DE2847626C2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten und Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten und Gasen aus der Periodendauer eines mit einem Präparat gefüllten Schwingers, zu dessen Anregung ein Erregerverstärker vorgesehen ist. der den Schwinger in seiner mechanischen Resonanzfrequenz anregt und der ein periodisches elektrisches Signal abgibt, welches in seiner Periode mit der Periode des Schwingers oder einem über

bo einen modulo-p-Teiler erzeugten Vielfachen davon übereinstimmt, und dessen Ausgang oder der Ausgang des modulo-p-Teilers zur elektrischen Darstellung der Dichte mit einer Integrierschaltung in Verbindung sieht.

Die Dichtemessung nach der Schwmgerniethodc beruht auf der Bestimmung der Periodendaucr r eines Schwingungsgebildes, welches so geformt ist. daß ein definiertes Volumen des zu untersuchenden Präparates an der Schwingung teilnimmt und damit die Perioden-

dauer r beeinflußt Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, beträgt die Periodendauer τ eines zur Dichtemessung verwendeten Schwingers, welcher zum Zweck der Berechnung durch ein einfaches Masse-Feder-Modell ersetzt wird:

₎₊pV

(D

Darin bedeuten Afc die leere Masse des Schwingers, c seine elastische Konstante und das Produkt ρ V die an der Schwingung teilnehmende Präparatrnasse, gegeben aus Präparatvolurrren V und Dichte ρ des Präparates. Die Quotienten MqIc und VIc können als schwingerspezifische Apparatekonstante betrachtet und aus der Be-Stimmung der Schwingungsdauer des mit zwei Eichpräparaten gefüllten Schwingers errechnet werden.

Nach Umformung und Definition zweckmäßigerer Konstanten A und 7"o erhält man:

20

(2)

Dabei ist Fein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer r. 7ö ein um denselben Faktor vermehrtes Vielfaches der Periodendauer r₀ des leeren bzw. mit einem Referenzpräparat versehenen Schwingers. .4 und 7J wird ermittelt, indem die Gleichung (2) für zwei Wertepaare (/?, T) aufgestellt wird und nach A und 7o gelöst wird.

Zum Zwecke der Dichtemessung wird der Zeitabschnitt 7durch Vergleich mit einem stabilden (Quarz-) Zeit- normal emessen und mit Hilfe eines (Digital-) Rechners die Gleichung (2) nach ρ aufgelöst, wobei die vorher ermittelten Konstanten A und 7"o im Rechner gespeichert sein müssen.

So ist in der Zeitschrift »Biomedizinische Technik«, Band 22. Heft 10, 1977, Seiten 231-235. eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten und Gasen der eingangs dargelegten Art bekannt geworden, bei der das vom Erregerverstärker gelieferte Signal über einen modulo-p-Teiler einer Integrationsvorrichtung in Form eines Zählers zugeführt wird, dessen Ausgang zu einem Rechner führt, der die erforderliche Rechnung ausführt.

Der hohe Aufwand an Bauelementen, der Stromverbrauch und die Rechenzeit steht der Anwendung solcher Vorrichtungen in transportablen, batterieversorgten Dichtemeßgeräten im Wege.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Dichtemessung auf einfache Weise mit einem batterieversorgten Gerät und geringstem Aufwand an Bauelementen möglich ist.

Der geringe Stromverbrauch ist besondei s für explosionssichere Dichtemesser nach der Schutzart »Eigensicherheit« und für Dichtemeßwertaufnehmer, die ihre Fremdenergie über die Signalleitungen beziehen, wichtig.

Hierfür stehen erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art der Ausgang des Erre- eo gerverstärkers oder des modulo-p-Teilers mit dem Auslöseeingang eines Zeitgebers, dem Steuereingang eines Rampengenerators und dem Stopeingang der aus einem Integrator oder einem Zähler bestehenden Integrierschaltung, der Ausgang des Rainpengeneralors mit dem e> Signalcingang der Integrierschaltung und der Ausgang ties Zeitgebers mit dem Starteingang der Integrierschalin Verbindung.

Bei dieser Vorrichtung gibt zu einem dem Beginn einer Schwingungsperiode bzw. einem Vielfachen derselben entsprechenden Zeitpunkt der Zeitgeber, welcher nach dem Ablauf einer Zeitspanne, die der Periode oder einem ganzzahligen Vielfachen der Periode des mit einem Referenzpräparat gefüllten bzw. evakuierten Schwingers entspricht, ein Ausgangssignal ab, und der Rampengenerator wird angestoßen, wobei die Integrierschaltung während der Zeitdifferenz zwischen dem Ausgangssignal des Zeitgebers und dem Ende der Schwingerperiode bzw. einem Vielfachen derselben das Zeitintegral des Ausgangssignals des Rampengenerators bildet

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Integrierschaltung besteht aus einem Zähler mit je einem Signal-, Stan-, Stop- und Setzeingang, wenn das Ausgangssignal des Rampengenerators ein Frequenzsignal ist (Signalparameter Impulshäufigkeit oder aus einem aus der analogen Rechentechnik bekannten Integrator, wenn der Rampengenerator ein Strom- oder Spannungssignal liefert Im zweiten Fall wird zeitlicher Anfang bzw. Ende des Integrationsvorganges über den Start- bzw. Stopeingang gesteuert, ein Impuls am Setzeingang setzt den Ausgang des Integrators auf seinen Anfangswert (Integrationskonstante).

Zu Beginn einer Periode T des Ausgangssignals des Erregerverstärkers bzw. des modulo-p-Teilers wird der Zeitgeber ausgelöst, dessen Eigenzeit der Periode bzw. dem p-fachen der Periode des mit einem Referenzpräparat gefüllten bzw. evakuierten Schwingers To entspricht, und der Rampengenerator angestoßen. Die Integrierschaltung bildet das Zeitintegral des Ausgangssignals des Rampengenerators von 7o bis T.

Es wird im Verlauf der Periodenmessung die Gleichung (2) nach ρ aufgelöst, ohne daß die Größe T explizit (digital oder analog) dargestellt sein muß. Die Vorrichtung kommt ohne Rechner (Mikroprozessor) aus. Sie gestattet, die Konstante T₀ digital und/oder analog zu speichern.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt.

F i g. 1 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung,

F i g. 2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung,

F i g. 3 und 4 zeigen Zeitdiagramme zur F i g. 2,

F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit ausschlagsanaloger Informationsdarstellung,

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Rampengenerator eine zeitlinear ansteigende Frequenzrampe liefert, und

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Rampe durch eine treppenförmig mit der Zeit ansteigende zeitliche Häufigkeit von Impulsen angenähert wird.

Bei dem das Prinzip der Erfindung erläuternden Diagramm nach F i g. 1 ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate eine elektrische Größe y, beispielsweise Spannung, Strom oder Frequenz, dargestellt.

Zu einer Zeit f = 0, die durch den Beginn eines Zeitabschnittes Tgegeben ist, startet der Zeitgeber, der die Größe Tq als Zeitabschnitt darstellt. Gleichzeitig beginnt der Rampengenerator ein der Zeit proportionales Signal

,-JL₁

abzugeben.

Die vorgesehene Integrierschaltung ist nun eine Vorrichtung, die das Zeitintegral der Größe y innerhalb der Zeitdifferenz zwischen Γ und Tq bildet, welches ein direktes Maß der Dichte ρ darstellt, wie dies in F i g. 1 durch die schraffierte Fläche dargestellt ist:

■""Γ f id/--L

Aj A

To

O)

Wie aus Gleichung (3) zu erkennen, können die beiden Apparatekonstanten A und 7Ό voneinander unabhängig durch die Festlegung der Steigung der zu integrierenden Geraden und des Zeitpunktes des Beginns der Integration festgelegt werden. Wegen der Differenzbiidung (V-To²) kommt der Genauigkeit der als Zeit dargestellten Konstanten To besondere Bedeutung zu. Der vorgesehene Zeitgeber zur Darstellung von To kann einen großen Teil der Zeit T₀ (etwa 99%) digital durch Abzählen einer Quarzfrequenz und zusätzlich einen kleinen Teil von T₀ mit Hilfe einer einstellbaren RC-Kombination bestimmen und somit trotz hoher, digitaler Genauigkeit des Betrages von To eine einfache Kalibrierung des Dichtemeßgerätes und eine spätere Nacheichung in Folge einer Alterung des Schwingers zulassen.

Die Lösung der Gleichung (3) wird beispielsweise durch eine Vorrichtung nach F i g. 2 realisiert, wobei die Größe y sowohl durch eine Frequenz, einen Strom oder eine Spannung dargestellt wird.

Die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung weist einen Biegeschwinger 1 auf, der mit dem Meßpräparat gefüllt werden kann. Um den Biegeschwinger 1 in seiner Resonanzfrequenz zu erregen, ist ein Erregerverstärker 2 vorgesehen, an dessen Eingang eine Abnahmespule 3 und an dessen Ausgang eine Erregerspule 4 angeschlossen sind. Der Biegeschwinger 1 trägt zwei Magnete 5,6, so daß bei Schwingungsanregung des Biegeschwingers 1 in der Abnahmespule 3 eine periodische Spannung induziert wird, die, verstärkt über den Erregerverstärker 2 und die Erregerspule 4, eine periodische Kraft auf den Biegeschwinger 1 ausübt. Der Erregerverstärker 2 bringt die an seinem Ausgang auftretende Wechselspannung an den Eingang eines Komparators 7, dessen Ausgang an den Eingang eines modulo-p-Teilers 8 angeschlossen ist, wobei die Größe ρ eine an sich beliebige ganze Zahl darstellt und die Meßrate bestimmt.

An den Ausgang des modulo-p-Teilers 8 sind ein Rampengenerator 9, ein Zeitgeber 10, der Stopeingang b einer Integrierschaltung 11 und der Eingang einer monostabilen Kippstufe 12 angeschlossen. Der Ausgang des Rampengeiiei äiors 9 ist an den Signaleingang der Integrierschaltung 11, der Ausgang des Zeitgebers 10 an den Starteingang a der Integrierschaltung 11 angeschlossen. Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 12 liegt am Setzeingang c der Integrierschaltung 11. Der Ausgang der Integrierschaltung 11 ist mit dem Eingang eines Anzeige- bzw. Ergebnisspeichers 13 verbunden.

Am Ausgang des modulo-p-Teilers 8 bzw. an den Eingängen des Rampengenerators 9, des Zeitgebers 10, der bo monostabilcn Kippstufe 12 und an dem Stopeingang b der Integrierschaltung 11 tritt ein Signal I auf, das in den Zeitdiagrammen der F i g. 3 und der F i g. 4 dargestellt ist. Das Signal I ist ein symmetrisches Rechtecksignal der Periode 2 T.

Der Zeitgeber 10 wird zu Beginn jeder Periode des Signals I ausgelöst und erzeugt ein Signal II, das während der Zeit 7o wirkt

Gleichfalls zu Beginn jeder Periode des Signals I wird auch der Rampengencrator 9 angestoßen, der eine zeitlineare Rampe III liefert, die mindestens bis zum Ablauf der größeren der Zeiten Toder Tq andauert.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Zeildiagramm ist die Zeitdauer Γ größer als die Zeitdauer T₀, d. h.. daß die Dichte des Mcßpräparates größer ist als die Dichte des Referenzpräparates.

In F i g. 4 ist das Zeitdiagrnmm für den Fall dargestellt, daß die Zeitdauer T₀ größer ist als die Zeitdauer T. die Dichte des Meßprä parates also kleiner als die Dichte des Referenzpräparates.

Die Integrierschaltung Il bildet das Zeitintegral der Rampe ill innerhalb des Intervalls T— Tq und ermittelt somit die Differenz der Dichten des Meß- und des Referenzpräparates.

Vor dem Integralionsvorgang wird die Integrierschaltung 11 über die monostabile Kippstufe 12 zu Beginn der Periode des Signals I auf einen Inhalt gebracht, der der Dichte des Referenzpräparates entspricht. Wenn To der Vakuumdichte entspricht, wird die Integrierschaltung 11 auf N ull gesetzt.

Der Anzeige- bzw. Ergebnisspeicher 13 übernimmt den Inhalt der Integrierschaltung 11 zur kontinuierlichen Anzeige oder Meßwertausgabe nach Beendigung des Integrationsvorganges.

F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall, daß die Zeitdauer T₀ kleiner ist als die Zeitdauer T daß also das Referenzpräparat eine kleinere Dichte besitzt als das Meßpräparat, wobei der das Signal I liefernde modulo-p-Teiler 8 nach F i g. 2 der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Zeitgeber 10 aus einer monostabilen Kippstufe 14, deren Eigenzeit durch einen Kondensator 15 und einen Widerstand 16 gebildet wird. Der als synchronisierbarer Sägezahngenerator ausgebildete Rampengenerator 9 weist einen Integrator auf, der aus einem Operationsverstärker 17, einem Kondensator 18 und einem Widerstand 19 besteht. Der Integrator integriert die feste Spannung einer Referenzspannungsquelle 20. Parallel zum Kondensator 18 liegt ein elektronischer Schalter 21, der über den Inverter 22 vom Signa! I gesteuert wird. Am Ausgang III des Rampengenerators 9 entsteht eine zeitlinear steigende Spannung, die im Augenblick des öffnens des Schalters 21 beginnt und deren Steigung durch Wahl der Zeitkonstante des Integrators 17,18, 19 einstellbar ist.

Die Integrierschaltung 11 enthält gleichfalls einen Integrator, der aus einem Operationsverstärker 23. einem Integrationskondensator 24 und einem Widerstand 25 besteht. Parallel zum Kondensator 24 ist ein elektronischer Schalter 26 geschaltet, welcher über die monostabile Kippstufe 27, die positiv flankengetriggert ist, gesteuert wird. Der Eingang des Integrators ist mit dem Rampengenerator 9 über einen elektronischen Schalter 28 verbunden, der über ein Exklusiv-ODER-Gatter 29 gesteuert wird, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des das Signal II liefernden Zeitgebers 10 verbunden ist und an dessen anderem Eingang das Signal I liegt. Da das Exklusiv-ODER-Gatter 29 nur während der Zeitspanne T-T_n den Schalter 28 schließt, stellt der Inhalt des Integrators unmittelbar die Dichte des Präparates in analoger Form dar.

Der Anzeigespeicher 13 enthält einen Spannungsmesser 30, einen parallel zu diesem liegenden Speicherkondensator 31 und einen elektronischen Schalter 3Z der von einer negativ flankengetriggerten monostabilen Kippstufe 33 nach Ablauf der Zeit T(F i g. 3) während

der Eigenzeii der Kippstufe geschlossen wird. Somit wird nach dem Integrationsvorgang die Ladespannung des Kondensators 24 auf den Speicherkondensator 31 übertragen.

Besonders vorteilhaft ist es, den die Zeitdauer To bestimmenden Zeitgeber 10 temperaturabhängig zu gestalten, indem beispielsweise der Widerstand 16 des RC-Gliedes des Zeilgebers 10 als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet ist, und mit dem Schwingungsgebilde 1 thermisch zu koppeln, da auf diese Weise eine Temperaturkompensation erzielt wird, derzufolge die Zeitdauer 7"o in Abhängigkeit von der Temperatur am Schwingungsgebilde selbsttätig geändert wird.

Bei dem in F i g. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der gleiche Zeitgeber 10 wie beim Ausführungsbeispic! nach F i g. 5 vorgesehen. Der Rampengenerator 9 enthält gegenüber dem Rampengenerator 9 nach F i g. 5 zusätzlich einen Spannungs-Frequenzwandler 34. Die Rampe ist somit durch eine mit der Zeit wachsende Frequenz gegeben.

Die Integrierschaltung 11 enthält bei diesem Ausführungsbeispiel einen Zähler 35, der von der monostabilen Kippstufe 27 rückgesetzt wird. Der Zähleingang des Zählers 35 ist über ein UND-Gatter 36 mit dem Ausgang des Rampengenerators 9 verbunden. Der zweite Eingang des UND-Gatters 36 liegt am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters 29, welches an seinen Eingängen wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 angesteuert wird.

Nach dem Integrationsvorgang enthält der Zähler 35 die digitale Darstellung der Dichte des Meßpräparates, sofern als Referenzpräparat Vakuum verwendet wurde.

Die monoMabile Kippstufe 33 steuert die Übernahme des Inhaltes des Zählers 35 in den digitalen Anzeigespeicher 13 nach Ablauf der Zeit T.

Mit der Vorrichtung nach F i g. 6 wird eine digitale Darstellung der Dichte erreicht, da die Größe y eine proportional zur Zeit f ansteigende Frequenz ist und die Integration von dem Zähler 35 vorgenommen wird, der die genannte Frequenz vom Zeitpunkt 7o bis zum Zeitpunkt T abzählt. Die Frequenzrampe wird durch den Spannungs-/Frequenzwandler 34, dessen Steuerspannung zeitproportional vergrößert wird, erzeugt Dabei wird die Steuerspannung dem Integrator 17,18, 19 entnommen, der das Zeitintegral eines festen Integranden bildet.

Die Konstante A kann durch die Steigung der Rampe etwa mit einem veränderlichen Widerstand 19 eingestellt werden. Der Zeitabschnitt von ί = 0 bis / = T₀ wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.6 mit der monostabilen Kippstufe 14 gewonnen, kann aber auch durch Abzählen einer bestimmten Anzahl von Taktschlägen eines frequenzstabilen Generators dargestellt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 wird ausschließlich die zeitbezogene Informationsdarstellung verwendet Der Zeitgeber 10 besteht aus einem Zähler 37, an dessen Ausgänge ein als Vorwahlgatter dienendes, invertierendes Dekodiergatter 38 angeschlossen ist und an dessen Takteingang über ein als UND-Gatter ausgebildetes Zählertor 39 ein stabiler Taktgenerator 40, z. B. ein Quarzgenerator, liegt Der Zähler 37 wird zu Beginn der Periode des Signals I auf Null gesetzt Er beginnt die Taktimpulse des Taktgenerators 40 abzuzählen, bis der durch das Dekodiergatter 38 bestimmte Zählerstand erreicht ist Der Ausgang des Dekodiergatters 38 ist mit dem zweiten Eingang des Zählertors 39 verbunden, so daß dieses bei Erreichen des vorgewählten Zählerstandes keine weiteren Taktimpulse an den Zähler 37 weitergibt.

Da der durch das Dekodiergatter 38 vorgewählte Zählerstand des Zählers 37 multipliziert mit der Periode des Taktgenerators 40 mit der Zeit T₀ identisch ist, liefert der Ausgang des Zeitgebers 10 das Signal Il nach F i g. 3 bzw. F i g. 4.

Der Rampengenerator 9 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem Häufigkeitsmultiplizierer (ratemultiplier) 41, dessen Impulseingang mit dem Taktgenerator 40 und dessen Multipliziereingänge mit den Ausgängen eines Zählers 42 verbunden sind. Der Takteingang des Zählers 42 liegt über einem der Einstellung der mittleren Steigung der die Rampe annähernden Treppe dienenden Frequenzteiler 43 mit variablem Modul an dem Taktgenerator 40. Vom Signal 1 wird der Frequenzteiler 43, der Zähler 42 und der Häufigkeitsmultiplizierer 41 zu Beginn der Periode des Signals I rückgesetzt. Von diesem Zeitpunkt an gibt der Häufigkeitsmultiplizierer 41 am Ausgang des Rampengenerators 9 das Signal III als Impulsspektrum mit treppenartig steigender zeitlicher Häufigkeit der Impulse ab. Die Breite der Treppenstufen und somit die Steigung der Rampe wird durch den Teilerfaktor des Frequenzteilers 43 bestimmt.

Die Integrierschaltung 11 enthält bei diesem Ausführungsbeispiel das UND-Gatter 36 und das Exklusiv-ODER-Gatter 29, einen als Vor-Teiler dienenden modulo-n-Frequenzteiler 44, der den Abbruchfehler der Annäherung der Rampe durch die Treppe verkleinert und einen Vor-Rückwärtszähler 45, der von der monostabilen Kippstufe 27 auf den Zahlenwert der Referenzdichte vorgesetzt wird und dessen Zählrichtungseingang vom Signal I gesteuert wird. Ein ODER-Gatter 46 steuert über die monostabile Kippstufe 23 die Übernahme des Inhaltes des Zählers 45 nach Ablauf der längeren der Zeiten Voder T₀ in den digitalen Anzeigespeicher 13.

Zur Kalibrierung eines Dichtemeßgerätes nach Fig. 7 wird das Dekodiergatter 38 so programmiert, daß bei im Schwinger anwesendem Referenzpräparat an der Anzeige der in den Zähler 45 vorgesetzte Zahlenwert erscheint, und danach der Modul des variablen Frequenzteilers 43 so eingestellt, daß die Anzeige nunmehr die Dichte eines anderen, in den Schwinger eingefüllten Präparates richtig anzeigt

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.7 wird der Nachteil von Einrichtungen, die analoge Bauelemente aufweisen und bei denen die Genauigkeit der Darstellung der Dichte von der Genauigkeit der Parameter der analogen Bauelemente bestimmt wird, vermieden, da anstelle einer spannungs- bzw. stromanalogen Informationsdarstellung im ganzen System eine zeit- bzw. frequenzverschlüsselte Darstellung vorliegt. Als Normal dient nämlich der stabile Taktgenerator 40, insbesondere ein Quarzoszillator, hoher Frequenz /"o, wobei

τ^<τ

ist und sowohl die Zeitspanne 7ö als auch die Konstante A als eine bestimmte Anzahl von Taktschlägen des Taktgenerators 40 dargestellt werden. Die zeitlineare Frequenzrampe wird von einer zeitsequentielien logischen Schaltung stufenweise angenähert, die, beginnend zum Zeitpunkt t = 0, aus der dichten Folge der Taktes schlage gerade so viele auswählt daß ihre Häufigkeit im Mittel der Zeit proportional und der Konstanten A verkehrt proportional ist Diese sequentielle Schaltung besteht bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 aus dem

Häufigkeitsmultiplizierer 41, dem modulo-A-Frequenzteiler 43 und dem Zähler 42, der den gleichen Modul wie der Häufigkeitsmultiplizierer 41 aufweist. Ein Häufigkeitsmultiplizierer mit dem Modul M gibt von je M am Eingang übernommenen Impulsen m Impulse am Ausgangab. Dabei gilt

0 < m < M.

Die Zahl m wird dem Häufigkeitsmuhiplizierer 41 als paralleles Digitalwort zugeführt.

Dadurch, daß der Eingang des Häufigkeitsmultiplizierers 41 mit dem Taktgenerator 40 verbunden ist und m von einem modulo-M-Zähler 42 geliefert wird, dessen Zählerstand von 0 beginnend nach je A Taktschlägen um eins erhöht wird, gibt der Ausgang des Häufigkeitsmultiplizierers 41 ein Signal, dessen Häufigkeit stufenweise mit der Zeit ansteigt, wobei die Breite einer Stufe proportional der Konstanten A ist. Dieses Signal hat somit die geforderte Eigenschaft. Eine gute Annäherung an die Rampe kann erreicht werden, wenn die nullte Stufe nur die halbe Breite aufweist Abweichungen von der Gleichverteilung der Impulse können durch wiederholtes Rücksetzen des Multiplizierers und Verwendung des zusätzlichen Vor-Teilers 44 ausreichend verkleinert werden.

Die Treppe startet zum Zeitpunkt t = 0, das Exkluäiv-ODER-Gatter 29 öffnet das UND-Gatter 36 vom Zeitpunkt 7b bis zum Zeitpunkt Tbzw. vom Zeitpunkt T bis zum Zeitpunkt To. Der Vor-Teiler 44, welcher auf n/2 rückgesetzt wird, verkleinert den Abbruchfehler der Treppe. Die Gesamtzahl der durch das UND-Gatter 36 gelaufenen Impulse kann um ± n/2 vom Sollwert abweichen, ohne daß die Anzeige gestört wird.

Zur Vermeidung des Abbruchfehlers wird der Modul π des Vor-Teilers 44 so gewählt, daß die größtmögliche Abweichung der Impulszahl am Ausgang des Häufigkeitsmultiplizierers 41 von der eines idealen Frequenzrampengenerators im Intervall 7"_ma,—To kleiner als n/2 ist. Tmax entspricht der Schwingungsdauer eines Präparates dessen Dichte die Meßbereichsgrenze darstellt.

Um bei digitaler Darstellung der Zeitdauer T₀ eine Feinverstellung dieser Zeitdauer zu ermöglichen, ist es vorteilhaft den Zeitgeber 10 nach F i g. 7 und den Zeitgeber 10 nach F i g. 5 in Kaskade zu schalten, da der Widerstand 16 nach F i g. 5 auf einfachere Weise verändert werden kann als das Kodewort des Dekodiergatters 38 nach Fig. 7. Wird auch hier der Zeitgeber 10 temperaturabhängig gestaltet bzw. als Widerstand 16 ein temperaturabhängiger Widerstand, z. B. ein Thermistör, verwendet und mit dem Schwinger 1 (F i g. 2) thermisch gekoppelt, so ergibt sich auch hier die einfache Möglichkeit einer thermischen Kompensation für die Erzeugung der Zeitdauer 70.

Es können auch anstelle der in F i g. 2 gezeigten Erregeranordnung auch andere Systeme zur Erregung, wie optoelektrische, piezoelektrische oder elektrostatische Erregeranordnungen verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten und Gasen aus der Periodendauer eines mit einem Präparat gefüllten Schwingers, zu dessen Anregung ein Erregerverstärker vorgesehen ist, der den Schwinger in seiner mechanischen Resonanzfrequenz anregt und der ein periodisches elektrisches Signal abgibt, welches in seiner Periode mit der Periode des Schwingers oder einem über einen modulo-p-Teiler erzeugten Vielfachen davon übereinstimmt, und dessen Ausgang oder der Ausgang des modulo-p-Teilers zur elektrischen Darstellung der Dichte mit einer Integrierschaltung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Erregerverstärkers (2) oder des modulo-p-Teilers (8) mit dem Auslöseeingang eines Zeitgebers (10), dem Steuereingang eines Rampengenerators (9) und dem Stopeingang (b) der aus einem Integrator oder einem Zähler bestehenden Integrierschaltung (11), der Ausgang des Rampengenerators (9) mit dem Signaleingang der Integrierschaltung (11) und der Ausgang des Zeitgebers (10) mit dem Starteingang CaJ der Integrierschaltung (11) in Verbindung stehen.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Integrierschaltung (11) mit einer Anzeigevorrichtung (13), die einen Speicher (31) enthält, verbunden ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (10) ein RC-Glied (15, 16) enthält, dessen Zeitkonstante gleich der Periode des mit einem Ref'erenzpräparat gefüllten oder evakuierten Schwingers (1) bzw. einem Vielfachen derselben ist.

   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (10) temperaturabhängig gestaltet und mit dem Schwinger (1) thermisch gekoppelt ist.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (10) einen Zähler (37) enthält, an dessen Ausgänge ein Vorwahlgatter bzw. Dekodiergatter (38) und an dessen Takteingang über ein Zählertor (39) ein Taktgenerator (40) angeschlossen ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ein RC-Glied (15, 16) aufweisende Zeitgeber und der einen Zähler (37) aufweisende Zeitgeber (10) in Kaskade geschaltet sind.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rampengenerator (9) als synchronisierbarer Sägezahngenerator (17, 18,19,21) ausgebildet ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrierschaltung (11) einen aus der analogen Rechentechnik bekannten Integrator (23,25) mit einem Integrationskondensator (24) enthält.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Lade- und Entladevorganges des Integrationskondensators (24) ein oder mehrere Schalter (26) vorgesehen sind.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Integrierschaltung (11) über einen steuerbaren Schalter (32) ein die Dichte anzeigender Spannungsmesser (30) angeschlossen ist, dem ein Speicherkon

   densator(31) parallelgeschaltet ist

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis b. dadurch gekennzeichnet, daß der Rampengenerator (9) einen Häuflgkeitsmultiplizierer (ratemultiplier)

   (41) enthält, an dessen Takteingang ein Taktgenerator (40) und an dessen Multipliziereingänge die Ausgänge eines Zählers (42) angeschlossen sind, dessen Takteingang zur Einstellung der mittleren Steigung der die Rampe annähernden Treppe über einen Frequenzteiler (43) mit variablem Modul mit dem Taktgenerator (40) verbunden ist und die Rücksetzeingänge des Häufigkeitsmultiplizierers (41). des Zählers (42) und des Frequenzteilers (43) mit dom Ausgang des Erregerverstärkers (2) bzw. des diesem nachgeschalteten modulo-p-Teilers (8) in Verbindung stehen.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Rampengenerator (9) einen Spannungs-Frequenzwandler (34) enthält.

   dessen Spannungseingang an den Ausgang eines synchronisier baren Sägezahngenerators (17, 18, 19, 21) angeschlossen ist

   13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrierschaltung

   (11) einen Zähler (45) enthält, dessen Takteingang, insbesondere über einen Frequenzteiler (44). an den Ausgang eines Zählertores (36) angeschlossen ist, dessen Takteingang mit dem Ausgang des Rampengeneralors (9) in Verbindung steht.

   H. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrierschaltung (U) ein Exklusiv-ODER-Gatter (29) zur Darstellung des Absolutbetrages der Zeitdifferenz zwischen der Periode des das Meßpräparat enthaltenden Schwingers (1) bzw. eines Vielfachen derselben und der Periode des mit einem Referenzpräparat gefüllten bzw. evakuierten Schwingers (1) bzw. dem Vielfachen derselben enthält.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (45) ein Vorwärts-Rückwärtszähler ist, dessen Ruhezustand dem Zahlenwert der Dichte eines Referenzpräparates entspricht.

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Zählers (45) über einen Digitalspeicher eine Digitalanzeige (13) angeschlossen ist.