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Dichtemesser für Fluide insbesondere f'ür
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Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf' einen Dichtemesser
für Fluide, insbesondere für Flüssigkeiten. bei dem die bei sich ändernder Dichte
eintretende Frequenzänderung eines den Massekräften des zu bestimmenden Fluids ausgesetzten
Schwingkörpers gemessen wird, wobei der SchwingKörper als Teil eines elektromagnetischen
Schwingungssystems in seiner Eigenfrequenz angeregt wird und sein Einspannende an
einem nichtschwingenden Träger sitzt-, welcher auch die Erreger- und Aufnehmerspule
trägt.
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Es sind Dichtemesser vorzugsweise für Gase bekannt bei denen als Schwingkörper
eine in einem Druckrohr eingebaute Stimmgabel vorgesehen ist und die Erreger- und
Aufnehmerspule außerhalb dieses Druckrohres in dem nicht vom Medium durchflossenen
Raum liegen.
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Über Polschuhe,- die durch das Druckrohr hindurch nach innen geführt
sind, wirken die Erregerspule und die Aufnehmerspule elektromagnetisch mit der Stimmgabel
zusammen. Nachteilig bei diesen Dichtemessern ist es, daß die Stimmgabel im Druckrohr
nur Schwer zugänglich ist und der Mediumdruck des Fluids durch die Wandstärke des
Druckrohres begrenzt wird. Außerdem treten Verluste im Schwingungssystem auf, da
die Spulen außerhalb des Druckrohres vom SchwingRörper entfernt liegen. Insbesondere
aber für die Dichtemessung von Flüssigkeiten haben diese Dichtemesser den Nachteil,
daß das Meßergebnis durch unterschiedliche Zähigkeiten der zu messenden Flüssigkeit
beeinträchtigt wird. Die auf den Schwingkörper einwirkenden Masseteilchen lösen
nämlich in dem engen Ringspalt zwischen der Außenseite der Stimmgabelzinken und
der Innenwand des Druckrohres aufgrund der großen Berührungsfläche
eine
mit sich ändernder Viskosität der Flüssigkeit unterschiedliche Bremswirkung auf
den Schwingkörper aus.
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Bei einem anderen Dichtemesser wird die in einer Rohrleitung strömende,
zu messende Flüssigkeit oder das Gas über eine Rohrgabel durch zwei elastische Rohrabschnitte
hindurch geleitet. wobei zwischen den beiden elastischen Rohrabschnitten die Erreger-
und Aufnehmerspulaivorgesehen sind, die diese Rohrabschnitte zum Schwingen bringen.
Nachteilig ist hierbei, daß die schwingenden Rohrabschnitte in ihrer Wandstärke
nur relativ dünn gehalten werden können, so daß der Druck der zu messenden Flüssigkeiten
oder der Gase begrenzt ist. Außerdem ist ein solcher Dichtemesser wegen der erforderlichen
Verbindungsrohre und Rohrgabeln am Ein- und Ausströmende lang und sperrig und in
den Rohrabschnitten kann es zu Lufteinschlüssen kommen, die Fehlmessungen ergeben.
Bei einer Verschmutzung der schwingenden Rohrabschnitte ist die Reinigung außerdem
schwierig.
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Es ist weiterhin ein Dichtemesser bekannt. bei dem als Schwingkörper
ein in einem Uhrgehäuse einseitig eingespanntes, federndes Rohrstück vorgesehen
ist das von den in das Rohrgehäuse eingesetzten elektromagnetischen Spulen in mechanische
Schwingungen versetzt wird.
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Auch bei diesem Dichtemesser beeinflußt die Zähigkeit einer zu messenden
Flüssigkeit das Meßergebnis, da zwischen dem Außenmantel des dünnwandigen federnden
Rohrstückes und der Innenwand des Rohrgehäuses ein Ringspalt mit großer Berührungsfläche
vorhanden ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegidie Aufgabe zugrunde, einen Dichtemesser
für Flüssigkeiten zu schaffen, der in seinem Aufbau einfach ist. sich universell
einsetzen läßt und weitgehend zähigkeitsunabhängig arbeitet.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen,
daß als Schwingkörper eine Schwingzunge vorgesehen ist, die oben mit ihrem Einspannende
an der Seitenwand eines Stabträgers befestigt ist und an ihrem freischwingenden
Zungenabschnitt auf ihren beiden senkrecht zur Seitenwand des Stabträgers stehenden
Breitseiten vorspringende
dünne Übertragungsstifte aus ferromagnetischem
Werkstoff trägt, die bis nahe an die Kerne der gekapselt ausgebildeten, seitlich
am Stabträger befestigten Erregerspule und Aufnehmerspule reichen Ein solcher Dichtemesser
bildet eine kompakte Eintaucheinheit mit nach außen offenem Schwingblatt. Er ist
in seinem Aufbau außerordentlich einfach und ermöglicht eine universelle Verwendung.
So kann diese Eintaucheinheit als Dichtemesser für ruhende Flüssigseiten in einen
großen Flüssigkeitsbehälter oder in ein mit Flüssigkeit gefülltes Labrrgetäß eingesetzt
werden und außerdem läßt sich diese Eintaucheinneit auch zur Dichtemessung strömender
Flüssigkeiten in jede beliebige Rohrleitung einsetzen oder an eine Rohrleitung anbauen.
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Da die elektromagnetische Erregung der Schwingzunge über die dünnen
Ubertragungsstif'te erfolgt, ergibt sich nur an der Stirnfläche dieser dünnen Übertragungsstifte
ein enger Spalt, während die gesamte übrige Oberfläche der Schwingzunge frei in
die Flüssigkeit eintaucht und keine Begrenzungswände nach außen vorhanden sind.
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Wegen der-fehlenden Berührungsflächen kann auch keine zähigkeitsabhängige
RUckwirsung auf das Schwingblatt übertragen werden, so daß der Dichtemesser jetzt
viskositätsunabhängig arbeitet. Durch die Unterbringung der druckfest und flüssigkeitsdicht
gekapselten Spulen in dem von der Flüssigkeit gefüllten Raum können die Spulen ohne
räumlichen Abstand direkt auf die Übertragungsstifte der Schwingzunge einwirken,
so daß keine Verluststrecken für die Erregerspule und die Aufnehmerspule in Kauf
genommen zu werden brauchen und die Spulen klein gehalten werden können. Die frei
im Medium liegende Schwingzunge mit den Übertragungsstiften und den Spulen ist darüber
hinaus leicht zugänglich und kann jederzeit schnell gereinigt werden.
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Zweckmäßigerweise werden als Magnete für die Erregerspule und die
Aufnehmerspule im Spulenkern sitzende Stabmagnete vorgesehen, die im Durchmesser
in etwa dem Durchmesser der dünnen Ubertragungsstifte
angepaßt
sind so daß die Erregerspule und die Auinehmerspule auf engstem Raum untergebracht
werden können.
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Außerdem wird vorgeschlagens die elektrischen Anschlußkabel für die
Erreger- und Aufnehmerspule durch das Innere des Stabträgers zu führen und den Stab
träger an seinem oberen Ende an einem die Anschlußkabel nach außen führenden. im
Durchmesser kleinen Trägerrohr aufzuhängen. Dadurch liegen die Anschlußkabel geschützt
im Innern der Eintaucheinheit und durch den Anschluß an das dünne Trägerrohr lassen
sich von außen kommende Fremdschwingungen von der Schwingzunge fernhalten.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles mit mehreren
Anwendungsfällen in der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt: Fig. 1 den Dichtemesser
in Vorderansicht, Fig. 2 den Dichtemesser in Seitenansicht, Fig. 3 einen in ein
Laborgefäß eingesetzten Dichtemesser, Fig. 4 einen in eine Rohrleitung eingesetzten
Dichtemesser und Fig. 5 einen in eine By-pass-Leitung einer Rohrleitung eingesetzten
Dichtemesser.
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Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte, als offene Eintaucheinheit ausgebildete
Dichtemesser für Flüssigkeiten besteht aus einem hängenden Trägerstab 1. an dem
seitlich eine Schwingzunge 2 befestigt ist.
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Diese Schwingzunge 2 besitzt oben einen Einspannkopf 3, der mittels
Schrauben 4 fest an der abgeflachten Seitenwand 5 des im übrigen zylindrischen Trägerstabes
1 angeschraubt ist. Der freischwingende Teil 6 der Schwingzunge 2 erstreckt sich
nach unten bis über die Unterkante 7 des Trägerstabes 1 hinaus und steht senkrecht
zur Seitenwand 5, so daß die Schwingzunge auf ihren beiden Breitflächen frei von
der zu messenden Flüssigkeit beaufschlagt wird. Der freischwingende Teil 6 der Schwingzunge
2 besitzt vorstehende dünne Ubertragungsstifte 8 und 9 aus ferromagnetischem Werkstoff,
die bis
auf einen Spalt lo an die Erregerspule 11 bzw. die Aufnehmerspule
12 heranreichen. Diese beiden Spulen 11 und 12 sind in seitliche Halteansätze 13
und 14 des Trägerstabes 1 eingesetzt und die Anschlußkabel 15 für die Spulen 11
und 12 sind Uber die Innenbohrungen 16 und 17 im Innern des Trägerstabes nach oben
geführt. Der Kopf des Trägerstabes 1 besitzt ein Anschlußende 18, über das der Trägerstab
1 an einem dünnen Trägerrohr 19 aufgehängt ist. Das Anschlußkabel 15 ist im Innern
dieses Trägerrohres 19 nach außen- geführt.
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Der Dichtemesser bildet eine Eintaucheinheit für die zu messende Flüssigkeit
mit nach unten offener Schwingzunge 2, so daß der freischwingende Zungenabschnitt
6 in Schwingrichtung auf seiner ganzen Angriffsfläche dickschichtig von Flüssigkeit
umgeben ist.
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Die elektromagnetische Erregung -des Schwingungssystems erfolgt über
die dünnen Übertragungsstifte 8 und 9 in Verbindung mit den Spulen 11 und 12. Die
Spulen 11 und~12 sind flüssigkeits- und druckdicht gekapselt ausgebildet und liegen
im Flüssigkeitsraum. Sie sind bis nahe an die Ubertragungsstirte 8 und 9 herangesetzt
und lösen somit keine großen elektromagnetischen Verluststrecken aus. Dadurch sind
trotz der kleinen Querschnitte der Ubertragungsstifte 8 und 9 ausreichend starke
mechanische Schwingungen erzielbar. Die Ubertragungsstifte 8 und 9 liegen in Höhe
der Kerne der Spulen 11 und 12 und der im Kern der Spulen sitzende Stabmagnet 20
entspricht in etwa dem Durchmesser der tfbertragungsstifte 8 und 9.
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Bei dem in der Fig 3 gezeigten Anwendungsfall ist die aus dem Träger
stab 1, der Schwingzunge 2 mit den Ubertragungsstiften 8 und 9 und den Spulen 11-und
12 bestehende Eintaucheinheit 21 für Labormessungen in ein mit Fltssigkeit gefülltes
Laborgefäß 22 eingesetzt. Über das'Trägerrohr 19 ist die Eintaucheinheit 21 an einem
höhenverstellbaren Querarm 23 aufgehängt. Der Querarm 23 wird von einer Säule 24
gehalten. die im Fuß 25 verankert ist.
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Beim Anwendungsfall nach der Fig. 4 dient die Eintaucheinheit 21 zur
Messung der Di'chteevon in der Rohrleitung 26 strömenden Flüssigkeiten.
Die
Eintaucheinheit 21 hängt hier in einem in die Rohrleitung 26 eintauchenden Einsatz
27 dem die Flüssigkeit über die Abzweigleitung 28 zugeführt wird. Der Einsatz 27
ist noch mit einem Zwischenrohr 29 versehen, so daß die Flüssigkeit über die Abzweigleitung
28 in die Ringkammer 30 strömt und dann von unten nach oben in den Meßraum 31 fließen
kann. Über die Abzweigleitung 32 gelangt die Flüssigkeit wieder in die Rohrleitung
26. Die Durchströmung des Meßraumes 31 wird durch das vorhandene Druckgefälle in
der Rohrleitung 26 zwischen der Eintrittsstelle 33 und der Austrittsstelle 34 erreicht.
Der weit in die Rohrleitung 26 hineinragende Meßeinsatz 27 hält die Flüssigkeit
im Meßraum 31 auf die Temperatur der Flüssigkeit in der Rohrleitung 26. so daß keine
Meßfehler bei {nderung der Temperatur der Flüssigkeit auftreten können.
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Bei dem Anwendungsfall nach Fig. 5 ist die Eintaucheinheit 21 für
die Messung der Dichte der in der Rohrleitung 26 strömenden Flüssigkeit in einem
getrennten Behälter 35 untergebracht, dem die Flüssigkeit über die By-pass-Leitungen
36 und 37 zugeführt wird. Die Drosselblende 38 dient zur Erzeugung des für die Durchströmung
der By-pass-Leitungen erforderlichen Differenzdruckes.
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L e e r s e i t e