DE3609489A1 - Einrichtung zur ermittlung der dichte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche, aus der österreichischen Patentschrift Nr. 2 80 662 bekannte Einrichtung hat einen mechanischen Schwinger aus Glas. Am Schwinger ist ein stabförmiger Permanentmagnet befestigt, dessen einander abgewandte Endabschnitte als Anker in am Träger befestigte Spulen hineinragen. Eine der beiden Spulen dient zusammen mit dem zugehörigen Anker als Schwingungs- Detektor und ist über den einen Verstärker einer Elektronik- Vorrichtung mit der anderen Spule verbunden, die zusammen mit dem in sie hineinragenden Anker als Schwingungs- Erreger dient. Die bei der Durchführung einer Messung in der Spule des Detektors induzierte Detektorspannung wird vom Verstärker verstärkt und als Erregungsspannung der Spule des Erregers zugeführt, wobei die vom letzteren erzeugte Kraft im Idealfall phasengleich zur Schwingungsgeschwindigkeit des Schwingers ist. Die Periodendauer gibt dann ein Mass für die Dichte eines im Schwingkörper enthaltenen, flüssigen oder gasförmigen Materials.

Die Spulen haben eine sich aus einem induktiven und einem ohmschen Widerstand zusammensetzende Impedanz. Da der ohmsche Widerstand temperaturabhängig ist, können temperaturabhängige Phasenverschiebungen zwischen den Ankergeschwindigkeiten und den über den Spulen stehenden Spannungen entstehen. Zudem entstehen infolge der Induktion Wirbelströme, die einerseits von der Frequenz und andererseits vom Widerstand der Materialien, durch die sie fliessen, und damit auch von der Temperatur abhängig sind und dementsprechend frequenz- sowie ebenfalls temperaturabhängige Phasenverschiebungen zwischen den Ankergeschwindigkeiten und Spulenspannungen verursachen können.

Wenn sich die Phasenlage der Erregungskraft bezüglich der Schwingungsgeschwindigkeit oder Auslenkung des Schwingers ändert, werden dadurch die Verknüpfung zwischen Dichte und Periodendauer verändert und Messfehler erzeugt, die umso grösser sind, je kleiner der Gütefaktor des mechanischen Schwingers ist.

Bei auf dem Markt bekannten, mit induktiven Schwingungs- Detektoren und -Erregern ausgerüsteten Einrichtungen wurde die Elektronik-Vorrichtung zur Reduktion der im Schwingungs- Erreger verursachten Phasenfehler mit Schaltungsmitteln ausgerüstet, um der Spule des Erregers einen eingeprägten, regelbaren Strom zuzuführen. Dies ergibt jedoch eine beträchtliche Verteuerung und ermöglicht trotzdem keine vollständige Ausschaltung der in den Spulen entstehenden Phasenfehler, weil insbesondere die in der Spule des Detektors entstehenden Fehler überhaupt nicht reduziert werden.

Da die Anker an einer sich nahe beim freien Ende des Schwingers befindenden Stelle angeordnet sind und zur Erzielung eines ausreichenden Hubes auch an einer solchen Stelle angeordnet sein müssen, können der Detektor und Erreger den Gütefaktor des mechanischen Schwingers beeinträchtigen und die Schwingungen stören sowie unter Umständen ebenfalls noch Phasenfehler verursachen. Zudem können induktive Schwingungs- Detektoren und -Erreger auch noch durch äussere Magnetfelder gestört werden, die auch mit verhältnismässig grossem Aufwand nur unvollkommen abgeschirmt werden können.

Im Idealfall wäre der mechanische Schwinger an einer unendlich grossen, völlig unbeweglichen Ruhemasse befestigt. Bei auf dem Markt bekannten, induktive Schwingungs-Detektoren sowie -Erreger aufweisenden Einrichtungen ist der den mechanischen Schwinger haltende Träger starr an einem Gehäuse befestigt, das auf irgend einer Auflage steht. Beim Schwingen gibt der Schwinger Energie an den Träger und das Gehäuse ab, so dass die beiden letzteren ein wenig mitschwingen. Die sich ergebenden Periodendauern des Schwingers hängen dann auch von der Kopplung zwischen dem Gehäuse und der dieses tragenden Auflage ab. Um den Einfluss dieser Kopplung auf die Messergebnisse möglichst gering zu halten, hat man sich bisher dadurch beholfen, dass man eine verhältnismässig grosse, beispielsweise mindestens 15 kg betragende Gesamtmasse des Trägers und Gehäuses vorgesehen hat, was ebenfalls nachteilig ist.

Die auf dem Markt bekannten Einrichtungen werden beispielsweise zur Ermittlung der Dichte von Getränken verwendet. Aus dieser Dichte und der zum Beispiel bei alkoholischen Getränken zusätzlich noch gemessenen Brechungszahl lässt sich dann auch noch der Alkoholgehalt ermitteln. Die zur Messung der Dichte von Getränken dienenden Einrichtungen werden, wie es auch gemäss der österreichischen Patentschrift Nr. 2 80 662 vorgesehen ist, mit Wasser und Luft geeicht. Da die Dichte von Luft jedoch verhältnismässig stark von derjenigen von Getränken abweicht, beeinträchtigt ein solches Eichverfahren, insbesondere in Anbetracht der verschiedenen, bei den bekannten Einrichtungen vorhandenen und vorgängig diskutierten Fehlerquellen, die Mesgenauigkeit.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ermittlung der Dichte zu schaffen, die Nachteile der bekannten Einrichtung behebt und ermöglicht, die Messgenauigkeit mit kostengünstigen Massnahmen zu verbessern. Dabei sollen vor allem die bei den bekannten Einrichtungen durch Frquenz- sowie Temperaturänderungen und äussere Magnetfelder in den Schwingungs-Detektoren und -Erregern bedingten Fehler möglichst weitgehend eliminiert werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung der einleitend genannten Art gelöst, die erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung gehen aus den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor.

Die Einrichtung betrifft ferner eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8, die erfindungsgemäss durch den kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs gekennzeichnet ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, das erfindungsgemäss durch die Merkmale dieses Anspruchs gekennzeichnet ist.

Die Elektronik-Vorrichtung weist Schaltungsmittel auf, um zwischen dem Erregungssignal und dem Detektorsignal eine Phasenverschiebung zu erzeugen, die im Frequenzbereich, in dem die Schwingungsfrequenzen im vorgesehenen Dichte-Messbereich variieren und der mindestens etwa 20% und beispielsweise mindestens oder ungefähr 30% der höchsten vorgesehenen Schwingungsfrequenz betragen kann, einen Betrag oder Absolutwert hat, der zweckmässigerweise höchstens etwa ±5°, vorzugsweise höchstens ±3° oder sogar nur höchstens ±1° vom angestrebten Idealwert von 90° abweicht, vorzugsweise möglichst annähernd unabhängig von der Frequenz ist und beispielsweise im genannten Frequenzbereich höchstens ±0,1% von einem Mittelwert abweicht. Die Schaltungsmittel weisen vorzugsweise einen Integrator auf, der nebst einer im Idealfall betragsmässig mindestens ungefähr 90° betragenden Phasenverschiebung auch noch als Tiefpassfilter dient und eine Spannungsverstärkung mit einem zum Beispiel etwa 2 bis 5 betragenden Verstärkungsfaktor ergibt.

Der Erfindungsgegenstand soll nun anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert werden. In der Zeichnung zeigen

die Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Einrichtung zur Messung der Dichte, wobei der Deckel des Gehäuses entfernt ist,

die Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Einrichtung entlang der Linie II-II der Fig. 1,

die Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch die Einrichtung entlang der Linie III-III der Fig. 1,

die Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Fig. 3 mit einer Seitenansicht eines am Schwinger angeordneten, piezoelektrischen Elements, in grösserem Massstab,

die Fig. 5 ein Schaltschema der in der Einrichtung vorhandenen Elektronik-Vorrichtung,

die Fig. 6 ein Diagramm mit einer Darstellung des Phasenganges der Elektronik-Vorrichtung,

die Fig. 7 eine der Fig. 4 entsprechende Seitenansicht einer Variante der Anordnung von piezoelektrischen Elementen,

die Fig. 8 eine schräg von unten gesehene, schematisierte Ansicht eines stimmgabelartigen Schwingers und

die Fig. 9 eine schematisierte Ansicht eines Schwingers zum Ausführen von Torsionsschwingungen.

Die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Einrichtung dient zur Messung der Dichte von einem gasförmigen, flüssigen oder pastösen und also strömungsfähigen Material, beispielsweise einem Getränk. Die Einrichtung weist eine frei auf einer festen Auflage 1 stehende Tragvorrichtung 3 mit einem vier Wände besitzenden Gehäuse 5 auf, das unten mit beispielsweise ein wenig federnde Gummizapfen aufweisenden Füssen 7 und oben mit einem mit Schrauben lösbar befestigten Deckel 9 versehen ist. An einander gegenüberliegenden Wänden des Gehäuses 5 sind Lager 11 angeordnet von denen jedes einen festgeschraubten Flansch mit einem durch ein Loch der betreffenden Wand des Gehäuses 5 in dessen Innenraum hineinragenden, zylindrischen Zapfen aufweist. Im Gehäuse 5 ist ein von dessen Innenfläche mindestens im allgemeinen durch einen Luftraum, d. h. einen freien, Luft enthaltenden Zwischenraum getrennter Träger 13 mit einer einen Boden und eine Wandung aufweisenden Thermostat- Kammer 15 angeordnet. Die letztere weist bei zwei sich diametral gegenüberstehenden Stellen je ein zylindrisches Sackloch auf, in das der Zapfen von einem der Lager 11 hineinragt. Zwischen der Mantelfläche von jedem der beiden Zapfen und der dazu koaxialen Sackloch-Begrenzungsfläche ist ein gummieleastischer, durch einen O-Ring gebildetert Isolier- und Dämpfungskörper 17 und zwischen der freien Stirnfläche von jedem der beiden Zapfen sowie dem Grund des betreffenden Sacklochs ist ein gummielastischer, kugelförmiger Isolier- und Dämpfungskörper 19 angeordnet. Die beiden Lager 11 dienen sowohl zur radialen als auch zur axialen Lagerung des Trägers 13 und definieren zusammen eine horizontale Achse 21, um die der Träger 13 schwenkbar ist, wobei die Isolier- und Dämpfungskörper 17, 19 sowohl Schwenkbewegungen als auch begrenzte, axiale Bewegungen des Trägers 13 ermöglichen und diese etwa dämpfen.

Eine Schwing-Kammer 27 besitzt einen am oberen Ende der Thermostat-Kammer 15 starr und beispielsweise lösbar mit dieser verbundenen und deren Innenraum dicht abschliessenden Deckteil 27 a und einen von diesem weg nach unten ragenden, hohlen, hülsenartigen Finger 27 b, dessen untere Abschlusswand ein mit einem Innengewinde versehenes Durchgangsloch aufweist, das mit einem durch eine Schraube und beispielsweise einen nicht dargestellten Dichtungsring gebildeten Verschluss 29 lösbar und gasdicht verschlossen ist. Ein Schwinger-Halter 31 weist einen in einer Vertiefung des Deckteils 27 a sitzenden und mit Schrauben lösbar sowie swtarr an diesem befestigten Flansch und einen bis zur Achse 21 in den Innenraum der Schwing- Kammer 27 hinabragenden Finger auf. Dessen Mantelfläche hat zwei Nuten, in denen je ein gummielastischer Dichtungsring 33 d. h. ein O-Ring angeordnet ist, so dass der Schwinger-Halter 31 zusammen mit den beiden Dichtungsringen 33 den untern, freien Innenraum der Schwing-Kammer 27 gegen oben gasdicht abschliesst.

Der freie Innenraum der Thermostat-Kammer 15 ist mit einem Zuleitungs-Anschluss 37 und einem Ableitungs-Anschluss 39 verbunden, die durch eine auch eines der Lager 11 haltende Wand des Gehäuses 5 hindurch nach aussen geführt sind und zwischen ihren an der Thermostat-Kammer und der Gehäusewand befestigten Stellen deformierbare Verbindungstücke 37 a, 39 a, etwa Schlauchstücke, aufweisen. Die Anschlüsse 37, 39 sind mit einer nicht dargestellten Temperatur-Regelvorrichtung verbunden, die ausgebildet ist, um eine Flüssigkeit, nämlich Wasser, auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten und durch den freien Innenraum der Thermostat-Kammer 15 hindurch zu leiten. Diese wird durch den zwischen ihr und dem Gehäuse 5 vorhandenen Luftraum sowie die Isolier- und Dämpfungskörper 17, 19 wärmemässig gegen die Umgebung isoliert.

Ein aus Metall, nämlich rostfreiem Stahl bestehendes, einstückiges Rohr 43 bildet im freien Innenraum der Schwing- Kammer 27 einen U-förmigen, mechanischen Schwinger 45 mit einem Hohlraum, nämlich dem Durchgang des Rohres. Die beiden vom Schwinger 45 nach oben verlaufenden Schenkel des Rohrs 43 durchdringen zwei zueinander parallele, vertikale Durchgangslöcher des Schwinger-Halters 31 und sind beispielsweise mit nicht gezeichneten, in den Träger 31 eingeschraubten, Klemmbacken aufweisenden Spannzangen oder durch Hartlöten oder Festkleben starr im Halter 31 befestigt. Dabei haben vorzugsweise zumindest die unteren Endabschnitte der beiden Durchgangslöcher des Halters 31 mindestens annähernd mit dem Aussendurchmesser der Rohrschenkel übereinstimmende Innendurchmesser, so dass die Rohrschenkel radial spielfrei in sie hineinpassen. Die oben aus dem Halter 31 herausragenden Abschnitte der Rohrschenkel sind je über ein deformierbares Verbindungstück 49, etwa ein Schlauchstück, mit einem horizontal verlaufenden, die gleiche Wand des Gehäuses 5 wie die Anschlüsse 37, 39 durchdringenden Anschluss 47 verbunden. Die deformierbaren Verbindungstücke 37 a, 39 a, 49 ermöglichen, dass der Träger 13 bezüglich des Gehäuses 5 trotz der das Gehäuse 5 und den Träger 13 miteinander verbindenden, hohlen Leitungen begrenzte Bewegungen und vor allem kleine Schwenkbewegungen ausführen kann.

An einem Schenkel des U-förmigen Schwingers 45 ist ein Schwingungs-Detektor 51 und am anderen Schenkel des Schwingers 45 ist ein Schwingungs-Erreger 53 angeordnet. Der in grösserem Massstab in der Fig. 4 gezeichnete Schwingungs-Detektor 51 und der Schwingungs-Erreger 53 weisen als Hauptbestandteil ein plättchenförmiges, piezoelektrisches Element 55 auf. Die beiden piezoelektrischen Elemente 55 sind auf einer Seite des Schwingers, und zwar auf der gleichen Seite der beim sich in seiner Ruhelage befindenden Schwinger 45 von dessen U-förmiger Achse aufgespannten, vertikalen Ebene, über ihre ganze entlang dem betreffenden Schwingerabschnitt verlaufende Länge aussen an diesem befestigt, nämlich angelötet oder angeklebt. Die piezoelektrischen Elemente können beispielsweise als sogenannte Bimorph-Elemente ausgebildet sein, die zwei aneinander befestigte, piezoelektrisch wirksame Teilplättchen besitzen und beim Biegen eine elektrische Spannung erzeugen bzw. durch Anlegen einer elektrischen Spannung gebogen werden und also auf Biegekräfte und/oder Biegemomente ansprechen bzw. solche erzeugen. Bei piezoelektrischen Elementen erfolgt die Umwandlung von Kräften in elektrische Spannungen und umgekehrt von elektrischen Spannungen in Kräfte mit verhältnismässig geringen Deformationen, so dass sie also nahezu reine, d. h. annähernd "hub- und wegfreie" Kraft/Spannungs-Umwandlungen ermöglichen. Daher können der Detektor 51 und der Erreger 53 in der Nähe der Grenzflächen angeordnet werden, bei denen die Schwinger-Schenkel in den Halter 31 eindringen und die die schwingfähigen Abschnitte der Schwinger-Schenkel von den starr im Halter 31 befestigten Abschnitten der Rohrschenkel abgrenzen. Diese zumindest ungefähr und vorzugsweise genau in der gleichen horizontalen Ebene wie die Achse 21 liegenden Grenzflächen bilden beim mit seiner Grund-Resonanzfrequenz schwingenden Schwinger 45 Schwingungsknoten, nämlich Knotenflächen. Der maximale Abstand der Angriffsstellen des Detektors 51 und des Erregers 53 von den Knotenflächen soll höchstens 20% der von der horizontalen Knotenflächen bis zur am weitesten von diesen entfernten Stelle des Schwingers 45, d. h. der untersten Stelle des U-Bogens entlang der Achse des den Schwinger bildenden Rohrabschnitts gemessenen Abmessung, nämlich der halben Länge des Schwingers betragen.

Am Schwinger-Halter 31 ist noch eine Elektronik-Vorrichtung 61 befestigt, deren Einzelteile beispielsweise mit einer Giessmasse zu einem kompakten Block vergossen sind und die sich im freien Innenraum der Schwing-Kammer 27 zwischen den beiden U-Schenkeln des Schwingers 45 befindet, von diesen aber durch freie Zwischenräume getrennt ist. Die beiden den Detektor 51 bzw. Erreger 53 bildenden piezoelektrischen Elemente haben je zwei Anschlüsse, von denen der eine über den metallischen Schwinger 45 mit dem Massen-Anschluss der Elektronik- Vorrichtung 61 und der andere über je einen separaten Leiter, der in der Fig. 4 für den Detektor 51 mit 63 bezeichnet ist, mit der Elektronik-Vorrichtung 61 verbunden ist. Diese ist ihrerseits durch eine teilweise durch einen Durchgang des Halters 31 hindurch verlaufende Mehrfach-Leitung 65 mit einem an der gleichen Wand des Gehäuses 5 wie die Anschlüsse 37, 39, 47 befestigten Stecker 67 verbunden. Die Leitung 65 ist dabei im Durchgang des Halters 31 gasdicht eingegossen und zwischen dem Halter 31 und dem Stecker 67 ausreichend flexibel, um Schwenkbewegungen des Trägers 13 zu ermöglichen. Der freie Innenraum der Schwing-Kammer 27 enthält durch das mit dem Verschluss 29 abschliessbare Loch hindurch eingefülltes Helium oder eventuell ein anderes, eine gute Wärmeleitung ergebendes Gas, wie Wasserstoff.

Die Elektronik-Vorrichtung 61, deren Schaltschema in der Fig. 5 dargestellt ist, weist einen Ladungsverstärker 71 mit einem Operationsverstärker 73 auf, dessen nicht-invertierender Eingang mit dem Massen-Anschluss und dessen invertierender Eingang mit dem nicht an Masse liegenden Anschluss des Detektors 51 und über ein aus einem Kondensator 75 sowie einem dazu parallel geschalteten Widerstand 77 bestehenden Gegenkopplungsglied mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 73 verbunden ist. Dieser Operationsverstärker- Ausgang ist über einen Kondensator 79 und einen mit diesem in Serie geschalteten Widerstand 81 mit dem invertierenden Eingang des zu einem Integrator 83 gehörenden Operationsverstärkers 85 verbunden, dessen nicht-invertierender Eingang mit dem Massen- Anschluss verbunden ist. Der Ausgang und der invertierende Eingang des Operartionsverstärkers 85 sind durch ein Gegenkopplungsglied mit einem Kondensator 87 und einem zu diesem parallel geschalteten Widerstand 89 miteinander verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 85 ist über einen Widerstand 91 galvanisch mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 95 verbunden, der zusammen mit einem Widerstand/Kondensator-Netzwerk einen Korrektur-Phasenschieber 93 bildet. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 95 ist über zwei einander parallel geschaltete Zweige des Netzwerks mit je einem Widerstand 97 bzs. 101 und je einem in Serie mit diesem geschalteten Kondensator 99 bzw. 103 mit dem Massen-Anschluss und über zwei einander parallel geschaltete Netzwerk-Zweige, von denen der eine einen Kondensator 105 sowie einen mit diesem in Serie geschalteten Widerstand 107 und der andere nur einen Widerstand 109 aufweist, mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 95 verbunden, der auch mit dem nicht an Masse liegenden Anschluss des Erregers 53 verbunden ist.

Der Ausgang des zum Integrator 83 gehörenden Operationsverstärkers 85 ist ferner mit einem aktiven Bandpassfilter 111 verbunden, das einen Operationsverstärker 113 und ein diesen gegenkoppelndes Widerstand/Kondensator-Netzwerk aufweist. Der Ausgang des Bandpassfilters 111 ist mit dem Eingang eines Reglers 115 undzwar eines Proportional-Integral-Differential- d. h. PID-Reglers verbunden. Dieser hat einen Feldeffekt- Transistor 117, dessen "Drain"-Anschluss einerseits mit einem zur Linearisierung dienenden, einen Spannungsteiler und einen Transistor aufweisende Linearisierungsschaltung und andererseits mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 95 verbunden ist und der zusammen mit der Linearisierungsschaltung sowie dem Widerstand 91 als Stellglied dient.

Der Massen-Anschluss der Elektronik-Vorrichtung 61 ist auch elektrisch leitend mit den metallischen Teilen des Gehäuses 5 und Trägers 13 verbunden. Der Stecker 67 hat drei gegenüber seinem als Massen-Anschluss dienenden Gehäuse isolierte Anschlüsse und ist über einen Gegen-Stecker und ein Kabel elektrisch trennbar mit einem separaten, elektronischen Gerät 121 verbunden. Dieses weist eine Stromversorgungsvorrichtung 123, um der Elektronik-Vorrichtung 61 eine gegen Masse positive Gleichspannung +U ₀ sowie eine gegen Masse negative Gleichspannung -U ₀ zuzuführen, und eine Auswerte- Vorrichtung 125 auf.

Wenn die Dichte einer Probe, zum Beispiel eines Getränks gemessen werden soll, wird das Rohr 43 bis zu den obersten Stellen seiner beiden Schenkel mit dem Getränk gefüllt, so dass auch der Schwinger 45 gefüllt ist. Das sich im Schwinger befindliche Getränk wird dann auf die beispielsweise 20°C betragende Temperatur des durch die Thermostat-Kammer hindurch geleiteten Wassers gebracht. Die Elektronik-Vorrichtung 61 wird durch Betätigen eines Schalters der Auswertevorrichtung in Betrieb gesetzt und dadurch der Schwinger 45 zum Schwingen gebracht.

Der Träger 13 ist derart bemessen, dass der Massenmittelpunkt der Massen der zu ihm selbst gehörenden Teile, des in der Thermostat-Kammer vorhandenen Wassers, des Schwingers 45 und des in diesem vorhandenen Getränks mindestens annähernd auf der Achse 21 in der Mitte zwischen den beiden U-Schenkeln des Schwingers 45 liegt. Wenn der Schwinger 45 beim Messen Biege- Schwingungen entlang einer zur Achse 21 rechtwinkligen Ebene ausführt, kann der Träger 13 kleine gegenläufige Schwenkbewegungen um die Achse 21 ausführen, die die vom Schwinger 45 auf den Träger übertragenen Drehmomente mindestens weitgehend kompensieren, wobei die Isolier- und Dämpfungskörper 17, 19 die Bewegungen des Trägers 13 dämpfen, so dass sich die Tragvorrichtung 3 und der Träger 13, auch wenn sie nur verhältnismässig kleine Massen haben, ähnlich wie eine unendlich grosse Ruhemasse verhalten. Wenn das den Schwinger 45 bildende Rohr 43 beispielsweise einen Aussendurchmesser von 2 mm und eine Wanddicke von 0,1 mm hat, kann der Schwinger 45 mitsamt seiner Füllung eine Masse in der Grössenordnung von 1 Gramm haben. Die Gesamtmasse der Tragvorrichtung 3 und der von ihr gehaltenen Teile kann dann weniger als 10 kg und beispielsweise etwa 5 bis 7 kg betragen.

Wenn der Schwinger 45 beim Ermitteln einer Dichte schwingt, wird er abwechselnd in den in der Fig. 4 durch einen mit voller Linie und einen gestrichelt gezeichneten Pfeil bezeichneten Richtungen entlang einer zur Achse 21 rechtwinkligen Ebene gebogen. Dabei werden mindestens die beiden Schenkel des Schwingers und eventuell auch noch dessen restlicher, bogenförmiger Abschnitt elastisch deformiert. Das piezoelektrische Element 55 des Schwingungs-Detektors 51 wird mitgebogen, nimmt abwechselnd ebenfalls schematisch durch einen mit voller Linie sowie einen gestrichelt gezeichneten Pfeil angedeutete Formen an und erzeugt ein in Abhängigkeit von der Zeit mit der Schwingungsfrequenz des Schwingers 45 periodisch und sinusförmig änderndes, elektrisches Detektorsignal, nämlich eine ändernde Ladung und eine damit verbundene Wechselspannung. Die Elektronik-Vorrichtung 61 bildet aus dem Detektorsignal in noch näher erläuterter Weise durch Verstärkung, Phasendrehung und Regelung ein elektrisches, in Abhängigkeit von der Zeit periodisch sowie sinusförmig änderndes, durch eine Wechselspannung gebildetes Erregungssignal und führt dieses dem Schwingungs-Erreger 53 zu. Dessen piezoelektrisches Element 55 wird dadurch abwechselnd in verschiedene Richtungen gebogen und übt eine zeitlich ändernde Erregungskraft, nämlich eine Biegekraft und damit auch ein Biegemoment auf den Schwinger 45 aus.

Die Auslenkung und die Beschleunigung des schwingenden Schwingers 45 sind gegeneinander um einen Phasenwinkel von 180°C verschoben. Damit der Schwinger 45 mit seiner Resonanzfrequenz oder, genauer gesagt, Grund-Resonanzfrequenz schwingt, muss die Erregungskraft der Beschleunigung des Schwingers um einen Phasenwinkel von 90° nacheilen und der Auslenkung des Schwingers um einen Phasenwinkel von 90° voreilen.

Das vom Detektor 51 erzeugte Detektorsignal kann je nach der Polung der Anschlüsse bzw. Befestigung des piezoelektrischen Elements 55 phasengleich zur Auslenkung des Schwingers oder um 180° dazu verschoben und dementsprechend phasengleich zur Beschleunigung sein. Analoges gilt für den Zusammenhang zwischen der dem piezoelektrischen Element 55 des Erregers 53 zugeführten Erregungsspannung und der Erregungskraft. Im vorliegenden Fall sind die piezoelektrischen Elemente des Detektors und Erregers mit gleicher Polung angeordnet und die positive Richtung der Auslenkungen, Beschleunigungen und Kräfte sei derart definiert, dass das Detektorsignal phasengleich zur Beschleunigung des Schwingers ist. Die Erregungskraft ist dann, wie erforderlich, phasengleich zum Erregungssignal.

Der invertierend geschaltete Operationsverstärker 73 des zur Impedanzanpassung dienenden Ladungsverstärkers 71 führt dem Integrator 83 eine Spannung zu, die im Idealfall um einen 180° betragenden Phasenwinkel gegen das Detektorsignal gedreht ist. Der ebenfalls invertierend geschaltete Operationsverstärker 85 des Integrators 83 verstärkt die ihm zugeführte Spannung mit einem zum Beispiel 2 bis 5 betragenden Verstärkungsfaktor und dreht die Phase ebenfalls um einen Phasenwinkel von 180°. Ferner bewirkt der elektrische Integrationsvorgang eine Phasenverzögerung, deren Phasenwinkel im Idealfall einen Betrag oder Absolutwert von 90° hat. Der Operationsverstärker 95 des Korrektur-Phasenschiebers 93 ergibt nochmals eine Spannungsverstärkung mit einem beispielsweise 2 bis 10 betragenden Verstärkungsfaktor. Da der Operationsverstärker 95 nicht-invertierend geschaltet ist, wäre das von ihm dem Schwingungs-Erreger 53 zugeführte Erregungssignal, wenn lediglich die bei der vorgängigen, vereinfachten und idealisierten Beschreibung angegebenen Phasendrehungen stattfinden, gegen das Detektorsignal um einen Phasenwinkel mit einem Betrag von 90° gedreht, und zwar nacheilend. Die vom Schwingungs- Erreger 53 auf den mechanischen Schwinger 45 ausgeübte Biege-Erregungskraft ist also im Idealfall um einen genau 90° betragenden Phasenwinkel gegen die Beschleunigung des Schwingers 45 nacheilend und gegen die Auslenkung des letzteren um 90° voreilend, so dass der mechanische Schwinger 45 genau mit seiner Resonanzfrequenz schwingt.

Der Integrator 83 ergibt nicht nur eine Verstärkung und Phasendrehung, sondern wirkt auch noch als Tiefpassfilter, das Wechselspannungen mit grossen Frequenzen dämpft. Die obere Grenzfrequenz des Tiefpassfilters ist gleich wie die Integrationszeitkonstante des Integrators durch den Widerstand 81 und den Kondensator 87 gegeben und auf einen oberhalb der sich im Messbereich ergebenden Grund-Resonanzfrequenzen des mechanischen Schwingers liegenden Wert festlegt. Die obere Grenzfrequenz des vom Integrator 83 gebildeten Tiefpassfilters soll vorzugsweise mindestens das Dreifache und höchstens das Dreissigfache sowie beispielsweise das Fünf- bis Fünfzehnfache der höchsten vorgesehenen Grund-Resonanzfrequenz des mechanischen Schwingers 45 betragen. Der Schwinger 45 kann im vorgesehenden Messbereich beispielsweise Grund-Resonanzfrequenzen von 350 bis 500 Hz haben. Der Widerstand 81 kann in diesem Fall einen Widerstandswert von 33 Kilo-Ohm und der Kondensator 87 eine Kapazität von einem Nanofarad haben, so dass sich eine Integrationszeitkonstante von 33 Mikrosekunden und eine obere Tiefpass-Grundfrequenz von ungefähr 4,8 kHz ergeben. Dadurch, dass der Integrator 83 zusätzlich zur 90°-Phasenwinkeldrehung noch eine Dämpfung von Wechselspannungen mit grossen Frequenzen bewirkt, wird gewährleistet, dass der mechanische Schwinger 45 immer mit seiner Grund- Resonanzfrequenz und nicht mit einer Oberschwingung, d. h. einer Resonanzfrequenz höherer Ordnung schwingt.

Beim Ausführungsbeispiel haben die Kondensatoren 75 und 79 eine Kapazität von 33 Pikofarad bzw. 1 Mikrofarad und die Widerstände 77 und 89 Widerstandswerte von 1 Giga-Ohm bzw. 33 Megohm. Die drei Kondensatoren 75, 79 und 87 bilden zusammen mit den Widerständen 77 bzw. 81 bzw. 89 je ein Kondensator/ Widerstand-Paar, von denen jedes eine ungefähr 4,8 Hz betragende Grenzfrequenz festlegt. Diese Grenzfrequenzen sind also wesentlich kleiner als die sich beim Messen von Dichten ergebenden Frequenzen des Schwingers. Die verschiedenen, zusammenwirkenden Kondensatoren und Widerstände des Ladungsverstärkers 71 und Integrators 83 verursachen zusätzlich zu den bei der vorgängigen, vereinfachten Funktionsbeschreibung der Elektronik-Vorrichtung 61 angegebenen Phasendrehungen noch frequenzabhängige Phasendrehungen oder -verschiebungen. Diese bewirken insgesamt, dass der Phasenwinkel, um den die vom Integrator gelieferte Spannung der Detektorspannung nacheilt, nicht einen konstanten Betrag von 90° hat, sondern mit zunehmender Frequenz betragsmässig grösser wird.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Widerstand 91 einen 10 Kilo-Ohm, der Widerstand 97 einen 33 Kilo-Ohm, der Widerstand 101 einen 6,8 Kilo-Ohm, der Widerstand 107 einen 6,8 Megohm und der Widerstand 109 einen 2,2 Megohm betragenden Widerstandswert. Ferner hat der Kondensator 99 eine 1 Mikrofarad und der Kondensator 105 eine 33 Pikofarad betragende Kapazität. Der Korrektur-Phasenschieber 93 bewirkt dann eine Phasendrehung, deren Frequenzabhängigkeit im vorgesehenen Messbereich gegenläufig zur Frequenzabhängigkeit der vom Ladungsverstärker und Integrator zusammen erzeugten Phasendrehung ist und diese mindestens ungefähr kompensiert. Wenn man die Phasenwinkel als von der Frequenz abhängige Variable darstellt und den eine Phasenverzögerung, d. h. ein phasenmässiges Nacheilen darstellenden Phasenwinkeln einen negativen Wert und den eine Phasenvorverschiebung, d. h. ein phasenmässiges Voreilen darstellenden Phasenwinkeln ein positives Vorzeichen zuordnet, ergibt sich im vorgesehenen Messbereich für die vom Ladungsverstärker 71 und Integrator 83 verursachten Phasenverschiebungen oder -drehungen eine negative Steigung und für den Phasenwinkel der vom Korrektur-Phasenschieber bewirkten Phasendrehungen eine positive Steigung.

In der Fig. 6 ist auf der Abszisse der Logarithmus der Frequenz f der Schwingungen des Schwingers 45 und auf der Ordinate der Phasenwinkel ϕ aufgetragen, um den das Erregungssignal gegen das Detektorsignal verschoben ist. Ferner ist eine Kurve eingezeichnet, die die qualitative Frequenzabhängigkeit des Phasenwinkels ϕ für das beschriebene Ausführungsbeispiel der Elektronik Vorrichtung 61 wiedergibt. Die Kurve hat mindestens im vorgesehenen Messbereich, d. h. mindestens bei den 350 bis 500 Hz betragenden Schwingungsfrequenzen, ein Plateau, in dem der Phasenwinkel ϕ einen mindestens annähernd konstanten, etwa -89,3° betragenden Mittelwert ϕ ₀ hat und höchstens etwa ±0,1° von diesem abweicht.

Die Aufteilung der Verstärkung des Detektorsignals auf die für das Erregungssignal zur Aufrechterhaltung der Schwinger- Schwingungen erforderliche Grösse auf mehrere, eine Verstärker- Kette bildende, einzeln gegengekoppelte Operationsverstärker 73, 85, 95, von denen der mittlere zum Integrator 83 gehörende Verstärker 85 eine ungefähr 90° betragende Phasenverschiebung bewirkt, trägt zur Verhinderung von Instabilitäten, d. h. von Schwingungen bei, die durch eine Oszillatorwirkung der den Detektor 51 mit dem Erreger 53 verbindenen Schaltungsmittel-Kette entstehen könnten.

Die vom Integrator 83 erzeugte Wechselspannung gelangt auch zum Eingang des Bandpassfilters 111. Dieses ist derart ausgebildet, dass es Wechselspannungen mit den sich im vorgesehenen Messbereich ergebenden Frequenzen durchlässt. Dagegen werden beispielsweise durch Erschütterungen verursachte Störspannungen mit unter dem Durchlassbereich liegenden Frequenzen sowie beispielsweise durch Rauscheffekte entstandene Störspannungen mit über dem Durchlassbereich liegenden Frequenzen unterdrückt. Die am Ausgang des Bandpassfilters 111 vorhandene Spannung wird dann als mit dem Detektorsignal verknüpfte, eine zu dessen Amplituden proportionale Amplituden aufweisende Regelgrösse dem als PID-Regler ausgebildeten Regler 115 zugeführt, dessen Stellglied 91, 117 die vom Operationsverstärker 85 zum Operationsverstärker 95 übertragene Spannung derart regelt, dass die Amplituden des Detektorsignals und damit die Amplituden der Schwingungen des Schwingers 45 konstant bleiben.

Die Ausgangsspannung des Bandpassfilters 111 gelangt ferner über einen Kopplungswiderstand zur Auswertevorrichtung 125. Diese kann beispielsweise einen als Zeitgeber dienenden Oszillator und Schaltungsmittel aufweisen, um die während einer fest vorgegebenen, beispielsweise ungefähr 5 000 betragenden Anzahl Schwingungen des Schwingers verstreichende Zeitdauer ermitteln, die natürlich proportional zur Schwingungs- Periodendauer ist. Die Auswertevorrichtung zeigt dann beispielsweise die Periodendauer T der Schwingungen mit einer digitalen Anzeigevorrichtung etwa in Millisekunden an. Wenn c und k zwei Konstanten sind, ist der Zusammenhang zwischen der zu messenden Dichte ρ und der Periodendauer T darstellbar durch die Formel:

ρ = cT ² -k

Die beiden Konstanten c und k können durch eine Eichung bestimmt werden, indem für zwei flüssige Eichmaterialien mit bekannten Dichten die sich ergebenden Periodendauern ermittelt werden. Wenn die Dichten von Wasser und Alkohol enthaltenden, alkoholischen Getränken zu ermitteln sind, können als Eichmaterialien destilliertes Wasser und ein Alkohol, etwa n-Propylalkohol verwendet werden, deren Dichten ungefähr 1 g/cm³ bzw. ungefähr 0,8 g/cm³ betragen und also relativ nahe bei den zu messenden Dichten liegen. Die Auswertevorrichtung 125 kann noch einen Rechner mit Speichern sowie Mittel zum Eingeben von Zahlen aufweisen und ausgebildet sein, um zusätzlich zur Periodendauer oder statt dieser die zu messende Dichte und/oder sonst eine mit der Periodendauer verknüpfte Grösse anzuzeigen und/oder auszudrucken.

Nun sollen noch einige Bemerkungen zur erzielbaren Messgenauigkeit gemacht werden. Da der Schwingungs-Detektor 51 und -Erreger 53 relativ nahe bei den Schwingungsknoten des Schwingers 45 angeordnet sind, haben sie praktisch keine Störeinwirkung auf dessen Schwingungen, was zur Erzielung eines hohen, mindestens etwa 400 betragenden Gütefaktors des mechanischen Schwingers beiträgt. Selbstverständlich können in den piezoelektrischen Elementen des Detektors 51 und Erregers 53 auch keine Phasenverschiebungen infolge von durch Temperaturänderungen verursachten Widerstandsänderungen oder infolge von äusseren Magnetfeldern auftreten, wie es bei der Verwendung der vorbekannten, nicht erfindungsgemässen, induktiven Detektoren und Erregern der Fall war. Die piezoelektrischen Elemente verursachen daher keine oder zumindest praktisch keine frequenz- und/oder temperaturabhängigen Phasenverschiebungen.

Wenn für den mechanischen Schwinger 45 ein beispielsweise ungefähr 900 betragender Gütefaktor erzielt wird, bewirkt eine Änderung des zwischen dem Erregungs- und Detektorsignal vorhandenen Phasenwinkels ϕ um 1° eine Veränderung der Schwingungsfrequenz des Schwingers von ungefähr 0,001%. Wie vorgängig erwähnt worden war, weicht der sich beim Ausführungsbeispiel im Messbereich ergebende Mittelwert ϕ ₀ des Phasenwinkels ϕ weniger als 1° vom Idealwert des Phasenwinkels mit dem Absolutwert oder Betrag von 90° ab. Die Abweichung des Mittelwertes d ₀ kann jedoch durch die erwähnte Eichung eliminiert werden. Die sich im Messbereich ergebende, frequenzabhängige Änderung des Phasenwinkels von höchstens ±0,1° kann die Schwingungsfrequenz dann höchstens um ungefähr ±0,0001% verändern. Im übrigen ist die Dichte des sich im Hohlraum des Schwingers 45 befindenden Getränks natürlich von dessen Temperatur abhängig. Das zum Erzielen einer vorgegebenen, beispielsweise 20°C betragenden Temperatur des Getränks durch die Thermostat-Kammer 15 hindurch geleitete Wasser hält natürlich auch den Schwingungs-Detektor 51 und -Erreger 53 sowie die Elektronik-Vorrichtung 61 auf der gleichen Temperatur. Wenn die Temperatur des im Schwinger 45 enthaltenen Getränks mittels des durch die Thermostat-Kammer 15 hindurch geleiteten Wassers auf 0,1°K oder sogar 0,01°K genau auf den vorgegebenen Wert von beispielsweise 20°C gebracht wird, kann die Dichte des Getränks ohne weiteres mit einem Messfehler von höchstens 0,001% bzw. höchstens 0,001% ermittelt werden. Bei einem alkoholischen Getränk kann aus der Dichte und der zusätzlich noch ermittelten Brechungszahl dan dessen Alkoholgehalt errechnet werden, wobei diese Berechnung eventuell vom Rechner der Auswertevorrichtung 125 vorgenommen werden kann.

Die Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt einer Variante der Einrichtung mit einem Halter 231 und einem Schwinger 245, der ähnlich ausgebildet und befestigt sein kann wie der Schwinger 45. Ein Schwingungs-Detektor 251 weist zwei am Schwinger 245 befestigte, etwa angelötete oder festgeklemmte, ringförmige Halteelemente 259 und zwei plättchen- oder stäbchenförmige, piezoelektrische Elemente 255, 257 auf. Diese sind auf einander abgewandten Seiten des Schwingers 245 und von diesem beispielsweise durch einen Zwischenraum getrennt mit ihren Enden je an einem der beiden Halteelemente 259 befestigt, etwa angelötet oder angeklebt, und haben je zwei Anschlüsse, von denen der eine über den metallischen Schwinger 245 und der andere über einen Leiter 263 bzw. 265 mit der Elektronik-Vorrichtung verbunden ist. Wenn der Schwinger 245 beim Ermitteln einer Dichte Biegeschwingungen ausführt und sich abwechselnd in der durch einen mit voller Linie und einem gestrichelt gezeichneten Pfeil bezeichneten Richtungen biegt, wird jedes der beiden piezoelektrischen Elemente 255, 257 abwechselnd parallel zur Achse des ihm benachbarten Schwingerabschnitts gedehnt und zusammengedrückt, wie es durch mit vollen Linien und gestrichelt gezeichnete Pfeile angedeutet ist. Die piezoelektrischen Elemente weisen je nur ein einziges piezoelektrisch wirksames Plättchen auf und sind derart ausgebildet, dass sie bei den genannten Abmessungs-Änderungen entlang der Achse des sich zwischen ihnen befindenden Schwingerabschnitts ein elektrisches Detektorsignal erzeugen. Da die beiden piezoelektrischen Elemente 255, 257 gegenläufig deformiert werden, können ihre Anschlüsse mit entgegengesetzter Polung elektrisch parallel geschaltet und mit dem Eingang des Ladungsverstärkers bzw. dem Massenanschluss der Elektronik-Vorrichtung verbunden werden. Selbstverständlich wäre es auch möglich, die Elemente 255, 257 elektrisch in Serie zu schalten. Der Schwingungs-Erreger kann mit zwei in analoger Weise angeordneten, piezoelektrischen Elementen 255, 257 versehen sein, die beim Zuführen eines Erregungssignals ihre Abmessungen ändern.

Selbstverständlich könnte man beim Detektor 251 und Erreger je nur ein piezoelektrisches Element vorsehen, beispielsweise nur das piezoelektrische Element 255. Ferner könnten auch piezoelektrische Elemente, die bei einer parallel zu einer Geraden erfolgenden Abmessungsänderung ein elektrisches Detektorsignal erzeugen bzw. durch ein elektrisches Erregungssignal entsprechend deformierbar sind, analog wie die Elemente 55 am Schwinger anliegen und unmittelbar an diesem befestigt werden.

Die Variante der Einrichtung, von der einige Teile schematisiert in der Fig. 8 dargestellt sind, weist einen Halter 431, einen an diesem befestigten, mechanischen Schwinger 445, einen Schwingungs-Detektor 451 und einen Schwingungs- Erreger 453 auf. Der Schwinger 445 besteht aus einem Rohrstück, das derart gebogen ist, dass es zusammen mit dem Halter 431 eine Gabel mit zwei Zinken bildet, die beim Schwingen wie bei einer Stimmgabel in den durch Pfeile angedeuteten Richtungen zueinander hin und voneinander weg schwingen. Der Detektor 451 und der Erreger 453 sind je in der Nähe einer Befestigungsstelle des Schwingers angeordnet und weisen je mindestens ein piezoelektrisches Element auf, das wie das Element 51 oder wie die Elemente 255, 257 ausgebildet sein kann. Da der stimmgabelartige Schwinger 445 beim Schwingen fast keine Energie an den Halter 431 abgibt und einen entsprechend grossen Gütefaktor hat, kann bei dieser Variante der Träger, zu dem der Halter gehört, starr mit der auf einer Auflage stehenden Tragvorrichtung verbunden sein. Falls der Träger trotz der geringeren Energieabgabe des Schwingers noch schwenkbar an der Tragvorrichtung gehalten werden soll, wäre die Schwenkachse rechtwinklig zur Ebene anzuordnen, der entlang die beiden Zinken des Schwingers schwingen.

In der Fig. 9 sind schematisierte Teile einer Einrichtung dargestellt, deren Schwinger-Halter 631 zwei in irgend einer Weise starr miteinander verbundene Teile 631 a und 631 b und einen Schwinger 645 aufweist. Dieser ist durch ein Stück eines Rohrs gebildet, das einen S-förmigen Abschnitt und auf einander abgewandten Seiten von diesem weg ragende, im Teil 631 a bzw. 631 b des Halters 631 befestigte Schenkel aufweist, die eine gemeinsame Achse haben, so dass der Schwinger 645 Torsionsschwingungen um diese ausführen kann. Ein Schwingungs- Detektor 651 und ein Schwingungs-Erreger 653 weisen je ein am Teil 631 a bzw. 631 b befestigtes Haltelelement 659und zwei piezoelektrische Elemente 655 und 657 auf. Die letzteren greifen einenends am Halteelement 659 und andernends tangential an Umfangsstellen des Schwingers 645 an und sind derart ausgebildet und elektrisch mit einer Elektronik-Vorrichtung verbunden, dass sie bei Abmessungsänderungen rechtwinklig zur Achse, um die der Schwinger 645 Torsionsschwingungen ausführt, ein elektrisches Detektorsignal erzeugen bzw. unter der Einwirkung eines elektrischen Erregungssignals eine Torsions- Erregungskraft auf den Schwinger ausüben. Der Träger, zu dem der Halter 631 gehört, kann entweder starr oder schwenkbar an einer der Tragvorrichtung 3 entsprechenden Tragvorrichtung gehalten sein. Im Fall einer schwenkbaren Verbindung sollte deren Schwenkachse parallel zur Achse sein, um die der Schwinger 645 schwingen kann, und beispielsweise mindestens ungefähr mit dieser letztgenannten Achse zusammenfallen.

Die Einrichtungen können noch in anderer Hinsicht geändert werden. Die Elektronik-Vorrichtung könnte statt im freien Hohlraum der Schwinger-Kammer im Innern eines noch von der Thermostat-Kammer umschlossenen Abschnitts des den Schwinger haltenden Halters angeordnet werden, wo sie durch das durch die Thermostat-Kammer hindurch geleitete Wasser ebenfalls noch auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.

Wenn nur relativ geringe Anforderungen an die Messgenauigkeit gestellt werden, kann man auf eine Thermostat- Kammer und natürlich auch auf das Umwälzen einer Flüssigkeit mit einer auf einen konstanten Wert geregelten Temperatur sowie auf eine den Schwinger dicht einschliessende, mit Helium gefüllte Kammer verzichten.

Die Schaltung der Elektronik-Vorrichtung kann ebenfalls noch in verschiedener Hinsicht geändert werden. Beispielsweise könnte man den Ladungsverstärker 73 durch einen anders ausgebildeten Impedanzwandler, etwa einen als Folger geschalteten Feldeffektransistor ersetzen. In die den Ausgang des Bandpassfilters mit der Auswertevorrichtung verbindende Verbindung könnte noch ein Impulsformer geschaltet werden, um der Auswertevorrichtung statt einer Wechselspannung eine Impulsfolge zuzuführen. Zudem könnte der Korrektur-Phasenschieber in Bezug auf die Signalflussrichtung vor dem Integrator angeordnet werden. Ferner könnte man das Netzwerk des Korrektur-Phasenschiebers 93 dahingehend modifizieren, dass der Mittelwert der Phasenverschiebung zwischen das Erregungs- und Detektorsignal im Messbereich betragsmässig genau 90° ist.

Des weitern könnte der Operationsverstärker des Integrators nicht-invertierend geschaltet werden, wobei der bei der Elektronik-Vorrichtung 61 mit dem Kondensator 79 verbundene Anschluss des Widerstandes 81 statt mit dem Kondensator 79 mit dem Massen-Anschluss und der nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 85 statt mit dem Massen-Anschluss über einen Widerstand mit dem Kondensator 79 verbunden würde. Ferner könnte der Operationsverstärker des Korrektur- Phasenschiebers invertierend geschaltet und/oder noch ein zusätzlicher Verstärker in der den Schwingungs-Detektor mit dem Schwingungs-Erreger verbindenden Verstärkerkette vorhanden sein. Falls derartige Änderungen vorgenommen werden, kann sich zwischen dem Erregungs- und Detektorsignal je nach der Anzahl Spannungsinversionen in der den Schwingungs-Detektor mit dem Schwingungs-Erreger verbindenden Verstärkerkette ungefähr die gleiche Phasenverschiebung wie bei der Elektronik-Vorrichtung 61 oder eine zusätzliche Verschiebung von 180° ergeben. Damit sich im letzteren Fall trotzdem die richtige Phasenlage der Erregungskraft mit Bezug auf die Beschleunigung und Auslenkung des Schwingers ergibt, kann beispielsweise entweder beim Schwingungs-Detektor oder beim Schwingungs-Erreger die Polung des bzw. jedes piezoelektrischen Elemente umgekehrt oder die Anordnung der piezoelektrischen Elemente bezüglich des Schwingers geändert werden.

Die Einrichtungen können nicht nur zum Messen der Dichte von alkoholischen Getränken, wie Weinen, Bieren und Schnäpsen, sondern auch zum Ermitteln der Dichte von anderen Wasser und Alkohol enthaltenden Flüssigkeiten verwendet werden, bei denen dann ebenfalls durch eine zusätzliche Messung der Brechungszahl der Alkoholgehalt ermittelt werden kann. Des weitern können die Einrichtungen zur Ermittlung der Dichte von alkoholfreien Getränken, wie Fruchtsäften, oder anderen flüssigen, etwa pharmazeutischen Materialien, oder auch pastösen Materialien, wie z. B. Tomaten-Ketchup oder Cremen und Salben für pharmazeutische und kosmetische Zwecke dienen. Schliesslich kann auch die Dichte gasförmiger Materialien bestimmt werden.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Ermittlung der Dichte eines gasförmigen, flüssigen oder pastösen Materials, beispielsweise eines Getränks, mit einem von einem Träger (13) gehaltenen, einen Hohlraum zum Aufnehmen des Materials aufweisenden, mechanischen Schwinger (45, 245, 445, 645), einem mit diesem in Wirkverbindung stehenden Schwingungs-Detektor (51, 251, 451, 651) zum Erzeugen eines elektrischen Detektorsignals, einem mit dem Schwinger (45, 245, 445, 645) in Wirkverbindung stehenden Schwingungs-Erreger (53, 653) und einer den Schwingungs- Detektor (51, 251, 451, 651) elektrisch mit dem Schwingungs- Erreger (53, 653) verbindenden Elektronik-Vorrichtung (61), um dem Schwingungs-Erreger (53, 653) ein elektrisches Erregungssignal zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungs- Detektor (51, 251, 451, 651) und der Schwingungs-Erreger (53, 653) je mindestens ein piezoelektrisches Element (55, 255, 257, 655, 657) aufweisen und dass die Elektronik-Vorrichtung (61) Schaltungsmittel (83, 93) zur Erzeugung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregungs- und Detektorsignal aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Schaltungsmittel (83, 93) einen Integrator (83) aufweisen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator (83) einen Operationsverstärker (85) und ein dessen Ausgang und invertierenden Eingang miteinander verbindendes Gegenkopplungsglied mit einem Kondensator (87) aufweist, dem vorzugsweise ein Widerstand (89) parallel geschaltet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik-Vorrichtung (61) einen vorzugsweise durch einen Ladungsverstärker (71) gebildeten Impedanzwandler aufweist, über den der Schwingungs-Detektor (51) mit dem Integrator (83) verbunden ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik-Vorrichtung (61) einen in Serie mit dem Integrator (83), beispielsweise zwischen diesem und dem Schwingungs-Erreger (53) geschalteten Korrektur- Phasenschieber (93) aufweist, um eine Phasenverschiebung zu bewirken, deren Phasenwinkel in einem Frequenzbereich mit wachsender Frequenz zunimmt, wenn ein Voreilen bewirkende Phasenverschiebungen positive und ein Nacheilen bewirkende Phasenverschiebungen negative Phasenwinkel zugeordnet werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrektur-Phasenschieber (93) einen Operationsverstärker (95) aufweist, dessen invertierender Eingang und Ausgang mit einem aus Widerständen (97, 101, 107, 109) und Kondensatoren (99, 103, 105) gebildeten Netzwerk verbunden sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik-Vorrichtung (61) einen beispielsweise als PID-Regler ausgebildeten Regler (115), um die Grösse des Erregungssignals beim Ermitteln einer Dichte derart zu regeln, dass die Schwingungen des Schwingers (45) eine konstante Amplitude haben, und ein Bandpassfilter (111) aufweist, dessen Eingang, beispielsweise bezogen auf die Signalflussrichtung vom Schwingungs-Detektor (51) zum Schwingungs- Erreger (53) vor dem Stellglied (91, 117) des Reglers (115) mit der den Schwingungs-Detektor (51) mit dem Schwingungs- Erreger (53) verbindenden Schaltungsmittel-Kette verbunden ist und dessen Ausgang mit dem Regler (115) verbunden ist, um diesem eine mit dem Detektorsignal verknüpfte Spannung als Regelgrösse zuzuführen.

8. Einrichtung zur Ermittlung der Dichte eines gasförmigen, flüssigen oder pastösen Materials, beispielsweise eines Getränks, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer zum ortsfesten Anordnen bestimmten Tragvorrichtung (3), einem von dieser gehaltenen Träger (13), einem vom letzteren gehaltenen, einen Hohlraum zum Aufnehmen des Materials aufweisenden, mechanischen Schwinger (45), einem Schwingungs- Detektor (51), einem Schwingungs-Erreger (53) und einer die beiden letzteren elektrisch miteinander verbindenden Elektronik- Vorrichtung (61), um den Schwinger (45) mindestens zum Teil elastisch zu deformieren und entlang einer Ebene schwingen zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (13) mit der Tragvorrichtung (3) um eine Achse (21) schwenkbar verbunden ist, die rechtwinklig zur genannten Ebene verläuft.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, wobei der Schwinger (45) zwei nebeneinander am Träger (13) befestigte Schenkel aufweist und der Hohlraum des Schwingers (45) als Durchgang ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Achse (21) mindestens annähernd zwischen die schwingfähigen Abschnitte der Schwinger-Schenkel von den am Träger (13) befestigten Abschnitten der Schenkel abgrenzenden Grenzflächen hindurch verläuft, wobei der Massenmittelpunkt des Trägers (13) vorzugsweise mindestens annähernd auf der genannten Achse (21) sowie vorzugsweise mindestens annähernd in der Mitte zwischen den beiden Schenkeln liegt.

10. Verfahren zum Eichen einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die zum Ermitteln der Dichte eines Wasser und Alkohol enthaltenden, flüssigen Materials, beispielsweise eines alkoholischen Getränks, dient, wobei Wasser und ein zweites Fluid mit bekannter Dichte in den Hohlraum des Schwinger (45, 245, 445, 645) eingebracht und die sich beim Schwingen des letzteren ergebenden Schwingungs-Periodendauern und/oder mit diesen verknüpfte Grössen ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet dass, das zweite Fluid ein Alkohol ist.