DE8306730U1 - Dichtemesser fuer fluessigkeiten oder gase - Google Patents

Description

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Dichtemesser für Flüssigkeiten oder Gase

Die Erfindung bezieht sich aur 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 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.

Bei einem solchen aus der US-PS 2 6j55 ^62 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 Lnnenrohr 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 Dichteraessers beeinträchtigt.

Abgesehen hiervon haben die Gabelzinken bei diesem bekannten· Dichtemesser keine bevorzugte Schwingungsrichtrurig, da die beiden konzentrisches! Rohre jedes Zinkens nach allen

Schviingungs.richtungen hin das gleiche Trägheitsmoment . haben, wodurch die Schwingungsrichtung von den zufälligen unterschiedlichen Massenverteilungen durch Fertigungstoleranzen beeinflußt wird. Auch beste'ht die Gefahr, daß der Schwerpunkt der Gabelzinken hier nicht in einer Ebene schwingt sondern in unkontrollierten Schwingungsfiguren 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 j ■ sind die konzentrischen Rohre beider Gabelzinken strömungs-/ seitig 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 oo J542 auch ein Dichtemesser mit Schwinggabel bekannt, deren Gabelzinken jeweils aus nur einem Rohr bestehen, das am freischwingenden Ende geschlossen ist und behälterartig mit der zu messenden Flüssigkeit gefüllt wird. Hier ist 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 entleert werden, bevor die Rohrzinken mit der neuen Probe gefüllt werden können. Nachteilig ist auch hier, daß durch die rotationssymmetrische Ausbildung der Gabelzinken keine bevorzugte Sehwingungsebene vorhanden ist, sondern sich schon bei leichten Unsymmetrien des Rohres oder der Erreger- und Aufnehmerelemente eine von einer geraden Linie aubweiehende Sehwingungsschleife ergibt.

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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dichtemesser nach den Merkmalen des Oberbegriffs so zu verbessern, daß trotz einer ständigen Durchströmung der Gabelzinken über die beiden Durchstrb'mröhren die Vorteile der Stimmgabel, d. h. die hohe Resonanzschärfe 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 Auinehmerspule des elektromagnetischen Schwingkreises senkrecht zu diesen beiden. Ebenen verläuft, schwingen die beiden Durchströmröhren eines jeden Gabelzinkens exakt in Richtung des geringsten Trägheitsmoments der Gabelzinken und damit in Richtung der Achse der Erreger- und 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 Durchströnröhren der Gabelzinken liegen synun-a srische Ausgangsverhältnisse an den Gabelzinken vor und die Schwinggabel wird in ihrem Freiheitsgrad nur wenig gedämpft, so daS eine hohe Schwingungsgüte bei sauber gerichteten Schwingungen erzielt wird.

Da die beiden Durchströmröhren eines jeden Gabelzinkens unmittelbar an ihrem freischwingenden Ende über einen annähernd den gleichen Durchströmquerschnitt rand annähernd die gleiche Wanddicke wie die Durchströmröhren aufweisenden ümlenkabschni-tt offen miteinander in Verbindung stehen, ergibt sich eine relativ kleine Eigenmasse für die beiden Gabelzinken und das MeSnedlum

kann mit geringstem Strömungswiderstand durch die Gabelzinken fließen. Durch den gleichbleibenden Durchgang in den· Durchströmröhren und 'im Umlenkäbschnitt erfolgt eitie 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 Eigenmasse das verhältnis zur Masse des durchströmenden Meßmediums 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 d^r Gabelzinken jeweils durch einen im fest eingespannten Schwinggabelkopf und/oder im die Schwinggabel aufnehmenden Schwinggabelträger vorgesehenen Querkanal miteinander verbunden sind, und an dem einen Querkanal 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.

Zweckmaßigerweise sind die an den Schwinggabelträger angeschlossenen, beiden Leitungen für di» Zu- und Abströmung des Meßmediums entsprechend Anspruch 3 gleichzeitig als elastische Aufhängung für die Schv.-inggabel ausgebildet, so daß auf eine besondere elastische Aufhängung für den Schwinggabelträger verzichtet werden kann und. trotzdem Störeinflüsse von außen

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von der Scbwinggabel weitgehend ferngehalten werden.

* Werden die beiden? Leitungen für^die Zu- und Äbströmung des Meßmediums gemäß Anspruch 4- als flexible Metallschlauch^ ausgebildet, so ist der Sehwinggabelträger nach allen Richtungen hin weich aufgehängt, so daß eine wirksame Entkoppelung zwischen Sehwinggabelträger 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 Heßmediums 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 dichtungen hin elastisch nachgiebige Aufhängung des Sehwinggabelträger und damit d'er Sehwinggabel, so daß die Sehwinggabel 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 Gabelzinke^ erstreckenden Massezylinder verschraubt ist. Dieser Massezylir.der trägt in der Mitte eine die Sehwinggabel aufnehmende Axialbohrung und ist im Bereich der freischwingenden Gabelzinkenenden mit zwei gegenüberliegenden Raäialbohrungen versehen, in die Traghülsen fest eingesetzt sind, die die Erregerspule und die Aufnehmerspule des elektromagnetischen Schwingkreises

jj₀ tragen. Durch den an den Vollzylinder fest angeschraubten, sich

über die ganze Länge der Schwinggabel erstreckenden MassezylinderJ 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 aufgez.Ghr>b;\V'3rdeni.jI?or_tifiassekörper ist-hierbei so

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steif, daß die Rückkräfte, die einerseits durch die in den. Massekörper eingebauten Magnetspulen verursacht werden.und andererseits von dem Sehwinggabelkopf auf den Schwinggabelträger übertragen werden und im sehwingungserregenden Sinne auch auf den Schwinggabelträger einwirken, nicht zu einer Schwingungserregung des Schwinggabelträgers und damit auch nicht zu einer Verzerrung der Resonanzfrequenz führen können.

Trägt die Schwinggabel 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 üasmessung eine Rolle. Um diese Einflüsse der die Schwinggabel umgebenden Luft auszuschalten, wird entsprechend dem Anspruch 9 vorgesehlagen, das die Schwinggabel aufnehmende Gehäuse als druckdichte Aufnahmekammer für ein Referenzgas auszubilden. Dadurch wird die durch die vorgeschlagene Ausbildung der Schwinggabel errichte hohe Meßgenauigkeit nicht wieder durch Zustandsänderungen der sie umgebenden Luft gemindert.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das die Zeichnung erkennen läßt, und zwar zeigen

Fig. 1 einen in einem Gehäuse eingebauten Dichtemesser gemäß der Erfindung im Längsschnitt,

Fig. 2 die Schwinggabel mit Schwinggabelträger in

vergrößertem Maßstab in einem senkrecht zum Längsschnitt nach Fig. 1 verlaufenden Längsschnitt,

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Fig. 3 den Schwinggabelträger im Querschnitt nach Linie III-III der Sig, 2 und

I ' _ * _φ , Fig. 4 „ den Schwinggabel träger mit den Durehströmröhren^ 1 und den Spulen im Querschnitt nach Linie Iv: - IV

I 5 der Fig. 2.

% Der dargestellte Dichtemesser ist in dem zylindrischen Gehäuse

|; 1 eingebaut, das oben durch den aufgeschraubten Gehäusedeckel

I 2 nach außen verschlossen ist. Der Gehäusedeckel 2 trägt eine

I seitliche Ansohlußleiste 3, mit der der Dichtemesser oben an

Io einer Wand 4 oder einer Konsole befestigt ist. Der Diehtemesser ist mit einer Schwinggabel 5 versehen, deren beiden

Ii Gabelzinken 6 und 7 jeweils-zwei Durehströmröhren 8, 9 v.nd

>; 8 a, 9 a aufweisen. Die beiden Durehströmröhren 8 und 9 des

Gabelzinkens 6 liegen eng nebeneinander in einer Ebene lo, 15 vrährend die beiden Durchströmröhren 8 a und 9 a des Gabel-I zinkens 7 eng nebeneinander in einer Ebene 11 liegen. Alle

1 Durehströmröhren 8, 9 und 8a, 9a besitzen den gleichen

j Durchströmquerschnitt und die gleiche Länge. An ihrem freischwingenden Ende stehen die beiden Durehströmröhren 8, 9 2o über einen Uralenkabschnitt 12 und die beiden Durehströmröhren 8 a, 9 a über einen Umlenkabschnitt 12 a offen miteinander in Verbindung. Diese Uralenkabschnitte 12, 12 a besitzen annähernd den gleichen Durchströmquerschnitt und die gleiche Wanddicke wie die Durehströmröhren 8, 9 und 8a, 9a»

25 ^Die Durehströmröhren 8, 9 und 8 a, 9 a sind im Schwinggabel- "' . kopf 13 fest eingespannt, an den Enden verschweißt und bilden zusammen mit dem Schwinggabelkopf die Schwinggabel 5· Die beiden für die Zuströmung vorgesehenen Durehströmröhren 8 und 8 a der Gabelzinken 6 und 1 sind oben durch einen im ^₀ Schwinggabelträger 14 vorgesehenen Querkanal 15 miteinander

verbunden. Die beiden anderen für die Abströraur-,g vorgesehenen Durchströmröhren 9 und 9 a stehen über den Querkana\ 16 mit- i einander in Verbindung. An den Querkanal 15 ist die Zuström-·

)' · leitung 17 und an den Querkanal 16 ist die Abströmleitung j 35 * ^^{:p das} Meßmedium angeschlossen.

I Die Ebene Io d-ett 'ttöitierr eng 'nebeneinander liegenden Durch-

strömröhren 8, 9 und die Ebene 11 der beiden eng nebeneinander liegenden Durchströmröhren 8 a, 9 a verlaufen
parallel zueinander, und die Achse 19 der Erregerspule
2o und der Aufnehmerspule 21 des elektromagnetischen *
Schwingkreises verläuft senkrecht zu diesen beiden

Ebenen Io und 11, so daß sich eine in Richtung des geringsten
Trägheitsmoments der Gabelziinken 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 Lange der Durchströmröhren 8, 9 und | 8 a, 9 a erstreckenden Massezylinder 24 verschraubt ist. | In der Mitte trägt dieser Massezylinder 24 eine Axialbohrung f

25 für die Aufnahme der Schwinggabel 5- Der Sehwinggabelkopf |

13 besitzt einen zylindrischen, mit einem Dichtring ver- I

sehenen Haltebund 26, mit dem die Schwinggabel 5 fest zwischen |

dem Vollzylinder 22 und dem Massezylinder 24 des Schwinggabel- |

träger? 14 eingespannt ist. Durch den Arretierungsstift 27 |

sind die Ebenen Io und Ii der Durchströmröhren 8, 9 und I

8 a, 9 a genau der Achse 19 der Erreger- und Aufnehmerspule f

2o, 21 zugeordnet. .. . |

Der Massezylinder 24 des Sch"winggabelträgers 14 rst "im Bereich |:

der freischwingenden Enden der Gabelzinken 6 und J mit zwei |

gegenüberliegenden Radialbohrungen 28 und 29 versehen, in die 1

die Traghülsen 30 und 31 eingepreßt sind. In die Traghülse I

30 ist die Erregerspule 2o 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 Verstärker 35

geführt sind. Die Traghülse 31 niiamt die Aufnehmerspule
21 auf, deren Anachlußdrähte 36 über eine im Massekörper
24 eingedrehte Ringnut 37 in Umfangsriehtung 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 abgedeekt.

Claims (9)

.,BQpp&Reuther^ f Va Ί276 'Cg. ^nsprüche

1. Dichtemesser für Flüssigkeiten oder Gase mit einer . Sehwinggabel, bei der jeder der beiden Gabelzinken zwei Durchströmröhren aufweise, die im Bereich des freischwingenden Gebeizinkenendes 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 Sehwinggabel 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 (lo, 11) liegen, den gleichen Durchströmquerschnitt und die gleiche Länge aufweisen und unmittelbar an ihrem freischwingenden Ende über einen annähernd den gleichen Durchströmquerschnitt und annähernd die gleiche Ivanddiclce . wie die Durchströmröhren (8, 9 und 8a, 9a) aufweisenden Umlenkabschnitt (12, 12 a) oiien miteinander in Verbindung stehen, wobei die Ebene (lo) der beiden Durchströmröhren (8, 9) des einen Gabelzinkens (6) parallel zur Ebene (11) der beiden Durchströmröhren (8 a, 9 a) des anderen Gabelzinkens (7) liegt, und die Achse (I9) der Erreger- und Aufnehmerspule (2o, 21) des elektromagnetischen Schwingkreises senkrecht zu diesen beiden Ebenen (lo, 11) verläuft.

2. Dichtemesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden für die Zuströmung vorgesehenen Durchströmröhren (8, 8 a) \Ind die beiden für die

J5o Abströmung vorgesehenen Durchströmröhren (9* 9 a) der Gabel-· zinken (6, J) jeweils durch einen im fest eingespannten Schwinggabelkopf (13) und/oder im die Sehwinggabel (5) auf-

nehmenden Schwinggabelträger (14) vorgesehenen Querkanal (15, l6) miteinander verbunden sind, und an dem einen Querkanal (15) die Zuströmleitung (17) und an dem anderen Querkanal (l6) 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, l8) für die Zu- und Abstrcmung des Meßmediums gleichzeitig als elastische Aufhängung für die Sehwinggabel(5) ausgebildet sind.

4. Dichtemesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitungen (17, l8) für die Zu- und Abströmung des Meßmediums als flexible Metallschläuche ausgebildet sind.

2c 5· Dichtemesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den flexiblen Metallschläuchen (17, 18) elastische Dämpfungspuffer als Halte_t elemente zwischen dem Schwinggabel träger (l4) und, dem Dichtemeasergehäuse (l) vorgesehen sind.

6. Dichtemesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitungen (17, l8) 'für die Zu- und Abströmung des Meßmediums durch im Bereich zviischen dem Gehäusedurchgang (2) und der Anschlußstelle des Schwinggabelträgers (14) vorgesehene Abbiegungen auch in Längsrichtung der Schvdnggabel (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) be- · sitzt, der fest mit einem sich über die ganze Länge der Gäbelzinken (6, 7) erstreckenden Massezylinder (24) verschraubt ist, welcher in der Mitte eine die Schwinggabel (5) aufnehmende

Axialbohrung (25) und im Bereich der freisv ringenden Gabelzlnlcenenden zwei gegenüberliegende Radialbohrungen (28, 29) aufweist, in die Traghülsen (j5o, J51) fest eingesetzt sind, die die Erregerspule (2o) und die Aufnehmerspule b> (21) des elektromagnetischen Schwingkreises tragen.

8* Dichtemesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinggabel (5) an ihrem Kopf (13) einen zylindrischen Haltebund (26) trägt, mit dem sie fest zv7ischen dem Vollzylinder (22) und dem Massezylinder (2¹O des Schviinggabel trägers (14) eingespannt ist.

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

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