DE1648956C3

DE1648956C3 - Device for measuring density. 7 »addition to: 1648953

Info

Publication number: DE1648956C3
Application number: DE19671648956
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. Dr.Techn. Kratky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-08-04
Filing date: 1967-08-28
Publication date: 1974-06-06
Also published as: DE1648956B2; DE1648956A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Dichte, insbesondere von Flüssigkeiten und Oasen, durch Bestimmung der Eigenfrequenz eines mechanische^ Schwingungsgebildes, in dessen Masse diie Masse des Meßobjektes enthalten ist und das zur Bildung einer exakt bestimmten wirksamen Länge des Schwingungsgebildes Federelemente eines Biegeschwingers aufweist, die eine ausgeprägte Änderung des äquatorialen Flächenträgheitsmomentes, z. B. eine oder mehrere Querschnittsänderungen, an den .Einspannstellen besitzen, und auf dem ein Magnetkörper angeordnet ist, in dessen Feld zwei Spulen vorgesehen sind, die über einen Erregerverstärker miteinander gekoppelt sind, wobei der Erregerverstärker zur Erzielung einer extremen Phasenlinearität als galvanisch gekoppelter Differenzverstärker ausgebildet ist, nach Patent Nr. 1 648 953. The invention relates to a device for measuring the density, in particular of liquids and oases, by determining the natural frequency of a mechanical oscillation structure, in the mass of which the mass of the measurement object is contained and which has spring elements of a flexural oscillator to form an exactly determined effective length of the oscillation structure, a pronounced change in the equatorial moment of inertia, z. B. have one or more cross-sectional changes at the .Einspannstellen, and on which a magnetic body is arranged, in the field of which two coils are provided, which are coupled to one another via an exciter amplifier, the exciter amplifier designed as a galvanically coupled differential amplifier to achieve extreme phase linearity is, according to Patent No. 1,648,953.

So!! die in dem Patent Nr. 1 648 953 unter Schutz gestellte Vorrichtung für eine betriebliche Dichtemessung herangezogen werden bzw. als Betriebsinstrument zur Dichtemessung verwendet werden, so sind Maßnahmen wünschenswert, die unabhängig von den unvermeidlichen Fertigungsstreuungen der ein- zelnen Schwingungsgebilde für alle daraus aufgebauten Dichtemeßeinrichtungen einen einheitlich gleich großen Meßwert für den F^:xpunkt der Wasserdichte gewahrleisten. Auf diese Weise ist es möglich, viele Dichtemeßstellen, die auch räumlich weit auseinandc; So!! the question posed in Pat. No. 1,648,953 under a protective device can be used for an operating density measurement or be used as an operating tool for the density measurement, measures are desired, independently of the inevitable manufacturing tolerances of the individual oscillatory structure for all constructed therefrom Dichtemeßeinrichtungen a Ensure uniformly large measured values for the F ^: x point of the water density. In this way it is possible to measure many densities, which are also spatially far apart;

t5 liegen können, von einer Zentrale aus abzufragen ohne daß auf die individuellen Eichwerte der einzelnen Schwinger Rücksicht genommen werden muß. Von D. Dorsch wird in der Zeitschriu Cnemic-Ing. Teci.n. 38 Jahrg. 1966/Heft 7, ein Verfahren /u:t5 can be queried from a central unit without having to take into account the individual calibration values of the individual transducers. From D. Dorsch in the journal Cnemic-Ing. Teci.n. 38 year 1966 / issue 7, one procedure / u:

ίο Bestimmung des Gewichts von strömenden Gasen beschrieben. Diese Maßanordnung besteht aus c;:w. Stimmgabel, welche indem zu messenden Gas in ih:e-Eigenfrequenz erregt wird. An Hand von Versuch;. wurde nachgewiesen, daß die Eigenfrequenz um-il·-ίο Determination of the weight of flowing gases described. This measurement arrangement consists of c;: w. Tuning fork, which is excited in ih: e natural frequency by the gas to be measured. On the basis of experiment. it has been proven that the natural frequency is around -il -

as hängig von Druck und Viskosität des Gases nur -,■-.. dessen Dichte beeinflußt wird. Die quadratische H Ziehung zwischen der Eigenfrequenz und der Dich!-, kann durch eine lineare Funktion angenähert werde:: da es sich bei Gasen nar um kleine absolute Dichu unterschiede (O.Ofi g/cm¹) handelt. Für die Auswertung der dichteabhängigen Frequenz wird in den obengenannten Verfahren die Stimmgabelfreque.¹ mit einer konstanten Frequenz gemischt. Die da ix entstehende Schwebungsfrcquenz ist dann in einer.as depends on the pressure and viscosity of the gas only -, ■ - .. its density is influenced. The quadratic H drawing between the natural frequency and the dichotomy can be approximated by a linear function: because gases are only small absolute differences (O.Ofi g / cm ¹ ). For the evaluation of the density-dependent frequency, the tuning fork frequency is used in the above-mentioned method. ¹ mixed with a constant frequency. The beat frequency resulting from ix is then in a.

3; kleinen Bereich direkt proportional der Dichte Jc Gases und kann in üblicher Weise mit digitalen odc analogen Systemen weiterverarbeitet werden. Diese Verfahren bietet gegenüber den bisher verwendete große Vorteile, da es unabhängig von Druck, Tempo ratur und Durchflußgeschwindigkeit sofort digital, Meßwerte liefert und außerdem in der Lage ist, im' trägheitslos schnellen Schwankungen des Meßwerte: zu folgen, oder den Meßwert über bestimmte Inter valle zu integrieren. Letzterer Fall ist besonders bei der Gewichtsbestimmung von Gasmengen, welche durch Rohrsysteme gefördert werden, von großer Wichtigkeit. 3; small area directly proportional to the density Jc gas and can be further processed in the usual way with digital odc analog systems. This method offers advantages over the previously used big advantages because it temperature independent of pressure, speed and flow rate immediately digitally delivers measured values and is also able in the 'inertia rapid fluctuations of the measured values: to follow, or valle the measured value on certain Inter to integrate. The latter case is particularly important when determining the weight of gas quantities which are conveyed through pipe systems .

Für die Bestimmung von Flüssigkeitsdichten ist diese? Verfahren nur sehr beschränkt verwendbar, da die Einflüsse durch die Viskosität um mehrere Größenordnungen stärker in Erscheinung treten. Neben einer sehr problematischen Vergrößerung des Meßbereiches bereitet in diesem Falle auch die strömungs technische Ausarbeitung der Stimmgabel große Schwierigkeiten, damit die Meßfrequenz nicht durch Wirbelbildungen od. ä. verfälscht wird. For the determination of liquid densities is this? The process can only be used to a very limited extent, since the effects of viscosity are several orders of magnitude more pronounced. In addition to a very problematic enlargement of the measuring range, the fluidic elaboration of the tuning fork also causes great difficulties in this case, so that the measuring frequency is not falsified by vortex formation or the like.

Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung mit einer Eichung der Dichtemessung auf digitalem Wege zu schaffen. The aim of the invention is thus to create a device with digital calibration of the density measurement.

Bei der im Stammpatent beschriebenen Vorrichtung werden aus der Erregerspannung des Schwingers Nadelimpulse abgeleitet, die mit der Erregerspannung • phasenstiirr verbunden sind. Nach Eintreffen eines elektrischen Befehls zur Dichtebestimmung (bei In the device described in the parent patent, needle pulses are derived from the excitation voltage of the oscillator and are connected in phase with the excitation voltage. After receiving an electrical command to determine the density (with

6«i Handbetrieb nach Drücken der Starttaste) werden nun eine bestimmte Anzahl dieser Nadelimpulse ab gezählt. Die Zeit, die dazu benötigt wird,* ist der Schwingungsdauer des Schwingungsgebildes propor- 6 «i manual operation after pressing the start button) a certain number of these needle impulses are now counted down. The time required for this * is proportional to the period of oscillation of the oscillation structure.

tional und stellt daher eine Größe dar, aus der die Pichte der zu messenden Substanz errechnei werden kann.tional and therefore represents a quantity from which the density of the substance to be measured can be calculated can.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Zeitmeßvorrichtung vorgesehen ist, die gleichzeitig mit einem Vorwahlzähler eintchaltbar und nach einer bestimmten Anzahl von vom Schwingungsgebilde, insbesondere einem als Biegeschwinger ausgebildeten, die zu messende Flüssigkeit bzw. das zu messende Gas aufnehmenden Hohlkörper, gelieferten Impulsen wieder ausschaltbar ist.According to the invention, the set object is achieved in that a timing device is provided which can be switched on at the same time as a preset counter and after a certain number of from Oscillating structure, in particular one designed as a flexural oscillator, the liquid to be measured or the hollow body to be measured absorbing the gas, supplied pulses can be switched off again.

Zur Eichung des SchwingungsgebilcJes werden auf digitalem Wege die aus der Erregerspannung des Schwingungsgebildes abgeleiteten, mit der Erregerspannung phasenstarr verbundene>t Nadelimpulse bei einer vorgegebenen Dichte innerhalb einer definierten Zeit abgezählt, wobei die hei der Messung der Masse bzw. Dichte einer beliebigen Flüssigkeit oder tines Gases für die gleiche Anzahl von Impulsen beiinüute Zeit als Maß der Masse h/v,. Dichte herangejOtien wird.To calibrate the oscillation structure, the digital path derived from the excitation voltage of the oscillation structure with the excitation voltage phase-locked> t needle pulses at a given density within a defined Time counted, with the hot measuring the mass or density of any liquid or tine gas for the same number of pulses at minutes Time as a measure of the mass h / v ,. Dense joints will.

Die Zahl der vorgewählten NaiiJimpu.se stell! einen Proporiionalitätsfaktor dar, der die Genauigkeit der Messung bestimmt. Darüber hinaus kann er auch zur individuellen Eichung herangezogen werden. Sol! nämlich die Vorwahlzeit für einen idealisien.'r. Schwinger 10000 betragen fd. h. z. B. 5(5 Sekunde;! Meßzeit für Wasser bei einer Schwingfr^quenz vor. 2(H) Hz), so kann man dieselbe Meßzeil für Schwinge; mit unterschiedlicher Eigenfrequenz bei der Dichte des Wassers dadurch erreichen, daß man die Zähle; /•.iffernw.-ise z.B. von 9900 bis HiKU! vorwählbar macht und bei der Eichung jenen Zahlenwert vorgibt, der einer Meßzeit von 50 Sekunden entspricht D¹C erreichbare Genauigkeit der Eichung entspricht dem Kehrwert der Vorwahlzahl, also bei 10 000 etwa 0.0! ^r/o. Dieser Wert dürfte für die meisten industriellen Anwendungen ausreichen.The number of selected NaiiJimpu.se stell! represents a proportionality factor that determines the accuracy of the measurement. In addition, it can also be used for individual calibration. Sol! namely the preselection time for an idealisien.'r. Schwinger 10,000 amount to fd. For example 5 (5 seconds;! measuring time for water at an oscillation frequency before. 2 (H) Hz), then the same measuring line can be used for oscillation; with a different natural frequency at the density of the water achieved by counting; /•.Ifferw.-ise e.g. from 9900 to HiKU! makes preselectable and for the calibration specifies the numerical value that corresponds to a measuring time of 50 seconds D ¹ C achievable accuracy of the calibration corresponds to the reciprocal value of the preset number, i.e. at 10 000 about 0.0! ^r / o. This value should be sufficient for most industrial applications.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbetspiel einer erfindungsgemäßen, der Fernmessung dienenden Vorrichtung dargestellt ist, näher erläutert.The invention is based on the drawing, in which a Ausführungsbetspiel an inventive, the remote measurement device is shown, explained in more detail.

Wie bei dem im Stammpatent beschriebenen Aus-As with the training described in the parent patent

sende Flüssigkeit bzw. das zu ι send liquid or the to ι

strömt Zur Schwingungserregung sind eine _ spu'lO und eine Abnehmerspule 9 vorgesehen die miteinander über einen Erregerverstarker U η V r-flows To excite vibrations, a _ spu'lO and a pick-up coil 9 are provided which are connected to one another via an exciter amplifier U η V r-

in Nrhwineuniien verbcu.ii j<j "··— --- in Nrhwineuniien verbcu.ii j <j "·· - ---

spuTe 7Zl der Gesehwindigkeitsampl.tude proportfonale Spannung induziert, die einem Schm.ttng_ger40 zugeführt wird, der über ein Gatter 41 m einem Vorwahlzähler 42 verbunden ist..D* G,-is ier 41 ist an den Ausgang e.nes Fl.p-Flops 43 angeschlossen, der mit einem monostabden Mu^t ,-brator44 verbunden ist. Sowohl der Vorwahlzahler 42 als auch das Flip-Flop 43 und der monostabil Multivibrator 44sind an einen Schrrnttngger 45 ang,-_J0 schlossen, der über ein RC-Gl.ed46m.tem,,·. Stromversoreungsgerät 47 verbunden ist. An ue. M_Jäg=n- des"monostabilen Multivibrators 44 um·. , Je« Ausgang des Vorwahlzählers 42 .st e.ne Zeitmc-· vorrichtung 48 angeschlossenSpuTe 7Zl of the Gesehfrequenzsampl.tude proportional voltage is induced, which is _{fed to a Schm.ttng g} er40, which is connected to a preset counter 42 via a gate 41. .D * G, -is ier 41 is connected to the output e.nes Fl.p-Flops 43, which is connected to a monostable Mu ^ t, -brator44. Both the preselection counter 42 as well as the flip-flop 43 and the monostable multivibrator 44 are connected to a Schrrnttngger 45 ang, - _J0 , which via an RC-Gl.ed46m.tem ,, ·. Power supply device 47 is connected. A timer device 48 is connected to the ue. M _Jä g = n- of the "monostable multivibrator 44"

-₅ Wenn da< Stromversorgungsgerat 47 von der ^v tralc Soannung bekommt, beginnt die Glaskugel ι , schwingen. Aus dem Anstieg der Speisespannung^ RC-Glicd46 formt der Schmittngger 45 einen if: puls der den monostabilen Multivibrator 44 setzt, da 3c Flip-Flop 43 in seine Ruhestellung bringt und iu-, Vorwahlzähler 42 rücksetzt. Nach Ablauf der Ver.-: ,erung_S/.eii des monostabilen Multivibrators 44 ersche.nt an der Klemme 49 der ZeitmeBvorrchlung 4; ein impuls, der den Beginn der Dichtemessung an zeigt. Gleichzeitig kippt das Fh ρ -Flop 43 um, da Gatt-r 41 wird geöffnet und die vom Erregerversta· ker Il gelieferten und im Schmittripger 40 geformte: Nadelimpulse gelangen in den Vorwahlzähler 4^. j nach Stellung des Vorwahlschalters 50 gelangt der g, wählte Impuls an die Klemme 51 der Zeitmeßvornu tune und markiert damit die Zeit, d.e wahrend ch Abzählens einer bestimmten Anzahl von Impuls.. verstrichen ist.- ₅ When the power supply device receives 47 voltage from the ^ v tralc, the glass ball begins to oscillate. From the rise in the supply voltage ^ RC-Glicd46 the Schmittngger 45 forms an if: pulse which sets the monostable multivibrator 44, since 3c brings flip-flop 43 to its rest position and resets iu, preset counter 42. After the ver.-:, eration _S /.eii of the monostable multivibrator 44 appears at terminal 49 of the timer 4; a pulse that indicates the start of density measurement. At the same time, the Fh ρ-flop 43 tips over, since gate 41 is opened and the needle pulses supplied by the exciter amplifier II and formed in the Schmittripger 40 reach the preselection counter 4 ^. j after setting the preselection switch 50, the g selected impulse arrives at terminal 51 of the Zeitmeßvornu tune and thus marks the time de during the counting of a certain number of impulses .. has elapsed.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for measuring the density, in particular of liquids and gases, by determining the natural frequency of a mechanical oscillation structure, in the mass of which the mass of the object to be measured is contained and which has spring elements of a flexural oscillator to form an exactly determined effective length of the oscillation structure, which has a pronounced Change in the equatorial moment of inertia, e.g. B. have one or more cross-sectional changes, at the clamping points, and on which a magnetic body is arranged , in the field of which two coils are provided, which are coupled to each other via an exciter amplifier ^{, the exciter amplifier 7 to} achieve extreme phase linearity as a galvanically coupled differential amplifier is designed according to Patent No. 164 & 953, characterized in that a time measuring device (48) is provided which can be switched on simultaneously with a preset counter (42) and after a certain number of oscillations (1). in particular one designed as a flexural oscillator, the liquid to be measured or the gas to be measured absorbing hollow body, supplied pulses can be switched off again.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a monostable multivibrator (44) and an on these ang ;; sch! Osse ies flip-flop (43) are provided which is connected to a gate (41) between the the counting pulses delivering oscillations (1, 40) and the preset counter (42) is arranged that the time measuring device (48) is connected to both the preset counter (42) and the output of the monostable multivibrator (44), and that one with the monostable multivibrator (44) with the flip-flop (43) and the preselection counter (42) associated reset device (45) is available.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung (45) ein Schmittrigger ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the resetting device (45) is a Schmit trigger.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmittrigger (45) ein RC-Glied (46) vorgeschaltet ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the Schmit trigger (45) is a RC element (46) is connected upstream.