DE3308289C1 - Dichtmesser für Flüssigkeiten oder Gase - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dichtemesser für Flüssigkeiten oder Gase mit einer Schwinggabel, bei der jeder der beiden Gabelzinken zwei Durchströmröhren aufweist, die im Bereich des freischwingenden Gabelzinkenendes offen miteinander verbunden sind, während am anderen, fest eingespannten Gabelzinkenende die eine Durchströmröhre an die Zuströmung und die andere Durchströmröhre an die Abströmung angeschlossen ist, wobei die Schwin^gabel als Teil eines

■to elektromagnetischen Schwingkreises einerseits in ihrer Eigenfrequenz angeregt und andererseits in dieser Eigenfrequenz, die sich mit unterschiedlicher Dichte des Meßmediums ändert, erfaßt wird.

Bei einem solchen, aus der US-PS 26 35 462 bekanntgewordenen Dichtemesser sind die beiden Durchströmröhren jedes Gabelzinkens als konzentrisch ineinanderliegende zylindrische Rohre ausgebildet, wobei das Außenrohr etwa im ersten Drittel seiner Länge fest eingespannt ist und über zwei Drittel der

Länge frei schwingen kann, während das längere Innenrohr direkt an seinem Ende über ein Verbindungsstück und an dem schwingenden Ende über eine massive Verschlußkappe mit Abstimmbolzen mit den beiden Enden des Außenrohres fest verbunden ist. Durch diese feste Einspannung an den Rohrenden wird dem Innenrohr eine Schwingung von außen aufgezwungen, die nicht seiner Eigenschwingung entspricht und die Eigenfrequenz des Außenrohres wird verzerrt, so daß sich ein kompliziertes Schwingungsgebilde ergibt, das

die freie Schwingung des Gabelzinkenendes erheblich dämpft und dadurch die Schwingungsgüte des Dichtemessers beeinträchtigt.

Abgesehen hiervon haben die Gabelzinken bei diesem bekannten Dichtemesser keine bevorzugte Schwingungsrichtung, da die beiden konzentrischen Rohre jedes Zinkens nach allen Schwingungsrichtungen hin das gleiche Trägheitsmoment haben, wodurch die Schwingungsrichtung von den zufälligen unterschiedli-

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chen Massenverteilungen durch Fertigungstoleranzen beeinflußt wird. Auch besteht die Gefahr, daß der Schwerpunkt der Gabelzinken hier nicht in einer Ebene / schwingt, sondern in unkontrollierten Schwingiingsfiguren verläuft Außerdem ist die Masse der schwingenden Röhren mit Verschlußkappe und Abstimmbolzen im Verhältnis zur Masse des umschlossenen, mitschwingenden Meßmediums zu groß, so daß auch hierdurch die Meßwertauflösung gering ist und eine hohe Erregerenergie zugeführt werden muß. Weiterhin sind die konzentrischen Rohre beider Gabelzinken strömungsseitig in Reihe hintereinander geschaltet, und es sind zahlreiche Drosselstellen an den Umlenkstellen vorgesehen, so daß hohe Strömungswiderstände und auch Toträume auftreten, in denen sich bei der Flüssigkeitsmessung Gasblasen und bei der Gasmessung Kondensat oder Feststoffteilchen ablagern können.

Es ist aus der DE-PS 18 00 342 auch ein Dichtemesser mit Schwinggabel bekannt, deren Gabelzinken jeweils aus nur einem Rohr bestehen, das am freischwingenden Ende geschlossen ist und behäiterartig mit der zu messenden Flüssigkeit gefüllt wird. Hier hi zwar die Masse der Rohrzinken im Verhältnis zur Masse des mitschwingenden Meßmediums verkleinert und dadurch die Meßwertauflösung verbessert worden, jedoch kann dieser Dichtemesser nicht für eine kontinuierliche Dichtemessung verwendet werden. Für die jeweilige Messung muß nämlich zuvor die in den Rohrzinken stehende Meßflüssigkeit umständlich entleer*, werden, bevor die Rohrzinken mit der neuen Probe gefüllt werden können. Nachteilig ist auch hier, daß durch die rotationssymmetrische Ausbildung der Gabelzinken keine bevorzugte Schwingungsebene vorhanden ist, sondern sich schon bei leichten Unsymmetrien des Rohres oder der Erreger- und Aufnehmerelemente eine von einer geraden Linie abweichende Schwingungsschleife ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dichtemesser nach den Merkmalen des Oberbegriffs so zu verbessern, daß trotz eii.er ständigen Durchströmung der Gabelzinken über die beiden Durchströmröhren die Vorteile der Stimmgabel, d. h., die hohe Resonanzschärfc infolge der gerichteten, intensiven und auf die feste Einspannung weitgehend rückwirkungsfreien Schwingung der beiden entgegengerichteten Gabelzinken, voll genutzt werden und der Dichtemesser in seinem Aufbau einfach und funktionssicher ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gesehen.

Dadurch, daß die beiden Durchströmröhren eines jeden Gabelzinkens eng nebeneinander in einer Ebene liegen, die parallel zur Ebene der beiden Durchströmröhren des anderen Gabelzinkens verläuft, und die Achse der Erreger- und Aufnehmerspule des elektromagnetischen Schwingkreises senkrecht zu diesen beiden Ebenen verläuft, schwingen die beiden Durchströmröhren eines jeden Gabelzinkens exakt in Richtung des geringsten Trägheitsmomentes der Gabelzinken und damit in Richtung der Achse der Erregerund Aufnehmerspule, so daß sich eine stabile und intensive Schwingung ergibt, für deren Aufrechterhaltung nur eine geringe Energiezufuhr notwendig ist. Durch den gleichen Durchströmquerschnitt und die gleiche freischwingende Länge aller Durchströmröhren der Gabelzinken Hegen symmetrische Ausgangsverhältnisse an den Gabelzinken vor, und die Schwinggabel wird in ihrem Freiheitsg; ad nur wenig gedämpft, so daß eine hohe Schwingungsgüte bei sauber gerichteten Schwingungen erzielt wird.

Da die beiden Durchströmröhren eines jeden Gabelzinkens unmittelbar an ihrem freischwingenden Ende über einen annäfiernd den gleichen Durchströmquerschnitt und annähernd die gleiche Wanddicke wie die Durchströmröhren aufweisenden Umlenkabschnitt offen miteinander in Verbindung stehen, ergibt sich eine relativ kleine Eigenmasse für die beiden Gabelzinken, und das Meßmedium kann mit geringstem Strömungswiderstand durch die Gabelzinken fließen. Durch den gleichbleibenden Durchgang in den Durchströmröhren und im Umlenkabschnitt erfolgt eine laufende vollständige Durchspülung der beiden Gabelzinken, und Ablagerungen in den Durchströmröhren und besonders auch in den Umlenkabschnitten der Gabelzinken werden vermieden. Die notwendige Masse der Gabelzinken wird jetzt allein durch die sich aufgrund des Mediumdruckes errechnete Wanddicke der Durchströmröhren und des Umlenkabschnittes bestimmt, so daß diese relativ geringe Eigenmas' .;· das Verhältnis zur Masse des durchströmenden Mc3rncd^:urns wesentlich verbessert und dadurch die Meßwertauflösung, d. h., die bei Dichteänderungen des Meßstoffes auftretende Frequenzänderung, vergrößert

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung wird in den Merkmalen des Anspruchs 2 gesehen, wonach die beiden für die Zuströmung vorgesehenen Durchströmröhren und die beiden für die Abströmung vorgesehenen Durchströmröhren der Gabelzinken jeweils durch einen im fest eingespannten SchwinggabeJkopf und/oder im die Schwinggabel aufnehmenden Schwinggabelträger vorgesehenen Querkanai miteinander verbunden sind, und an dem einen Querkanai die Zuströmleitung und an dem anderen Querkanal die Abströmleitung für das Meßmedium angeschlossen ist Durch diesen Zu- und Abströmanschluß tritt das Meßmedium über den gemeinsamen Querkanal gleichzeitig in die für die Zuströmung vorgesehenen Durchströmröhren beider Gabelzinken ein und tritt auch gleichzeitig wieder aus den für die Abströmung vorgesehenen Durchströmröhren beider Gabelzinken aus, so daß bei auftretender Dichteänderung des Meßmediums ein schneller und vollständiger Mediumaustausch in den Gabelzinken gewährleistet ist.

Zweckmäßigerweise sind die an den Schwinggabelträger angeschlossenen beiden Leitungen für die Zu- und Abströmung des Meßmediums entsprechend Anspruch 3 gleichzeitig als elastische Aufhängung für die Schwinggabel ausgebildet, so daß auf eine besondere elastische Aufhängung für den Schwinggabelträger verzichtet werden kann und trotzdem Störeinflüsse von außen von der Schwinggabel weitgehend ferngehalten

Werden die beiden Leitungen für die Zu- und Abströmung des kießmediums gemäß Anspruch 4 als flexible Metallschläuche ausgebildet, so iat der Schwinggabelträger nach allen Richtungen hin weich aufgehängt, so daß eine wirksame Entkoppelung zwischen Schwinggabelträg-cr und dem Außenanschluß erzielt wird, Es kann hierbei zweckmäßig sein, zusätzlich zu den flexiblen Metallschläuchen entsprechend Anspruch

5 elastische Dämpfungspuffer als Halteelemente zwischen dem Schwinggabelträger und dem Dichtemessergehäuse vorzusehen, wodurch sich der Dichtemesser in beliebiger Lage einbauen läßt.

Sind die beiden Leitungen für die Zu- und Abströmung des Meßmediums entsprechend Anspruch

6 durch im Bereich zwischen dem Gehäusedurchgang

und der Anschlußstelle des Schwinggabelträgers vorgesehene Abbiegungen auch in Längsrichtung der Schwinggabel nachgiebig ausgebildet, so ergibt sich eine nach allen Richtungen, hin elastisch nachgiebige Aufhängung des Schwinggabelträgers und damit der Schwinggabel, so daß die Schwinggabel unabhängig von äußeren Erschütterungen und von Störschwingungen frei schwingen kann.

Der Schwinggabelträger besitzt zweckmäßigerweise entsprechend dem Merkmal des Anspruchs 7 einen massiven Vollzylinder, der fest mit einem sich über die ganze Länge der Gabelzinken erstreckenden Massezylinder verschraubt ist. Dieser Massezylinder trägt in der Mitte eine die Schwinggabel aufnehmende Axialbohrung und ist im Bereich der freischwingenden Gabelzinkenenden mit zwei gegenüberliegenden Radialbohrungen versehen, in die Traghülsen fest eingesetzt sind, die die Erregerspule und die Aufnehmerspule des elektromagnetischen Schwingkreises tragen. Durch den an den Vollzylinder fest angeschraubten, sich über die ganze Länge der Schwinggabel erstreckenden Massezylinder wird die Masse des Schwinggabelträgers gegenüber der Masse der schwingenden Durchströmröhren bedeutend vergrößert, so daß die Erschütterungen oder Störschwingungen von außen durch die schwere Masse in Verbindung mit ihrer elastischen Aufhängung aufgezehrt werden. Der Massekörper ist hierbei so steif, daß die Rückkräfte, die einerseits durch die in den Massekörper eingebauten Magnetspulen verursacht werden und andererseits von dem Schwinggabelkopf auf den Schwinggabelträger übertragen werden und im schwingungserregenden Sinne auch auf den Schwinggabelträger einwirken, nicht zu einer Schwingungserregung des Schwinggabelträgers und damit auch nicht zu einer Verzerrung der Resonanzfrequenz führen können.

Trügt die Sehwinggabc! entsprechend dem Merkmal des Anspruchs 8 an ihrem Kopf einen zylindrischen Haltebund, mit dem sie fest zwischen dem Vollzylinder und dem Massezylinder des Schwinggabelträgers eingespannt ist. so ergibt sich ein einfacher Einbau der Schwinggabel und das Innere der für die Meßgenauigkeit maßgebenden schwingenden Durchströmröhren ist zu Reinigungszwecken leicht zugänglich.

Die Eigenfrequenz der Schwinggabel wird auch vom Zustand der sie umgebenden Luft beeinflußt. Während dieser Einfluß bei der Flüssigkeitsmessung vernachlässigt werden kann, spielt er für die Gasmessung eine Rolle. Um diese Einflüsse der die Schwinggabel umgebenden Luft auszuschalten, wird entsprechend dem Anspruch 9 vorgeschlagen, das die Schwinggabel aufnehmende Gehäuse als druckdichte Aufnahmekammer für ein Referenzgas auszubilden. Dadurch wird die durch die vorgeschlagene Ausbildung der Schwinggabel erreichte hohe Meßgenauigkeit nicht wieder durch Zuständsänderungen der sie umgebenden Luft gemindert.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert das die Zeichnung erkennen laßt, und zwar zeigt

F i g. I einen in einem Gehäuse eingebauten Dichtemesser gemäß der Erfindung im Längsschnitt.

F i g. 2 die Schwinggabel mit Schwinggabelträger in vergrößertem Maßstab in einem senkrecht zum Längsschnitt nach Fig. ί verlaufenden Längsschnitt.

F i g. 3 den Schwinggabelträger im Querschnitt nach LinieIII-HIderFig.2und

F i g. 4 den Schwinggabelträger mit den Durchstromröhren und den Spulen im Querschnitt nach Linie IV-IV der F i g. 2.

Der dargestellte Dichtemesser ist in d?m zylindrischen Gehäuse 1 eingebaut, das oben durch den

aufgeschraubten Gehäusedeckel 2 nach außen ver schlossen ist. Der Gehäusedeckel 2 trägt eine seitliche Anschlußleiste 3. mit der der Dichtemesser oben an einer Wand 4 oder einer Konsole befestigt ist. Der Dichtemesser ist mit einer Schwinggabel 5 versehen,

ίο deren beiden Gabelzinken 6 und 7 jeweils zwei Durchströmröhren 8,9 und 8a, 9a aufweisen. Die beiden Durchströmröhren 8 und 9 des Gabelzinkens 6 liegen eng nebeneinander in einer Ebene 10, während die beiden Durchströmröhren 8a und 9a des Gabelzinkens 7 eng nebeneinander in einer Ebene 11 liegen. Alle Durchströmröhren 8,9 und 8a. 9a besitzen den gleichen Durchströmquerschnitt und die gleiche Länge. An ihrem freischwingenden Ende stehen die beiden Durchströmröhreii S, 3 über einer. Umicnkabschnitl !2 und die

beiden Durchströmröhren 8a, 9a über einen Umlenkabschnitt 12a offen miteinander in Verbindung. Diese Umlenkabschnitte 12, 12a besitzen annähernd den gleichen Durchströmquerschnitt und die gleiche Wanddicke wie die Durchströmröhren 8,9 und 8a.9a.

Die Durchströmröhren 8, 9 und 8a. 9a sind im Schwinggabelkopf 13 fest eingespannt, an den Enden verschweißt und bilden zusammen mit dem Schwinggabelkop." die Schwinggabel 5. Die beiden für die Zuströmung vorgesehenen Durchströmröhren 8 und 8a

jo der Gabelzinken 6 und 7 sind oben durch einen im Schwinggabelträgcr 14 vorgesehenen Querkanal 15 miteinander verbunden. Die beiden anderen für die Abströmung vorgesehenen Durchströmröhren 9 und 9a stehen über den Querkanal 16 miteinander in Verbin-

J5 dung. An den Querkanal 15 ist die Zuströmieitung 17 und an den Querkanal 16 ist die Abströmleitung 18 für das Meßmedium angeschlossen.

Die Ebene 10 der beiden eng nebeneinander liegenden Durchströmröhren 8, 9 und die Ebene 11 der

■to beiden eng nebeneinander liegenden Durchströmröhren 8a, 9a verlaufen parallel zueinander, und die Achse

19 der Erregerspule 20 und der Aufnehmerspule 21 des elektromagnetischen Schwingkreises verläuft senkrecht zu diesen beiden Ebenen 10 und 11. so daß sich eine in

•»5 Richtung des geringsten Trägheitsmomentes der Gabelzinken 6 und 7 verlaufende Schwingung ergibt.

Der Schwinggabelträger 14 besteht aus einem oberen massiven Vollzylinder 22. der über die Schrauben 23 fest mit einem sich über die ganze Länge der Durchström-

röhren 8, 9 und 8a, 9a erstreckenden Massezylinder 24 verschraubt ist. In der Mitte trägt dieser Masseiyfinder 24 eine Axialbohrung 25 für die Aufnahme der Schwinggabel 5. Der Schwinggabelkopf 13 besitzt einen zylindrischen, mit einem Dichtring versehenen Halte-

bund 26, mit dem die Schwinggabel 5 fest zwischen dem Vollzylinder 22 und dem Massezyiinder 24 des Schwinggabelträgers 14 eingespannt ist Durch den Arretierungsstift 27 sind die Ebenen 10 und 11 der Durchströmröhren 8, 9 und 8a, 9a genau der Achse 19 der Erreger-und Aufnehmerspule 20,21 zugeordnet

Der Massezylinder 24 des Schwinggabelträgers 14 ist im Bereich der freischwingenden Enden der Gabelzinken 6 und 7 mit zwei gegenüberliegenden Radialbohrungen 28 und 29 versehen, in die die Traghülsen 30 und 31

eingepreßt sind. In die Traghülse 30 ist die Erregerspule

20 mit ihrem Magnetkern eingebaut wobei die elektrischen Anschlußdrähte 32 zunächst radial nach außen und dann über die senkrechte Bohrung 33 des

Schwinggabelträgers 14 im Anschlußkabel 34 zum Verstiirker 35 geführt sind. Die Traghülse 31 nimmt die Aufnehmerspule 21 auf, deren Anschlußdrähte 36 über eine im Mas»ekörper 24 eingedrehte Ringnut 37 in IJmfangsrichtung zum Anschlußkabel 34 geführt sind. Der verbleibende Hohlraum der beiden Radialbohrungen 28 und 29 und der Ringnut 37 ist durch eine Kunststoffvergußmasse 38 ausgefüllt und durch den metallischen Schutzring 39 nach außen abgedeckt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Dichtemesser für Flüssigkeiten oder Gase mit einer Schwinggabel, bei der jeder der beiden Gabelzinken zwei Durchströmröhren aufweist, die im Bereich des frei schwingenden Gabelzinkenendes offen miteinander verbunden sind, während am anderen, fest eingespannten Gabelzinkenende die eine Durchströmröhre an die Zuströmung und die andere Durchströmröhre an die Abströmung angeschlossen ist, wobei die Schwinggabel als Teil eines elektromagnetischen Schwingkreises einerseits in ihrer Eigenfrequenz angeregt und andererseits in dieser Eigenfrequenz, die sich mit unterschiedlicher Dichte des Meßmediums ändert, erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Durchströmröhren (8, 9 und 8a, 9a) eines jeden Gabelzinkens (6, 7) eng nebeneinander in einer Ebene (lö,ll) liegen, den gleichen Durchströmquerschniti und die gleiche Länge aufweisen und unmittelbar an ihrem freischwingenden Ende über einen annähernd den gleichen Durchströmquerschnitt und annähernd die gleiche Wanddicke wie die Durchströmröhren (8,9 und 8a, 9a) aufweisenden Umlenkabschnitt (12, 12a) offen miteinander in Verbindung stehen, wobei die Ebene (10) der beiden Durchströmröhren (8,9) des einen Gabelzinkens (6) parallel zur Ebene (11) der beiden Durchströmröhren (8a, 9a) des anderen Gabelzinkens (7) liegt, und die Achse (■?«?) der Erreger- und Aufnehmerspule (20, 21) des elektromagnetischen Schwingkreises senkrecht zu diesen beiden Ebenen (10,11) verläuft.

2. Dichtemesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beide·) für die Zuströmung vorgesehenen Durchströmröhren (8, 8a) und die beiden für die Abströmung vorgesehenen Durchströmröhren (9, 9a) der Gabelzinken (6, 7) jeweils durch einen im fest eingespannten Schwinggabelkopf (13) und/oder im die Schwinggabel (5) aufnehmenden Schwinggabelträger (14) vorgesehenen Querkanal (15,16) miteinander verbunden sind, und an dem einen Querkanal (15) die Zuströmleitung (17) und an dem anderen Querkanal (16) die Abströmleitung (18) für das Meßmedium angeschlossen ist.

3. Dichtemesser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Schwinggabelträger (14) angeschlossenen beiden Leitungen (17, 18) für die Zu- und Abströmung des Meßmediums gleichzeitig als elastische Aufhängung für die Schwinggabel (5) ausgebildet sind.

4. Dichtemesser nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitungen (17, 18) für die Zu- und Abströmung des Meßmediums als flexible Metallschläuche ausgebildet sind.

5. Dichtemesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den flexiblen Metallschläuchen (17, 18) elastische Dämpfungspuffer als Halteelemente zwischen dem Schwinggabelträger (14) und dem Dichtemessergehäuse (1) vorgesehen sind.

6. Dichtemesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitungen (17, 18) für die Zu- und Abströmung des Meßmediums durch im Bereich zwischen dem Gehäusedurchgang (2) und der Anschlußstelle des Schwinggabelträgers (14) vorgesehene Abbiegungen auch in Längsrichtung der Schwinggabel (5) nachgiebig ausgebildet sind.

7. Dichtemesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinggabelträger (14) einen massiven Vollzylinder (22) besitzt, der fest mit einem sich über die ganze Länge der Gabelzinken (6, 7) erstreckenden Massazylinder (24) verschraubt ist, welcher in der Mitte eine die Schwinggabel (5) aufnehmende

ίο Axialbohrung (25) und im Bereich der freischwingenden Gabelzinkenenden zwei gegenüberliegende Radialbohrungen (28,29) aufweist, in die Traghülsen (30,31) fest eingesetzt sind, die die Erregerspule (20) und die Aufnehmei spule (21) des elektromagnetisehen Schwingkreises tragen.

8. Dichtemesser nach Anspruch 7, dadurch geken'izeichnet, daß die Schwinggabel (5) an ihrem Kopf (13) einen zylindrischen Haltebund (26) trägt, mit Jem sie fest zwischen dem Vollzylinder (22) und

μ dem Massezylinder (24) des Schwinggabelträgers (14) eingespannt ist.

9. Dichtemesser für Gase nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schwinggabel (5) aufnehmende Gehäuse (1) als druckdichte Aufnahmekammer für ein Referenzgas ausgebildet ist.