DE2639985C3 - Dichtemesser für Fluide, insbesondere für Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dichtemesser für Fluide, insbesondere für Flüssigkeiten, bei dem die bei sich ändernder Dichte eintretende Frequenzänderung einer den Massekräften des zu bestimmenden Fluids ausgesetzten Schwingzunge gemessen wird, wobei die Schwingzunge als Teil eines elektromagnetischen Schwingungssystems über an ihren beiden Breitseiten angreifende Übertragungsglieder einerseits in ihrer Eigenfrequenz angeregt und andererseits in ihrer tatsächlichen Frequenz erfaßt wird und ilir Einspannende an einem nichtschwingenden Körper sitzt, welcher auch die Erreger- und Aufnehmerspuie trägt.

Es sind Dichtemesser vorzugsweise für Gase bekannt, bei denen als Schwingkörper eine in einem Druckrohr eingebaute Stimmgabel vorgesehen ist und die Erregerund Aufnehmerspule außerhalb dieses Druckrohres in dem nicht vom Medium durchflossenen Raum liegen. 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 Schwingkörper 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 der Flüssigkeit 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.

Bei einem anderen bekannten Dichtemesser wird die in einer Rohrleitung strömende, zu messende Flüssigkeit oder das Gas über eine Rohrgabel durch zwei elastische Rohraocchnitte hindurch geleitet, wobei zwischen den beiden elastischen Rohrabschnitten die Erreger- und Aufnehmerspulen vorgesehen 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.

Es ist weiterhin ein Dichtemesser bekannt, bei dem ein im zu messenden Medium angeordnetes, einseitig eingespanntes Schwingblatt vorgesehen ist, an dessen beiden Breitseiten je ein langer Winkelhebel befestigt ist. Die Enden dieser Winkelhebel tragen je einen vollständig in die Magnetspule des elektromagnetischen Schwingungssystems eingreifenden Anker, so daß diese Anker über ihre ganze Länge vom innenmantel der hohl ausgebildeten Spulenkerne umhüllt wenuen und damit in engen Spalträumen zur Schwingung kommen. Da das zu messende Medium nicht nur das Schwingblatt sondern auch die Winkelarme und die Anker beaufschlagt, lösen die auf die Anker einwirkenden Masseteilchen aufgrund der großen Berührungsfläche in dem engen Spaltraum eine mit sich ändernder Viskosität der Flüssigkeit unterschiedliche Bremswirkung aus, so daß das Meßergebnis durch unterschiedliche Zähigkeiten des zu messenden Mediums verfälscht werden kann. Abgesehen hiervon ist dieser Dichtemesser wegen der sperrigen Übertragungsarme und der entfernt liegenden Spulen in seinem konstruktiven Aufbau sehr kon.pliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtemesser insbesondere für Flüssigkeiten zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, d. h. in seinem Aufbau einfach ist, sich universell einsetzen läßt und weitgehend zähigkeitsunabhängig arbeitet.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen, daß die Schwingzunge mit ihrem Einspannende an der Seitenwand eines Stabträgers so befestigt ist, daß ihre beiden Breitseiten senkrecht zur Seitenwand des Stabträgers stehen, daß aus den Breitseiten des freischwingenden Abschnitts der Schwingzunge dünne aus ferromagnetischen Werkstoffen bestehende Stifte hervorragen, die bis nahe an die Kerne der gekapselt ausgebildeten, seitlich am Stabträger befestigten Erregerspule und Aufnehmerspule reichen.

Ein solcher Dichtemesser bildet durch die Anbringung der Schwingzunge sowie der dünnen Übertragungsstifte und der Spulen an der Seitenwand eines Stabträgers eine einfache und übersichtliche sowie universell verwendbare stabförmige Eintaucheinheit, die zur Dichtemessung ruhender Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsbehälter oder zur Dichtemessung strömender Flüssigkeiten in jede beliebige Rohrleitung eingesetzt oder an die Rohrleitung angeschlossen werden kann.

Die seitlich am Stabträger vorgesehene Schwingzunge schwingt hierbei durch die senkrecht zur Seitenwand stehenden Breitseiten mit den dünnen Übertragungsstiften frei im Raum und kann vom zu messenden Medium ungehindert umströmt werden, wobei die Schwingzunge nur über die Stirnfläche der beiden dünnen Stifte auf die Spulen zu Einwirkung kommt, während die Mantelflächen der Stifte mit der Schwingzunge umhüllungsfrei im Fluidraum liegen, so daß auch keine zähigkeitsabhängige Bremswirkung auf die Schwingzunge übertragen wird und der Dichtemesse- somit viskositätsunabhängig arbeitet

Durch die Unterbringung der druckfest und flüssigkeitsdicht gekapselten Spulen unmittelbar seitlich am Stabträger können die Spulen ohne nennenswerten Abstand direkt auf die Stifte der Schwingzunge einwirken, so daß die Spulen klein gehalten werden können und sich ein einfacher und übersichtlicher Aufbau des Dichtemessers ergibt Abgesehen hiervon sind die frei im Medium liegende Schwingzunge mit den beiden Stiften sowie die Spulen leicht zugänglich und können jederzeit schnell gereinigt werden.

Zweckmäßigerweise werden als Magnete für die Erregerspule und die Aufnehmerspule im Spulenkern sitzende Stabmagnete vorgesehen, die im Durchmesser in etwa dem Durchmesser der dünnen Übertragungsstifte angepaßt sind, so daß die Erregerspule und die Aufnehmerspule auf engstem Raum untergebracht werden könners.

Außerdem wird vorgeschlagen, die elektrischen Anschlußkabel für die Erreger- und Aufnehmerspule durch das Innere des Stabträgers zu führen und den Stabträger an seinem oberen Ende an einem die Anschlußkabel nach außen führenden, im Durchmesser kleinen Trägsrrohr 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.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles mit mehreren Anwendungsfällen in der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 den Dichtemesser in Vorderansicht, F i g. 2 den Dichtemesser in Seitenansicht,

F i g. 3 einen in ein Laborgefäß eingesetzten Dichtemesser,

Fig.4 einen in eine Rohrleitung eingesetzten Dichtemesser und

F i g. 5 einen in eine By-pass-Leitung einer Rohrleitung eingesetzten Dichtefhesser.

Der in den F i g. 1 und 2 gezeigte, als offene Eintaucheinheit ausgebildete Dichteinesser für Flüssigkeiten besteht aus einem hängenden Trägerstab 1, an dem seitlich eine Schwingzunge 2 befestigt ist. Diese Schwingzunge 2 besitzt oben einen Einspannkopf 3, der mittels Schrauben 4 fest 21 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 2 auf ihren beiden Breitflächen frei von der zu messenden Flüssigkeit beaufschlagt wird. Der freischwingende Teil 6 der Schwingzunge 2 besitzt vorstehende dünne Übertragungsstifte 8 und 9 aus ferromagnetischem Werkstoff, die bis auf einen Spalt 10 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 über die Innenbohrungen 16 und 17 im Innern des Trägerstabes 1 nach oben geführt Der Kopf des Trägerstabes 1 besitzt ein Anschlußende 18, über das der Trägerstab 1 an einem dünnen Trägerrbhr 19 aufgehängt ist Das Anschlußkabel 15 ist im Innern dieses Trägerrohres 19 nach außen geführt

Der Dichiemesser bildet eine Eintaucheinheit für die zu messende Flüssigkeit mit naciv unten offener Schwingzunge 2, so daß der freischwingenue Zungenabschnitt 6 in Schwingrichtung auf seiner ganzen Angriffsfläche dickschichtig von Flüssigkeit umgrben ist Die elektromagnetische Erregung des Schwingssystems erfolgt über die dünnen Übertragungsstifte 8 und 9 in Verbindung mit den Spulen 11 und IZ Die Spulen 11 und 12 sind flüssigkeits- und druckdicht gekapselt ausgebildet und liegen im Flüssigkeitsraum. Sie sind bis nahe an die Übertragungsstifte 8 und 9 herangesetzt und lösen somit keine großen elektromagnetischen Verluststrecken aus. Dadurch sind trotz der kleinen Querschnitte der Übertragungsstifte 8 und 9 ausreichend starke mechanische Schwingungen erzielbar. Die Übertragungsstifte 8 und 9 liegen in Höhe der Kerne der Spulen U und 12 und der im Kern der Spulen U, 12 sitzende Stabmagnet 20 entspricht in etwa dem Durchmesser der Übertragungsstifte 8 und 9.

Bei dem in der Fig.3 gezeigten Anwendungsfaff ist die aus dem Trägerstab 1, der Schwingzunge 2 mit den Übertragungsstiften 8 und 9 und den Spulen U und 12 bestehende Eintaucheinheit 21 für Labormessungen in ein mit Flüssigkeit 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

Beim Anwendungsfall nach der Fig.4 dient die Eintaucheinheit 21 zur Messung der Dichte von 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 Austrittssielle 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 hc> Änderung der Temperatur der Flüssigkeit auftreten können.

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.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dichtemesser für Fluide, insbesondere für Flüssigkeiten, bei dem die bei sich ändernder Dichte eintretende Frequenzänderung einer den Massekräften des zu bestimmenden Fluids ausgesetzten Schwingzunge gemessen wird, wobei die Schwingzunge als Teil eines elektromagnetischen Schwingungssystems über an ihren beiden Breitseiten angreifende Übertragungsglieder einerseits in ihrer Eigenfrequenz angeregt und andererseits in ihrer tatsächlichen Frequenz erfaßt wird und ihr Einspannende an einem nichtschwingenden Körper sitzt, welcher auch die Erreger und Aufnehmerspule trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingzunge (2) mit ihrem Einspannende (3) an der Seitenwand (5) eines Stabträgers (1) so befestigt ist, daß ihre beiden Breitseiten senkrecht zur Seitenwand (5) des Stabträgers (1) stehen, daß aus den Breitseiten des· freischwingenden Abschnitts (6) der Schwingzunge (2) dünne aus feiromagnetischen Werkstoffen bestehende Stifte (8, 9) hervorragen, die bis nahe an die Kerne der gekapselt ausgebildeten, seitlich am Stabträger (1) befestigten Erregerspule (11) und Aufnehmerspuie (12) reichen.

2. Dichtemesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnete für die Erregerspule (11) und die Aufnehmerspuie (12) im Spulenkern sitzende Stabmagnete (20) vorgesehen sind, die im Durchmesser in etwa dem Durchmesser der dünnen Übertragungslifte (8,9) angepaßt sind.

3. Dichtemesser nach den A"sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlußkabel (15) für die Erreger- und Aufnehmerspuie (11, 12) durch das Innere des Stabträgers (1) geführt sind und der Stabträger (1) an seinem oberen Ende (18) an einem die Anschlußkabel (15) nach außen führenden, im Durchmesser kleinen Trägerrohr (19) aufgehängt ist.