DE3744324C2

DE3744324C2 - Probennahme-Verfahren für eine Flüssigkeit, deren Dichte in einer Schwingröhre eines Schwingungsaräometers gemessen werden soll

Info

Publication number: DE3744324C2
Application number: DE3744324A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kawaguchi
Original assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1986-12-29
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2007-12-29
Also published as: AT398494B; GB2214299A; ATA344387A; DE3744324A1; JPH07104247B2; GB2214299B; GB8800264D0; JPS63168535A; US4827746A

Description

Die Erfindung betrifft ein Probennahme-Verfahren für eine Flüssigkeit, deren Dichte in einem Schwingungs-Aräometer bzw. Schwingungs-Densimeter oder Dichtemesser gemessen werden soll.

Das Schwingungs-Aräometer ist ein Gerät zur Messung der Dichte von Flüssigkeiten auf der Grundlage von Schwingdauern einer Schwingröhre, die mit Flüssigkeiten gefüllt ist. Die Schwingröhre ist eine dünne, U- förmige Röhre, wie in Fig. 1 gezeigt. Eine nähere Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 1 folgt später.

Die Flüssigkeiten werden in die Schwingröhre entweder durch Ausübung von Druck auf die Flüssigkeiten oder durch Verringerung des Drucks in der Röhre eingeleitet. Die Einleitung wird gewöhnlich nach einer vorbestimmten Zeit T_o nach Beginn der Einleitung unabhängig von der Viskosität der Flüssigkeiten gestoppt. Wenn mehrere Flüssigkeiten nacheinander und automatisch nachgewiesen werden, ist die Zeit T_o so bemessen, daß die Schwingröhre mit der Flüssigkeit gefüllt werden kann, die die höchste Viskosität aufweist. Daraus folgt, daß je geringer die Viskosität einer anderen Flüssigkeit ist, desto größer muß die für die Probennahme bereitstehende Menge der Flüssigkeit sein, die in die Schwingröhre in der Zeit T_o eingeleitet wird.

Die DE 24 37 086 A1 zeigt ein ein U- oder V-förmig ausgebildetes Schwingungsrohr aufweisendes Dichtemeßgerät, mit dem die Dichte von Flüssigkeiten nach dem Prinzip der Bestimmung der Eigenfrequenz des die Flüssigkeit enthaltenden Schwingrohres gemessen wird, wobei das einseitig eingespannte Schwingrohr im Bereich seines größten Abstandes zu seiner Einspannquelle zu Eigenschwingungen erregt wird. Das Schwingrohr ist dabei kontinuierlich von der den zu identifizierenden Stoff enthaltenden Trägerflüssigkeit durchflossen und mit einem Fraktionssammler verbunden, der aufgrund des kontinuierlichen Durchflusses ein entsprechend großes oder ein des öfteren auszuwechselndes Aufnahmevolumen aufweisen muß. Da dem Flüssigkeitsstrom ein relativ großes Flüssigkeitsvolumen entnommen wird, muß dieses entweder wieder in diesen zurückgeführt oder entsorgt werden. Letzteres bereitet insbesondere dann Schwierigkeiten und relativ hohe Kosten, wenn es sich um Flüssigkeiten handelt, deren Entsorgung die Erfüllung bestimmter Auflagen zum Schutz der Umwelt erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeiegten Nachteile ein Probennahme-Verfahren für Flüssigkeiten in einem Schwingungs-Aräometer bereitzustellen, das den Unterschied zwischen den Viskositäten der Flüssigkeiten ausgleicht und das für die Probennahme nur diejenige Menge der Flüssigkeit erfordert, die zur Füllung der Schwingröhre benötigt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Hierzu wird die Schwingdauer der Schwingröhre kontinuierlich nachgewiesen, während die Flüssigkeiten in die Röhre eingeleitet werden. Wenn die Flüssigkeit einen bestimmten Punkt der Röhre erreicht hat, ändert sich plötzlich die Schwingdauer. Der Zeitpunkt zur Unterbrechung des Füllvorgangs wird abhängig von dem Zeitraum bestimmt, den die Änderung die Schwingdauer in Anspruch nimmt. Die Einleitung wird nach einem weiteren Zeitraum unterbrochen, nachdem die Änderung nachgewiesen wurde, so daß die U-förmige, dünne Röhre vollkommen mit der Flüssigkeit gefüllt werden kann. Dieser Zeitraum wird durch Multiplikation der vorherigen Zeit mit einem vorbestimmten Verhältnis bestimmt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Flüssigkeitsverluste auf das unbedingt erforderliche Maß reduziert werden. Außerdem können falsche Meßergebnisse, die davon herrühren, daß die Schwingröhre vor Beginn der Messung nicht schon vollkommen mit den Flüssigkeiten gefüllt ist, vermieden werden.

Die Zeit, die zur Messung der Schwingung für den Nachweis der Änderung während der Einleitung benötigt wird, sollte kürzer sein als die Zeitspanne, die für die Messung der Schwingung für die Berechnung der Dichten nach Vollendung der Einleitung benötigt wird, denn wenn die Flüssigkeiten verhältnismäßig geringe Viskositäten aufweisen, könnte eine beträchtliche Menge an Flüssigkeit zu viel in die Röhre eingefüllt worden sein, nachdem die Schwingdauer sich tatsächlich geändert hat und bevor dies nachgewiesen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert wird.

In diesen zeigt:

Fig. 1 ein Schwingungs-Aräometer, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, in einem schematischen Diagramm;

Fig. 2 eine Schaltung für die vorliegende Erfindung, in einem Blockdiagramm;

Fig. 3 die Funktionsweise einer Zentraleinheit (CPU) 13 in einem Flußdiagramm;

Fig. 4(A) der Stand der Flüssigkeit bei Beginn der Probennahme bzw.

Fig. 4(B) wenn die Flüssigkeit einen Punkt (a) erreicht bzw.

Fig. 4(C) wenn die Probennahme beendet ist, in schematischer Darstellung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird eine U-förmige, dünne Schwingröhre 1 von einer Stütze P unterstützt. Ein Magnet 2 ist an der Röhre 1 am Grund der U-Form angebracht und schwingt mit der Röhre. Ein Nachweissignal in Form eines elektrischen Signals, welches die Schwingung des Magneten 2 anzeigt, wird von einem Nachweiskopf 3 erzeugt. Die Dichte der Flüssigkeit, die die Röhre 1 füllt, wird auf der Grundlage des Nachweissignals durch eine Schaltung berechnet, wie später unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wird. Das Nachweissignal wird außerdem dazu verwendet, die Schwingröhre über einen Antriebskopf 4 anzutreiben. Ein Ende der Röhre 1 ist in Richtung einer Entnahme-Röhre 5 in einem Behälter 6 geöffnet, in welchem die Flüssigkeit bevorratet wird. Die Flüssigkeit wird über eine Pumpe 9, die mit dem anderen Ende der Röhre 1 über ein Ventil 7 und einen weiteren Behälter 8 verbunden ist, in die Röhre gepumpt. Eine weitere Möglichkeit ist, die Flüssigkeit durch Ausübung von Druck auf die Flüssigkeit im Behälter 6 durch einen Kompressor einzufüllen.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird ein von dem Nachweiskopf 3 erzeugtes Nachweissignal S₁ an eine Vorverarbeitungs- Schaltung 12 angelegt, nachdem es durch einen Verstärker 11 verstärkt wurde.

Ein Ziffernsignal S₂, das die Zahl der Bezugstaktimpulse anzeigt, die für eine bestimmte Anzahl von Längen des Nachweissignals S₁ gezählt werden, wird von der Vorverarbeitungs- Schaltung 12 erzeugt und an die Zentraleinheit (CPU) 13 angelegt, die die Länge des Nachweissignals S₁ auf der Grundlage des Ziffernsignals S₂ bestimmt und die Dichte der Flüssigkeit berechnet. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 11 wird so wie sie ist oder nachdem sie in ein Rechteckimpulssignal verwandelt wurde dem Antriebskopf 4 zugeführt. Der Aufbau der oben beschriebenen Schaltung entspricht dem Stand der Technik.

Wie in Fig. 3 gezeigt, beginnt die Zentraleinheit (CPU) 13 mit dem automatischen Probennahme-Programm der vorliegenden Erfindung, wenn eine Starttaste auf der nicht abgebildeten Tastatur betätigt wird. Das Ventil 7 wird geöffnet, und der Motor 9 wird angetrieben auf Stufe F₁. Gleichzeitig werden der Nachweis der Schwingung durch den Nachweiskopf 3 und der Antrieb der Schwingröhre 1 durch den Antriebskopf in Gang gesetzt. Die Länge des Nachweissignals S₁ wird auf der Grundlage des Ziffernsignals S₂ auf Stufe F₂ berechnet.

Die Schwingdauer einer Schwingröhre 1, die Gase enthält, unterscheidet sich deutlich von der einer Röhre, die Flüssigkeit enthält. Erstere ist wesentlich kürzer als letztere. Demgemäß wird in einer Speichervorrichtung der Zentraleinheit (CPU) 13 ein Schwellenwert bereitet, um zu bestimmen, ob der Inhalt der Schwingröhre aus Gasen oder aus Flüssigkeiten besteht. Die errechnete Schwingdauer wird mit dem Schwellenwert auf Stufe F₃ verglichen. Berechnung und Vergleich werden wiederholt, solange die berechnete Dauer kleiner ist als der Schwellenwert. Wenn die errechnete Dauer den Schwellenwert übersteigt, wird auf Stufe F₄ eine Restzeit t₂ berechnet. Der Berechnungsvorgang wird später noch näher erläutert. Auf Stufe F₅ wird bestimmt, ob die Restzeit t₂ vergangen ist nachdem die Änderung der Schwingdauer nachgewiesen wurde. Nachdem festgestellt wurde, daß die Restzeit t₂ vergangen ist, wird auf Stufe F₆ die Pumpe 9 gestoppt und gleichzeitig das Ventil 7 geschlossen. Die Restzeit t₂ wird auf der Grundlage der folgenden empirischen Fakten bestimmt. Es ist experimentell erwiesen, daß eine Änderung der Schwingdauer erfolgt, wenn die zu untersuchende Flüssigkeit ungefähr den Punkt (a) erreicht hat, wie in Fig. 4(b) dargestellt ist. Wie die Tabelle 1 zeigt, ist ein Verhältnis t₁ zu t₀ ungefähr konstant unabhängig von der kinematischen Viskosität der Flüssigkeit, wenn die Zeiten t₀ und t₁ benötigt werden vom Beginn des Probennahme-Verfahrens bis zu dem Zeitpunkt, wo die Flüssigkeit den Punkt (a) bzw. einen weiteren Punkt (b), wie in Fig. 4(c) gezeigt, erreicht hat. Diese Tatsache ist einsichtig, da die Menge der Flüssigkeit, die während der Einleitung einen Querschnitt der Röhre 1 pro Zeit durchfließt als konstant angenommen wird. Demgemäß wird die Restzeit t₂=t₁-t₀ durch die Gleichung

t₂ = t₀ × r

erhalten, wobei r=(t₁/t₀)-1 ist.

Das Ziffernsignal S₂, das die Dichten der Flüssigkeiten berechnen soll, wird gewöhnlich in Abhängigkeit von Hunderten von Längen des Nachweissignals S₁ erhalten. Da die Berechnung auf Stufe F₂ andererseits lediglich dem Nachweis der Änderung der Schwingdauer dient und nicht der Bestimmung von Dichten, ist ein Ziffernsignal S₂, das nur mehreren Schwingdauern entspricht, ausreichend wirksam. Folglich kann der Zeitraum, der für die Messung der Schwingdauer während der Einleitung benötigt wird, wesentlich kürzer bemessen sein, als der Zeitraum für die Dichtenberechnung, was den Nachweis einer genauen Feststellung der Änderung der Schwingdauer ermöglicht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Änderung der Schwingdauer der dünnen Schwingröhre nachgewiesen, so daß der Zeitpunkt der Unterbrechung der Zuführung von Flüssigkeit in die Röhre auf der Grundlage der Zeit, die für den Änderungsablauf benötigt wird, bestimmt werden kann. Folglich kann eine passende, konstante Menge an Flüssigkeit in die Röhre unabhängig von den Viskositäten der Flüssigkeiten eingeleitet werden.

Tabelle 1

Kurz zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem die Schwingdauer einer Schwingröhre nachgewiesen wird, während die Flüssigkeiten, deren Dichte gemessen werden soll, in die Schwingröhre eingefüllt werden, und wenn die Schwingdauer einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, die Zeitspanne, für die die Einleitung fortgesetzt werden soll durch Multiplikation des Zeitraums zwischen der Einleitung und dem Überschreiten mit einem vorbestimmten Verhältnis bestimmt wird.

Claims

1. Probennahme-Verfahren für eine Flüssigkeit, deren Dichte in einer Schwingröhre eines Schwingungs-Aräometers gemessen werden soll, gekennzeichnet durch
Einleitung der Flüssigkeit in die Schwingröhre, während kontinuierlich die Schwingungsdauer der Schwingröhre (1) nachgewiesen wird;
Bestimmung des Zeitraums (T_o) zwischen dem Beginn der Flüssigkeitseinleitung und dem Zeitpunkt, zu dem die Schwingungsdauer einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet;
Unterbrechung der Einleitung der Flüssigkeit nach Ende einer Restzeit (t₂) nach dem Zeitpunkt des Überschreitens des Schwellenwertes, wobei die Restzeit (t₂) in Abhängigkeit des Zeitraumes (T_o) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Restzeit durch Multiplikation des Zeitraums zwischen Beginn der Einleitung und dem Überschreiten des Schwellenwertes mit einer empirisch vorbestimmten Zahl bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Messung der Schwingungsdauer während der Einleitung in kürzerer Zeit vollendet wird als am Ende der Restzeit, wo die Messung der Schwingungsdauer für die endgültige Bestimmung der Flüssigkeitsdichte erfolgt.