DE3134571A1 - Schwingungsdensitometer - Google Patents

Description

J.J. Ponzi-2 Dr.Rl/bk

14. August 1931

Schwingungsdensitometer

Die Priorität der Anmeldung Nr- 186 892 vom 15- September 1980 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die Erfindung betrifft ein Schwingungsdensitometer und insbesondere eine Sonde für ein derartiges Gerät. "

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Densitomtersonde geschaffen, die einen piezoelektrischen Kristall, einen schrägsitzenden Flügel und/oder einen isotropen Befestigungsring für letzteren enthält.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 das Blockdiagramm eines Schwindungsdensitometers, Fig. 2 die perspektivische Ansicht einer ersten Densitometer sonde nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt, teilweise im Aufriß, einer Rohrleitung, an der eine zweite Ausbildungsform einer Schwingungsdensitometersonde nach der vorliegenden Erfindung befestigt ist, Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch einen Teil der Sonde nach Fig. 3,
Fig. 5 die vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 5-5

in Fig. 4,
Fig. 6 der vergrößerte senkrechte Schnitt längs der

Linie 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 der senkrechte Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 5 und

J.J. Ponzi-2

Fig. 8 die perspektivische Ansicht einer Baugruppe aus Zylinder und Flügel, die im Verlauf der Herstellung einer Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung nach den Fig. 3 bis 7 in einem Schritt miteinander verbunden werden.

In Fig. 1 ist das Schwingungsdensitometer 10'zeigt mit der Sonde 11', der an ihr über die Leitungen 13' und 14' verbundenen Rückkoppelungsschleife 12', sowie der an dem Ausgang 15' der Schleife 12' angeschlossenen Anzeigevorrichtung 14''. Das Densitometer 10' kann ähnlich oder identisch sein mit dem offenbart in der Patentanmeldung P 22 15 568 oder P 21 41 397. Die Sonde 11' selbst kann der herkömmlichen Bauweise entsprechen oder so konstruiert sein, wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben und gezeigt.

Bezuggenommen wird auch auf die Patentanmeldung P 23 52 958.

Die Sonde 11' enthält entsprechend der vorliegenden Erfindung den in Fig. 2 gezeigten Flügel 16', der in Schwingung versetzt wird. Dies beruht auf einem nichtgezeigten piezoelektrischen Kristallaufnehmer der Sonde, dessen Ausgangssignal verstärkt wird und den Flügel 16' über einen nichtgezeigten magnetostriktiven Treiber in Schwingung versetzt. Die Resonanzfrequenz f der Schwingung des Flügels 16' ist die bekannte Funktion der Dichte eines Gases oder einer Flüssigkeit oder anderen Fließstoffes, in dem der Flügel 16' eingetaucht ist.

Ggf. kann die Schleife 12^r in Fig. 1 eine Linearisierungsschaltung enthalten, so daß das Ausgangssignal in der Leitung 15" eine der Dichte direkt proportionale Größe aufweist.

Die Anzeigevorrichtung 14'' kann ein bezüglich der Dichte geeichtes Voltmeter oder Ampermeter sein, ein Verfahrensregler, Gasströmungsrechner, ein ölcomputer oder dergleichen.

J.J. Ponzi-2

Aus dem Gesagten geht hervor, daß der Ausdruck "Densitometer" so definiert ist, daß er eine Anzeigevorrichtung 14'' enthalten kann oder auch nicht. Es ist zu bemerken, daß das Densitometer in vielen Fällen ohne der Anzeigevorrichtung 14'' hergestellt und verkauft wird. Diese wird dann vom Anwender bereitgestellt*

Das Vibrationsdensitometer. 10' ist im wesentlichen ein elektromechanischer Oszillator,der, was auf der Hand liegt, Verluste aufweist. Die Schleife 12' enthält deshalb zumindest einen Verstärker. Bei der in Fig. 1 gezeigten Schleife 12' sind zwei Verstärker 17' und 18' gezeigt.

Die Sonde 11' in Fig. 2 ist in Verbindung mit ihrer Montage in einer Rohrleitung 19' gezeigt. Die Sonde 11' kann der aus der Patentanmeldung. P 22 15 568 entsprechen.

Die Sonde 11' in Fig. 2 besitzt die Zuleitungen 20" und 21' und die Zugbox 22'. Alle drei Teile dienen lediglich als Umhüllung der Ausgangsleitungen der Sonde 11' zur Schleife 12', gezeigt in Fig. 1.

Die Zuleitung 21' ist in die Zugbox 22" in einer nichtgezeigten Weise eingeschraubt. Die Zuleitung 20 wiederum ist in die Zugbox 22' und in den Sondenkörper 23' eingeschraubt. Auf diese Weise sind die genannten Teile miteinander fest verbunden. Ein weiterer Sondenteil 24' ist an dem Sondenkörper 23' fixiert. Der obere Teil 25' des Sondenteils 24' hat einen größeren Durchmesser und der mit einem Gewinde versehene Teil 26 einen kleineren Durchmesser mit außen liegendem Gewinde. Ein Schaft oder eine Welle 27' ist an dem Gewindeteil 26' und dem Ring oder isotropen Zylinder 28' befestigt. Der Flügel 16 ist innerhalb der Wandung desselben eingeschweißt.

J.J. Ponzi-2

Die Rohrleitung 19 besitzt einen hohlzylindrischen Ansatz 29', in dem die Sonde 11' eingesenkt und eingeschraubt werden kann. Die.Achse des Ansatzes 29 liegt senkrecht zur Achse der Rohrleitung 19'. Der Ansatz 29' besitzt ein Innengewinde bei 3.0', in das der Schraubteil 26' der Sonde 11 ' eingeschraubt ist. Der Ansatz 29' weist ferner eine O-Ringnut 31' auf, in der der O-Ring 32 angeordnet ist, der mit einer in Fig. 2 nicht sichtbaren Schulter am Boden des Körpers 24 abschließt, wo der Durchmesser der Sonde auf den Durchmesser des Gewindeteils 26' verringert ist. Die Bodenfläche des Körpers 24' kann plan sein und in einer Ebene senkrecht zur vertikalen Achse der Sonde 11' liegen, so daß sie auf dem O-Ring 32 aufsitzt, wobei dieser die Sonde 11 in der Rohrleitung 10 eindichtet. Zumindest der Teil der Sonde 11 unterhalb des Gewindeteils 26' erstreckt sich somit in die Rohrleitung 19' hinein bis unterhalb des Innendurchmesser. Wenn die Sonde 11' in der Rohrleitung 19' eingebracht ist, so liegt sie um 90° gegenüber der in Fig. gezeigten Stellung.

Eine Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt, eine weitere in Fig. 3. Die Densitometersonde 60 nach Fig. 3 enthält den Flügel 61. Der Ring 64 zeigt auf gegenüberliegenden Seiten Scheiben 65 und 66.

Die Strömungsrichtung wird durch den Pfeil 301 angezeigt.

Die Rohrleitung besitzt bei 70 einen hohlzylindrischen Ansatz 71, der bei 72 an das Fitting 73 angeschweißt ist. Das Fitting 73 zeigt den Flansch 74, der an dem Flansch des Bauteils 76 an vorzugsweise drei oder mehr oder z.B. acht Stellen 77 angeschraubt ist.

J.J. Ponzi-2

Der Winkel φ ist ein kleiner spitzer Winkel von z.B. einigen Grad. Seine Ausdehnung ist in Fig. 3zur Verdeutlichung durch die ausgezogene Linie dargestellt.

Fig. 4 zeigt den senkrechten Schnitt durch die Sonde 60,

worin der Aufbau 76 den Nippel 84 enthält, der in den hohlzylindrischen Ansatz 85 der Abschlußkappe 86 eingeschraubt ist, die selbst wiederum in den Körper 87 eingeschraubt ist. Der Flansch 75, Endkappe 86 und Körper 87 sind bei 88 miteinander verschweißt oder verlötet. Die Hohlwelle 89 ist mit ihrem Außengewinde in den Zylinder eingeschraubt und kann mit diesem verschweißt sein. Der Zylinder 90 ist kompakt bis auf die Bohrung 91, die sich vollständig durch ihn hindurch erstreckt und in Verbindung mit dem inneren Hohlraum 92 der Welle 89 steht. Der

Körper 87 ist bei 93 mit dem Flansch 75 verschweißt und ist mit einem dünnen Gewebe 94 versehen, daß einen aufwärts gebogenen zylindrischen Teil 95 aufweist, der bei 96 an der Welle 89 und dem Zylinder 90 verschweißt ist. Der Körper /' 20 kann mit einem Zapfenloch 97 versehen sein, so daß man ihn halten kann während die Abschlußkappe 86 aufgeschraubt wird.

Die Welle 89 ist wiederum an dem Eisenring 98 durch Einschrauben in denselben fixiert. Dieser wieder ist in dem Körper 99 eingeschraubt und auch ggf. verschweißt.

In dem Körper 99 ist der Ring 100 eingeschraubt. Ein Magnetostriktives Rohr 101, das hohl und an beiden Enden offen ist, sitzt mit Preßsitz in dem Körper 102 in dem unteren Ende 200 des Körpers 99. Der Körper 102 ist ähnlich dem in der Patentanmeldung P 22 15 568 beschriebenen,. Ggf. kann der Körper 102 eine Bohrung 103 aufweisen zur Aufnahme von Leitungsdrähten des piezoelektrischen Kristalls 104, und eine Bohrung 105 zur Aufnahme von Leitungsdrähten der An-

J.J. Ponzi-2

triebsspule 106, gewunden um eine dielektrische Spule 107, die mit Preßsitz auf dem Rohr 101 sitzt. Der Eisenring 108 ist bei 109 an dem Zylinder 110 angeschweißt. Der Körper 99 ist in den Eisenring 108 eingeschraubt und bei 111 mit ihm verschweißt. Das Rohr 101 erstreckt sich durch eine Kreisbohrung· 201 in das Ende 200 des Körpers 99. Die Bohrung 201 besitzt die Schulter 202, die an das untere Ende des Rohres 101 anstößt.

Der Kristall 104 mag quadratförmig sein und vorzugsweise eine Zentralachse 104' haben, die in Fig. 5 senkrecht zur Zeichenebene liegt und die gleiche ist wie die konzentrisch zum Rohr 101.

Der Flügel 61 ist in dem Zylinder 110 in Schlitzen eingeschweißt, die von dessen Enden in der in Fig. 2 durch das Bezugszeichen A angedeuteten Weise zurückversetzt sind.

Der Zylinder 110, der Flügel 61 und der Kristall 104 können ggf. den entsprechenden Teil des zuletzt genannten Patentes ähneln.

Eine detailierte Erläuterung des Betriebes eines Schwinungsdensitometers mit der hierin offenbarten Bauweise ist in den oben genannten Patenten zu entnehmen. Bis auf die angegebenen Ausnahmen ist der Arbeitsablauf bei der vorliegenden Erfindung im wesentlichen der gleiche-

Die Verwendung eines Vorverstärkers bei der Sonde ist üblich. Ein derartiger Vorverstärker kann unter dem Bezugszeichen in Fig. 4 oder an einer anderen geeigneten Stelle verwendet werden.

J.J. Ponzi-2

Wird die Sonde 60 in einem der in den genannten Patienten angegebenen Systemen angewendet, so kann dieses so ausgelegt werden, daß die Anzeigevorrichtung 14 '· (Fig. 1) ein Gerät ist, bei dem man z.B. kg/m² ablesen kann. 5

Oberhalb der Schweißstelle 111 in Fig. 4 kann, wenn gewünscht, die Sonde 60 vollständig der herkömmlicher- Bauweise entsprechen, der Körper 99 und jedes Einzelteil in Fig.1 kann bis auf die Sonde 111 ebenfalls der üblichen Bauweise entsprechen.

Einige der Bauteile der vorliegenden Erfindung, die neu sind, bestehen in der Befestigung des Kristalls 104 in Eisenring 108 (die Form des Eisenrings selbst ist neu). Ferner ist die Anwendung eines wesentlich kleineren Winkels als 90°, jedoch größer als 0 (90» ^>0) für die Flügel 16' oder 61 neu gegenüber dem Stand der Technik. Neu ist auch die Verwendung von isotropen Material zur Herstellung des Zylinders 110. Beim Stand der Technik wurden zwei Zylinder verwendet, die einen Preßsitz hatten.

Der Kristall 104 ist quadratisch wie in Fig. 5 gezeigt.

Aus Fig. 6 erkennt man, daß die Endfläche 61' des Flügels im Abstand und außermittig zum Zentrum und außermittig zur Achse 104' (Fig. 5) des Kristalls 104 liegt, obgleich sie parallel zur einen Seite des Kristalls 104 angeordnet ist. Siehe die gestrichelten Linien 61'' in Fig. 5.

Der Zylinder 110 besitzt Schlitze, in denen der Flügel eingeschoben und dann in der in Fig. 8 gezeigten Stellung angelötet oder angeschweißt wird, ehe die Schweißnaht 109 (Fig. 4) gesetzt wird.

J.J. Ponzi-2

Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, besitzt der Flügel 61 bei 61 ' '' einen Anschlag.

Leerseite

Claims (4)

J.J. Ponzi-2 · Dr.Rl/bk 14. August 1981 Patentansprüche

1. Schwingungsdensitometer^ gekennzeichnet durch eine Sonde mit einem Körper, an dem ein magnetostriktives Teil montiert ist, einer in dem Körper befindlichen Einrichtung zur Veränderung des magnetischen Flusses in dem magnetostriktiven Teil, dergestalt , daß es sich längs einer Antriebsachse wechselweise expandiert und kontrahiert, einen Hohlzylinder mit externer Zylinderoberfläche mit symetrischer Achse, eine Vorrichtung zur Befestigung des Zylinders in dem Körper in einer Stellung, in der die symetrische Achse senkrecht zur Antriebsachse liegt, wobei die Anschlußvorrichtung innen hohl ist und eine Verbindung zwischen dem exponierten Teil der Zylinderfläche durch den Körper hindurch ermöglicht, einen piezoelektrischen Kristall_/der an dem exponierten Teil befestigt ist, einen rechteckigen Flügel mit zwei parallelen Kanten, die in dem Zylinder in einer Stellung befestigt sind, daß ein Winkel von 180° entsteht, wobei der Zylinder mindestensn einen Schlitz aufweist durch den eine der zwei Kanten hindurchragt, und wobei der Flügel angenähert in einer Ebene durch die symetrische Achse in einen bestimmten Winkel ψ zur Antriebsachse liegt, wobei ferner die Anschlußvorrichtung in dem Körper und in dem Zylinder eingedichtet ist, den exponierten Teil desselben umgebend,um ■ zu verhindern, daß einFließstoff den Körper durch das hohle innere der Anschlußvorrichtung erreicht.

2. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel φ wie folgt definiert ist :

9(9 V) ς/ ^ ο

-Z-

J.J. Ponzi-2

3. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel fif zwischen 0,6 und 12,0°liegt.

4. Schwingungsdensitometer nach den Ansprüchen 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder aus isotropem Material besteht ,wobei der Innendurchmesser gegenüber der Stärke des Flügels groß ist, und wobei der Zylinder eine Gesamtoberfläche aufweist, die wesentlich größer ist als der Bereich^ an dem er mit den anderen Bauteilen in Berührung kommt.