DE4424422A1 - Vorrichtung zum Bestimmen der Konzentration einer Flüssigkeitsmischung - Google Patents

Vorrichtung zum Bestimmen der Konzentration einer Flüssigkeitsmischung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen der Konzentration einer Flüssigkeitsmischung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Mit einer solchen Vorrichtung kann z. B. die Konzentration einer Wasser/Frostschutzmittel-Mischung etwa in einer Heizanlage oder in dem Kühlkreislauf eines Motores bestimmt werden.
Aus der US-PS 4 741 200 ist eine derartige Vorrichtung mit einem Meßquarz und einem Referenzquarz bekannt. Meßquarz und Referenzquarz sind in den Parallelzweigen einer Brückenschaltung gelegen und werden gemeinsam durch einen Oszillator zu Dickenscherschwingungen angeregt. Der Meßquarz wird in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht, während der Referenzquarz z. B. in Luft oder einer Referenzflüssigkeit gelegen ist. Im ersten Parallelzweig der Brücke mit dem Meßquarz ist noch ein Widerstand, im zweiten Parallelzweig mit dem Referenzquarz ein Abgleichwiderstand gelegen. Jeweils zwischen den Quarzen und den Widerständen wird das Brückensignal abgenommen und den Eingängen eines Verstärkers zugeführt, wo die Offset-Spannung gemessen wird. In einem anschließenden Detektor mit einer Anzeige wird dann direkt die Konzentration der Flüssigkeitsmischung angezeigt.
Für die Bestimmung der Konzentration wird in diesem Falle die Tatsache ausgenutzt, daß die Viskosität der Flüssigkeitsmischung sich in Abhängigkeit der Konzentration signifikant ändert, und daß die Frequenzen der Scherschwingungen von Meß- und Referenzquarz ebenfalls signifikant von der Viskosität abhängen.
Vor einer Messung wird die Brücke abgeglichen und geeicht, indem beide Quarze in Luft oder einer Referenzflüssigkeit eingetaucht werden und die Oszillatorfrequenz auf einen Wert von ungefähr 0,2 Prozent oberhalb der Resonanzfrequenz eingestellt wird. Der Abgleichwiderstand wird dann solange verändert, bis eine minimal Offset-Spannung erreicht wird. Für die Messung verbleibt der Referenzquarz in Luft oder der Referenzflüssigkeit, wonach die Oszillatorfrequenz über einen bestimmten Frequenzbereich durchfahren wird. Dabei zeigt die Offset-Spannung zwei Peaks, wobei einer der Peaks der Resonanz des Referenzquarzes und der andere Peak der Resonanz des Meßquarzes in der zu messenden Flüssigkeitsmischung entspricht. Aus diesen beiden Werten kann dann anhand einer Eichkurve die Viskosität der Flüssigkeitsmischung und damit die Konzentration der zu messenden Flüssigkeit in der Mischung bestimmt werden.
Wie in diesem US-Patent ausgeführt, muß der Oszillator sehr frequenzstabil sein, um Resonanz und Antiresonanz der Quarze bestimmen zu können. Die Frequenzstabilität muß etwa zwischen 1 bis 10 Hz liegen, um ausreichend genaue Ergebnisse zu erhalten.
Des weiteren ist das Verfahren relativ umständlich, da zum einen ein breiter Frequenzbereich kontinuierlich von dem Oszillator durchfahren werden muß und die Handhabung der beiden Quarze in der Brückenschaltung recht umständlich ist. Außerdem sind bei dieser Vorrichtung keine Möglichkeiten vorgesehen, die Abhängigkeit der Viskosität von Druck und Temperatur zu berücksichtigen, wodurch die Messungen der Konzentration fehlerhaft werden.
S. Bruckenstein und M. Shay schlagen in Electrochimica Acta. Band 30, Nr. 10, 1985, Seiten 1295 bis 1300, eine als Quarzmikrowaage bezeichnete Vorrichtung vor, die einen Meßquarz und einen in Luft befindlichen Referenzquarz aufweist, die beide mit einer eigenen Oszillatorschaltung verbunden sind. Die Ausgangssignale des Referenzquarzes werden als Taktsignale benutzt, um die Differenzfrequenz der beiden Quarze zu bestimmen, die ein Maß für die Viskosität der Flüssigkeitsmischung, und damit auch für die Konzentration der zu messenden Flüssigkeit in der Mischung ist. Für diese Vorrichtung ist eine elektrochemische Zelle vorgesehen, in der die Flüssigkeitsmischung, insbesondere ein Elektrolyt, eingefüllt ist. Die Anordnung des Referenzquarzes ist relativ weit entfernt von der Position des Meßquarzes. Die gesamte Apparatur ist nicht dafür ausgelegt, Druck- und Temperatureinflüsse auf die Flüssigkeitsmischung zu berücksichtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Messen der Viskosität einer Flüssigkeit anzugeben, der genaue Meßergebnisse liefert, wobei im wesentlichen auch Druck- und Temperatureinflüsse korrigiert sind, und der für vielfältige Anwendungen eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Demnach weist die Vorrichtung einen Meßkopf auf, in dem Meß- und Referenzquarz unmittelbar benachbart, z. B. getrennt nur durch einen Abstandshalter, gelagert sind. Damit erhält man einen kompakten Sensor, bei dem beide Quarze etwa den gleichen Umweltbedingungen ausgesetzt sind, so daß etwa Druck und Temperatur für Meß- und Referenzquarz in der Regel annähernd gleich sind und deren Einflüsse auf die Meßergebnisse leicht, z. B. durch entsprechende Eichkurven kompensiert werden können. Die beiden Quarze sind jeweils das frequenzbestimmende Element in je einer selbst erregten Resonanzschaltung, die so ausgelegt ist, daß der Quarz jeweils knapp (z. B. einige Kilohertz) unterhalb der Serienresonanz schwingt.
Meßkammer und Referenzkammer liegen unmittelbar benachbart, wobei der Boden jeder Kammer bzw. zumindest ein Teil dieses Bodens durch jeweils ein Quarzplättchen gebildet ist. Die Böden der beiden Kammern liegen unmittelbar benachbart zueinander, gegebenenfalls getrennt durch einen Abstandshalter oder etwa eine Schirmung, um gegenseitige mechanische und elektrische Beeinflussung zu vermeiden. Es ist selbstverständlich auch möglich, Meß- und Referenzquarz auf einem gemeinsamen Quarzsubstrat zu realisieren, so daß Meß- und Referenzkammer direkt seitlich benachbart zueinander liegen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann sehr kompakt gebaut und vielfältig eingesetzt werden. Es ist z. B. möglich, Meß- und Referenzquarz in einen kompakten Meßkopf einzubauen und diesen mit einem Handgriff zu verbinden, in dem dann die Auswerteschaltung und eine Anzeige angeordnet sind. Hiermit wird ein tragbarer Sensor geschaffen, mit dem rasch die Konzentration einer Flüssigkeitsmischung bestimmt werden kann. Ebenso ist es möglich, den Meßkopffest z. B. in den erwähnten Kreislauf einer Heizanlage und die Auswerteschaltung in einen Schaltkasten der Heizanlage einzubauen. Dieser Sensor dient dann dazu, die Konzentration des Frostschutzmittels anzugeben und vor einem Mangel an Frostschutzmittel zu warnen. Der Meßkopf ist hierzu bevorzugt in einer Zelle angeordnet, deren eine Wand mit einem Filter versehen ist, der in dem Kreislauf vorhandene Partikel von dem Meßkopf fernhält. Ansonsten ist die Zelle flüssigkeitsdicht.
Die Auswerteschaltung kann sehr einfach aufgebaut sein: Sie weist einen Mischer auf, mit dem die Ausgangssignale der beiden Oszillatoren verbunden sind, wobei dessen Ausgangssignal mit einer Komparator- und Anzeigeschaltung verbunden ist, in dem die Differenzfrequenz zwischen den Frequenzen von Meßquarz und Referenzquarz bestimmt und in numerische Werte der Viskosität umgesetzt werden. Vorzugsweise ist noch zwischen Mischer, dem analoge Frequenzen zugeführt werden, ein Frequenz- Spannungswandler vorgesehen, so daß die Auswerteschaltung eine vorgegebene Spannung auswertet.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Bestimmen der Konzentration einer Flüssigkeitsmischung;
Fig. 2 eine schematische teilweise geschnittene Ansicht eines Handgerätes zum Messen der Konzentration mit einem gemäß der Erfindung aufgebauten Meßkopf;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des Meßkopfes aus Fig. 2;
Fig. 4 die Anordnung eines Meßkopfes in einer Zelle zum festen Einbau des Sensors in einem Flüssigkeitskreislauf;
Fig. 5 eine selbst erregte Resonanzschaltung mit dem frequenzbestimmenden Meß- oder Referenzquarz für einen Meßkopf gemäß der Erfindung;
Fig. 6 die errechnete negative Änderung der Resonanzfrequenz eines Quarzes in Abhängigkeit der Konzentration einer Kühlflüssigkeit aus Wasser und Frostschutzmittel für 20°C und 80°C, bei einer Referenzflüssigkeit aus Wasser und 30 Vol.-% Frostschutzmittel;
Fig. 7 ein Meßdiagramm für unterschiedliche Konzentrationen eines Frostschutzmittels in einer Kühlflüssigkeit für Temperaturen zwischen 40°C und 80°C, bei einer Referenzflüssigkeit aus Wasser und 30 Vol.-% Frostschutzmittel, aufgetragen in Abhängigkeit der Ausgangsspannung einer Auswerteschaltung;
Fig. 8 den Phasengang der Admittanzen von Meß- und Referenzquarz, wobei für den Meßquarz Phasengänge für unterschiedliche Fluide und Konzentrationen dargestellt sind.
Die Ausführungsbeispiele sollen in Verbindung mit der Bestimmung der Frostschutzmittelkonzentration im Kühlwasser z. B. einer Heiz- oder Kühlanlage oder im Kühlkreislauf eines Kfz-Motores erläutert werden. Durch Zugabe von Frostschutzmittel zum Kühlwasser wird das Gefrieren einerseits und das Übersieden andererseits verhindert. Außerdem bietet eine solche Zugabe Schutz gegen Rosten und Korrosion, ohne Gummischläuche zu beeinträchtigen. Moderne Frostschutzmittel sollen das ganze Jahr über in einer optimalen Konzentration im Kühlwasser, etwa zwischen 40% bis 60%, enthalten sein. Die Zugabe von Frostschutzmittel erhöht den Siedepunkt der Kühlflüssigkeit und senkt deren Gefrierpunkt. Die Viskosität der Kühlflüssigkeit ist stark von der Konzentration des Frostschutzmittels abhängig. Wird Glycol als Frostschutzmittel verwendet, so steigt z. B. die Viskosität bei 30°C von etwa 1 cP bei 0 Vol.-% Glycol im Wasser bis auf etwa 10 cP bei 75 Vol.-% an. Diese Viskositätsänderung kann mit Hilfe eines Sensors 1 bestimmt werden, dessen Aufbau schematisch in Fig. 1 dargestellt ist.
Der Sensor weist einen Meßkopf 2 auf, in dem zwei Schwingquarze, nämlich ein Meßquarz MQ und ein Referenzquarz RQ angeordnet sind. Die elektrische Beschaltung der beiden Quarze wird so dimensioniert, daß diese knapp unterhalb ihrer jeweiligen Serienresonanzfrequenz schwingen. Die Resonanzfrequenzen der beiden Quarze werden unterschiedlich ausgelegt. In der Praxis liegen die Resonanzfrequenzen bei einigen Megahertz, wobei die Resonanzfrequenz des Referenzquarzes RQ um einige Kilohertz, z. B. ca. 20 Kilohertz höher gewählt wird als diejenige des Meßquarzes. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Oberfläche des Plättchens des Meßquarz es durch längeres Besputtern mit Gold dicker gemacht wird. Mit dem Meßquarz MQ und dem Referenzquarz RQ ist jeweils ein Oszillator O1 mit der Frequenz F1 bzw. O2 mit der Frequenz F2 verbunden. Die Quarze und die Oszillatoren sind in eine selbst erregte Oszillatorschaltung eingefügt, die näher in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben wird. Die Oszillatorfrequenzen F1 und F2 werden einem Mischer M zugeführt, in dem die Differenzfrequenz AF bestimmt wird. Diese Differenzfrequenz wird in einem Frequenz/Spannungswandler W in eine Spannung umgewandelt, die in einer Auswerteschaltung A in einen zugehörigen Konzentrationswert umgewandelt wird, der an eine Anzeige ausgegeben wird, an der die Konzentration des Frostschutzmittels in der Kühlflüssigkeit z. B. in Volumenprozent erscheint. In dem Meßkopf 2 ist noch ein Thermoelement T vorgesehen, dessen die Temperatur von Kühl- und Referenzflüssigkeit angebendes Ausgangssignal ebenfalls der Auswerteschaltung A zugeführt wird, so daß dort die Konzentrationswerte temperaturkorrigiert werden können.
In Fig. 2 ist ein Sensor 1 im Schnitt dargestellt, der als Handgerät eingesetzt werden kann. In den Meßkopf 2 ist ein Handgriff 3 eingeschraubt, der an seinem Ende die Auswerteschaltung A mit der Anzeige D, z. B. einem LED-Display aufweist. Der Meßkopf weist ein Gehäuse 4 mit einem zylinderförmigen Innenraum auf, wobei dieser Innenraum aufgeteilt ist in eine Meßkammer 5 und eine Referenzkammer 6. Die Meßkammer weist an der äußeren Stirnseite des Gehäuses eine freie Öffnung 7 auf; deren Boden wird gebildet durch den parallel zu der Stirnseite gelegenen Meßquarz MQ, der sich auf einem Distanzring 8 abstützt, dessen Ringöffnung etwa dem Durchmesser der Meßkammer entspricht. Zwischen einem umlaufenden Kragen 9 am Rand der freien Öffnung 7 und dem Meßquarz MQ ist ein O-Ring 10 gelegen, der die Seitenwand der Meßkammer bildet und diese gegen den übrigen Innenraum des Meßkopfes flüssigkeitsdicht abdichtet. Auf der dem Meßquarz gegenüberliegenden Seite des Distanzringes 8 ist der Referenzquarz RQ montiert, der den Boden der Referenzkammer 6 bildet. Die Seitenwand der Referenzkammer wird durch einen anschließenden O-Ring 11 und die Innenwand eines Edelstahlringes 12 gebildet, dessen Ringöffnung etwa dem Innendurchmesser des Distanzringes entspricht. Die freie Öffnung dieses Edelstahlringes ist mit einer Membrandichtung 14, z. B. einer Vitondichtung abgedeckt. Die gesamte Anordnung wird durch einen Deckel 15 abgeschlossen und mit Hilfe von Schrauben, die in das Gehäuse 4 eingeschraubt werden, zusammengespannt. Der Deckel 15 weist einen die Öffnung des Edelstahlringes 12 überspannenden Hohlraum 16 auf, der über eine weitere Öffnung 17 mit der Umgebung kommuniziert.
In die Referenzkammer 6 ist eine Referenzflüssigkeit, z. B. eine Mischung aus 70 Vol.-% Wasser und 30 Vol.-% Frostschutzmittel eingefüllt. Aufgrund der Vitondichtung und des Deckels 15 ist es möglich, daß sich das Volumen der Referenzkammer ändert, ohne daß der Druck auf den Referenzquarz RQ wesentlich variiert.
Mit den Quarzen sind nicht gezeigte Anschlußleitungen verlötet, die über die Einschrauböffnung für den Handgriff zu der Auswerteschaltung geführt werden. Der elektrische Kontakt zwischen Quarz und Anschlußleitungen kann auch anders erfolgen, z. B. durch Verpressen innerhalb der Anordnung etc.
Nach einer Eichung der Vorrichtung wird bei einer Messung der Meßkopf 2 in die Kühlflüssigkeit getaucht, so daß diese über die freie Öffnung 7 an die Oberfläche des Meßquarzes gelangt. Die Serienresonanzfrequenz des Meßquarzes stellt sich entsprechend auf einen Wert ein, der abhängig von dem Viskositätswert der Kühlflüssigkeit und damit der Konzentration des Frostschutzmittels ist. Die erwartete Änderung der Resonanzfrequenz des Meßquarzes in Abhängigkeit der Viskosität der Mischung ist in Fig. 6 für 200 und 40°C gezeigt, wobei als Referenzflüssigkeit Wasser mit 30 Vol.-% Frostschutzmittel verwendet wurde.
In Fig. 7 ist die Spannung nach dem U/F-Wandler (3 Hz = 1 nV) bei unterschiedlichen Frostschutzmittelkonzentrationen für Temperaturen der Kühlflüssigkeit von 40°C und 80°C dargestellt. Man sieht, daß die Steigung der Kurven ausreichend ist, so daß sehr genaue Meßwerte erzielbar sind.
In Fig. 4 ist ein modifizierter Sensor 1′ dargestellt, der für einen festen Einbau des Meßkopfes 2 z. B. in den Kühlkreislauf einer Heiz- bzw. Kühlanlage geeignet ist. Der Meßkopf 2 ist hierbei in den hohlen Innenraum 30 einer Zelle 31 eingeschraubt, die an den Seitenwänden und am Boden flüssigkeitsdicht ausgebildet ist, und an ihrer Oberseite mit einem Filter 32, z. B. einem feinmaschigen Gitter abgeschlossen ist, der zwar die zu messende Flüssigkeit, jedoch nicht etwaige Schmutzpartikel in dieser Flüssigkeit hindurchläßt. Auf diese Weise wird eine Verschmutzung des Meßkopfes und damit auch ein Meßfehler vermieden.
In Fig. 5 ist die Beschaltung für einen der Quarze, in diesem Fall den Meßquarz dargestellt. Die Beschaltung für den Referenzquarz ist ebenso aufgebaut. Der Meßquarz MQ ist über einen Koppelkondensator 41 an den positiven Eingang 42 eines Breitbandvideoverstärkers 43 angeschlossen, der an seinen Anschlußklemmen an Versorgungsspannungen U1 von +5 Volt und U2 von -5 Volt liegt. Der Operationsverstärker 43 hat einen sehr hohen Verstärkungsfaktor von z. B. 400 und mehr. Zwischen dem positiven Eingang 42 und dem negativen Eingang 44 ist noch ein Anpaßwiderstand 45 vorgesehen. Von dem positiven Ausgang 46 des Breitbandvideoverstärkers 43 führt ein Widerstand 47 zu der Basis eines Auskoppeltransistors 48, an dessen Emitter über eine Auskoppelschaltung 49 das Ausgangssignal O abgenommen wird. Das in invertierte Ausgangssignal an einem negativen Ausgang 50 des Verstärkers 43 wird über einen Rückkopplungswiderstand 51 auf den negativen Eingang 44 des Verstärkers 43 rückgekoppelt. An den Widerstand 51 ist noch eine Parallelschaltung aus zwei antiparallel geschalteten Dioden an Masse geschaltet, wodurch eine Amplitudenbegrenzung möglich ist. Anstelle der Dioden kann ein entsprechend dimensionierter Widerstand vorgesehen werden.
Die beschriebene Schaltung ist äußerst unempfindlich gegen Störungen und liefert gut reproduzierbare Meßergebnisse. Durch Ändern des Anpaßwiderstandes kann der Arbeitspunkt der Resonanzschaltung verändert werden. So liegt z. B. die Serienresonanz etwa bei dem ersten Nulldurchgang des Phasenganges der Admittanz; vgl. Fig. 8. Aus dieser Figur sieht man, daß für den Meßquarz in Luft ein eindeutiger Nulldurchgang vorhanden ist, für Wasser gerade noch ein Nulldurchgang vorliegt, jedoch nicht mehr für Kühlflüssigkeiten mit 50% oder 30% Frostschutzmittel. Bei einer herkömmlichen Rückkopplung mit einer 0°- bzw. 360°- Phase würde die Resonanzschaltung dort nicht mehr schwingen. Durch entsprechendes Einstellen des Anpaßwiderstandes kann jedoch ein Arbeitspunkt bei einer Phase von in diesem Falle z. B. 75° gewählt werden, bei dem die Schaltung trotz der durch die Viskosität der Kühlflüssigkeit bedingten Dämpfung schwingt.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen waren Meß- und Referenzquarz getrennte Einheiten. Es ist selbstverständlich möglich, die Meß- und Referenzelektroden auf einem Schwingquarz , dort an unterschiedlichen Orten, anzubringen. Ebenso wäre mit der Resonanzschaltung auch ein Messen bei der Phase Null möglich.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Konzentration einer Mischung aus zumindest zwei Flüssigkeiten, mit einem Meßquarz, der von der Flüssigkeitsmischung benetzbar ist und zu Dickenscherschwingungen angeregt wird und dessen Resonanzfrequenz sich in Abhängigkeit der Konzentration ändert, ferner mit einem Referenzquarz, der sich in einer Referenzflüssigkeit befindet, und mit einer Auswerteschaltung für die Ausgangssignale der Schwingquarze, die ein der Konzentration entsprechendes Ausgangssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) einen Meßkopf (2) mit einer zu der Flüssigkeitsmischung offenen Meßkammer (5) und einer unmittelbar benachbarten abgeschlossenen, die Referenzflüssigkeit enthaltenden Referenzkammer (6) aufweist, in denen der Meßquarz (MQ) bzw. der Referenzquarz (RQ) in Nachbarschaft zueinander gelegen sind, wobei Meßquarz und Referenzquarz jeweils das frequenzbestimmende Element in je einer selbst erregten Resonatorschaltung (Fig. 5) sind, die so ausgelegt ist, daß der Quarz jeweils knapp unterhalb seiner Serienresonanzfrequenz schwingt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Meßquarz (MQ) und Referenzquarz (RQ) jeweils zumindest einen Teil eines ebenen Bodens der Meßkammer (5) bzw. Referenzkammer (6) bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden der Kammern einander direkt zugewandt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Referenzquarz (MQ, RQ) auf einem gemeinsamen Quarzplättchen ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzkammer (6) so ausgebildet ist, daß eine Volumenänderung der Referenzflüssigkeit zugelassen wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzkammer eine elastische Wand (14) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Referenzquarz (MQ, RQ) jeweils mit einem Oszillator (O1, O2) und diese zum Bestimmen der Differenzfrequenz mit einem Mischer (M) verbunden sind, dessen Ausgangssignal einer Auswerteschaltung (A) zugeführt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mischer (M) und Auswerteschaltung (A) ein Frequenz/Spannungswandler (W) geschaltet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienresonanzfrequenzen von Meßquarz (MQ) und Referenzquarz (RQ) im Megahertz-Bereich liegen und die Serienresonanzfrequenz des Referenzquarzes (RQ) von derjenigen des Meßquarzes im Kilohertz-Bereich abweicht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienresonanzfrequenz des Referenzquarzes (RQ) ca. 20 Kilohertz höher liegt als diejenige des Meßquarzes (MQ).
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Meßkopf (2) ein Temperaturfühler (T) vorgesehen ist, der zur Kompensation von Temperatureinflüssen mit einer Kompensationsschaltung in der Auswerteschaltung (A) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (2) ein Gehäuse (4) mit an beiden Stirnseiten gelegenen Öffnungen (7, in 12) aufweist, daß im Innenraum des Gehäuses durch einen Distanzring (8) getrennt jeweils die Quarze (MQ, RQ) gelegen sind, und daß der Raum zwischen der vorderen freien Öffnung (7) und dem Meßquarz (MQ) als Meßkammer (8) und der Raum zwischen dem Referenzquarz (RQ) und der gegenüberliegenden verschlossenen Öffnung des Gehäuses als Referenzkammer (7) dient, wobei die beiden Kammern gegeneinander flüssigkeitsdicht abgedichtet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Referenzkammer durch eine den Volumenänderungen der in der Referenzkammer enthaltenen Referenzflüssigkeit folgende Wand (14), insbesondere eine elastische Wand abgeschlossen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die den Volumenänderungen folgende Wand (14) der Referenzkammer (6) durch einen Gehäusedeckel (15) abgedeckt ist, der eine der Referenzkammer (6) zugewandte, etwa dem Querschnitt der dortigen Öffnung (13) des Gehäuses aufweisenden Hohlraum (16) aufweist, der mit der Außenumgebung über eine Öffnung (17) in Verbindung steht.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in das Gehäuse ein Schaft (3) einsetzbar ist, der als Halterung für den Meßkopf dient.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (3) ein Handgriff ist, in dem die Auswerteschaltung (A) und eine Anzeige (D) untergebracht sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Öffnung (7) der Meßkammer (5) mit einem Filter (32) abgedeckt ist, der in der zu messenden Flüssigkeit vorhandene Partikel von dem Meßquarz (MQ) fernhält.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (2) in einer Zelle (31) und die Auswerteschaltung außerhalb der Zelle angeordnet ist, und daß ein Bereich der ansonsten flüssigkeitsdichten Zelle mit einem Filter (32) versehen ist, der in der zu messenden Flüssigkeit vorhandene Partikel von dem Meßkopf (2) fernhält.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036207A2 (en) * 2002-10-18 2004-04-29 Symyx Technologies, Inc. Environmental control system fluid sensing system and method comprising a sesnsor with a mechanical resonator
FR2850757A1 (fr) * 2003-02-04 2004-08-06 Univ Nantes Dispositif de controle et/ou de mesure des caracteristiques d'un circuit de fluide aqueux frigoporteur ou caloporteur
US6873916B2 (en) 2002-10-18 2005-03-29 Symyx Technologies, Inc. Application specific integrated circuitry for controlling analysis of a fluid
US7158897B2 (en) 2003-03-21 2007-01-02 Symyx Technologies, Inc. Integrated circuitry for controlling analysis of a fluid
US7721590B2 (en) 2003-03-21 2010-05-25 MEAS France Resonator sensor assembly

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19737880C1 (de) * 1997-08-29 1998-11-19 Univ Magdeburg Tech Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des komplexen Elastizitäts- oder Schermoduls einer dünnen Schicht mittels Oszillatoren

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2536111A (en) * 1945-07-04 1951-01-02 Karl S Van Dyke Dew point hygrometer
GB2149109A (en) * 1983-07-13 1985-06-05 Suisse Horlogerie Rech Lab Piezoelectric contamination detector
US4741200A (en) * 1986-07-11 1988-05-03 Ford Motor Company Method and apparatus for measuring viscosity in a liquid utilizing a piezoelectric sensor
DE4013665C2 (de) * 1990-04-27 1992-09-24 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2536111A (en) * 1945-07-04 1951-01-02 Karl S Van Dyke Dew point hygrometer
GB2149109A (en) * 1983-07-13 1985-06-05 Suisse Horlogerie Rech Lab Piezoelectric contamination detector
US4741200A (en) * 1986-07-11 1988-05-03 Ford Motor Company Method and apparatus for measuring viscosity in a liquid utilizing a piezoelectric sensor
DE4013665C2 (de) * 1990-04-27 1992-09-24 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036207A2 (en) * 2002-10-18 2004-04-29 Symyx Technologies, Inc. Environmental control system fluid sensing system and method comprising a sesnsor with a mechanical resonator
WO2004036207A3 (en) * 2002-10-18 2004-09-02 Symyx Technologies Inc Environmental control system fluid sensing system and method comprising a sesnsor with a mechanical resonator
US6873916B2 (en) 2002-10-18 2005-03-29 Symyx Technologies, Inc. Application specific integrated circuitry for controlling analysis of a fluid
US7225081B2 (en) 2002-10-18 2007-05-29 Symyx Technologies, Inc Application specific integrated circuitry for controlling analysis of a fluid
FR2850757A1 (fr) * 2003-02-04 2004-08-06 Univ Nantes Dispositif de controle et/ou de mesure des caracteristiques d'un circuit de fluide aqueux frigoporteur ou caloporteur
US7158897B2 (en) 2003-03-21 2007-01-02 Symyx Technologies, Inc. Integrated circuitry for controlling analysis of a fluid
US7721590B2 (en) 2003-03-21 2010-05-25 MEAS France Resonator sensor assembly
US8732938B2 (en) 2003-03-21 2014-05-27 MEAS France Method of packaging a sensor

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