalische geordnet und das rohrförmige Verbindungsstück 102 Eigenschaften, beispielsweise Viskosität, Materialdes mit dem Gewindestück 20 verbundenen Rohrab- *° grenzflächen und Materialdichte gentessen werden, schnittes 14 verlängert wird. Ferner sollten, um Bichteverluständerungen werden dadurch bestimmt, sicherzustellen, daß die einander entgegengerichteten daß ein Frequenzmeßgerät 108 die Frecjuenzände-Momente gleich groß sind, die Biegemomente des rungen mißt, während der Schwingungskreis 104 das Gehäuses 12 und des Schwingelementes 111 bei Be- Ausgangssignal von der Magnetspule 38 durch die triebsfrequenz im wesentlichen gleich sein. Die Be- 25 als Schwingungserreger arbeitende Magnetspule 36 triebsfrequenz hängt von der Resonanzfrequenz, der zurückführt, um das Schwingelement 11 Ti in seiner Schwingungsamplitude, den Widerstandsmomenten Resonanzfrequenz zu halten. Dadurch können geder Querschnitte, um die die Teile schwingen, und ringe Energieverluste verursachende Dichteänderundem Gewicht der schwingenden Teile ab. Berück- gen in Materialien wie Luft, Gas, Wasser, Petroleum sichtigt man diese Faktoren, dann sind die durch das 30 und Benzin gemessen werden. Da das Gerät 10 vor Schwingelemcnt und das Gehäuse am gemeinsamen allem dafür bestimmt ist, um im Bereich seiner ReStützpunkt hervorgerufenen Momentbelastungen im sonanzfrequenz zu arbeiten, und große Energieverluwesentlichen gleich und entgegengesetzt gerichtet. ste verursachende Veränderungen festzustellen, sollte Auf diese Weise beeinflussen sich die Teile gegensei- die Resonanzfrequenz des Schwingelementes 111 im tig nicht und die Wirkung des Geräts 10 ist weniger 35 wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz des Gevon der Art seiner Befestigung abhängig. häuses 12 bleiben, um die durch die Halterung ent-

Das Gerät 10 wird mit seiner Resonanzfrequenz in stehenden Schwingungsprobleme zu vermeiden.

Schwingungen versetzt und ist daher im unteren Er- Die vorliegende Erfindung ist demnach zur Lö-

regerkraftbereich sehr empfindlich. An dem das sung der gestellten Aufgabe bestens geeignet und mit

Prüfelement bildenden rohrförmigen Teil 72 auftre- 40 ihr sind die vorerwähnten Ziele und Vorteile zu er-

tende Temperaturunterschiede oder Korrosionser- reichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Schwingungseinrichtungen in Berührung kommenden

Patentanspruch: Materials durch Messung der Schwingungsänderung

der Schwingungseinrichtung bestimmt wird. Die beGerät zum Bestimmen physikalischer Material- kannten Materialprüfeinrichtungen werden in Tanks, eigenschaften mit einem flexiblen Schwingele- 5 Rohrleitungen oder dünnwandigen Behälter eingement, einem eine Abdichtung eines Materialbe- setzt, um das in diesen Behältern enthaltene Material hälters bildenden, das Schwingelement an einem zu prüfen.

zwischen seinen Enden liegenden Stützpunkt hai- Es hat sich gezeigt, daß die Behälter od. dgl., in

tenden Stützelement, einem mit dem zu untersu- welche die Materialprüfeinrichtungen eingesetzt werchenden Material in Berührung kommenden, auf io den, in vielen Fällen ihrerseits schwingungsfähig sind der einen Seite des Stützpunktes liegenden Mate- und daher die Schwingungssignale absorbieren oder rialprüfelement, das mit dem Schwingelement dämpfen. Hierdurch wird die Messung der Materialverbunden ist, einem auf der anderen Seite des eigenschaften empfindlich gestört. Die bekannten, Stützelementes liegenden Gehäuse, in dem Ge- mit Schwingelementen arbeitenden Materialprüfeinhäuse angeordneten Einrichtungen, die Quer- »5 richtungen sind insbesondere dann in bezug auf die schwingungen auf das Schwingelement und das Art ihrer Halterung äußerst empfindlich, wenn sie Maierialprüfelement sowie auf das Gehäuse genau oder annähernd bei Resonanzfrequenz arbeiübertrapen, und in dem Gehäuse angebrachten ten, da dann die Geräte inn allgemeinen mit geringen Einrichtungen zur Ermittlung von Schwingungs- Erregerkräften betrieben werden, so daß sie der Einänderungen des Schwingelementes, wobei sich ao wirkung äußerer Kräfte in stärkerem Maße ausgedas Gehäuse auf der dem Schwingelement gegen- setzt sind.

überliegenden Seite am Stützelement abstützt, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ge-