DE1804502C3 - Dichtemesser fur gasformige oder flussige Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtemesser für gasförmige oder flüssige Medien, der einen schwinnungsfähisen, das zu messende Medium aufnehmenden⁰ Hohlkörper mit einer starr daran befestigten, starren Masse und ein Anregemittel mit einem die Eigenfrequenz des Hohlkörpers mit dem dann befindlichen Medium umfassenden Frequenzbereich besitzt, wobei Mittel vorgesehen sind, die eine Energieableitung von dem Hohlkörper in eine Lagerung des Dichtemessers verhindern.

Derartige Dichtemesser sind bekannt. Sie nuttcn die bekannte Tatsache aus, daß die Eigenfrequenz eines Hohlkörpers von dem darin befindlichen Medium beeinflußt wird. Die Beeinflussung der Eigenfrequenz ist ein Maß für die Dichte des in dem Hohlkörper befindlichen Mediums.

Ein bekannter Dichtemesser der oben beschriebenen Art besitzt zwei Rohrstückc, die in einen würfelförmigen Hohlkörper münden. Die beiden Rohrstücke turnen an ihren Enden, die zu dem Hohlkörper entfernt gelegen sind, je eine starre Masse. Im Bereich des würfelförmigen Hohlkörpers ist an diametral gegenüberliegenden Seiten zwischen den beiden elastisch ausgebildeten Rohrstücken ein Ariregemittel für die Schwingungserzeugung vorgesehen. Als Anregemittel dienen zwei Elektromagnete. Der würfelförmige Hohlkörper ist aus weichmagnetischem Material Mit derartigen Dichtemessern lassen sich hohe Genauigkeiten der Messung der Dichte des durch die Rohrstückc und ^:en Hohlkörper geleiteten Meßmediums erzielen. Nachteilig ist jedoch, daß bei bekannten Anordnungen dieser Art das Meßergebnis von der Art der Montage der Meßanordnung abhängig ist. Bei den bekannten Meßanordnungen ist es deshalb erforderlich, die Dichtemesser an Ort und Stelle nach der Montage zu eichen. Ferner wird bei einer starren Befestigung der starren Massen die Schwingung gedämpft, und man erhält deshalb keine hohen Resonanzspitzen, die für eine exakte Messung gewünscht werden.

Es sind auch Anordnungen zur Dichtemessung bekanntgeworden, bei denen ein als Hohlzylinder ausgebildeter Hohlkörper zu Glockenschwingungen angeregt wird. Es ist naheliegend, diesen Hohlzylinder auch an seinen Enden mit je einer ringförmigen starren Masse zu verbinden, um so mehr, als derartige Anordnungen bei Druckmeßanordnungen bekannt sind. Auch bei einer solchen Anordnung treten jedoch dieselben zuvor beschriebenen Nachteile — wenn auch in geringerem Maße — bei der Lagerung der starren Massen auf, da auch diese, da sie nicht absolut starr sind, an der Schwingung des Hohlkörpers teilnehmen.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung ist der schwingungsfähige Hohlkörper stimmgabelförmig ausgeführt. Da die bei den anderen bekannten Dichtemessern aufgezeigten Nachteile bei diesem Dichtemesser nicht auftreten, wäre die stimmgabelförmige Ausführung die Ideallösung, wenn der Aufbau eines solchen Dichtemessers nicht kompliziert wäre und er

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sich vor allem nicht so schlecht reinigen ließe. Diese Hohlkörper einen Hohlzylinder haben, der senkrecht

beiden letztgenannten Nachteiic schränken die prak- zu seiner Längsachse zu Schwingungen angeregt

tische Anwendung des stimmgabelförmiaen Dichte- wird, haben sich Meßunsicherbeiten ergeben. Diese

meters stark ein. " Meßunsicherheiten haben ihre Ursache darin, daß

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 5 sich ein absolut genauer Kreisringquerschnitt nicht

Dichtemcsser für gasförmige oder flüssige Medien zu herstellen läßt. Es ergibt sich praktisch immer, daß

schaffen, der mit höherer Meßgenauigkeit arbeitet als das axiale Flächenträgheitsmoment des Querschnittes

bekannte Dichtemcsser. Das Meßergebnis des Dich- von der Lage der Bezugsachse abhängt. Für eiiie be-

lemessers soll durch die Art der Montage praktisch stimmte Achse ergibt sich ein maximales und für eine

nicht beeinflußt werden. Ferner soll der zu schaf- io andere Achse ein minimales Flächenträgheitsmo-

tVnde Dichternesser sich leicht reinigen lassen. ment. Dadurch ergeben sich wenigstens zwei ausge-

üiese Aufgabe wird bei einemDichtemesser für prägte Resonanzfrequenzen, die mehr oder weniger

gasförmige und flüssige Medien mit einem schwin- dicht beieinanderliegen. Nimmt man eine Resonanz-

uungsfähigen, das zu messende Medium aufnehmen- kurve auf, so erhält" man normalerweise zwei Reso-

den Hohlkörper mit einer <tarr daran befestigten 15 nanzspitzen. Dabei hängt die Höhe der Resonanz-

v.arrcn Masse und ein Anlagemittel mit eineirTdie spitzen von der Lage der Anregcmittcl ab. Für zwei

i-igenfrcquenz des Hohlkörpers mit dem darin be bestimmte Lagen der Anregemittel ist die jeweils

Hii'Hichen Medium umfassenden Frequenzbereich, eine der beiden Resonanzspitzen besonders groß und

wobei Mittel vorgesehen sind, die eine Fnergieablei- die andere besonders klein. Es wurde festgestellt, daß !..mg von dem Hohlkörper in eine Lagerung des 20 bei der Selbsterregung der Schwingungen entweder

r.nchtemessers verhindern, dadurch gelöst, daß die die eine oder die andere Eigenschwingung angeregt

i irre Masse über ein Federelement η einer zweiten wird, und zwar hängt dies, elektromagnetische Anre-

iarren Masse befestigt ist. Mit einem derartigen gung vorausgesetzt, von der Lage der Anregemagnete

Dichlemesser erhält man eine hohe ResonanzspTtze ab. In Zwischenstellungen ist es unsicher und u';d damit sehr gute Meßergebnisse. Da von dem 25 scheinbar vom Zufall abhängig, ob die eine oder die

,chwingungsfähigem Hohlkörper mit der daran hefe- andere Resonanzschwingung angeregt wird.

'.'igten starren Masse praktisch keine Energie auf Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten schlägt

Montageeinrichtungen übertragen wird, ist die Re- die Erfindung deshalb vor, daß die Anregemittel ge-

Minanzspitze so gut wie ungedämpft. genüber dem Hohlkörper verstellbar sind. Dadurch Vorzugsweise ist die starre Masse an einem Ende 30 ist es möglich, die Anregemittel in bezug auf den

des Hohlkörpers befestigt und das Anregemittel ist Hohlkörper derart zu befestigen, daß dieser mit der

mit größtmöglicher Distanz zur Masse an dem Hohl- Eigenschwingung erregt wird, die die größte Reso-

kiirper angeordnet. Bei einem besonders zweckmäßi- nanzspitze besitzt.

gen üichtcmesser sind Hohlkörper und Masse senk- Eine andere Lösung besteht darin, daß der Hohlrecht übereinander angeordnet. 35 körper neben dem als Hohlzylinder ausgebildeten

Sollen Medien kontinuierlich gemessen werden, Bereich mit kreisringförmigem Querschnitt einen Be-

dann kann der Hohlkörper als Rohr ausgebildet sein, reich mit einem Querschnitt aufweist, der zwei von-

das an seinen Enden je eine starre Masse mit dazwi- einander verschiedene HauptträgheiUmomente hat.

schenHegendem Anregemittel trägt und über fe- Selbstverständlich kann der Hohlkörper auch über dernde hohle Kupplungsstücke an einer Zufluß- und 40 seine gesamte Länge mit einem zwei voneinander

Abflußleitung für das zu messende Medium ange- verschiedene Hauptträgheitsmomente aufweisenden

schlossen ist. Die federnde Lagerung kann auch von Querschnitt versehen sein: Ein Hohlkörper mit zwei

zwei Tellerfedern übernommen werden. Die hohlen voneinander verschiedenen Haupiträgheitsmomenten

Kupplungsstücke brauchen in diesem Fall nur nach- kann unter anderem dadurch verwirklicht werden, giebig zu sein. 45 daß er an diametral gegenüberliegenden Seiten \ er-

Dic Anregemittel können so angeordnet werden. Stärkungen aufweist.

daß der Hohlkörper hin- und herschwingt. Statt des- Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer

sen können die Anregemittel auch so angeordnet Zeichnung, die verschiedene Ausführungsbeispiele

werden, daß die Kräfte des Anregemittels den Hohl- schematisch darstellt, näher erläutert. Im einzelnen körper zu Glockenschwingungen anregen. Hierbei 5° zeigt

ändert der Hohlkörper seine Gestalt, während sein F i g. 1 einen Dichtemesser in Seitenansicht,

Schwerpunkt in Ruhe bleibt. Ein Ausführungsbei- Fig. 2 einen Dichtemesser in Seitenansicht in

spiel zeigt die Anregung eines runden Rohres zu einer anderen Ausführungsform,

Glockenschwingungen, die in periodischer ellipti- F i g. 3 Jen Dichtemesser nach F i g. 2 in Aufsicht, scher Verformung des Rohrquerschnittes bestehen. 55 Fig. 4 einen Dichtemesser in Seitenansicht in

Die Anregung erfolgt dabei durch zwei diametral ge- einer weiteren Ausführungsform,

genüberliegende Elektromagnet. F i g. 5 einen Dichtemesser in Seitenansic.it und in

Als ein für den erfindungsgemäßen Dichtemesser einer weiteren Ausführungsform,

geeigneter Hohlkörper hat sich ein Hohlzylinder er- Fig.6 einen Teil eines Dichtemessers nach Fig.4 wiesen. Dieser Hohlkörper hat gegenüber anders ge- 60 oder 5 in Seitenansicht mit einem anderen Honlkor-

formten Hohlkörpern, wie Rohre mit rechteckförmi- per,

gern Querschnitt, den Vorzug, daß sich, die Trag- Fig. 7 einen Querschnitt durch die Enden des

heitsiriomente auch bei einem unter Druck stehen- Hohlkörpers nach Fig.6,

den, zu messenden Medium durch Verformung des F i g. 8 einen Dichtemesser in Seitenansicht und in

Hohlkörpers nie?,! verändern. Außerdem lassen sich 65 einer anderen Ausführungsform, _A , · _kt

Hohlkörper mit kreisringförmigem Querschnitt leich- F i g. 9 den Dichtemesser nach F1 g. 8 in Autsicht,

ter und präziser fertigen. F i g. 10 und 11 einen zylinderförm.gen Hohlkor-

Bei Meßversud-.en mit Dichtemessern, die als per in zwei verschiedenen Schwingungszustanden,

Fig. 12 einen kreisringförmigen Hohlkörper mit Verstärkungen im Querschnitt und

Fig. 13 einen Hohlkörper mit Verstärkungen im Querschnitt in einer weiteren Ausführungsform.

Ein in Fig. I dargestellter Dichtemesser besitzt einen unteren verschlossenen und oben offenen Hohlkörper 1. Der Hohlkörper 1 ist starr in einer ersten starren Masse 2, beispielsweise durch Lötung, befestigt. Die starre Masse 2 ist in Verhältnis zum schwingungsfähigen, elastischen Hohlkörper 1 starr. Die starre Masse 2 wird von einer auf dem Rand einer topfförmigcn starren zweiten Masse 3 aufliegenden Tellerfeder 4 getragen. Am unteren, in die topfförmige starre Masse 3 hineinragenden Ende des Hohlkörpers 1 sind als Anrcgemittel ein Elektromagnet 5 und ein Meßmagneto angeordnet. Mittels des Elektromagneten 5 wird der mit dem zu messenden Medium gefüllte Hohlkörper 1 in Richtung des Pfeiles? zu Schwingungen angeregt. Der schwingungsfähigc Hohlkörper 1, der mindestens im Bereich des Elektromagneten 5 und des Meßmagneten 6 aus Weicheisen besteht, erzeugt durch seine von der Dichte des zu messenden Mediums abhängigen Schwingungen in dem Meßmagnetcn 6 eine Spannung, die ein Maß für die Dichte des zu messenden Mediums ist. Die Tellerfeder 4. die möglichst weich ausgebildet sein soll, verhindert, daß Schwingungsenergie auf die zweite starre Masse 3 übertragen wird. Rückwirkungen auf das Meßergebnis von Seiten der zweiten starren Masse 3 oder sogar von der Unterlage, auf der die zweite starre Masse 3 gelegt bzw. befestigt ist, treten bei dieser Anordnung praktisch nicht auf. so daß man sehr exakte Meßergebnisse erhält.

Der Hohlkörper 8 nach Fig. 2 und 3 ist wie der Hohlkörper 1 in F i g. 1 unten verschlossen und oben zur Einfüllung des Meßmediums geöffnet. Der Hohlkörper 8 ist durch den Steg einer auf den Kopf gestellten U-förmigen starren Masse 9 geführt und hier starr befestigt. An gegenüberliegenden Seiten des unteren Endes des Hohlkörpers 8 sind an den Enden der Schenkel der U-förmigen starren Masse 9 ein Elektromagnet 10 zur Anregung der Eigenschwingung des Hohlkörpers 8 und ein Meßmagnet 11 zur Messung der Schwingungen angeordnet. Die starre Masse 9 ist an einer zweiten starren Masse 12 über ein elastisches Wellrohr 13 befestigt, das gleichzeitig die obere Öffnung des Hohlkörpers 8 mit einer Öffnung 14 in der zweiten starren Masse 12 zur Einfüllung des zu messenden Mediums verbindet.

Während die Dichtemesser nach den F i g. 1 bis 3 zur Messung von stehenden Medien dienen, ist der Dichtemesser nach F i g. 4 für die Messung von fließenden Medien geeignet. Dieser Dichtemesser besitzt einen rohrförmigen schwingungsfähigen Hohlkörper 15. der an seinem oberen und unteren Ende starre Massen 16, 17 trägt. Das obere und untere Ende des Hohlkörpers 15 sind über Schlauchstücke 18. 19 mit Rohranschlüssen 20, 21 für die Zuleitung und Ableitung des zu messenden Mediums verbunden. Die Rohranschlüsse 20, 21 sitzen starr in zweiten starren Massen 22, 23, die über Stehbolzen 24, 25 mit dazwischenliegenden Distanzstücken 26, 27, 28, 29, 30, 31 miteinander verbunden und auf Abstand gehalten werden. Die starren Massen 16, 17 sind über Tellerfedern 32, 33 und Distanzstücke 26, 28, 29, 31 mit den starren Massen 22, 23 verbunden. Die Tellerfedern 32, 33 können entfallen, wenn die Schlauchstückc 18, 19 federnd ausgebildet sind. In diesem Ausführungsbeispicl sind aus Gründen der Übersichtlichkeit keine Anrcgemittel und Meßeinrichtungen dargestellt. Für die Messung können aber die gleichen Einrichtungen, wie in Fig. 1 bis 3 vcrwcndct werden.

Das Ausführungsbeispicl der Fig.5 zeigt eine Ausführungsform eines Dichtungsmessers, bei der ein Hohlkörper 34 zu Glockcnschwingungcn angeregt wird. Der Hohlkörper 34 trägt an seinen Enden

ίο starr befestigte starre Massen 35, 36. In der Mitte zwischen den beiden starren Massen 35, 36 sind an diametral gegenüberliegenden Seiten des Hohlkörpers 34 je ein Elektromagnet 37, 38 angeordnet. Zwischen den beiden Elektromagneten 37, 38 liegt ein Meßmagnet 39. Der Strom, der die beiden Elektromagnete 37, 38 speist, ist so gerichtet und hat einen solchen Zeitvcrlauf, daß die von den Elektromagneten 37. 38 auf den Hohlkörper 34 ausgeübten Kräfte gleichzeitig und in entgegengesetzter Richtung wirken. Bei dieser Anordnung bleibt die Längsachse des Hohlkörpers 34 in Ruhe, und der Hohlkörper 34 selbst wird verformt, wie es in den Fig. 10 und 11 für einen Hohlkörper mit ringförmigem Querschnitt dargestellt ist.

Der in den F i g. 6 und 7 dargestellte Hohlkörper 40 kann bei den Ausführungsbcispielen der F i g. 4 und 5 Verwendung finden. Der Hohlkörper 40 besitzt im mittleren Bereich einen kreisringförmigen Querschnitt, während er an seinen beiden Enden 41.

42 einen Querschnitt mit zwei voneinander verschiedenen Hauptträgheilsmomentcn besitzt. An den beider! Enden 4Ϊ 42 sind die beiden s!3rrc** Nüasscr· 43 befestigt. Für dieses Ausführungsbeispiel ergeben sich eindeutige Anregevcrhältnissc, wenn die in dci Mitte des Rohres vorzusehenden Anregemittel periodisch wechselnde Kräfte auf das Rohr ausüben, deren Richtung entweder senkrecht auf der einen odei senkrecht auf der anderen HauptträghcilFachsc 44 45 stehen.

Eindeutige Anregeverhältnisse erhält man eben falls mit einem Hohlkörper, der einen Qucrschniti aufweist, wie er in den Fi g. 12 und 13 dargestellt ist Diametral gegenüberliegende Verstärkungen 46, 41 können an das Rohr angeschweißt sein.

Das Ausführungsbeispiel der Fig.8 und9 ent spricht etwa derjenigen der F i g. 2 und 3, jedoch mi der Ausnahme, daß der Hohlkörper 48 und die starre Masse 49 aus dem Vollen gedreht sind. Die Lage rung der starren Masse 49 ist nicht dargesteH· unc

konnte wie die in F i g. 2 und 3 ausgeführt sein. Eir Anregemagnet 50 und ein Meßmagnet 51 sind au einem Ring 52 gelagert. Der Ring 52 ist durcr zwei Schrauben 53, 54 an der starren Masse 49 befe stigt. Zwei konzentrisch im Ring 52 verlaufend«

Langlöcher 55, 56 erlauben eine Verdrehung de: Ringes 52 mit dem Anregemagnet 50 und dem Meß magnet 51 um die Längsachse des Hohlkörpers 48 Dadurch können die Anregemittel in eine Lage ge bracht werden, für die sich eindeutige Anregeverhält

nisse ergeben. An Stelle des dem Anregemagneten 5( gegenüberliegenden Meßmagneten 51 kann auch eil zweiter Anregemagnet vorgesehen sein. Der Meß magnet 51 sitzt dann zwischen den beiden Anrege magneten 50. Mit einer solchen Anordnung kani

dann der Hohlkörper 48 zu Gockenschwingungei angeregt werden, wobei die Längsachse des ΗοΜ&ήτ pers 48 in Ruhe bleibt. !

Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen wird de

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(ο

regemagnct periodisch gespeist, und zwar mit er Frequenz, deren Frequenzspektrum die Eigcnquenz des Hohlkörpers und des darin eingcsclilosicn, zu messenden Mediums einschließt. Der ihlkörpcr schwingt bei dieser Anregung mit seiner ;cnfrcqucnz. Diese Eigenfrequenz ist also von dem

jeweils im Hohlkörper befindlichen Medium abhä gig. Der Hohlkörper induziert durch seinen wec selnden Abstand von dem Meßmagneten eine Spa mmg im Mcßmagnctcn, die für die Bestimmung d Dichte des zu messenden Mediums herangezog wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (11)

Patentansprüche:

1. Dichtemcsser für gasförmige und flüssige Medien mit einem schwingungsfähigen, das zu messende Medium aufnehmenden Hohlkörper mit einer starr daran befestigten starren Masse und ein Anregungsmittel mit einem die Eigenfrequenz des Hohlkörpers mit dem darin befindlichen Medium umfassenden Frequenzbereich, wo- m bei Mittel vorgesehen sind, die eine Energieableitung von dem Hohlkörper in eine Lagerung des Dichtemessers verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Masse (2 °, 16, 17, 35, 36, 43, 49) über ein Federelement (4, 13, 18, 19, 32, 33) an einer zweiten starren Masse (3. 12. 22, 23) befestigt ist.

2_ Dichtemesser nach Anspruch 1, dadurch gekennze^hnet, daß das Anregemittel in bezug auf den Hohlkörper (34) so angeordnet ist, daß die Kräfte des Anregemittels (37, 38) den Hohlkörper (34) 7u Glockenschwingungcn anregen.

3. Dichtemesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Masse (2, 9, 16, 17. 35. 36, 43. 49) an einem Ende des Hohlkörpers (1. 8. 15. 34, 40, 48) befestigt ist und das Anregemittel (5, 10, 37, 38, 50) mit größtmöglicher Distanz zur Masse (2, 9, 16, 17, 35, 36, 43. 49) an den Hohlkörper (1. 8, 15, 34, 40, 48) angeordne. i>t.

4. Dichtemesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1, 8. 15, 34, 40, 48) -nd die starre Masse (2, 9. 16. 17, 35, 36, 43, 49) senkrecht übereinander angeordnet sind.

5. Dichtemesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (15, 34, 40) als Rohr ausgebildet ist, das an seinen Enden je eine starre Masse (16, 17, 35, 36, 43) mit dazwischenliegenden Anregemitteln (37, 38) trägt und über die als hohle Kupp!ung.N.stücke ausgebildeten Federclemente (18, 19) an einer Zufluß- und Abflußlcitung (20, 21) für das zu messende Medium angeschlossen ist.

6. Dichtemesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Kupplungsstücke (18, 19) nachgiebig sind und die beiden an den Enden des rohrförmigen Hohlkörpers (15) befestigten Massen (16,17) über als Tellerfedern ausgebildeten Federelemente (32, 33) an den zwei 5" weiteren starren Massen (22, 23) angeschlossen sind.

7. Dichtemesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregemittel (37, 38) zwei Elektromagnete sind, die auf den gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Hohlkörpers (34) angeordnet sind.

8. Dichtemesser nach einem der Ansprüche 1 , bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1, 8.15, 34, 40,48) ein Hohlzylinder ist.

9. Dichtemesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregemittel (50) gegenüber dem Hohlkörper (48) verstellbar sind.

10. Dichtemesser nach den Ansprüchen 1,

3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (40) einen solchen Querschnitt aufweist, der zwei voneinander verschiedene Hauptträgheitsmomente hat.

11 Dichtemesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (40) an diametral gegenüberliegenden Seiten Verstärkungen (46, 47) aufweist.