JPS5882144A

JPS5882144A - 振動式密度計

Info

Publication number: JPS5882144A
Application number: JP18084781A
Authority: JP
Inventors: Kinji Harada; 原田　謹爾; Kyoichi Ikeda; 恭一池田; Katsumi Isozaki; 磯崎　克己; Teruyoshi Minaki; 三奈木　輝良
Original assignee: Yokogawa Electric Corp; Yokogawa Hokushin Electric Corp; Yokogawa Electric Works Ltd
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1981-11-11
Filing date: 1981-11-11
Publication date: 1983-05-17
Also published as: JPS6145175B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、機械的振動４子の共振周波数が、機械的振動
子周囲の流体の密度Ｋよって変化することを利用した振
動式密度計に関するものである。

本発明の目的は、実験室や研究室の卓上において使用可
能であって、しかもキヤリプレーシ■ンの容易な振動式
密度計に関するものである。

従来公知の密度計として、例えば特公昭４３一２６０１
２号会報Ｋ示されているように、音叉型に形成したパイ
プ振動子に、被測定流体を導入し、この振動子Ｋ生ずる
横方向自由損動数から密度を知るようＫしたもの、ある
いは、特公昭５１−１６７９４号公報Ｋ示されるように
、円筒共振子の内側および外側に被測定流体を流し、円
筒共振子の円環振動数から密度を知るようにしたもの等
がある。

前者は被測定流体をバイグ振動子に導入させるためにサ
ンプリングポンプ等が必要であり、また、後者は円筒共
振子を被測定流体が流れている管路内に取付けなければ
ならない等、いずれも装置の設置や操作が煩しい欠点が
ある。また、いずれも例えば試１験管内に採取されたサ
ンプルのような微量の流体の密度測定はできない。

とこＫおいて、本発明は、取扱いが容易であって、微量
の流体の密度測定が可能な振動式密度針を実現しようと
するものである。

．本発明に係る装置は、少なくとも一端が開放しており
そこから被測定流体が流入し内部に被測定流体が満たさ
れる上りに、した構造であって、温度検出手段を含む円
筒共振子と、この円筒共振子の共振周波数に関連した１
信号と温度に関連した信号とを入力し、所定演算を行う
マイクロプロセッサを含む測定器本体とを有し、円筒共
振子と測定器本体とをケーブルで結合させた点に構成上
のひとつの特徴がある。

第１図は本発明に係る装置の外観概念図である。

図において、ＳＥは検出端を示し、この検出端は一端が
開放しておりそこから被測定流体が流入されるようにし
た円筒共振子で構成されている。この検出端は全体が細
い棒状となっており、図示するように例えばビーカに採
取した被測定流体中に挿入することによクで測定が行な
えるよーうになクている．ＣＡはこの検出端ＳＥから延
びるケーブルで、測定器本体ＭＥに接続されている。測
定器匪は、測定密度をディジタル表示する表示器ＩＤ１
と、測定温度をディジタル表示する表示器ＩＤ２とを有
するとともに、キヤリプレーＶｗ／を指示するキイーＫ
Ｙを有している。

第２図は、第１図装置′に用いられている検一出端の一
例を示す構成断面図、第５図は一部を断面で示す構成斜
視図である。

これらの・図において、″１は円筒共振子で、一端側は
フランジ１１が、他端側はフランジ１２および他端側を
閉じる底部１３が設けられている。他端側の７ランジ１
２Ｋは、一端側の開口部から入クた被測定流体が流出す
る貫通孔１４が形成してある．！は一方のフツンジ１２
０段部に取付けた円筒共振子１の励振手段、．３は同じ
くフランジ１２０段部Ｋ取付けた円筒共振子１の振動検
出手段で、ここではいずれもＰＺＴを用いた場合を例示
してあるｅ４１，４２はいずれも同一径のカバーであっ
て、カバー４１＃ｉ両端のフランジ１１，’１２に結合
して円筒共振子１の外側を覆い、また、カバー４２は一
端が７ランジ１２に結合してもて細長い柄を構成すると
ともに、励振手段２および振動検出手段３に接続される
リード線２１．３１を覆っている。６は円筒共振子１の
底部１３に取付けた温度検出手段で、例えばサーミスタ
、トランジスタが用いられており、円筒共振子１内に流
入した被測定流体の温度を検出する。この温度欅出手段
は、温度補正用として利用される。

カバー４１と円筒共振子１との間に形成される部！ｉｘ
ａ内は、大気圧あるいは一定圧力（真空も含む）の気体
が封入されている．このように構成した検出ｍは、全体が細長い棒状で構成
されるものであって、この検出端は第１図κ示すように
例えばビーカ内に採取された試料中κ挿入され、密度測
定が行えるという特長がある。なお、採取された試料が
吸湿性であったに、気化しやすい場合は、柄の部分とビ
ーカとの間に栓をすることによって、測定を行うことが
可能である。棒状の先端部分は、円筒共振子１があって
、これを被測定試料（流体）中に挿入すると、試料は先
端開口部から矢印１に示すように、円筒共振子１の内側
に流入し、貫通孔１４から流出するよう−Ｋして、円筒
共振子１の内側Ｋ満たされる．この状態で、励振手段２
、振動検出手段５を含んで形成される自励発振ループ（
図示せず）Ｋよクて円筒共根子１を円環振動させる．こ
こで、円筒共振？子１の共振周波数は、円筒共損子１の
内側Ｋ満たされた禎測定試料の主として密度ＤＫ関連し
て変化する．なお、円筒共振子１の内側と外側の圧力差
による影響は、被測定試料の圧力を例えば大気圧に等し
くするとか、一定圧力に維持するととくよりなくするζ
とができ、温度κよる影轡は、温度検出手段５からの信
号を利用して所定の演算を行うととＫよってなくするこ
とができる。

円筒共振子１の内側に被測定試料を満たした状態で、円
環振動をさせると、その共振周波数ｆｄと被測定試料の
密度Ｐとは、次式のような関係があるＯただし、ｆｏ：密度０（真空中）における共振周波数Ｋ：円筒共振子１の直径，厚さ等によって定まる定数このように構成した検出端によれば、密度検出部を棒状
の先端であって、細長い構造とすることができるので、
取扱いが容易で、微量の試料中にも挿入できるうえに、
サンプリングポンプ等の設置は不要である．ｔた、密度
検出部の洗浄も、゛柄の部分を手で支持し、先端部分を
例えば有機溶剤中に浸漬することＫよって容易に行うこ
とができる。また、検出端８Ｅ部分だけの取換えも容易
に行うことができ−る。

第４図は第１図装置において、測定器本体■の回路の一
例を示す構成ブロック図である。

この図において、ｏｓｃは発振回路で、検出端ＳＨの振
動検出手段からの信号を入力とし、その出方は励振手段
に加えられ、円筒共振子１を含んで自励振式の発振ルー
プを形成してお？り、円筒共振子１を共振周波数で振動
させてぃる＊ＴＥＰは温度変換回路で、検出端ＳＥの温
度検出手段からの信号を入力し、温度に関連した信号Ｔ
を出力する。Ｃυはカウンタ，で、発振回路ＯＳＣから
の周波数信号ｔをアインレータＩＳを介して計数するｍ
ＭｐＸはマルチプレクサで、発振回路ＯＳＣからの発振
振幅信号Ｖ．温度変換回路ＴＥＰからの温度信号Ｔ，及
び係数設定回路ＫＳにおいてアナログ信号（分圧抵抗器
出力）で設定した設定信号ｅ１，ｅ２，ｅ３を選択して
、Ａ／Ｄ，変換器ＡＤＫ入力させるｓｌＪＰはカクンタ
ＣＵからの信号及びＤ／Ａ変換器ＡＤからの信号を入力
するマイクロプロセッサで、これにはランダムアクセス
メモリＲＡＭと、リードオンリメモリＲＯＭとが結合し
ている。ＩＤ？は密度を指示する指示計、ＩＤ２は温度
を指示する指示計で、いずれもマイクロプロ４ｙサｌＪ
ｐに接続されている。ＫＹはキヤリプレーシ讐冫を指示
するキイーで、マイクｐプロセッサＩＪＰに割り込み処
理を行う信号を入力させる。なお、ここでは、発振器Ｏ
ＳＣからの振幅信号Ｖおよび温度変換器ＴＥＰからの温
度信号Ｔをいずれも！ルチプレクサＭＰＸを介してＡ／
Ｄ変換器ＡＤＫ印加させてディジタル信号としたもので
あるが、Ｖ／Ｆプンパータを設け、振幅信号Ｖ，温度信
号Ｔを周波数信号とし、これをカウンタで計数してディ
ジタル信号を得るようにしてもよい。また、発振損幅信
号Ｖは、被測定流体の粘度による影響をなくするための
演算に利用するものであって、粘度の影響を考慮しない
場合には、省略してもよい。

このように構成された回路において、その動作を次に説
明する。

はじめに、検出端ＳＥを空気中に放置した状態において
、ギヤリプレーシ璽ンキイー訂を押し、とれにようてキ
ャリプレーシ讐ンを行う。このようなキーヤリブレーシ
，ン状態において、マイクロプロセッ１サμＰは、はじ
めにカウンタＣＵからの周波数信号ｆ。に関連するディ
ジタル信号を読み込むとともに、マルチプレクサＭｐＸ
を切換え、空気中で振動状態にある円筒共振子の発振振
幅信号Ｖ，温度０信号Ｔ。に関連するディジタル信号を順次読み込むぷ悼
髪立をソ奪柳隻舌乳とともに１気の温度Ｔ。における密度ρ。が演算される
。そしてこれらの各データｆ。ｌｖ０１”０＋．）。は
そらへれぞれアクセスメモリＲＡＭＫ記憶される．次に、キヤ
リプレーシｌンキイー訂を解除し、測定状態とする。こ
の測定状態で社、検出端８Ｅを被測定流体中に挿入する
。このような測定状態において、マイクロプロセッサ叶
は、キヤリプレーシＷン状態と同様に、カウンタＣＵか
らの周波数信号ｆＫ関連するディジタル信号を読み込む
とともＫ，マルチプレクサＭｐＸを切換えて、被測定流
体中で振動状態にある円筒共振子の発振振幅信号Ｖ，温
度信号Ｔ及び各係数設定信号ｅ？ｙｅ２＋ｅ３Ｋ’関連
するディジタル信号を順次読み込む。続いてマイクロプ
ロセッサＩＪＰは、キヤリプレーシ．ン１存に読み込ん
だ各データ及び測定状態に読み込んだ各データを利用し
て、例えば《１】式，（２）弐Ｋ示すような演算を行い
、被測定流体の密度を演算する．＆お、この演算式．演
算手順は、リードオンリメモリＲＯＭＫあらかじめ格納
したプ四グラムＫ従って行なわれる。

ｘ讃ｆ／ｆｏ−１（’）Ｐ−Ａ［ｘ２＋Ｂｘ＋Ｃ（ｘ＋１？（ＶＶ−１）］’［
１”（Ｔ−Ｔｏ）］＋ρｏ［１＋β（Ｔ−τｏ）】、（
２）ただし、Ａ，Ｂ，Ｃ：定数 α，β：円筒共振子の温度係数 ρ。：空気の密度ｆｏ，ＶｏｒＴｏ：キャリプレーシ．ン時の周波数，発
振振幅，温度ｆ，Ｖ，Ｔ：測定時の周波数，発振振幅，温度 ρ：被測定流一の密度演算して得られた密度Ｐは、被測定流体の温度及び粘度
の影響が除去されたものとなシ、これが指示計ｌＤＩＫ
ディジタル表示される。また、温度Ｔも指示計ＩＤ２に
ディジタル表示される。

このような、装置において、キ，ヤリプレ−Ｖ１冫は、
原理的には測定に先だって一度だけ行なえばよいのであ
るが、長期間の使用においては、円筒共振子の固有振動
数ｆ。やＶ一か変化し、誤差の原因となる．それ故に長
期間の使用に対しては、時々、キヤリプレーシ．′ンキ
イー訂を押すととκよって、午ヤリプレーシ曹ン状態と
し、ｆｏ，Ｖｏ等を更新することができる．なお、この
キヤリプレーシ，ン林態は、！イク四プＵセッナ｝ＩＰ
にキイＫＹからの信号が割り込み信号として印加され、
割シ込み処理される。

また、この装置において、リードオンリメ篭りＲＯＭの
中には、プｐグラムの他κ、円筒共振子の温度係数α，
β等の諸定数が格納されている．従って円筒共振子（検
出端）ＳＥを交換した場合、これに関係する諸定数も同
時に変更する必要があるこの装置においては、リードオ
ンリメモリＲＯＭを装置から着脱自在とするとともに、
各検出端ごとκその検出靖の諸定数を格納したＲＯＭを
ペア−（対）で用意しておき、検出端を交換す．るごと
に該当するＲＯＭを装着すれば、簡単に検出端の互換性
を確保することができる。

また、この装置においては、マイク胃プロセッサμＰに
、｛５）式のような演算を行なわせることκよっ？て、
被測定流′体の濃度Ｄを知ゐξとができる．演算結果は
、指示計ＩＤ？に必１！Ｋ応じてデイジタル表示される
● ただし、Ｎ，Ｍは定数ここで、被測定流体の濃度Ｄは、被測定流体の基準温度
に換算したものが指示されることが望ましい．このため
に被測定液の基準温度ＴＯ＋’次，２次の温度係数ｒｉ
，ｒ２等の諸定数のデータを演算に際して与える必要が
あるが、ζれらの諸定数は、係数設定回路ＫＳにおいて
設定することによ抄与えることができる。

これによって、、被測定流体の基準温度に換算した濃度
あるいは比重を知ることができる。

このように構成した装置によれば、空気によってキャリ
プレーシ曹ンを行うことができるもので、取扱いが容易
であって、徴量の流体の密度測定が行なえる密度計が実
現で自る。また、検出端の取換，交換が容易で、交噴尊
１１ｉ暑濃度あるいは比重をも測定可能な密度計が実現
できる。

なお、上記の説明では発振回路ＯＳＣかも発振振幅信号
Ｖを入力し、この信号を演算に利用することによって、
粘度の影響をなくするようにしたものであるが、粘度の
影響を考慮しない場合には必要でない。また、測定、器
本体には、温度を指示する指示計を設けたものであるが
、これを省略してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、取扱いが容易で
あクて、微量の流体密度の測定が可能な振動式密度計が
実現できる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明Ｋ係る装置の外観概念図、第２図ト第１
図装置κ用いられている検出端の一例を示・す構成断面
図、第５図は一部を断面で示す構成斜視図、第４図は第
１図装置において測定器本体の回路の一例を示す構成ブ
ロック図である。ＳＲ・・・検出端、ＣＡ・・・ケーブル、匹・・・測定
器、１＋・ｅ円筒共振子，２−・・励振手段、！−・・
振動検出手段、ＯＳＣ・・・発′損回路、ＴＥＰ−・・
温度変換回路、ＭＰＸ・ｖルチプレクサ、｝ＩＰ・・・
マイクログロ竜ツサ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも一端が開放しており、そこから被測定
流体が流入し内部Ｋ被測定流体が満たされるようにした
構造であって、温度検出手段を含む円筒共振子と、この
円筒共振子の共振周波数Ｋ関連した信号と温度検出手段
からの温度Ｋ関連した信号とを入力し、所定の演算を行
うマイクロプ冒セッサを含む測定器本体とを備え、キヤ
リプレーシ曹冫状態κおいては前記円筒共振子を空）気
中Ｋ放置し、マイクロプロセッサはこの状態における共
振周波数ｆ。Ｋ関連した信号と温度Ｔ。に関連した信号
とを入力するとともκ空気の密度Ｐ。を演烹し、測定状
態においては前記円筒共振子を被測定流体中に挿入し、
マイク四プロセッサはこの状態における共振周波数ｆＫ
関連した信号と温度ＴＫ関連した信号とを入力し、これ
らのヂータと前記キヤリプレーシ璽冫状態において得ら
れた各データとを用いて前記被測定流体の密度を求める
ための所定の演算を行い、演算結果を表示する動作をカ
すζとを特徴とする振動式密度計．
（２）複数種類の検出端を用意するとともに各検出端特
有の諸定数を格納させたり−ドオンリメモリ（ＲＯＭ）
を各検出端と対で用意しておき、前記複数種類の検出靖
のいずれかを選択したとき、当該検出端と対をなしてい
るリードオンリメモリをマイク關プロセッサに結合する
ようＫ装着することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の振動式密度針。
（３）円筒共振子はその両端にそれぞれフランジ部を有
しており、この各フランジ部に結合し円筒共振子の外側
を覆うカバーと、このカバーに一端が結合する細長い柄
とを設けた特許請求の範囲第１項記載の振動式密度計。