DE1804502B2 - Dichtemesser fuer gasfoermige oder fluessige medien - Google Patents

Description

sich vor allem nicht so schlecht reinigen ließe. Diese beiden letztgenannten Nachteile schränken die praktische Anwendung des stimmgabeltormigen Dichtemessers stark ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtemesser für gasförmige oder flüssige Medien zu schaffen, der mit höherer Meßgenauigkeit arbeitet als bekannte Dichtemesser. Das Meßergebnis des Dichtemessers soll durch die Art der Montage praktisch nicht beeinflußt werden. Ferner soll der zu schaffende Dichtemesser sich leicht reinigen lassen.

Diese Aufgabe wird bei einem Dichtemesser für gasförmige und flüssige Medien mit einem schwingungsfähigen, das zu messende Medium aufnehmenden Hohlkörper mit einer starr daran befestigten ätarren Masse und ein Anregemittel mit einem die Eigenfrequenz des Hohlkörpers mit dem darin befindlichen Medium umfassenden Frequenzbereich, Vobei Mittel vorgesehen sind, die eine Energieableilung von dem Hohlkörper in eine Lagerung des Dichtemessers verhindern, dadurch gelöst, daß die Starre Masse über ein Federelement an einer zweiten Harren Masse befestigt ist. Mit einem derartigen DiclUcmcsscr erhält man eine hohe Resonanzspitze Und damit sehr gute Meßergebnisse. Da von dem tchwingungstähigem Hohlkörper mit der daran befestigten starren Masse praktisch keine Energie auf Montageeinrichtungen übertragen wird, ist die Resonanzspitze so gut wie ungedämpft.

Vorzugsweise ist die starre Masse an einem Ende des Hohlkörpers befestigt und das Anregemittel ist imit größtmöglicher Distanz zur Masse an dem Hohlkörper angeordnet. Bei einem besonders zweckmäßigen Dichtemesser sind Hohlkörper und Masse senkrecht übereinander angeordnet.

Sollen Medien kontinuierlich gemessen werden, dann kann der Hohlkörper als Rohr ausgebildet sein, das an seinen Enden je eine starre Masse mit dazwischenliegendem Anregcmittel trägt und über federnde hohle Kupplungsstücke an einer Zufluß- und Abflußleitung für das zu messende Medium angeschlossen ist. Die federnde Lagerung kann auch von zwei Tellerfcdern übernommen werden. Die hohlen Kupplungsstücke brauchen in diesem Fall nur nachgiebig zu sein.

Die Anregemittel können so angeordnet werden, daß der Hohlkörper hin- und herschwingt. Statt dessen können die Anregemittel auch so angeordnet werden, daß die Kräfte des Anrcgemittels den Hohlkörper zu Glockenschwingungcn anregen. Hierbei ändert der Hohlkörper seine Gestalt, während sein Schwerpunkt in Ruhe bleibt. Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Anregung eines runden Rohres zu Glockenschwingungen, die in periodischer elliptischer Verformung des Rohrquerschnittes bestehen. Die Anregung erfolgt dabei durch zwei diametral gegenüberliegende Elektromagnete.

Als ein für den erfindungsgemäßen Dichtemesser geeigneter Hohlkörper hat sich ein Hohlzylinder erwiesen. Dieser Hohlkörper hat gegenüber anders geformten Hohlkörpern, wie Rohre mit rechteckförmigem Querschnitt, den Vorzug, daß sich die Trägheitsmomente auch bei einem unter Druck stehenden, zu messenden Medium durch Verformung des Hohlkörpers nicht verändern. Außerdem lassen sich Hohlkörper mit kreisringförmigem Querschnitt leichter und präziser fertigen.

Bei Meßversuchen mit Dichtemessern, die als Hohlkörper einen Hohlzylinder haben, der senkrecht zu seiner Längsachse zu Schwingungen angeregt wird, haben sich Meßunsicherheiten ergeben. Diese Meßunsicherheiten haben ihre Ursache dann, daß sich ein absolut genauer Kreisringquerschnitt nicht herstellen läßt. Es ergibt sich praktisch immer, daß das axiale Flächenträgheitsmoment des Querschnittes von der Lage der Bezugsachse abhängt. Für eine bestimmte Achse ergibt sich ein maximales und für eine andere Achse ein minimales Flächenträgheitsmoment. Dadurch ergeben sich wenigstens zwei ausgeprägte Resonanzfrequenzen, die mehr oder weniger dicht beieinanderliegen. Nimmt man eine Resonanzkurve auf, Sv- erhält man normalerweise zwei Resonanzspitzen. Dabei hängt die Höhe der Resonanzspitzen von der Lage der Anregemittel ab. Für zwei bestimmte Lagen der Anregemittel ist die jeweils eine der beiden Resonanzspitzen besonders groß und die andere besonders klein. Es wurde festgestellt, daß bei der Selbsterregung der Schwingungen entweder die eine oder die andere Eigenschwingung angeregt wird, und zwar hängt dies, elektromagnet^ jhe Anregung vorausgesetzt, von der Lage der Anregemagnete ab. In /wischenstellungen ist es unsicher und scheinbar vom Zufall abhängig, ob die eine oder die andere Resonanzschwingung angeregt wird.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten schlägt die Erfindung deshalb vor, daß die Anregemittel gegenüber dem Hohlkörper verstellbar sind. Dadurch ist es möglich, die Anregemittel in bezug auf den Hohlkörper derart zu befestigen, daß dieser mit der Eigenschwingung erregt wird, die die größte Resonanzspitze besitzt.

Eine andere Lösung besteht darin, daß der Hohlkörper neben dem als Hohlzylinder ausgebildeten Bereich mit kreisringförmigem Querschnitt einen Bereich mit einem Querschnitt aufweist, der zwei voneinander verschiedene Hauptträgheitsmomente hat. Selbstverständlich kann der Hohlkörper auch über seine gesamte Länge mit einem zwei voneinander verschiedene Hauptträgheitsmomente aufweisenden Querschnitt verseilen sein: Ein Hohlkörper mit zwei voneinander verschiedenen Hauptträgheitsmomenten kann unter anderem dadurch verwirklicht werden, daß er an diametral gegenüberliegenden Seiten Verstärkungen aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Zeichnung, die verschiedene Ausführungsbeispiele scliematisch darstellt, näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fi g. 1 einen Dichtemesser in Seitenansicht,

F i 12.2 einen Dichtemesser in Seitenansicht in einer anderen Ausführungsform,

F i g. 3 den Dichtemesser nach F i g. 2 in Aufsicht,

Fig.4 einen Dichtemesser in Seitenansicht in einer weiteren Ausführungsform,

F i g. :■> einen Dichtemesser in Seitenansicht und in einer weiteren Ausführungsform.

F i g. 6 einen Teil eines Dichtemessers nach F i g. 4 oder 5 in Seitenansicht mit einem anderen Hohlkörper,

F i g. 7 einen Querschnitt durch die Enden des Hohlkörpers nach F i g. 6.

F i g. 8 einen Dichtemesser in Seitenansicht und in einer anderen Ausführungsform,

F i g. 9 den Dichtemesser nach F i g. 8 in Aufsicht,

Fig. 10 und U einen zylinderförmigen Hohlkörper in zwei verschiedenen Schwingungszuständcn,

F i g. 12 einen kreisringförmigen Hohlkörper mit Ausführungsbeispiel sind aus Gründen der ÜberVerstärkungen im Querschnitt und sichtlichkeit keine Anregemittel und Meßeinrich-

Fig. 13 einen Hohlkörper mit Verstärkungen im tungen dargestellt. Für die Messung können aber die

Querschnitt in einer weiteren Ausführungsform. gleichen Einrichtungen, wie in F i g. 1 bis 3 verwen-

Ein in Fig. 1 dargestellter Dichtemesser besitzt 5 del werden.

einen unteren verschlossenen und oben offenen Das Ausführungsbeispiel der F i g. 5 zeigt eine Hohlkörper 1. Der Hohlkörper 1 ist starr in einer er- Ausführungsform eines Dichtungsmessers, bei der sten starren Masse 2, beispielsweise durch Lötung, ein Hohlkörper 34 zu Glockenschwingungen angebefestigt. Die starre Masse 2 ist in Verhältnis zum regt wird. Der Hohlkörper 34 trägt an seinen Enden schwingungsfähigen, elastischen Hohlkörper 1 starr. io starr befestigte starre Massen 35, 36. In der Mitte Die starre Masse 2 wird von einer auf dem Rand zwischen den beiden starren Massen 35, 36 sind an einer topfförmigen starren zweiten Masse 3 auflie- diametral gegenüberliegenden Seiten des Hohlkörgenden Tellerfeder 4 gelragen. Am unteren, in die pers 34 je ein Elektromagnet 37, 38 angeordnet, topfförmige starre Masse 3 hineinragenden Ende des Zwischen den beiden Elektromagneten 37, 38 liegt Hohlkörpers 1 sind als Anregemittel ein Elektroma- 15 ein Meßmagnet 39. Der Strom, der die beiden Elekgnet 5 und ein Meßmagnet 6 angeordnet. Mittels des tromagnete 37, 38 speist, ist so gerichtet und hat Elektromagneten 5 wird der mit dem zu messenden einen solchen Zeitverlauf, daß die von den Elektro-Medium gefüllte Hohlkörper 1 in Richtung des Pfei- magneten 37, 38 auf den Hohlkörper 34 ausgeübten les 7 zu Schwingungen angeregt. Der schwingungsfä- Kräfte gleichzeitig und in entgegengesetzter Richtung hige Hohlkörper 1, der mindestens im Bereich des 20 wirken. Bei dieser Anordnung bleibt die Längsachse Elektromagneten 5 und des Meßmagneten 6 aus Weich- des Hohlkörpers 34 in Ruhe, und der Hohlkörpei 34 eisen besteht, erzeugt durch seine von der Dichte selbst wird verformt, wie es in den Fig. 10 und 11 des zu messenden Mediums abhängigen Schwingun- für einen Hohlkörper mit ringförmigem Querschnitt gen in dem Meßmagneten 6 eine Spannung, die ein dargestellt ist.

Maß für die Dichte des zu messenden Mediums ist. 25 Der in den F i g. 6 und 7 dargestellte Hohlkörper Die Tellerfeder4, die möglichst weich ausgebildet 40 kann bei den Ausführungsbeispielen der Fig.4 sein soll, verhindert, daß Schwingungsenergie auf die und 5 Verwendung finden. Der Hohlkörper 40 bezweite starre Masse 3 übertragen wird. Rückwirkun- sitzt im mittleren Bereich einen kreisringförmigen gen auf das Meßergebnis von Seiten der zweiten star- Querschnitt, während er an seinen beiden Enden 41. ren Masse 3 oder sogar von der Unterlage, auf der 30 42 einen Querschnitt mit zwei voneinander verschicdie zweite starre Masse 3 gelegt bzw. befestigt ist, denen Hauptträgheitsmomenten besitzt. An den beitreten bei dieser Anordnung praktisch nicht auf, so den Enden 41, 42 sind die beiden starren Massen 43 daß man sehr exakte Meßergebnisse erhält. befestigt. Für dieses Ausführungsbeispiel ergeben

Der Hohlkörper 8 nach F i g. 2 und 3 ist wie der sich eindeutige Anregeverhältnisse, wenn die in der

Hohlkörper 1 in F i g. 1 unten verschlossen und oben 35 Mitte des Rohres vorzusehenden Anregemittel perio-

7ur Einfullune des Meßmediums geöffnet. Der Hohl- disch wechselnde Kräfte auf das Rohr ausüben, dc-

körper 8 ist durch den Steg einer auf den Kopf ge- ren Richtung entweder senkrecht auf der einen oder

stellten U-förmigen starren Masse 9 geführt und hier senkrecht auf der anderen Hauptträgheitsachsc 44,

starr befestigt. An gegenüberliegenden Seiten des un- 45 stehen.

teren Endes des Hohlkörpers 8 sind an den Enden 40 Eindeutige Anregeverhältnissc erhält man cben-

der Schenke! der U-förmigcn starren Masse 9 ein falls mit einem Hohlkörper, der einen Querschnitt

Elektromagnet 10 zur Anregung der Eigenschwin- aufweist, wie er in den Fi g. 12 und i3 dargestellt ist.

gung des Hohlkörpers 8 undeinMcßmagnet 11 zur Diametral gegenüberliegende Verstärkungen 46, 47

Messung der Schwingungen angeordnet. Die starre können an das Rohr angeschweißt sein.

Masse9 ist an einer zweiten starren Masse 12 über 45 Das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 und9 ent-

ein elastisches Wellrohr 13 befestigt, das gleichzeitig spricht etwa derjenigen der Fig. 2 und 3. jedoch mit

die obere öffnung des Hohlkörpers 8 mit einer Öff- der Ausnahme, daß der Hohlkörper 48 und die starre

nung 14 in der zweiten starren Masse 12 zur Einfül- Masse 49 aus dem Vollen gedreht sind. Die Lagc-

lung des zu messenden Mediums verbindet, rung der starren Masse 49 ist nicht dargestellt und

Während die Dichtemesser nach den F i g. 1 bis 3 5° könnte wie die in F i g. 2 und 3 ausgeführt sein. Ein

zur Messung von stehenden Medien dienen, ist der Anregemagnet 50 und ein Meßmagnet 51 sind auf

Dichtemesser nach F i g. 4 für die Messung von flie- einem Ring 52 gelagert. Der Ring 52 ist durch

ßenden Medien geeignet. Dieser Dichtemesser besitzt zwei Schrauben 53. 54 an der starren Masse 49 befe-

einen rohrförmigen schwingungsfähigen Hohlkörper stigt. Zwei konzentrisch im Ring 52 verlaufende

15. der an seinem oberen und unteren Ende starre 55 Langlöchcr 55. 56 erlauben eine Verdrehung des

Massen 16. 17 trägt. Das obere und untere Ende des Ringes 52 mit dem Anregemagnet 50 und dem Meß-

Hohlkörpers 15 sind über Schlauchstückc 18. 19 mit magnet 51 um die Längsachse des Hohlkörpers 48.

Rohranschlüssen 20. 21 für die Zuleitung und Ablei- Dadurch können die Anregcmittel in eine Lage ge-

tung des zu messenden Mediums verbunden. Die bracht werden, für die sich eindeutige Anregeverhält-

Rohranschlüsse 20. 21 sitzen starr in zweiten starren 60 nisse ergeben. An Stelle des dem Anregemagneten 5(1

Massen 22. 23. die über Stehbolzen 24. 25 mit da- gegenüberliegenden Meßmagneten 5! kann auch eir

zwischenlicgenden Distanzstücken 26. 27. 28. 29. 30. zweiter Anregemagnet vorgesehen sein. Der Meß-

31 miteinander verbunden und auf Abstand gehalten magnet 51 sitzt dann zwischen den beiden Anrege

werden. Die starren Massen 16. 17 sind über Teller- magneten 50. Mit einer solchen Anordnung kanr

federn 32, 33 und Distanzstücke 26, 28. 29. 31 mit 65 dann der Hohlkörper 48 zu Gockenschwingungei

den starren Massen 22. 23 verbunden. Die Tellerfe- angeregt werden, wobei die Langsachse des Hohlkör

dem 32, 33 können entfallen, wenn die Schlauch- pers 48 in Ruhe bleibt,

stücke 18, 19 federnd ausgebildet sind. In diesem Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen wird de

Anregemagnet periodisch gespeist, und zwar mit einer Frequenz, deren Frequenzspektrum die Eigenfrequenz des Hohlkörpers und des darin eingeschlossenen, zu messenden Mediums einschließt. Der Hohlkörper schwingt bei dieser Anregung mit seiner Eigenfrequenz. Diese Eigenfrequenz ist also von dem

jeweils im Hohlkörper befindlichen Medium abhängig. Der Hohlkörper induziert durch seinen wechselnden Abstand von dem Meßmagneten eine Spannung im Meßmagneten, die für die Bestimmung der Dichte des zu messenden Mediums herangezogen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

11 Dichtemesser nach Anspruch 10, dadurch Patentansprüche: gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (40) an diametral gegenüberliegenden Seiten Verstärkungen

1. Dichtemesser für gasförmige und flüssige (46,47) aufweist. Medien mit einem schwingungsfähigen, das zu 5

messende Medium aufnehmenden Hohlkörper .

mit einer starr daran befestigten starren Masse

und ein Anregungsmittel mit einem die Eigenfre- ... quenz des Hohlkörpers mit dem darin befindli- Die Erfindung betrifft einen Dichtemesser fur gas chen Medium umfassenden Frequenzbereich, wo- io förmige oder flüssige Medien, der einen scnwinbei Mittel vorgesehen sind, die eine Energieablei- gungsfähigen, das zu messende Medium autaenmentung von dem Hohlkörper in eine Lagerung des den Hohlkörper mit einer starr daran befestigten, Dichtemessers verhindern, dadurch ge- starren Masse und ein Anregemittel mit einem die kennzeichnet, daß die starre Masse (2, 9, Eigenfrequenz des Hohlkörpers mit dem dann be-16, 17, 35, 36, 43, 49) über ein Federelement (4, 15 findlichen Medium umfassenden Frequenzbereich 13, 18, 19, 32. 33) an einer zweiten starren besitzt, wobei Mittel vorgesehen sind, die eine Ener-Masse (3,12. 22, 23) befestigt ist. gieableitung von dem Hohlkörper in eine Laccnmg

2. Dichtemesser nach Anspruch 1, dadurch üc- des Dichtemessers verhindern.

kennzeichnet, daß das Anregemittel in bezug auf Derartige Dichtemesser sind bekannt. Sie ;.„;,·,. :

den Hohlkörper (34) so angeordnet ist, daß die 20 die bekannte Tatsache aus, daß die Eigen!τ :./

Kräfte des Anregemittels (37, 38) den Hohlkör- eines Hohlkörpers von dem dann befindliche k-

VCT (34) zu Glockenschwingungen anregen. dium beeinflußt wird. Die Beeinflussung der 1 ,_Ä.v

3. Dichtemesser nach Anspruch 1, dadurch ge- frequenz ist ein Maß für die Dichte des in dem 1 lohi kennzeichnet, daß die starre Masse (2, 9, 16. 17, körper befindlichen Mediums.

35, 36. 43, 49) an einem Ende des Hohlkörpers 25 Ein bekannter Dichtemesser der oben be^.hiieb.

(1. 8, 15. 34, 40, 48) befestigt ist und das Ame- nen Art besitzt zwei Rohrstücke, die in einen würfel

gemittel (5, K), 37, 38. 50) mit größtmöglicher förmigen Hohlkörper münden. Die beiden Rohr

Distanz zur Masse (2. 9. 16, 17, 35, 36, 43, 49) stücke tragen an ihren I nden, die zu dem Hohlkör-

an den Hohlkörper (1. 8, 15. 34. 40. 48) an- per entfernt gelegen sind, je eine starre Masse. Im

geordnet ist. 30 Bereich des würfelförmigen Hohlkörpers ist an dia-

4. Dichtemesscr nach einem der Ansprüche 1 metral gegenüberliegenden Seiten zwischen den beibis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkör- den elastisch ausgebildeten Rohrstücken ein Anregeper (1, 8, 15, 34. 40, 48) und die starre Masse (2, mittel für die Schwingungserzeugung vorgesehen. Als 9. 16, 17, 35, 36, 43, 49) senkrecht übereinander Anregemittel dienen zwei Elektromagnete. Der würangeordnet sind. 35 !'eiförmige Hohlkörper ist aus weichmagnetischem

5. Dichtemesscr nach einem der Ansprüche 1 Material. Mit derartigen Dichtemessern lassen sich bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkör- hohe Genauigkeiten der Messung der Dichte des per (15, 34. 40) als Rohr ausgebildet ist, das an durch die Rohrstücke und den Hohlkörper geleiteten seinen Enden je eine starre Masse (16,17, 35. 36, Mcßniediums erzielen. Nachteilig ist jedoch, daß bei 43) mit dazwischenliegenden Anregemitteln (37. 4« bekannten Anordnungen dieser Art das Meßergebnis 38) trägt und über die als hohle Kupplungsstücke von der Art der Montage der Meßanordnung abhänausgebildeten Federclemente (18, 19) an einer gig ist. Bei den bekannten Meßanordnungen ist es Zufluß- und Abflußleitung (20. 21) für das zu deshalb erforderlich, die Dichtemesser an Ort und messende Medium angeschlossen ist. Stelle nach der Montage zu eichen. Ferner wird bei

6. Dichtemesser nach Anspruch 5, dadurch ge- 45 einer starren Befestigung der stauen Massen die kennzeichnet, daß die hohlen Kupplungsstücke Schwingung gedämpft, und man erhält deshalb keine (18, 19) nachgiebig sind und die beiden an den hohen Resonanzspitzen, die für eine exakte Messung Enden des rohrförmigen Hohlkörpers (15) befe- gewünscht werden.

stigten Massen (16,17) über als Tellerfedern aus- Es sind auch Anordnungen zur Dichtemessung begebildeten Federelcmente (32, 33) an den zwei 50 kanntgeworden, bei denen ein als Hohlzylinder aiivweiteren starren Massen (22, 23) angeschlossen gebildeter Hohlkörper zu Glockenschwingungen ansind, geregt wird. F.s ist naheliegend, diesen Hohlzylinder

7. Dichtemesser nach einem der Ansprüche 1 auch an seinen linden mit je einer ringförmigen starbis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anrege- ren Masse zu verbinden, um so mehr, als derartige mittel (37, 38) zwei Elektromagnete sind, die auf 55 Anordnungen bei Druckmeßanordnungen bekannt den gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen sind. Auch bei einer solchen Anordnung treten jc-Hohlkörpers (34) angeordnet sind. doch dieselben zuvor beschriebenen Nachteile —

8. Dichtemesser nach einem der Ansprüche 1 wenn auch in geringerem Maße — bei der Lagerung bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkör- der starren Massen auf. da auch diese, da sie nicht per (1, 8,15, 34, 40, 48) ein Hohlzylinder ist. 60 absolut starr sind, an der Schwingung des Flohlkör-

9. Dichtemesser nach Anspruch 8, dadurch ge- pers teilnehmen.

kennzeichnet, daß die Anregemittel (50) gegen- Bei einer weiteren bekannten Anordnung ist der

über dem Hohlkörper (48) verstellbar sind. schwingungsfähige Hohlkörper stimmgabelförmig

10. Dichtemesser nach den Ansprüchen 1. ausgeführt.

Da die bei den anderen bekannten Dich-3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl- 65 temessern aufgezeigten Nachteile bei diesem Dichtekörper (40) einen solchen Querschnitt aufweist, messer nicht auftreten, wäre die stimmgabelförmigc der zwei voneinander verschiedene Hauptträg- Ausführung die Ideallösung, wenn der Aufbau eines heitsmomente hat. solchen Dichternessers nicht kompliziert wäre und er