CN106168566A - 用于确定流体密度的测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于研究流体样本的测量仪器，其包括柔性振动器(15)，其振动管(2)固定在至少一个夹紧位置(5)处，并在夹紧位置(5)的一侧，尤其支架单元的一侧形成自由凸出的振动区段(16)，并在另一侧形成带进料口的流体供给管区段(17)和带流体排出口的流体排出管区段(18)。根据本发明，规定了振动管(2)在其流体排出管区段(18)和其流体供给管区段(17)处利用作为夹紧位置(5)的补充而提供的至少一个独立的保持装置(7)而进行固定或保持。

Description

用于确定流体密度的测量仪器

技术领域

本发明涉及一种用于确定流体密度的测量仪器，尤其根据专利权利要求1的序言所述的测量仪器。

背景技术

借助于振动的玻璃管的测量液态或气态流体密度的原理是已知的，振动的玻璃管填充了有待测量的流体。利用柔性振动器测量流体介质的密度的基础在于，填充了有待研究的样本的空心体的振动依赖于振动管的填充量，即质量，或者如果容积是恒定的，则依赖于填充它的介质密度。

测量仪器的测量单元包含空心的玻璃质振动管或金属振动管作为可振动结构，其通常弯曲成U形形状。这被电子激励，以便振动。U形管的两个分支形成了振动器的弹簧元件。U形振动管的固有频率只受到实际参与振动的样本部分的影响。参与振动的这个容积V被振动管的夹紧位置处的固定振动节点限制。如果振动管被样本填充至至少与这些夹紧位置一样远，那么相同精确限定的容积V始终参与振动，并因此可假定样本的质量与其密度成比例。振动器超出夹紧位置的过度填充对于测量是无关的。出于这个原因，还可利用振动器测量流过振动器的流体密度。

因而液体的密度确定了U形管振动的特定频数。如果使用精确的玻璃管或金属管，那么其振动属性根据液体的密度和粘度而变化。谐振频率通过合适的振动的激励和衰减进行评估，并且从该周期确定填充管的流体样品的密度。振动器利用已知密度的流体进行调整，并因而可评估测量值。

以下通常应用于周期P和密度ρ：

。

在非常广泛的各种实施例中，根据振动的激励和衰减而产生这种密度振动器或柔性振动器。所产生的自然振动的激励和衰减通过例如螺旋管和磁铁、压电元件、电容采样等等来实现。根据所激励的振动的性质，在不同形式的柔性振动器之间产生了差异。

Y-振动器由具有平行分支的弯曲成U形形状的管组成，并且垂直于由振动器的两个分支所形成的平面而振动。在这种情况下，为了确保振动纯粹通过由U形管和样本组成的弹簧/质量***来确定，需要相对较大的配重。

在所谓的X-振动器中，U形管的分支彼此相反地对称振动，其不需要任何配重，因为在这种情况下，通过对称的振动模式消除了误差影响。在这种情况下，一方面具有两个分支的振动器是已知的，其具有类似U形管的弯曲，但另一方面也被称为双弓振动器，其中两个平行的U形管彼此相反地振动。

原则上，这种振动器可由金属和玻璃制成。然而，在这种情况下，玻璃振动器因为其高耐腐蚀性介质(例如溶剂、酸、碱等等)的抗力而是优选的。同时，这种玻璃振动器的填充还可利用肉眼和/或摄像机进行监视和/或视觉检测。

在一般情况下，这种振动器还被玻璃外壳封闭，并配置为测量单元，该外壳保护振动器免于环境影响。为了建立与热调节单元良好的热接触，这些测量单元利用例如氢气进行填充。

玻璃管通常利用有待测量的流体通过注射器或自动样本填充单元进行填充，或玻璃管被流体流过，流体在穿过塑料套筒的入口孔处利用注射器引入到玻璃管中，流过振动器，并在出口孔处通过塑料套筒流出。塑料套筒在这种情况下要么被固定在振动器外壳上，或者被固定在外壳的支架上，这通过例如套筒的螺钉或夹子来完成。套筒当然应用成使得，使其不会延伸到归属于测量的振动器容积中。优选的套筒材料是耐用的塑料，例如PTFE(聚四氟乙烯)、FEP(氟化乙丙烯)。

因为在塑料套筒和玻璃管之间的结合部必须是不透气的，所以塑料套筒利用相对较大的力而被按压在玻璃管上，这导致玻璃管中的机械应力。可能已经验证过的是，这些应力影响玻璃管的谐振频率，并因此对密度测量的精确性具有有害的影响，尤其当大的注射器(例如10ml)直接装配到塑料套筒上或测量单元的温度发生变化时，因为采用夹紧弹簧方式的振动器中甚至非常细小的长度变化都会导致固有频率方面的变化。

在测量期间的振动器的精密研究显示了甚至套筒的装配都会导致不同的负载，并且是高度依赖用户的。振动器在偏振光下的影像显示了携带振动器或将其连接到周围仪器外壳上并因此还连接在配重上的玻璃棒不会被连接套筒的压力均匀地承载，这在振动器和外壳之间的连接区域中导致了玻璃体中的机械应力。这些应力对于振动器的固有频率具有直接影响，并且导致振动行为方面的不精确性。

在测量温度变化的情况下，由于套筒的原因，玻璃中的应力变化因为变化的应用压力而导致固有频率或阻尼方面的不精确性，并因此还导致了所测量的密度或粘度校正方面的误差。甚至有时可能需要通过测量标准重新调整仪器。

这也适用于振动器的热调整，其对于依赖温度的测量是需要的。在这种情况下，这些应力还导致更慢地达到稳定的测量值，并且在穿过温度曲线斜坡时的玻璃滞变现象也导致了固有频率或阻尼方面的不确定性，并因此还导致所测量的密度或粘度校正方面的不精确性。

在最坏的情况下，尤其对于高达第6个小数位，即+/-10 E-6 g/cm³的高精度测量，振动器因此需要在穿过温度曲线之后通过测量标准进行重新调整。

这些由于玻璃中的机械应力而造成的影响迄今为止是完全未知的，并且已经被振动器的高精度偏振影像所论证，振动器同时通过可重复性的测量执行这些试验。

为了减少这些应力，振动器例如可被更稳定地固定在外壳上，或者可在填充区域中加固振动管。然而，这受到玻璃的冷却性能的限制，因为振动器可能因为冷却期间发生的应力而破裂。

发明内容

根据本发明，简介中所提类型的测量仪器，其特征在于，振动管在其流体排出管区段和其流体供给管区段利用作为夹紧位置的补充而提供的至少一个独立的保持装置进行固定或保持。具体地说，通过额外的保持棒，柔性振动器可机械地脱离连接位置或夹紧位置，并且柔性振动器和参考振动器因此可受到保护，免于过高的应力。本发明的主要目的因此得以实现，其最大限度地减小或抑制套筒对玻璃振动器的连接影响，并因此改善了测量精度。此外，因为在测量单元的温度变化之后发生的应力而产生的测量单元的性能问题也得以解决。

用于夹紧和保持振动管的所有已知的装置都可用作夹紧位置。

本发明因此在特定的振动管位置提供了额外的加强装置。这种加强装置的目的是用于吸收通过套筒从供给单元尤其注射器引入到振动管上的作用力，并且优选将它们耗散至测量仪器外壳上。应该注意，加强装置并不与提供的携带参考振动器的任何棒相同。加强装置或保持棒还可用作在供给区域或排出区域中的振动管区段之间的连接棒。加强装置或保持装置的精确的位置和定向，即与振动管相关的笔直的或倾斜的轮廓可变化。然而，加强装置主要位于在套筒连接和振动管的夹紧位置之间的区域中。

原则上参考振动器可能不直接连接在携带振动管的棒上，或使其连接在这个棒上，但不会太靠近外壳。然而，因为套筒压入到参考振动器的本体中，在这些携带振动管或参考振动器的棒上也会产生对于参考振动器的振动性能具有有害影响的机械应力。然而，利用根据本发明提供的保持装置也最大限度地减小了这种应力。

在柔性振动器的套管或外壳或测量仪器外壳和振动管的这两个流体连接区段之间的任何连接，优选弯曲的刚性连接适合用作保持装置。

位于振动管的夹紧位置或夹紧棒的套筒侧的每个事物相对于振动器而言都被认为是无限刚性的；根据本发明最大限度地减小了发生在那里的应力。

当作为柔性振动器的补充还提供了参考振动器时，本发明是特别有利的，因为参考振动器受益于通过保持装置而为柔性振动器的振动管提供的加强装置，并且可同样地进行更精确地操作。将参考振动器固定在测量仪器的玻璃框架上或将其设置在振动管或携带后者的支架或棒上是可行的。

参考振动器可由U形管或普通玻璃棒形成，从而尤其校正所使用的玻璃的老化性能和热滞变。在任何情况下都可排除套筒连接的影响。

在优选的情况下，参考振动器可由与测量振动器或振动管相同的激励器***进行激励，以便振动。这容许较少部件的简单制造。

当通过至少一个固定在测量仪器的外壳和/或框架以及流体供给管区段和/或流体排出管区段上的保持棒或保持管而形成保持装置时，获得了就设计而言简单的测量仪器的结构。

当采取措施将振动管固定在两个夹紧位置，尤其支架单元处，并在其之间连接到振动激励单元时，将保持装置在夹紧位置所界定的振动管区段之外连接在振动管的流体供给管区段和流体排出管区段上是有利的。

实际上，有利的是在所述振动管的在其两个夹紧位置之间的范围内，振动管携带参考柔性振动器或者参考振动器的优选由支架形成的夹紧位置。

当保持装置或保持棒或保持管在振动管的两侧连接到测量仪器的外壳和/或框架上，相对于振动管位于彼此相反的位置时，和/或当保持装置或保持棒在所有侧面或在这整个周边有利地将振动管封闭在流体供给管区段和流体排出管区段的区域中，或者这两个区段穿过保持棒并以固定位置连接到保持棒上时，实现了一种稳定的结构和良好的保持作用，或者振动抑制作用和避免应力作用。

当采取措施将用于连接流体供给和排出的套筒连接到流体供给管区段和流体排出管区段上，或者在夹紧位置的流体供给侧和流体排出侧连接到振动管上，并且/或者振动管和/或保持装置或保持棒和/或形成夹紧位置的支架由玻璃组成时，本发明是特别有利的。

根据一个优选的实施例，规定连接在振动管的流体供给管区段和流体排出管区段上的套筒通过保持器连接到外壳和/或框架上。

保持装置包括用于流体供给管区段的保持棒和用于流体排出管区段的保持棒是完全可能的，它们将相应的管区段连接到外壳和/或框架上，并将它们固定不动地固定就位。

附图说明

下面将通过示例借助于附图更详细地解释本发明。

图1以示意截面图显示了根据本发明的测量仪器。

图2a和2b以示意截面图显示了测量探头的两个不同的实施例。

图3a和3b显示了根据本发明的测量仪器的某些示意性的实施例。

具体实施方式

图1显示了测量仪器1，其设置在热调节室30内部，并包括设置在框架10上的测量仪器外壳3，该框架10还用作配重或用于传感器外壳的热调节。位于框架10上或位于测量仪器外壳3的内部或连接在测量仪器外壳3上的是支架，其形成了用于柔性振动器的振动管2的夹紧位置5。固定在夹紧位置5上的振动管2可通过振动激励单元12进行激励，以便在其自由凸出的振动区段16中振动。柔性振动器15的振动管2的夹紧位置12牢固地保持后者，用于振动管2的流体供给和流体排出的振动管2的区段分别定位在与振动区段16相反的夹紧位置12的侧上。这个流体供给管区段17和这个流体排出管区段18被保持装置7固定或保持，使它们不能振动，保持装置在本例中是作为夹紧位置5的补充而提供的棒。保持装置7连接在测量仪器外壳3和/或框架10上。有待研究的流体可借助套筒8供给柔性振动器15并从中排出，套筒根据箭头14分别连接在流体供给管区段17和流体排出管区段18上。

套筒8优选以流体密封的方式放置在振动管2上，或者以流体密封的方式固定并连接在它上。

保持装置7可以棒形式进行配置，其是圆形的或多边形的，或者具有不同的轮廓；保持装置7还可通过管来形成。

形成夹紧位置5的支架还可携带支架6，通过支架6它携带参考柔性振动器4。

图2a和2b以截面图显示了与实践中相似的柔性振动器。弯曲的支架6携带参考振动器4，并从柔性振动器15的振动管2的夹紧位置5的支架中延伸出来。

从图1中可看出，振动激励是利用夹紧位置5的前面区域中示意性所示的振动激励单元12在自由凸出的振动区段16中实现的。

从图2a和2b中可看出，在这个实施例中，保持装置7由棒形成，其将振动管2的流体排出管区段18连接到外壳3上，流体排出管区段具有比自由凸出的振动区段16更大的直径。流体供给管区段17以相同的方式进行固定。

当振动管2固定在两个夹紧位置5上时，如图3a和3b中所示，振动激励单元12可位于这两个夹紧位置5之间。直接放置在柔性振动器15的振动管2上的参考振动器4的夹紧位置13位于振动管2的两个夹紧位置5之间。在流体供给管区段17和流体排出管区段18中，振动管2通过保持装置7进行固定，保持装置7其根据图3从测量仪器外壳的壁延伸至振动管2上。

在根据图3b的实施例中，参考振动器4的两个夹紧位置13位于外壳3的壁上。

从图2a中可看出，流体供给管区段17和流体排出管区段18可穿过保持装置7的保持棒，并从而得以保持。

当振动管2和保持装置7由玻璃形成时，本发明的使用是尤其有利的，因为在这种情况下避免了腐蚀介质的腐蚀。

最后将套筒8连接到测量仪器1的外壳3上也是可能的，从而在基本没有运动可能性的条件下安装用于测量的套筒8。

Claims (10)

1.一种用于研究流体样本的测量仪器，包括柔性振动器(15)，其振动管(2)固定在至少一个夹紧位置(5)处，并在所述夹紧位置(5)的一侧，尤其支架单元的一侧形成自由凸出的振动区段(16)，并在另一侧形成带进料口的流体供给管区段(17)和带流体排出口的流体排出管区段(18)，其特征在于，所述振动管(2)在其流体排出管区段(18)和其流体供给管区段(17)处利用作为所述夹紧位置(5)的补充而提供的至少一个独立的保持装置(7)而进行固定或保持。

2.根据权利要求1所述的测量仪器，其特征在于，所述保持装置(7)通过至少一个保持棒或保持管来形成，所述至少一个保持棒或保持管固定在所述测量仪器(1)的外壳(3)和/或框架(10)上以及固定在所述流体供给管区段(17)和/或所述流体排出管区段(18)上。

3. 根据权利要求1或2所述的测量仪器，其特征在于，

- 所述振动管(2)固定在两个夹紧位置(5)，尤其支架单元处，并可选地，在其之间连接到振动激励单元(12)上，和

- 所述保持装置(7)在所述振动管(2)的被所述夹紧位置(5)界定的区段之外连接在所述振动管(2)的所述流体供给管区段(17)和所述流体排出管区段(18)上。

4.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的测量仪器，其特征在于，在所述振动管(2)的在其两个夹紧位置(5)之间的范围内，所述振动管(2)携带参考柔性振动器(4)或所述参考振动器(4)的优选由支架形成的夹紧位置(13)。

5.根据权利要求1至4中的任一项权利要求所述的测量仪器，其特征在于，所述保持装置(7)或所述保持棒，或者所述保持管在所述振动管(2)的两侧连接到所述测量仪器(1)的外壳(3)和/或框架(10)上，相对于所述振动管处于彼此相反的位置。

6.根据权利要求1至5中的任一项权利要求所述的测量仪器，其特征在于，用于连接流体供给和排出的套筒(8)分别连接在所述流体供给管区段(17)和所述流体排出管区段(18)上，或者在所述夹紧位置(5)的流体供给侧和流体排出侧连接在所述振动管(2)上。

7.根据权利要求1至6中的任一项权利要求所述的测量仪器，其特征在于，所述保持装置(7)或所述保持棒将所述振动管(2)有利地在所有侧或这整个周边上封闭在所述流体供给管区段(17)和所述流体排出管区段(18)的区域中，或者这两个区段(17,18)穿过所述保持棒，并以固定位置连接在其上。

8.根据权利要求1至7中的任一项权利要求所述的测量仪器，其特征在于，所述振动管(2)和/或所述保持装置(7)或所述保持棒和/或形成所述夹紧位置(5)的支架由玻璃组成。

9.根据权利要求1至8中的任一项权利要求所述的测量仪器，其特征在于，连接在所述振动管(2)的流体供给管区段(17)和流体排出管区段(18)上的所述套筒(8)通过保持器而连接在所述外壳(3)和/或所述框架(10)上。

10.根据权利要求1至9中的任一项权利要求所述的测量仪器，其特征在于，所述保持装置(7)包括用于所述流体供给管区段(17)的保持棒和用于所述流体排出管区段(18)的保持棒，它们将相应的管区段(17,18)连接到所述外壳(3)和/或所述框架(10)上，并将它们固定不动地固定就位。