DE2258929C3

DE2258929C3 - Sensor unit for density measurement of fluids

Info

Publication number: DE2258929C3
Application number: DE19722258929
Authority: DE
Inventors: Sandor Dipl.-Ing. Dr.; Felsövalyi György; Budapest Kovacs
Original assignee: Merestechnikai Központi Kutato Laboratorium, Budapest
Priority date: 1971-12-07
Filing date: 1972-12-01
Publication date: 1976-04-08

Description

3030th

Die Erfindung betrifft eine Fühlereinheit zur Dichtemessung von Strömungsmitteln mit zwei hohl ausgebildeten Vibrationszylindern, denen Erregerköpfe und Fühler zugeordnet sind.The invention relates to a sensor unit for measuring the density of fluids with two hollow ones Vibration cylinders to which exciter heads and sensors are assigned.

Eine derartige Fühlereinheit ist bereits bekannt (DT-OS 15 98 542). Bei dieser bekannten Fühlereinheit ■ wird der zu messende Stoff in ein fesv eingespanntes Rohr eingebracht, welches zu mechanischen Querschwingungen angeregt wird und dessen Eigenfrequenz als Maß für die Stoffdichte dient. Zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Eigenfrequenz des Meßrohres ist ein zweites, leeres, auf gleicher Grundfrequenz abgestimmtes Bezugsrohr vorgesehen, und es wird die Frequenzdifferenz zwischen den beiden Rohren gemessen.Such a sensor unit is already known (DT-OS 15 98 542). In this known sensor unit ■ the substance to be measured is placed in a fixed pipe, which causes mechanical transverse vibrations is excited and its natural frequency serves as a measure of the consistency of the material. For compensation the influence of temperature on the natural frequency of the measuring tube is a second, empty one at the same basic frequency matched reference tube is provided, and it becomes the frequency difference between the two tubes measured.

Diese bekannte Fühlereinheit weist keinerlei Einrichtungen für einen schnellen Wärmeaustausch zwischen Meßrohr und Bezugsrohr auf, so daß die Temperaturkompensation unbefriedigend ist. Ferner ist das Meßrohr dem Druck des Strömungsmittels ausgesetzt, wodurch das Meßergebnis verfälscht wird. Eine Eichung des auf immer gleiche Grundfrequenz abgestimmten Bezugsrohres für verschiedene Strömungszustände des zu messenden Strömungsmittels ist nicht vorgesehen.This known sensor unit has no facilities for rapid heat exchange between Measuring tube and reference tube on, so that the temperature compensation is unsatisfactory. Furthermore, the measuring tube exposed to the pressure of the fluid, which falsifies the measurement result. A calibration of the reference pipe, which is always tuned to the same basic frequency, for different flow conditions of the The fluid to be measured is not provided.

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Es ist auch eine Vorrichtung zur Messung der Dichte eines Strömungsmittels bekannt (DT-OS 21 16 410), die aus einem in einem Sockel eingespannten und vom Strömungsmittel durchströmten U-Rohr besteht, und Einrichtungen aufweist, um das U-Rohr in Torsionsschwingungen zu versetzen. Zum Ausgleich der Verschiebung der Grundfrequenz durch Temperaturänderung ist in der Nähe der ersten Vorrichtung eine zweite identische Vorrichtung angeordnet, deren U-Rohr nicht durchströmt ist.There is also a device for measuring the density of a fluid known (DT-OS 21 16 410), the consists of a U-tube clamped in a base and through which the fluid flows, and Has means to put the U-tube in torsional vibrations. To compensate for the shift the fundamental frequency due to a change in temperature is a second in the vicinity of the first device identical device arranged, whose U-tube is not traversed.

Auch bei dieser bekannten Fühlereinheit ist jedoch die TemDeraturkornDensation insbesondere in bezug auf die Geschwindigkeit des Wärmeaustausches nicht zufriedenstellend. Auch ist das Meßrohr nicht druckentlastet und eine Eichung bzw. Einstellung der Grundfrequenz des Bezugsrohres nicht möglich.
Es sind auch Fühlereinheiten bekannt (DT-OSEven with this known sensor unit, however, the temperature grain compensation is unsatisfactory, particularly with regard to the speed of the heat exchange. The measuring tube is also not relieved of pressure and calibration or setting of the basic frequency of the reference tube is not possible.
Sensor units are also known (DT-OS

18 00 342 und DT-OS 19 43 925), bei denen hohl ausgebildete Vibrationszylinder, die an einem Ende eingespannt sind, mit dem Strömungsmittel in Berührung stehen. Eine Regelung der Eigenfrequenz der Bezugszylinder ist auch bei diesen bekannten Vorrichtungen nicht vorgesehen.18 00 342 and DT-OS 19 43 925), which are hollow Vibrating cylinders clamped at one end, in contact with the fluid stand. A regulation of the natural frequency of the reference cylinder is also in these known devices not provided.

Schließlich ist auch noch eine Fühlereinheit zur Dichtemessung von Strömungsmitteln bekannt (DT-GbmFinally, a sensor unit for measuring the density of fluids is also known (DT-Gbm

19 73 690), bei welcher ein zu Schwingungen angeregter Rohrbogen, durch den das Strömungsmittel strömt, und ein Bezugsrohr eine bauliche Einheit bilden. Die bauliche Einheit bei dieser bekannten Vorrichtung bewirkt jedoch keine für eine zufriedenstellende Temperaturkompensation ausreichende Wärmekopplung der beiden Einheiten. Auch diese bekannte Vorrichtung zeigt im übrigen weder die Maßnahme einer Druckentlastung des Meßrohres, noch die Möglichkeit einer Eichung oder Einstellung der Grundfrequenz des Bezugsrohres. 19 73 690), in which a Pipe bend through which the fluid flows and a reference pipe form a structural unit. the However, structural unit in this known device does not provide for a satisfactory temperature compensation sufficient thermal coupling between the two units. Also this known device shows, moreover, neither the measure of a pressure relief of the measuring tube, nor the possibility of a Calibration or adjustment of the basic frequency of the reference pipe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fühlei einheit zur Dichtemessung von Strömungsmitteln mit zwei hohl ausgebildeten Vibrationszylindern, denen Erregerköpfe und Fühler zugeordnet sind, zu schaffen, welche ohne Verfälschung des Meßergebnisses auch für unter Druck stehende Strömungsmittel einsetzbar ist, bei welcher eine einwandfreie und schnelle Temperaturkompensation zwischen Meßzylinder und Bezugszylinder stattfindet, und die auf einfache Art und Weise auf optimale Betriebs- und Strömungsbedingungen einstellbar ist.The invention is based on the object of a feeling unit for density measurement of fluids with two hollow vibrating cylinders, which Exciter heads and sensors are assigned to create, which also without falsifying the measurement result can be used for pressurized fluids, in which a perfect and fast temperature compensation takes place between measuring cylinder and reference cylinder, and that in a simple manner can be adjusted to optimal operating and flow conditions.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Fühlereinheit gemäß dem Patentanspruch. Durch die Verbindung der Gehäuseteile und durch das Einspannen der Vibrationszylinder in diesen Gehäuseteilen stehen beide Vibrationszylinder in sehr gut wärmeleitender Verbindung miteinander, wodurch eine sehr rasche Wärmeübertragung zwischen beiden Zylindern und damit eine schnell ansprechende Temperaturkompensation bewirkt wird. Dadurch, daß der Meßzylinder in Innen- und Außenseite dem Strömungsmittel zugänglich ist, findet eine Druckentlastung statt, so daß eine Verfälschung des Meßergebnisses durch einseitig wirkende Druckkräfte nicht möglich ist. Durch die Anordnung des Bezugszylinders in einer vom Strömungsweg abgeschlossenen Kammer und die Verbindung dieser abgeschlossenen Kammer über ein Rohr mit einer ein Druckmittel enthaltenden weiteren Kammer ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Fühlereinheit die Möglichkeit, den Druck in der den Bezugszylinder enthaltenden abgeschlossenen Kammer und damit die Eigenfrequenz des Bezugszylinders zu regeln bzw. einzustellen. Bei all diesen Vorteilen ist die erfindungsgemäße Fühlereinheit einfach konstruiert und billig herzustellen.This object is achieved by a sensor unit according to the patent claim. By connecting the Housing parts and by clamping the vibration cylinder in these housing parts, both vibration cylinders are available in very good heat-conducting connection with each other, whereby a very rapid heat transfer between the two cylinders and thus a quickly responding temperature compensation is effected. Because the measuring cylinder is accessible to the fluid on the inside and outside, there is a Pressure relief instead, so that a falsification of the measurement result by unilateral pressure forces not possible. By arranging the reference cylinder in a closed off from the flow path Chamber and the connection of this closed chamber via a pipe with a pressure medium containing further chamber results in the sensor unit according to the invention the possibility of the Pressure in the closed chamber containing the reference cylinder and thus the natural frequency of the To regulate or adjust the reference cylinder. With all these advantages is the sensor unit according to the invention simply designed and cheap to manufacture.

Als Strömungsmittel, deren Dichte gemessen werden soll, kommen für die erfindungsgemäße Fühlereinheit sowohl flüssige als auch gasförmige Medien in Frage.As a fluid, the density of which is to be measured, come for the sensor unit according to the invention both liquid and gaseous media in question.

Die Vibrationszylinder der erfindungsgemäßen Fühlereinheit können koaxial angeordnet sein, wobei ihre nicht eingespannten Enden einander zugekehrt angeordnet sein können. Zweckmäßigerweise ist auch der Rohrteil des ersten Gehäuseteils koaxial zu dem messenden Vibrationszylinder und koaxial zu dem Bezugs-Vibrationszylinder angeordnet. Es ist auch zweckmä-The vibration cylinder of the sensor unit according to the invention can be arranged coaxially, with their unrestrained ends can be arranged facing each other. The is also useful Pipe part of the first housing part coaxial with the measuring vibrating cylinder and coaxial with the reference vibrating cylinder arranged. It is also expedient

Big, Einrichtungen vorzusehen, mit welchen der Druck in der abgeschlossenen Kammer, die den Bezugs-Vibrationszylinder enthält, regelbar bzw. einstellbar ist.Big to provide facilities with what the pressure is adjustable or adjustable in the closed chamber that contains the reference vibration cylinder.

Wegen der ausgezeichneten Temperaturkompensation der erfindungsgemäßen Fühiereinheit brauchen bei dieser für die Vibrationszylinder keine Werkstoffe mit geringer thermischer Ausdehnunszahl verwendet zu werden. Damit ist die Anwendung frei für Werkstoffe, deren Curie-Punkt wesentlich höher liegt als z.B. 200°C; dies war nämlich der Curie-Punkt der bisher für Fühlereinheiten zur Dichtemessung von Strömungsmitteln verwendeten Werkstoffe, deren Wärmeausdehnungszahlen praktisch gleich Null sein mußten.Because of the excellent temperature compensation of the guide unit according to the invention, we need This means that no materials with a low thermal expansion rate are used for the vibration cylinder will. This means that the application is free for materials whose Curie point is significantly higher than e.g. 200 ° C; namely, this was the Curie point that was previously used for Sensor units for density measurement of fluids used materials, their coefficients of thermal expansion had to be practically zero.

Die erfindungsgemäße Fühlereinheit kann somit bei Lieferung guter und genauer Meßergebnisse auch bei einer Strömungsmitteltemperatur von beispielsweise 300⁰C wie sie bei der Erdöldestillation vorkommt, eingesetzt werden.The sensor unit according to the invention can thus be used with the delivery of good and precise measurement results even at a fluid ^{temperature of, for example, 300 °} C. as occurs in petroleum distillation.

Eine verhältnismäßig einfache Anordnung für den Temperaturausgleich bzw. für die Aufrechterhaltung der Schwingungen besteht aus einem ersten und einem zweiten Verstärker, deren Eingänge bzw. Ausgänge mit zugeordneten Schwingungserzeugern und Schwingungsfühlern in je einer Rückkopplungsschleife angeordnet sind.A relatively simple arrangement for temperature compensation or maintenance The oscillations consists of a first and a second amplifier, their inputs and outputs with assigned vibration generators and vibration sensors each arranged in a feedback loop are.

Die Erfindung kann mit Vorteil auch zur Messung der Durchflußmenge eines Strömungsmittel verwendet werden, in dem man ein für die Dichte !kennzeichnendes Frequenzdifferenzsignal und ein für die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels kennzeichnendes Signal miteinander in einem Vervielfacherstromkreis kombiniert. Zum Vergleichen der Frequenzen der Vibrationszylinder kann ein Mischstromkreis vorgesehen sein, und zwischen dem Mischkreis und dem Vervielfacherstromkreis kann ein Linearisierungsstromkreis geschaltet sein. Das für die Strömungsgeschwindigkeit charakteristische Signal kann zweckmäßig mit Hilfe eines Turbinenströmungsmessers erzeugt werden. Die kennzeichnenden Schwingungsfrequenzen werden zweckmäßig einander angeglichen, indem man an den Bezugs-Vibrationszylinder ein Vakuum anlegt.The invention can also be used to advantage for measuring the flow rate of a fluid in which a frequency difference signal characterizing the density and one for the flow velocity the signal indicative of the fluid with each other in a multiplier circuit combined. A mixing circuit can be used to compare the frequencies of the vibrating cylinders be provided, and between the mixing circuit and the multiplier circuit can be a linearization circuit be switched. The signal characteristic of the flow velocity can are expediently generated with the aid of a turbine flow meter. The characteristic oscillation frequencies are appropriately aligned with each other by touching the reference vibrating cylinder creates a vacuum.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen inThe invention is described below on the basis of an exemplary embodiment described in more detail. The drawings show in

F i g. 1 einen Achsschnitt durch eine erfindungsgemäße Fühlereinheit undF i g. 1 shows an axial section through a sensor unit according to the invention and

F i g. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Fühlereinheit.F i g. 2 shows a block diagram of the sensor unit according to the invention.

In F i g. 1 dient ein erster Vibrationszylinder 2 zum Messen und weist, einen Masseflansch 2a auf, der in dem Gehäuseteil Hader gesamten Fühlereinheit 1 eingespannt ist.In Fig. 1, a first vibrating cylinder 2 is used for measuring and has a ground flange 2a, which is shown in FIG the housing part Hader entire sensor unit 1 clamped is.

Ein zweiter Bezugs-Vibrationszylinder 3, der ähnlich dem Meß-Vibrationszylinder 2 ausgebildet ist und ebenfalls einen Masseflansch 3a aufweist, ist in dem anderen Gehäuseteil 116 der Fühlereinheit 1 angeordnet, wobei sein Massefiansch 3a ebenfalls eingespannt ist. Meß-Vibrationszylinder 2 und Bezugs-Vibrationszylinder 3 sind koaxial zueinander angeordnet.A second reference vibrating cylinder 3, which is similar the measuring vibration cylinder 2 is formed and also has a ground flange 3a is in the other Housing part 116 of the sensor unit 1 is arranged, its ground flange 3a also being clamped. Measuring vibrating cylinder 2 and reference vibrating cylinder 3 are arranged coaxially to one another.

Das den Masseflansch 2a tragende äußere Ende des ersten oder Meß-Vibrationszylinders 2 steht mit einer Öffnung Hc im Gehäuseteil lla in Strömungsverbindung, während das innere oder dem Masseflansch 2a abgewandte Ende des ersten Vibrationszylinders mit einem Rohrteil 10a eines Gehäuseeinsatzes 10 in Strömungsverbindung steht. Der Gehäuseeinsatz 10 kann ak Fortsatz des ersten Gehäuseteils lla ausgebildet sein und weist anschließend an den Rohrteil 10a einen Muffenteil mit erweitertem Innendurchmesser auf. der den Meß-Vibrationszylinder 2 längs eines Teiles seiner Länge umgibt und an seiner Außenseite einen Ringflansch 106 trägt.The outer end of the first or measuring vibration cylinder 2 carrying the ground flange 2a is connected to a Opening Hc in the housing part 11a in flow connection, while the inner end or the end of the first vibration cylinder facing away from the ground flange 2a a pipe part 10a of a housing insert 10 is in flow connection. The housing insert 10 can ak extension of the first housing part 11a be formed and then has a pipe part 10a Socket part with an enlarged inner diameter. which the measuring vibration cylinder 2 along part of its Surrounds length and carries an annular flange 106 on its outside.

Das Rohrteil 10a wird, wie in F i g. 1 dargestellt, gehaltert in einer Öffnung lld in dem zweiten Gehäuseteil 116, in welche sich der Rohrteil 10a hinein erstreckt. The pipe part 10a is, as in FIG. 1 shown, supported in an opening lld in the second housing part 116, into which the tube part 10a extends.

Der Rohrteil 10a und der Meß-Vibrationszylinder 2 bilden auf diese Weise einen Strömungsweg für das Strömungsmittel, dessen Dichte und gegebenenfalls Durchflußmenge zu messen sind. Dabei hat wegen der freien Einspannung des Meß-Vibrationszylinders 2 an seinem Masseflansch 2a das Strömungsmittel freien Zugang auch zu der Außenseite des Meß-Vibrationszylinders 2. Zwischen seiner Außenseite und der Innenseite der Bohrung des Gehäuseeinsatzes 10 bzw. ersten Gehäuseteils Ua ist eine Kammer 86 gebildet, die an der Einspannstelle des Meß-Vibrationszylinders 2 axial verschlossen istThe pipe part 10a and the measuring vibration cylinder 2 form in this way a flow path for the Fluid whose density and, if necessary, flow rate are to be measured. It has because of the free clamping of the measuring vibration cylinder 2 at its ground flange 2a, the fluid free access also to the outside of the measuring vibration cylinder 2. Between its outside and the inside the bore of the housing insert 10 or first housing part Ua, a chamber 86 is formed which is attached to the Clamping point of the measuring vibration cylinder 2 is axially closed

Der Gehäuseeinsatz 10, der mit seinem Rohrteil 10a durch den Bezugs-Vibrationszylinder 3 hindurchgeführt ist, isoliert den Bezugs-Vibrationszylinder 3 von dem zu messenden Strömungsmittel. Dabei sind die Toleranzen des Außendurchmessers des Rohrteils 10a im Verhältnis zum Innendurchmesser des Bezugs-Vibrationszylinders 3, und die Toleranzen des Außendurchmessers des Bezugs-Vibrationszylinders 3 im Verhältnis zum Innendurchmesser des zweiten Gehäuseteils 116 so gewählt, daß der Bezugs-Vibrationszylinder 3 — abgesehen von der Einspannstelle an seinem Masseflansch 3a — berührungsfrei gehaltert ist, so daß sein schwingender Teil in einer Kammer 8 bzw. 8a angeordnet ist, welche von dem Masseflansch 3a des Bezugs-Vibrationszylinders 3, dem zweiten Gehäuseteil 116 und dem Gehäuseeinsatz 10 bzw. dessen Rohrteil 10a begrenzt wird, und welche abgeschlossen ist.The housing insert 10, the tubular part 10a of which is passed through the reference vibrating cylinder 3 isolates the reference vibrating cylinder 3 from the fluid to be measured. Here are the tolerances of the outer diameter of the pipe part 10a in relation to the inner diameter of the reference vibrating cylinder 3, and the tolerances of the outer diameter of the reference vibrating cylinder 3 in relation to the inner diameter of the second housing part 116 selected so that the reference vibrating cylinder 3 - apart from the clamping point on its ground flange 3a - is supported without contact, so that its vibrating Part is arranged in a chamber 8 or 8a, which is from the ground flange 3a of the reference vibration cylinder 3, the second housing part 116 and the housing insert 10 or its tubular part 10a is limited, and which one is complete.

Die geschlossene Kammer 8, 8a ist bei einem gewünschten Druck mit einem inerten Mittel gefüllt, das über ein kurzes Rohr 9 zugeführt wird. Dieses Rohr gestattet eine regelbare Zufuhr von Druckmittel aus einer Kammer 9a, welche von dem Gehäuseeinsatz 10 des ersten Gehäuseteils lla und dem zweiten Gehäuseteil 116 bzw. von deren Ringflanschen zusammen mit der die beiden Gehäuseteile lla, 116 verbindenden Büchse gebildet wird.The closed chamber 8, 8a is filled with an inert agent at a desired pressure, which is fed via a short tube 9. This tube allows a controllable supply of pressure medium a chamber 9a, which is from the housing insert 10 of the first housing part 11a and the second housing part 116 or the ring flanges thereof together with the one connecting the two housing parts 11a, 116 Liner is formed.

Die Eigenfrequenz des Bezugs-Vibrationszylinders 3 kann durch Änderung des in der Kammer 8, 8a herrschenden Druckes geregelt werden. Wird die Kammer 86, d.h. also der Meß-Strömungsweg, unter Vakuum gesetzt und der in der Kammer 8, 8a herrschende Druck entsprechend eingestellt, dann können die Eigenfrequenzen der Vibrationszylinder 2 und 3 einander gleichgemacht werden. Das Rohr 9 wird in nicht dargestellter Weise geschlossen. Dann ist einem Frequenzunterschied 0 zwischen den Eigenfrequenzen der Vibrationszylinder 2 und 3 eine Strömungsmitteldichte Null — d. h. Vakuum — zugeordnet. Dieser Nullunterschied zwischen den Frequenzen bildet nun eine Bezugsfrequenz für nachfolgende Messungen.The natural frequency of the reference vibrating cylinder 3 can be changed by changing that prevailing in the chamber 8, 8a Pressure can be regulated. When the chamber 86, i.e. the measuring flow path, becomes under vacuum set and the pressure prevailing in the chamber 8, 8a adjusted accordingly, then the Natural frequencies of the vibrating cylinders 2 and 3 are made equal to each other. The pipe 9 is not in as shown closed. Then there is a frequency difference of 0 between the natural frequencies Vibrating cylinders 2 and 3 have zero fluid density - d. H. Vacuum - assigned. This zero difference between the frequencies now forms a reference frequency for subsequent measurements.

Der Meß-Vibrationszylinder 2 und der Bezugs-Vibrationszylinder 3 stehen über Gehäuseteil 11 a, Gehäuseeinsatz 10, Rohrteil 10a und Gehäuseteil 116, sowie über Gehäuseteil Ha, Gehäuseeinsatz 10, Gehäuseteil 116, und über Gehäuseteil Ha, äußere Büchse, Gehäuseteil Hb, in sehr guter wärmeleitender Verbindung, so daß sie sehr rasch dieselbe Temperatur anneh-The measuring vibration cylinder 2 and the reference vibration cylinder 3 are above housing part 11a, housing insert 10, tubular part 10a and housing part 116, as well as housing part Ha, housing insert 10, housing part 116, and housing part Ha, outer sleeve, housing part Hb good heat-conducting connection, so that they very quickly reach the same temperature

men. Dadurch werden temperaturbedingte Frequenzänderungen ausgeglichen, so daß der Frequenzunterschied temperaturunabhängig ist.men. As a result, temperature-related frequency changes are compensated, so that the frequency difference is temperature independent.

Die Vibrationszylinder 2 und 3 können entweder elektromagnetisch, magnetostriktiv oder kapazitiv erregt werden. Die Erregung erfolgt durch Erregerköpfe 4 bzw. 5, die derart angeordnet sind, daß sie beide Vibrationszylinder zu Schwingungen möglichst großer Amplitude bei ihren Eigenfrequenzen anregen.The vibrating cylinders 2 and 3 can be excited either electromagnetically, magnetostrictively or capacitively will. The excitation is carried out by excitation heads 4 and 5, which are arranged in such a way that they both vibrate cylinders stimulate vibrations of the greatest possible amplitude at their natural frequencies.

Durch Schwingungen bedingte Bewegungen der Zylinderwände werden durch Fühler 6 bzw. 7 wahrgenommen, die dann entsprechende elektrische Signale liefern. Die Frequenz der Signale ist der Geschwindigkeit der Bewegungen proportional.Movements of the cylinder walls caused by vibrations are perceived by sensors 6 or 7, which then deliver corresponding electrical signals. The frequency of the signals is the speed proportional to the movements.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Fühlereinheit ist wie folgt:The operation of the sensor unit according to the invention is as follows:

Das zu messende Strömungsmittel strömt axial durch den Meß-Vibrationszylinder 2. Seine Masse wirkt dort mit der Masse des Meß-Vibrationszylinders 2 zusammen, wodurch die Eigenfrequenz dieses Zylinders sich in Abhängigkeit von der Dichte des Strömungsmittels ändert. Die Dichte ist der zweiten Potenz der Frequenzdifferenz zwischen den Eigenfrequenzen des Meß-Vibrationszylinders 2 und des Bezugs-Vibrationszylinders 3 proportional.The fluid to be measured flows axially through the measuring vibration cylinder 2. Its mass acts there with the mass of the measuring vibration cylinder 2 together, whereby the natural frequency of this cylinder changes depending on the density of the fluid. The density is the second power of the frequency difference between the natural frequencies of the measuring vibrating cylinder 2 and the reference vibrating cylinder 3 proportional.

In dem Ringflansch 106 des Gehäuseeinsatzes 10 sind elektronische Einheiten untergebracht, deren Bestandteile und Klemmen vom Strömungsmittel getrennt angeordnet liegen. Einheiten dieser Art enthalten mindestens Verstärker 12a und 126, wie dies aus F i g. 2 hervorgeht. Diese Verstärker bilden mit den Erregerköpfen 4 und 5, sowie mit den Fühlern 6 und 7 jeweils eine elektromechanische Rückkopplungsschleife, durch welche die Vibrationszylinder 2 und 3 ständig in Schwingung gehalten werden mit einer Frequenz, die durch die Eigenfrequenzen der beiden Vibrationszylinder bestimmt wird.In the annular flange 106 of the housing insert 10 electronic units are housed, their components and clamps are separated from the fluid. Units of this type included at least amplifiers 12a and 126, as shown in FIG. 2 shows. These amplifiers form with the exciter heads 4 and 5, as well as an electromechanical feedback loop with sensors 6 and 7, by which the vibrating cylinders 2 and 3 are kept constantly vibrating at a frequency that is determined by the natural frequencies of the two vibration cylinders.

Wie aus F i g. 2 ferner hervorgeht, sind die Erregerköpfe 4 und 5 an Ausgangsklemmen 16 und 17 der Verstärker 6 bzw. 7 angeschlossen. Die Ausgangssignale der Verstärker 12a und 126, die jeweils den Vibrationszylindern 2 und 3 zugeordnet sind, gelangen in einen herkömmlichen Mischstromkreis 13. Das für die Frequenzdifferenz kennzeichnende Signal wird in einem ebenfalls herkömmlichen Umformerstromkreis 14 umgeformt Auf diese Weise können z. B. rechteckige oder wellenförmige Signale konstanter Amplitude erzeugt werden. Das umgeformte Signal mit der Differenzfrequenz erscheint an einem Ausgang 19. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Umformerstromkreis 14 mit einem Frequenz/Strom-Umwandler 15 verbunden, dessen Ausgang 18 Stromänderungen liefert, welche den Dichteänderungen des gemessenen Strömungsmittels proportional sind.As shown in FIG. 2 also shows are the exciter heads 4 and 5 are connected to output terminals 16 and 17 of amplifiers 6 and 7, respectively. The output signals the amplifiers 12a and 126, which are assigned to the vibrating cylinders 2 and 3, respectively, enter one conventional mixed circuit 13. The signal indicative of the frequency difference is in a also formed conventional converter circuit 14. B. rectangular or Wavy signals of constant amplitude are generated. The transformed signal with the difference frequency appears at an output 19. In the illustrated embodiment, the converter circuit is 14 connected to a frequency / current converter 15, the output 18 of which supplies current changes, which are proportional to the changes in density of the measured fluid.

Die erfindungsgemäße Fühlereinheit liefert also ein Frequenzsignal, dessen Frequenz sich nach Eichung von Null aufwärt ändert und für die Dichte des gemessenen Strömungsmittels kennzeichnend ist. Der Null-Wert der Differenzfrequenz ist dabei dem Vakuum, d. h. der »Nulldichte«, zugeordnet. Zur Verarbeitung des Ausgangssignals sind keine umständlichen und kostspieligen elektronischen Einrichtungen erforderlich, obwohl Einrichtungen dieser Art zum Datenverarbeiten bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls Anwendung finden können.The sensor unit according to the invention thus supplies a frequency signal, the frequency of which changes after calibration changes from zero upwards and is indicative of the density of the fluid being measured. The zero value the difference frequency is the vacuum, i. H. assigned to the "zero density". For processing of the output signal no cumbersome and expensive electronic equipment is required, although devices of this type for data processing are also used in the device according to the invention Can find application.

Die für die Dichte kennzeichnende Frequenz kann unmittelbar derart umgewandelt werden, daß sie an einem in Dichteeinheiten geeichten Deprez-Instrument angezeigt werden kann. Die Übertragung des Frequenzsignals über erhebliche Entfernungen kann ohne Verringerung des Informationsgehaltes vorgenommen werden.The frequency characteristic of the density can be converted directly in such a way that it is on can be displayed on a Deprez instrument calibrated in density units. The transmission of the frequency signal Can be done over considerable distances without reducing the information content will.

Um die Durchflußmenge zu messen kann die Differenzfrequenz bzw. das entsprechende Ausgangssignal einfach mit dem Signal eines Turbinenströmungsmessers kombiniert werden, wobei dann einfache und billige elektronische Anzeigeeinheiten verwendet werden können.The difference frequency or the corresponding output signal can be used to measure the flow rate can simply be combined with the signal of a turbine flow meter, which is then simple and cheap electronic display units can be used.

Durch Anwendung des für die Frequenzdifferenz kennzeichnenden Signals können zur unmittelbaren Anzeige der Dichtewerte beliebige digitale Frequenzmesser verwendet werden, ohne daß die Meßgenauigkeit abnehmen würde, so daß die bei den bekannten Einrichtungen unvermeidlichen komplizierten elektronischen Einheiten entfallen können.By using the signal that characterizes the frequency difference, the direct Display of the density values any digital frequency meter can be used without affecting the measuring accuracy would decrease, so that the inevitable in the known devices complicated electronic Units can be omitted.

Da das zu messende Medium nicht mit dem Bezugs-Vibrationszylinder 3 in Berührung gelangt, bleibt die Eigenfrequenz des Bezugs-Vibrationszylinders bei einem weitgehend stabilisierten Wert konstant. Nötigenfalls kann das Signal an der Ausgangsklemme 17 als Bezugswert — d. h. als Zeitsignal — im digitalen Frequenzmesser verwendet werden, wo der Dichteweri angezeigt wird, wodurch kristallgesteuerte Schwingungserzeuger überflüssig werden. Auf diese Weise wird die Anzeigeeinheit noch einfacher.Since the medium to be measured does not come into contact with the reference vibrating cylinder 3, the Natural frequency of the reference vibrating cylinder constant at a largely stabilized value. If necessary can use the signal at output terminal 17 as a reference value - i. H. as a time signal - in the digital frequency meter used where the density is displayed, creating crystal controlled vibrators become superfluous. In this way, the display unit becomes even simpler.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Sensor unit for density measurement of fluids with two hollow vibrating cylinders to which exciter heads and sensors are assigned, characterized in that both vibrating cylinders (2, 3) are arranged in two interconnected housing parts (Ha.tlb) , that the first vibrating cylinder ( 2) at one end via a ground flange (2a) with the first housing part (lla) and the second vibration cylinder (3) at one end via a ground flange (3a) with the second housing part (116), .that the in a Chamber (Sb) arranged, on its inside and outside the fluid accessible vibration cylinder (2) via an opening (lic) of the first housing part (11a) with a pipe part (10a) through the second housing part (Hb) a flow path for the fluid forms and that the second vibrating cylinder (3) in a further chamber (8a) which is closed off from the flow path and which contains a pressure medium via a pipe (9) nden of the two housing parts (Ha and 116) formed chamber (9a) is in communication, is arranged.