DE2735786A1 - Messgeraet fuer fluessigkeiten - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht eich auf ein Meßgerät für Flüssigkeiten
mit einer Sonde» die aus einer Antriebsspule, einer Schwingplatte und einem piezoelektrischen Kristall
besteht* und mit einer Rückkopplungsschaltung, die zwischen Ausgang und Eingang der Sonde geschaltet ist und diese
zusannen einen elektromechanischen Oszillator bilden
und nit einer Linearisierungsschaltung, an deren Ausgang Signale einer vorbestimmten GrOBe der Flüssigkeit,
in der die Sonde eingetaucht ist, auftreten.
bekannt. Das bekannte Meßgerät ist als VibrationadichtemeBgerät
ausgebildet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Meßgerät der eingangs genannten Art anzugeben, das eine wirksame
Rückkopplung aufweist, und für vorbestimmte Größen von Flüssigkeiten geeignet ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die vorbestimnte
veränderliche Größe die Viskosität ist und daß das Meßgerät einen Schaltkreis enthält, der das Signal des
Oszillators am Eingang der Sonde (34*) um mehr als -40 Grad voreilend gegenüber dem Vibrationssignal verschiebt
und auf diesen Wert hält.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind im Meßgerat
Mittel zur Phasenverschiebung des Signales an Eingang der Sonde vorhanden sind, die die Vibrationsfrequenz
der Sonde alternierend unempfindlich für die Dichte bzw. Viskosität machen.
Heitere Ausgestaltungen können den Ansprüchen 3-5 entnommen werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen eines AusfUhrungebeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1 ein Blockschaltbild des Meßgerätes gemäß
der Erfindung;
Fig.2 ein Blockschaltbild der in Fig.1 gezeigten Schleifenechaltung;
Fig.3 Schaltungsanordnung von einigen der in Fig.2
gezeigten Blöcken;
Fig.4 eine Schaltung des in Fig.2 gezeigten Phasendetektors;
Fig.5 Schaltungsanordnungen von weiteren in Fig.2
gezeigten Blöcken;
Fig.6 ein Diagramm der Viskosität in Abhängigkeit von der Vibrationsfrequenz und
Flg.7 ein Blockschaltbild eines Funktionsgenerator
für die Viskosität.
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—S—
In Blockschaltbild der Flg.1 1st mit 34' eine Sonde
für die Dichte oder die Viskosität einer Flüssigkeit bezeichnet» die eine Antriebsspule 23, eine Schwingplatte
24, einen piezoelektrischen Kristall 25 und einen Vorverstärker 26 enthält. Die Sonde 34* hat eine Eingangsleitung 27 und eine Ausgangsleitung 28.
Weiter sind im Blockschaltbild der Fig.1 eine Schleifenschaltung
29, digitale Funktionsgeneratoren 30 und 30* und Verbrauchseinrichtungen 31 und 31* gezeigt. Die
Ausgangsleitungen 33, 33* und 34. Die digitalen Funktionsgeneratoren 30 und 30* sind über Eingangsleitungen 35
und 35* und einen elektronischen Schalter 35" mit der Ausgangsleitung 34 der Schleifenschaltung verbunden.
mit den Verbrauchseinrichtungen 31 bzw. 31' verbunden.
Die Ausgangsleitung 28 der Sonde 34' ist mit der Eingangsleitung 32 der Schleifenschaltung 29 verbunden. Die Eingangsleitung
27 der Sonde 34' ist mit der Ausgangsleitung 33 der Schleifenschaltung verbunden. Die Sonde
34* und die Schleifenschaltung 29 bilden auf diese Weise zusammen einen rückgekoppelten elektromechanischen
Oszillator. Die Schwingplatte 24 wird in eine Flüssigkeit eingetaucht. Die Frequenz, mit der die Schwingplatte
schwingt, ist eine Funktion der Dichte oder der Viskosität der Flüssigkeit.
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Die Eingangsleitung 35 des digitalen Funktionsgeneratore
kann mit der Ausgangsleitung 33 der Schleifenschaltung verbunden oder an einem anderen Punkt der Schleifenschaltung
angeschlossen sein. Dem digitalen Funktionegenerator
30 bzw. 30* wird Über eeine Eingangsleitung
bzw. 35* von der Schleifenschaltung 29 eine rechteckförmige
Spannung mit einem Impuls/Pausen-Verhältnis 1:1 zugeführt.
Die Verbrauchseinrichtungen 31 bzw. 31* sind z.B. ein
Anzeigegerät für die Dichte und die Viskosität oder das spezifische Gewicht und die Viskosität und eine
oder mehrere Prozeßrechner.
Die in Fig.1 gezeigte Sonde 34', der Funktionsgenerator
und die Verbrauchseinrichtung 31 sind bekannt, z.B. aus der DT-OS 24 57 279.
Fig.2 zeigt das Blockschaltbild der Schleifenschaltung
Sie enthält eine Eingangsschaltung 36, einen regelbaren
Verstärker 37, ein Nachführfilter 38, einen ersten
Nulldurchgangsdetektor 39, einen Monoflop 40, einen ersten Inverter 41, eine erste Klemmschaltung 42, eine
erste Phasenregelschleife 43, einen Sinus/Rechteckwandler 44, eine UND-Schaltung 45, einen zweiten Inverter 46, eine
zweite Phasenregelschleife 47 und einen Treiber-Verstärker 48, die in der angegebenen Reihenfolge miteinander
verbunden sind. Die Eingangsleitung 32 der Eingangsschaltung 36 ist mit der Ausgangeleitung 28 der Sonde
unddie Auegangsleitung 33 des Veretärkere 48 für die
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Antriebsspule 1st mit der Eingangsleitung 27 der Sonde
verbunden.
In Blockschaltbild der Fig.2 sind weiterhin ein zweiter
Nulldurchgangsdetektor 49, ein erster Phasendetektor 50, ein erster Tiefpass 53, ein Schwellwertdetektor 54, ein
zweiter Inverter 55, eine zweite Klemmschaltung 56, ein Kippgenerator 57, ein Emitterfolger 58, ein Sägezahngenerator
59 und eine Phaseneinstellschaltung 60 gezeigt (nur manuell einstellbar).
Der regelbare Verstärker 37 hat eine Eingangsleitung 61 für das Regelsignal, die mit dem Ausgang der Klemmschaltung
56 verbunden ist.
Das Nachführfilter 38 hat zwei Ausgangsleitungen 62 und 63. Die Ausgangsleitung 63 ist mit dem Eingang des NuIldurchgangsdetektors
49 verbunden. Der Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 49 ist über eine Leitung 64 mit
dem einen Eingang des Phasendetektors 50 verbunder n*r
andere Eingang des Phasendetektors 50 ist über eine Leitung 69 an einem Verbindungspunkt 65 mit der Ausgangsleitung
66 des regelbaren Verstärkers 37 verbunden. Am Verbindungspunkt 65 ist außerdem eine erste Eingangsleitung 67 des Nachführfiltere 38 angeschlossen. Eine
zweite Eingangsleitung 68 des Nachführfiltere 38 ist mit dem Ausgang des Tiefpasses 51 verbunden. Der Ausgang des
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Phasendetektors ist mit einem Eingang des Tiefpasses 51 verbunden. Ein Phasendetektor 50* ist mit einem
Eingang mit dem Ausgang der Eingangsschaltung 36 und mit einem anderen Eingang mit der Leitung 33 verbunden.
Der Ausgang des Phasendetektors 50* ist mit dem TiefpaB 51 verbunden.
Der Nulldurchgangsdetektor 49, der Phasendetektor 50
und der Tiefpass 51 wirken als Regelschleife, die dazu dient, das Nachführfilter 38 auf die Frequenz des Ausgangssignals
des regelbaren Verstärkers 37 einzustellen. Der Phasendetektor 50* stellt das Ausfangesignal des
Treiberverstärkers 48 in der Phase auf das Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 36 ein.
Das Auegangssignal des NachfUhrfilters 38 auf der
IS Ausgangsleitung 62 ist gegenüber dem Ausgangssignal
auf der Ausgangsleitung 63 um 90° phasenverschoben. Das Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung 62 gelangt
auf den Nulldurchgangsdetektor 39 und anschließend auf den Phasendetektor 52 und gleichzeitig auf den Monoflop
vom Ausgang des Phasendetektors 52 gelangt das Signal auf den Eingang des Tiefpasses 53.
DA· Auegangsleitung des Tiefpasses 53 ist über einen
Verbindungspunkt 70 und über eine Leitung 71 mit der Eingangsschaltung 36 verbunden. Ein Signal auf dieser
Eingangeleitung gelangt auf den Regeleingang eines regelbaren
Verstärkers in der Eingangsschaltung. Die Ausgangs-
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leitung des Tiefpasses 53 ist auch über den Verbindungspunkt 70 mit der Eingangeleitung 72 des Schwellwert»
detektors 54 verbunden. Wenn die Spannung des Eingangssignals des Schweilwertdetektors kleiner als ein vorgegebener
Wert ist« dann ist die Ausgangsleitung 54 des Schwellwertdetektors geerdet; wenn die Spannung des Eingangssignals
gröser als der vorgegebene Wert ist« dann liegt die Ausgangsleitung an +V1 gleich 15V.
Der Schwellwertdetektor 54 steuert die beiden Kl« schaltungen 42 und 56 und den Kippgenerator 57. Die
Klemmschaltung 56 und der Kippgenerator 57 werden über den Inverter 55 gesteuert.
Der Inverter 55 hat eine Ausgangsleitung 74» die ebenfalls
die Spannung V1 haben oder geerdet sein kann.
Je nach Ausgangesignal des Schwellwertdetektors 54 läBt
die Klemmschaltung 42 entweder das Ausgangssignal des Inverters 41 sur Phasenregelschleife 43 durch» oder
ihre Ausgangsleitung 75 wird geerdet. Das Auegangssignal des Inverters 55 ist einfach die Umkehrung des Ausgangssignals
des Schwellwertdetektors 54. Wenn der Ausgang des Inverters 55 am hohen Spannungspegel liegt» dann
liegt am Kippgenerator 57 Spannung*wenn der Ausgang
geerdet ist» dann ist der Ausgang des Kippgenerators geerdet.
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Zwischen Kippgenerator 57 und Phasenregelschleife 43 ist der Emitterfolger 58 geschaltet. Die Phasenregelschleife
13 ist über eine Ausgangsleitung 76 mit dem
Sinus/Rechteckwandler 44 verbunden. Der Sinus/Rechteckwandler ist über eine Ausgangsleitung 79 mit einem
Verbindungspunkt 77 verbunden. Ein Verbindungspunkt 78 ist mit dem Verbindungspunkt 77 verbunden. Die Klemmschaltung
56 ist über eine Eingangsleitung mit dem
Verbindungspunkt 77 und über ihre Auegangsleitung mit der Regeleingangsleitung 61 des regelbaren Verstärkers
verbunden.
Wenn am Ausgang des Schwellwertdetektors 54 ein Signal mit hohem Pegel liegt, dann arbeitet die Schleifenschaltung
23 im Machführbetrieb; Klemmschaltung 42 öffnet,
so daß die Ausgangeleitung 75 nicht mehr geerdet ist» Im Gegensatz dasu erdet gleichzeitig der Inverter 55
den Eingang des Kippgenerators 57, so daß dieser abschaltet. Während des Nachführbetriebes bewirkt auch
der Inverter 55, daß über eine zweite Eingangsleitung
der Klemmschaltung 56, die mit der Ausgangsleitung 74
des Inverters verbunden ist, der Ausgang dieser Klemmschaltung geerdet ist.
Während des Suchbetriebs bewirkt der Schwellwertdetektor 54, daß der Ausgang der Klemmschaltung 42 geerdet ist, während
das Auegangesignal des Inverters 55 den Kippgenerator steuert und die Klemmschaltung 56 Offnet, so daß da·
Ausgangssignal linus/Rechteckwandlers 44 zur Regeleingangsleitung
61 des regelbaren Verstärkers 37 gelangen kann.
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"11" 273578b
Der Verbindungspunkt 77 ist mit dem in Fig.1 gezeigten
Schalter 35" verbunden.
Der eine Eingang der UND-Schaltung 45 ist mit dem Verbindungspunkt 78 und der andere Eingang mit der
Auegangsleitung 81 der Phaseneinstellschaltung 60 verbunden.
Der Sägezahngenerator 59 hat eine Eingangsleitung 82, die über einen Teiler 400 mit dem Verbindungspunkt 78,
und eine Ausgangeleitung 83, die mit dem Eingang der Phaseneinstellschaltung 60 verbunden ist.
Die Phaseneinstellschaltung 60 ist von Hand einstellbar, um den sinusförmigen Anteil der Ausgangsspannung des
Treiberverstärkers 48 unter Zuhilfenahme noch anderer Schaltungen, z.B. deχ Phasenregelschleife 47, einzustellen.
Dadurch wird bewirkt, daß der elektromechanische Oszillator mit dem größten Wirkungsgrad schwingt.
Bei dem in Fig.1 gezeigten Blockschaltbild eines Meßgerätes bilden also die Sonde 34* und die Schleifenschaltung
29 zusammen einen elektromechanischen Oszillator, der mit einer Frequenz, die von der Dichte oder der Viskosität
der Flüssigkeit abhängt, in der die Schwingplatte 24 eingetaucht ist, schwingt. Diese Frequenz ist gleich
der Impulswiederholungsfrequenz der Spannung, die von
dem Sinus/Rechteckwandler 44 auf die Eingangeleitungen 35 bzw. 35* der digitalen Funktionsgeneratoren 30 bzw.
30* gelangt.
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Die digitalen Funktionsgeneratoren 30 und 30'kann man
als digitale Linearisierungeschaltungen auffassen. An
jedem Ausgang steht ein digitales Signal zur Verfügung» das dem Eingangssignal der Funktionsgeneratoren, also
der Dichte bzw. der Viskosität, direkt proportional ist.
Fig.3 zeigt zunächst die Eingangsschaltung 36, die mit
dem Vorverstärker 26 der in Fig.1 gezeigten Sonde 34' verbunden ist. Die Eingangsschaltung 36 hat zwei Eingangsleitungen
84 und 85. Mit 86, 87, 88, 89 und to sind verschiedene Verbindungspunkte bezeichnet. Ein Kondensator
91 liegt zwischen der Eingangsleitung 84 und dem Punkt 86. Die Eingangsleitung 85 ist mit dsm Punkt 87
verbunden. Zwischen den Punkten 86 und 87 liegt ein
94 und eine Sekundärwicklung 95. Die Primärwicklung 94 liegt zwischen den Punkten 86 und 87. Die Sekundärwicklung
95 hat zwei Anschlüsse 96 und 97, von denen Anschlufi
geerdet ist. Ein Potentiometer 98 hat eine Wicklung 99 und einen Schleifer 100. Das eine Ende der Wicklung 99
ist mit dem SekundärwicklungsanschluB 96 verbunden und das andere Ende ist geerdet. Der Schleifer 100 ist mit
dem Punkt 88 verbunden. Eine Diode 101 liegt mir ihrer Anode am Punkt 88 und mit ihrer Kathode an Erde. Eine
ihrer Anode an Erde. Die Punkte 88 und 89 sind miteinander verbunden.
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Ein Kondensator 103 liegt zwischen dem Punkt 89 und dem nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstltkers
104. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 104 ist mit dem Punkt 90 verbunden. Der
eine Belag eines Kondensators 105 ist mit dem Punkt 90 verbunden, der andere Belag ist geerdet. Ein Widerstand
106 liegt zwischen den Punkten 70 und 90 (Fig.2).
In Fig.3 wird eine Eichfrequenz über eine Eingangsleitung 107 der Schaltung 108 zugeführt und das Aus-
gangssignal der Schaltung 108 gelangt zum Punkt 65.
Mit 109 und 110 sind zwei Verbindungspunkte bezeichnet.
Ein Widerstand 111 und ein Kondensator 112 sind hintereinander
zwischen Eingangeleitung 107 und Punkt 109 geschaltet. Eine Diode 113 liegt mit Ihrer Kathode am
liegt mit ihrer Anode am Punkt 110 und mit ihrer Kathode
an Erde. Die Punkte 109 und 110 sind miteinander und mit
dem Punkt 65 verbunden.
In der Schaltungsanordnung des regelbaren Verstärkers sind mit 115, 116, 117 und 118 Verbindungspunkte bezeichnet.
Ein Kondensator 119 liegt zwischen der Ausgangsleitung
des Differenzveretärkers 104 und dem Punkt 115 in der
Eingangsschaltung 36. Ein Widerstand 121 liegt zwischen Punkt 115 und Erde. Außerdem ist der Punkt 115 mit dem
nicht invertierenden Eingang eines DifferenzVerstärkers
verbunden» dessen invertierender Eingang am Punkt 116
liegt. Am Punkt 116 ist ein Widerstand 127 angeschlossen, der andererseits an der von der Klemmschaltung 56 kommenden
Regeleingangeleitung 61 liegt. Die Punkte 116 und
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118 sind miteinander verbunden. Ein Widerstand 128 liegt
zwischen Punkt 118 und Erde. Ein Wideretand 129 liegt
zwichen den beiden Punkten 117 und 118. Die Ausgangsleitung
130 des Differenzverstärkers 122 liegt an Punkt 117. Ein Kondensator 131 und ein Widerstand 132
sind in Reihe nacheinander zwischen die Punkte 117 und 65 geschaltet.
Die Klemmschaltung 56 enthält Dioden 123 und 124 und
einen Widerstand 125. Die Dioden sind entgegengesetzt in Reihe geschaltet und verbinden die Leitung 80 mit
der Leitung 61. Der Verbindungspunkt 126 der Dioden
miteinander ist über den Widerstand mit dem Punkt 77 verbunden.
In der Schaltungsanordnung des Nachführfilters 38 sind
mit 133, 134, 135 und 136, 137 Verbindungspunkte bezeichnet.
Der Punkt 133 ist Ober die Eingangsleitung 67 mit dem Punkt 65 verbunden. Ein Widerstand 138 liegt zwischen
Punkt 133 und Erde. Ein Widerstand 139 liegt zwischen den Punkten 133 und 134. Ein Kondensator 140 liegt zwischen
den Punkten 134 und 136. Ein Widerstand 142 liegt zwischen
den Punkten 135 und 136. Der invertierende Eingang eines Differenzverstärkers 142 ist mit dem Punkt 136 verbunden;
der nicht invertierende Eingang ist geerdet und die Auegangsleitung 143 liegt am Punkt 135.
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Das Nachfahrfilter 38 ist über eine Leitung 144 (gleich
Leitung 62 in Fig.2), die zwischen dem Punkt 135 und
einen weiteren Punkt 145 liegt» mit dem Nulldurchgangsdetektor
39 und dem Phasendetektor 52 verbunden. Das Nachführfilter 38 hat weiterhin einen Feldeffekttransistor
146» dessen Sourceelektrode 147 geerdet ist» dessen Drainelektrode
148 Ober einen Widerstand 150 mit dem Punkt und dessen Gateelektrode 149 über einen Widerstand
mit der Ausgangsleitung 68 des Tiefpasses 51 verbunden ist. Ein Widerstand 151 liegt χwischen Punkt 137 und
Erde. Die Punkte 134 und 137 sind miteinander und mit
der Eingangsleitung 63 des Nulldurchgangsdetektors 49 verbunden.
In der Schaltungsanordnung des Nulldurchgangsdetektors sind mit 153 und 154 zwei Verbindungspunkte bezeichnet.
Ein Kondensator 155 liegt zwischen der Eingangsleitung und dem Punkt 153. An einem dritten Punkt 156 liegt
dauernd eine Spannung +V2. Ein Widerstand 157 liegt zwischen den Punkten 153 und 156. Ein Widerstand 158
liegt zwischen dem Punkt 156 und dem nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärker 159» dessen invertierender
Eingang am Punkt 153 und dessen Ausgangsleitung 160 am Punkt 154 liegt. Ein Widerstand 161 liegt zwischen
dem Punkt 154 und der Spannung +V2. Am Punkt 154 ist auch die Eingangsleitung 64 des Phasendetektors 50 angeschlossen.
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In der Schaltungsanordnung des Phasendetektors 50 liegt die Eingangsleitung 61» an einem Verstärker 162. Der Verstärker
162 steuert einen Transistorschalter 163. Ein derartiger Transistorschalter ist bekannt. Der Transistorschalter
liegt einerseits über der Eingangsleitung 69 am Punkt 65 und andererseits an der Ausgangsleitung, die
zum Eingang des Tiefpasses 51, und dort zu einem Punkt 16Ί
führt.
165, 166, 166', 167 und 168 weitere Verbindungspunkte
bezeichnet. Ein Widerstand 169 liegt zwischen dem Punkt 16Ί und Erde. Ein Widerstand 170 liegt zwischen den beiden
Punkten 16Ί und 165. Ein Kondensator 171 liegt zwischen dem Punkt 165 und Erde. Ein Widerstand 172 liegt zwischen
den beiden Punkten 165 und 167. Die Punkte 165 und 167 sind miteinander verbunden. Die Wicklung 171* eines Potentiometers
173 liegt zwischen den Spannungen +Vl und -Vl; der Schleifer 175 liegt über einem Widerstand 176 am Punkt 166.
Die Punkte 166* und 166 sind zusammengeschaltet und der Punkt 166' ist außerdem mit dem Phasendetektor 50' verbunden.
Der invertierende Eingang eines Differenzverstärkers 178 liegt am Punkt 167, x*in nieht invertierender
Eingang ist geerdet und seine Auegangsleitung liegt am Punkt I68. Ein Kondensator 179 liegt zwischen den Punkten
166 und 168. Am Punkt I68 liegt die Ausgangsleitung 68, die zum einen Eingang des Nachführfilters führt.
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In der Schaltungsanordnung des Nulldurchgangsdetektors 39
sind mit 180, l8l, 182 und 183 Verbindungspunkte bezeichnet. Ein Kondensator 184 liegt zwischen den Punkten 145
und 180. Ein Widerstand 185 liegt zwischen den Punkten l80 und 181. Der invertierende Eingang eines Differenzverstärkers
186 liegt am Punkt l80; sein nicht invertierender Eingang liegt über einem Widerstand 187 am Punkt l8l
und seine Ausgangsleitung 188 am Punkt 183. Die Punkte l8l und 182 sind miteinander verbunden. Ein Widerstand 189
liegt zwischen Punkt 182 und der Spannung +Vl. Ein Widerstand 190 liegt zwischen Punkt I83 und der Spannung +V2.
Eine Zenerdiode ist so zwischen dem Punkt 182 und Erde geschaltet,
daß sie mittels des Potentials Vl entgegen der Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Am Punkt I83 ist die
zum Phasendetektor 52 führende Ausgangsleitung angeschlossen.
Die Schaltungsanordnung des Phasendetektors 52 ist im wesentlichen
gleich der des Phasendetektors 50, sie wird deshalb nicht mehr genau beschrieben. Eine Eingangsleitung
192 führt vom Punkt 145 über einen Widerstand 194
zu einem elektronischen Schalter 193· Die andere Seite des Schalters ist mit dem Eingang des Tiefpassen und über
eine Diode 196 mit dem Punkt 195 verbunden.
In der Schaltungsanordnung des Tiefpasses 53 sind mit 197, 198 und 199 Verbindungspunkte bezeichnet. Die Diode 196
liegt mit ihrer Kathode an der Eingangsleitung und mit ihrer Anode am Punkt 195. Ein Widerstand 200 liegt zwischen
dem Punkt 195 und Erde. Ein Kondensator 201 liegt zwischen dem Punkt 197 und Erde. Die Punkte 195 und 197 sind miteinander
verbunden. Der nicht invertierende Eingang eines
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Differenzverstärkers 202 liegt am Punkt 197, sein invertierender Eingang am Punkt 199 und seine Ausgangsleitung
203 am Punkt 198. Der Punkt 198 ist über die Ausgangsleitung des Tiefpasses mit dem Punkt 70 verbunden.
Ein Widerstand 20Ί liegt zwischen den Punkten 198
und 199. Ein Widerstand 205 liegt zwischen dem Punkt 199 und Erde.
Der in Fig. 2 dargestellte Phasendetektor 50· ist in
bekannter Weise aufgebaut. Er kann auch wie in Fig. 4
dargestellt aufgebaut sein und dieser enthält die Verbindungspunkte 300 bis 312.
Ein Widerstand 131 ist von der Eingangsschaltung 36 mit dem Punkt 300 verbunden. Es sind vier Differenzverstärker
31Ί bis 317 vorgesehen. Der invertierende Eingang des
Verstärkers 311J ist an den Punkt 300 angeschlossen. Alle
nicht invertierenden Eingänge der Verstärker 314 bis 317
sind mit Erde verbunden. Zwischen die Punkte 300 bis 301 ist ein Widerstand 318 und zwischen die Punkte 301 und
ist ein Kondensator 319 geschaltet. Die Ausgänge der Verstärker 311» bis 317 sind mit 320 bis 323 bezeichnet und '
an die Punkte 301, 30Ί, 310 bzw. 312 geführt. Ein Widerstand
321I liegt vom Punkt 303 gegen Erde. Die invertierenden
Eingänge der Verstärker 315 bis 317 sind mit den Punkten 303, 309 bzw. 311 verbunden. Ein Widerstand 325
liegt vom Punkt 3O4nach positivem Potential und ein Widerstand
326 verbindet den Punkt 305 mit Erde. Vom Punkt 304
zum Punkt 305 ist ein Widerstand 327 geschaltet. Ein Feldeffekttransistor (FET) 328 hat eine Source 329 und
ein Drain 330, die mit den Punkten 305 bzw. 306 verbunden
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sind. Ein Kondensator 331 liegt vom Punkt 306 gegen Erde.
Die Punkte 306 und 307 verbindet ein Widerstand 332. Von Punkt 307 ist ein Kondensator 333 nach Erde geschaltet.
Ein Widerstand 334 liegt zwischen den Punkten 307 und 309. Die Punkte 308 und 309 sind miteinander verbunden.
Ein Potentiometer ist mit 335 bezeichnet und liegt zwischen positivem und negativem Potential und hat einen
Widerstand 336 und einen Schleifer 337. Vom Schleifer 337 ist ein Widerstand 338 zum Punkt 308 geschaltet. Ein
einpoliger Umschalter 339 hat zwei feste Kontakte 341 und 342 und einen beweglihen Kontakt 340. Der Kontakt 341
ist mit dem Punkt 309 und der Kontakt 342 ist über einen Widerstand 343 mit dem Tiefpaßfilter 51 verbunden. Der bewegliche
Kontakt 31O steht in Verbindung mit dem Punkt
310 und ein Kondensator 3<>4 verbindet die Punkte 3O8
und 310 miteinander.
Das Gate 345 des FET 328 ist über einen Widerstand 340
an den Punkt 312 angeschlossen. Der Phasendetektor 50' hat eine weitere Eingangsleitung 347, die vom Treiberverstärker
48 kommt und die über eine Reihenschaltung eines Kondensators 348 mit einem Widerstand 349 mit dem
invertierenden Eingang des Verstärkers 317 verbunden ist. Von diesem Eingang, der am Punkt 311 liegt, ist ein Widerstand
350 nach Erde geschaltet. Vom Punkt 312 liegt ein
Es ist ein weiteres Potentiometer 352 vorhanden, das einen Widerstand 353 und einen Schleifer 354 aufweist und das
zwischen das negative und das positive Potential geschaltet ist. Ein Widerstand 355 verbindet den Schleifer 354
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M.H.Hannover-9
mit dem Punkt 302. Der Schleifer 351* kann so e-ingestellt
werden, daß damit der am Punkt 302vorhandene Wert des
Wellenzuges einstellbar ist. Es wird der feste Phasenunterschied,
wenn einer vorhanden ist, zwischen den Signalen vom Phasendetektor 50* aus Fig. 4 und der Eingangsschaltung
36 und Treibverstärker 48 durch die Position des Schleifers 337 des Potentiometers 336 eingestellt.
In Fig. 5 sind Schaltungsanordnungen für die Phaseneinstellschaltung
60, die UND-Schaltung 45 und den Inverter 116 gezeigt.
Die Phaeneinstellschaltung 60 ist mit dem Sägezahngenerator
59 über die Leitung 83 verbunden. Mit 218, 219 und 219' sind drei Verbindungspunkte bezeichnet. Ein Kondensator
220 liegt zwischen der Leitung 83 und Punkt 218.
Ein Widerstand 221 liegt zwischen dem Punkt 218 und Erde. Ein Widerstand 222 liegt zwischen den Punkten 218 und 219.
Die Punkte 219 und 219' sind miteinander verbunden. Der Punkt 219 liegt an der Spannung +Vl. Die Wicklungen 224
und 224* vom Potentiometer 223 und 223' liegen zwischen
den Punkten 219 und 219' und Erde, ihre Schleifer 225 und 225' sind mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers
226 über einen einpoligen Umschalter 226' verbunden.
Der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers 226 ist mit dem Punkt 218 verbunden und die Ausgangsleitung
230 mit dem Punkt 228 in der UND-Schaltung 45·
In der Schaltungsanordnung für die UND-Schaltung 45 ist
mit 227 ein weiterer Verbindungepunkt bezeichnet. Ein Widerstand 229 liegt zwischen Punkt 228 und +Vl und ein
Widerstand 231 zwischen Punkt 227 und +Vl. Ein Widerstand 232 liegt zwischen Punkt 227 und Erde. Der invertierende
Eingang eines Differenzverstärkers 233 ist mit dem Punkt 227 verbunden, sein nicht invertierender Eingang ist über
die Leitung 235 mit dem Sinus/Rechteckwandler 44 und seine
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In der Schaltungsanordnung für den Inverter 1J6 sind mit
236 und 237 zwei Verbindungspunkte bezeichnet. Der invertierende
Eingang eines Differenzverstärkers 238 ist m£fcT^
dem Punkt 228 in der UND-Schaltung *»5, sein nicht invertierender
Eingang mit dem Punkt 236 und seine Ausgangsleitung 2*12 mit dem Punkt 237 verbunden. Ein Widerstand
liegt zwischen Punkt 236 und +Vl, ein Widerstand 2^0 .
zwischen Punkt 236 und Efde. Ein Widerstand 2^1 liegt
zwischen Punkt 237 und +Vl. Der Punkt 257 ist mit dem Eingang der Phasenregelschleife 47 verbunden.
an den Ausgang des Teilers ^02 in Fig. 2 angeschlossen. Die
bzw. für 10 Sekunden die Dichte derjgemessenen Flüssigkeit
an, während die Verbrauchseinrichtung 31' in diesen 10 Sekunden auf den neuesten Stand gebracht wird, wobei die
Zeitangaben nur als Beispiel dienen und nicht wesentlich sind. In diesem Falle ist der Schalter 35'' in der nicht gezeigten
Stellung zu halten. Wenn demgegen über die Verbrauchseinrichtung 31' die Viskosität der gemessenen Flüssigkeit
für 10 Sekunden anzeigt, wird die Verbrauchseinrichtung 31 in diesen 10 Sekunden auf den neuesten Stand gebracht.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird das Signal des elektromechanischen Oszillators über die Leitung 31* von
der Schleifenschaltung 29 den digitalen Funktionsgeneratoren 30 und 30' aufgeprägt. Der Funktionsgenerator 30 erhält
seine Impulse über den Schalter 35'* und die Leitung
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Der Teiler 400 in Fig. 2 verlängert die Periode des Sägezahngenerators 59, derart, daß die Phaeneinstellschaltung
60 abwechselnd im Synchronismus mit dem Schalter 35 * *
in Fig. 1 +40 Grad und -40Grad abgreifen.kann (Ausgang
der Treiberschaltung 48 relativ zum Ausgang des Vorverstärkers 26). Die Teiler 401 und 402 stellen die Umschaltperiode
des Schalters 35* * in Fig. 1 auf 20 Sekunden ein.
Wenn in Fig. 5 der Schalter 226' die gezeigte Stellung
einnimmt, wird mit dem Schleifer 225 am Potentiometer 223 das Signal am Ausgang des Verstärkers 226 so eingestellt,
daß es dem Signal am Ausgang der Eingangsschaltung 36
um 40 Grad nacheilt. Wird der Schalter 226' in die nicht
gezeigte Stellung gebracht, so wird mit dem Schleifer 225' vom Potentiometer 223' das Signal am Ausgang des Verstärkers
226 so eingestellt, daß es dem Signal am Ausgang der Eingangsschaltung 36 um 40 Grad voreilt.
In Fig. 6 sind drei Kurven A, B und C, denen je ein anderer
Phasenwinkel zugeordnet ist in einem Diagramm der Frequenz in Hertz über der Viskosität in Centipoises. Für
eine bestimmte Phase zwischen den Signalen auf den Leitungen 27 und 28 (Fig. 1) sind die Kurven A, B und C
typisch. Dabei zeigt die Kurve A deutlich, daß der zugehörige Phasenwinkel von -40 Grad einen nichtsensiven Verlauf
für die Viskosität bringt, das heißt, dieser Phasenwinkel ist wirksam für die Dichte.
Andererseits zeigt die Kurve C mit dem zugehörigen Phasenwinkel
von -40 Grad, daß diese Einstellung für die Messung der Viskosität gut geeignet ist. Zum Meßwert Cl gehört
z.B. eine Frequenz von 2000 Hz und die Frequenzvariation für den Meßbereich der Viskosität ist ungefähr 40 Hz. Für
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die Kurve A, aus der die Werte für die Dichtemessung entnommen werden können, ergibt sich, daß die Frequenzvariation
für einen Meßbereich von 0 bis 4 oder 0 bis 7 Pounds per Kubikfuß bei 0,2 Hz liegt. Das gilt auch für die Kurve C.
Ein Frequenzwechsel bei einem Dichtewechsel hat keinen wesentlichen
Einfluß auf die Genauigkeit der Kurve C für die Viskosität.
Der in Fig. 1 als Block dargestellte digitale -Funktionsgenerator 30* ist in Fig. 7 mit mehr Einzelheiten gezeigt.
Ein Taktgenerator mit einer Taktfrequenz von 0,5 MHz, mit 403 bezeichnet, steuert nachgeschaltete Teiler 404 und 405,
die durch 1000 bzw. durch 250 teilen.
Die Leitung 35' vom Schalter 35lf (Fig. 1) ist an den
beweglichen Kontakt 407 eines Schalters 406 angeschlossen. Der Schalter 4o6 wird vom Ausgangssignal des Teilers 405
gesteuert. Die festen Kontakte 408 und 409 sind mit einem Zähler 4l0verbunden, wobei der Kontakt 409 über ein Differenz
zierglied 411 geführt ist. Der Ausgang des Differenziergliedes 411 ist mit dem RESET-Eingang des Zählers 410 und mit
einer Torschaltung 412 verbunden. Dieser Torschaltung 412 ίβέ
ein Nur-Lese-Speicher (ROM) 413 und die Verbrauchseinrichtung 31' nachgeschaltet.
Der Zählerstand des Zählers 410 ist direkt proportional dem Frequenzwert des Signals auf der Leitung 35*. Gesteuert vom
Schalter 406 gibt die Torschaltung 412 den Zählerstand des Zählers 410 in ein nicht gezeigtes Eingangsregister im.ROM
413. Das ROM 413 arbeitet wie ein konventioneller Tisch-
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- 21 -
rechner, der für eingegebene Werte entsprechend seinem Speicherinhalt den zugehörigen Ausgangswert ausgibt.
Das ROM 113 ist nun so aufgebaut, daß es entsprechend den
Werten in seinem Eingangsregister die zugehörigen Werte der Kurve C ausgibt.
5 Ansprüche 5 Bl. Zeichnung
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Claims (5)
1. Meßgerät für Flüssigkeiten mit einer Sonde, die aus
einer Antriebsspule» einer Schwingplatte und einem piezoelektrischen Kristall besteht, und mit einer Rückkopplungsschaltung,
die zwischen Ausgang und Eingang der Sonde geschaltet 1st und diese zusammen einen elektromechanischen
Oszillator bilden und mit einer Linearisierungsschaltung, an deren Ausgang Signale einer vorbestimmten
Größe der flüssigkeit, in der die Sonde eingetaucht ist, auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß
die vorbestimmtβ veränderliche Größe die Viskosität
ist und daß das Meßgerät einen Schaltkreis enthält, der das Signal des Oszillators am Eingang der Sonde (34*)
um mehr als -40 Grad voreilend gegenüber dem Vibrationssignal verschiebt und auf diesen Wert hält.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel zur Phasenverschiebung des Signales am Eingang der Sonde (34*) vorhanden sind, die die Vibrationsfrequenz der Sonde (34*) alternierend unempfindlich
für die Dichte bzw. Viskosität machen.
Wr/Sch
28.7.1977
28.7.1977
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M.H.November-9
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal in
schoben wird.
schoben wird.
das Signal in der Phase um - 40 Grad oder mehr ge-
4. Meßgerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen einpoligen Umschalter (35") und synchron arbeitende Funktionsgeneratoren
(30, 30') für die Dichte und die Viskosität, die an die Schleifenschaltung (29) angeschlossen
sind und deren Ausgangssignale direkt proportional der Dichte bzw. der Viskosität sind.
5. Meßgerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine an die Funktionsgeneratoren (30, 30') angeschlossene Verbrauchseinrichtung
(31,31*), die die Dichte bzw. die Viskosität anzeigt.
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|---|---|---|---|
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