DE19838284C1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit

Info

Publication number
DE19838284C1
DE19838284C1 DE1998138284 DE19838284A DE19838284C1 DE 19838284 C1 DE19838284 C1 DE 19838284C1 DE 1998138284 DE1998138284 DE 1998138284 DE 19838284 A DE19838284 A DE 19838284A DE 19838284 C1 DE19838284 C1 DE 19838284C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
liquid
layer
oscillator
fluid
open
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE1998138284
Other languages
English (en)
Inventor
Lorenz Walder
Peter Schoen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE1998138284 priority Critical patent/DE19838284C1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19838284C1 publication Critical patent/DE19838284C1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/036Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/14Suction devices, e.g. pumps; Ejector devices
    • G01N2001/1472Devices not actuated by pressure difference
    • G01N2001/149Capillaries; Sponges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02818Density, viscosity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Für eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit mit mindestens einem piezoelektrisch angeregtem Schwinger (1) mit einer modifizierten Oberfläche, wobei die Differenz der Resonanzfrequenzen des Schwingers ohne und mit Kontakt zur Flüssigkeit gemessen und daraus die Dichte der Flüssigkeit berechnet wird, wird vorgeschlagen, daß der Schwinger (1) mit einer rigiden, offenporigen Schicht (4, 4') beschichtet ist, in die die Flüssigkeit eindringen kann. Dadurch läßt sich ein relativ großes Volumen erzeugen, in dem die Flüssigkeit 100%ig der Bewegung der Oberfläche des Schwingers folgt und so einen großen und reproduzierbaren Meßeffekt erzeugt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit mit mindestens einem piezoelektrisch angeregten Schwinger mit einer modifizierten Oberfläche, wobei die Differenz der Resonanzfrequenzen des Schwingers ohne und mit Kontakt zur Flüssigkeit gemessen und daraus die Dichte der Flüssigkeit berechnet wird.
Eine Vorrichtung dieser Art ist z. B. aus der US-PS 5,741,961 bekannt. Dabei besitzt der Schwinger eine photolithographisch strukturierte Oberfläche bestehend aus parallelen, trapezoiden Rillen oder eine natürliche, zufällige Rauhigkeit, die ein gewisses Volumen der anhaftenden Flüssigkeit mitschwingen läßt und dadurch die effektive Masse des Schwingers vergrößert und damit die Resonanzfrequenz erniedrigt. Das Volumen der mitschwingenden Flüssigkeit wird durch Kalibration mit einer Flüssigkeit bekannter Dichte bestimmt. Welcher Anteil der Flüssigkeit als rigide Masse mitschwingt, verglichen mit dem zur Verfügung stehenden Hohlvolumen des Schwingers, ist aus der US-PS 5,741,961 nicht ersichtlich. Die gemessene Resonanzfrequenzänderung eines solchen Schwingers wird nicht nur durch die in den Rillen (bzw. Oberflächenporen) anhaftenden Volumina sondern auch durch die Viskosität der Flüssigkeit beeinflußt. Dieser viskositätsabhängige Anteil soll in der US-PS 5,741,961 durch Differenzmessung gegen einen zweiten Schwinger mit glatter Oberfläche korrigiert werden. Dabei besteht die Vorstellung, daß oberhalb der Flüssigkeitsschicht, die von der strukturierten Oberfläche bei der Schwingung mitbewegt wird, sich dieselbe Grenzschicht ausbildet wie bei einem Schwinger mit glatter Oberfläche. Diese theoretische Vorstellung ist jedoch nur eine Näherung. So werden z. B. Wirbelbildungen an der strukturierten Grenzschicht nicht berücksichtigt und es wird vorausgesetzt, die Interphase Bulkflüssigkeit/Rillenstruktur verhalte sich gleich wie die Interphase Bulkflüssigkeit/eingelagerte Flüssigkeit. Entsprechend ist auch die darauf basierende Korrektur nur eine Näherung. Zum Beispiel sind in der US-PS 5,741,961 in den Gleichungen (4) und (5) der theoretischen Ableitung die Konstanten c1 und c1' als näherungsweise gleich angesetzt. Demzufolge weichen auch die in Fig. 11 der US-PS 5,741,961 dargestellten Meßergebnisse zum Teil deutlich von den Literaturwerten ab.
Die Theorie der Dichte- und Viskositätsmessung mit zwei Schwingern, von denen einer möglichst glatt ist und der andere eine gewisse Oberflächenrauhigkeit aufweist, wird in dem Artikel "Possibilities and Limitations of Dual-Crystal TSM Viscosity Sensors" von Chao Zhang, Stefan Schranz und Peter Hauptmann in dem IGT-Fachbericht 148, Sensoren und Meßtechnik, Vorträge der ITG-Fachtagung vom 09.-11.03.1998 in Bad Nauheim, genauer dargestellt. Auch die dort vorgeschlagene Theorie mit vier verschiedenen Konstanten beschreibt das Verhalten an den beiden Oberflächen noch nicht genau genug, es ergeben sich immer noch Abweichungen bis zu 5% bei der Bestimmung der Dichte. - Wie kompliziert die Verhältnisse an der Oberfläche der Schwinger sind, zeigen z. B. die Ausführungen von Leonid Daikhin and Michael Urbakh in dem Artikel "Influence of surface roughness on the quartz crystal microbalance response in a solution" in der Zeitschrift Faraday Discuss, Band 107 (1997) Seite 27-38.
Insgesamt führt also die Messung mit einem Schwinger mit strukturierter Oberfläche aufgrund der geringen Menge anhaftender Flüssigkeit und der stark von der Viskosität abhängigen und theoretisch schwer ableitbaren Dichte der Grenzschicht zu großen Meßfehlern - auch wenn man in der Differenz zu einem Schwinger mit möglichst glatter Oberfläche mißt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Meßeffekt durch eine Vergrößerung der mitschwingenden Flüssigkeitsmasse zu vergrößern und dadurch den relativen Anteil der Grenzschicht zu verringern. Zusätzlich soll die Möglichkeit verbessert werden, durch Differenzbildung den Einfluß der Grenzschicht ganz zu eliminieren.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Schwinger mit einer offenporigen, rigiden Schicht beschichtet ist, in die die Flüssigkeit eindringen kann.
Die offenporige Schicht kann sehr viel dicker gemacht werden als mit den bestehenden Methoden bekannt ist. So kann die offenporige Schicht ohne weiteres 10 µm dick gemacht werden. Bei einer Porosität von ca. 50% wird dabei ca. 10 bis 100 mal mehr Flüssigkeitsvolumen rigide mitschwingen als für strukturierte oder zufällig gerauhte Oberflächen bekannt ist. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Flüssigkeit innerhalb der porösen Schicht wie in einem Schwamm eingeschlossen ist und sich wegen der kleinen Porendurchmesser quasi gefroren verhält, unabhängig davon, wie dick die Schicht ist. Damit wird bei Messungen an einem einzelnen, genügend dick beschichteten Schwinger die Resonanzfrequenzverschiebung, welche durch Oberflächenphänomene an der Grenzphase poröse Schicht/Flüssigkeit zustande kommt, vernachlässigbar klein, verglichen mit demjenigen Anteil der auf die Flüssigkeit in den Poren zurückzuführen ist.
Die durchschnittlichen Porendurchmesser sollten einerseits gewährleisten, daß eine möglichst große, konstante Zahl von Poren zugänglich ist, unabhängig von den Moleküldurchmessern der zu messenden Flüssigkeit, d. h. es soll keine Selektion durch zu enge Poren stattfinden. Andererseits sollte die Flüssigkeit in den Poren rigide mitschwingen, so daß keine Dämpfung/Phasenverschiebung der Schwingung sich einstellt, ein Phänomen, das sich in zu großen Poren ausbilden kann. Zum Aufbau der offenporigen Schicht kommen daher rigide meso- oder makroporöse Materialien insbesondere mit Porositäten im Bereich 10 bis 90% in Frage. Unter "mikroporös" wird dabei eine Porendurchmesserbereich von kleiner als 2 nm, "mesoporös" von 2 bis 50 nm und "makroporös" über 50 nm definiert.
Da solche Materialien sich durch ein großes Verhältnis von innerer Oberfläche zu leerem Volumen auszeichnen, können Oberflächenaffinitäten zu zusätzlichen Resonanzfrequenzänderungen führen. Je nach verwendetem porösen Material können spezifische Adsorptionen von Flüssigkeitsmolekülen bzw. gelösten Substanzen in der Flüssigkeit durch entsprechende Desaktivierung der inneren Oberfläche des porösen Materials unterbunden werden. So kann z. B. die Hydrophilie der inneren Oberfläche der mesoporösen Schichten von nanokristallinem Titandioxid durch Alkylsilylierung herabgesetzt werden.
Bei der Differenzbildung der Resonanzfrequenzen zwischen zwei Schwingern modifiziert mit porösen Schichten verschiedener Schichtdicke bildet sich auf Grund der identischen Rauhigkeit an der Grenzphase poröse Schicht/Flüssigkeit und der identischen Viskositätsphänomene eine Differenzmasse aus, die unabhängig ist von den Grenzschichtphänomenen. Die Differenzmasse ist nur noch abhängig von den Materialkonstanten Schichtdickenunterschied und Porosität, sowie vom zu messenden Parameter Flüssigkeitsdichte.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 17.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Schwinger mit offenporiger Schicht,
Fig. 2 zwei Schwinger mit offenporiger Schicht mit samt der schematisch ange­ deuteten Signalverarbeitung,
Fig. 3 einen Schwinger mit offenporiger Schicht am Boden einer Vertiefung zur Aufnahme der Flüssigkeit und
Fig. 4 zwei Schwinger mit offenporiger Schicht in einer Durchflußzelle.
Der Schwinger, der in Fig. 1 im Schnitt gezeichnet ist, besteht aus einer Scheibe 1 aus einem piezoelektrischem Material - z. B. einer AT-geschnittenen, plano-konvex­ geschliffenen Quarzscheibe -, die auf ihrer Oberseite (konvex) eine Goldelektrode 2 und auf ihrer Unterseite (plan) ebenfalls eine Goldelektrode 3 trägt. Als frequenzbestimmendes Bauteil eines elektrischen Oszillators mit Rückkopplung wird 1 in bekannter Weise zu andauernder Dickenscherschwingungen angeregt. Dickenscherschwingungen bedeutet dabei, daß die obere Elektrode 2 z. B. in der Zeichenebene von Fig. 1 in Richtung links/rechts schwingt. Die Dickenscherschwingung hängt u. a. von der Dicke der Quarzscheibe 1 und der Masse der Elektroden 2 und 3 ab und liegt üblicherweise bei Anregung der Grenzfrequenz zwischen 5 und 30 MHz. Auf der oberen Elektrode 2 (konvex) ist eine offenporige, rigide, schwammartige Schicht 4 aufgebracht, die nach oben in einer rauhen Grenzfläche 5 endet. Die Dicke der Schicht 4 ist mit d bezeichnet, wobei d etwa zwischen 0,1 µm und 10 µm liegt. Fig. 1 ist nicht maßstäblich gezeichnet, vielmehr ist die Schichtdicke d übertrieben groß gezeichnet. Die Schichtdicke der Elektroden 2 und 3 liegt bei etwa 0,1 µm. Die Dicke der Quarzscheibe ist entsprechend der gewünschten Grundfrequenz eingestellt (typischer Bereich 0,1-0,4 mm).
Wird nun der Raum 6 oberhalb der offenporigen Schicht 5 mit Flüssigkeit ausgefüllt, so dringt diese Flüssigkeit wie in einem Schwamm in die offenporige Schicht 4 ein und füllt deren Hohlräume ganz aus. Dadurch vergrößert sich die mitschwingende Masse der Schicht 4 und die Schwingfrequenz des Quarzschwingers sinkt. Diese Frequenzerniedrigung liegt bei einem 5 MHz-Quarz in der Größenordnung von 1-­ 100 kHz je nach Dichte der Flüssigkeit, Schichtdicke der porösen Schicht und Porosität der Schicht. Durch die relativ große Dicke d im Vergleich zur Grenzschicht in der Flüssigkeit oberhalb der rauhen Oberfläche 5 ist die Masse der 100%ig mitschwingenden Flüssigkeitsmenge groß gegenüber der Masse der nur teilweise mitschwingenden Flüssigkeitsmenge in der Grenzschicht, so daß die viskositätsabhängige Dicke dieser Grenzschicht nur eine untergeordnete Rolle spielt.
Durch eine Anordnung mit zwei Schwingers A und B, wie in Fig. 2 gezeigt, kann der Einfluß der Grenzschicht ganz eliminiert werden: Die Schwinger A und B sind identisch aufgebaut mit Ausnahme der Dicke der offenporigen Schicht: Beim Schwinger A hat diese offenporige Schicht die Dicke dA, beim Schwinger B die Dicke dB, wobei dB deutlich kleiner ist als dA. Beim Kontakt mit der zu messenden Flüssigkeit ändert sich die Schwingfrequenz der Schwingers A um Δftotal,A, die Schwingfrequenz des Schwingers B um ΔFtotal,B. Bei der Bildung der Differenz der beiden Schwingfrequenzänderungen fällt der Einfluß der Grenzschicht oberhalb der Oberfläche 5 heraus, da die Rauhigkeit der Grenzfläche 5 und damit die Dicke der Grenzschicht bei beiden Schwingern A und B gleich ist. Vom Einfluß der offenporigen Schichten 4 und 4' bleibt nur die Differenz, entsprechend einer Schichtdicke dC = dA - dB.
Die offenporige Schicht 4 bzw. 4' kann z. B. aus nanokristallinem TiO2 (Titandioxid) bestehen. Nanokristallin bedeutet dabei, daß die einzelnen TiO2 - Kristalle nur wenige nm (bis ca. 25 nm) groß sind. Sie werden lose unter Bildung von kleinen Hohlräumen aufeinandergesintert.
Dazu wird z. B. eine kolloidale Lösung von nanokristallinem TiO2 - hergestellt durch Hydrothermalsynthese - in einem Binder mittels Siebdruck, durch Aufstreichen oder "dip-Coating" auf die Elektrode 2 aufgetragen, getrocknet und auf 400-600°C in Gegenwart von Luft erhitzt. Diese Technik ist allgemein bekannt und z. B. in der Arbeit von Christophe Barbe, Francine Arendse, Pascal Comte, Marie Jirousek, Frank Lenzmann, Valery Shklover und Michael Grätzel im Journal of the American Ceramic Society, Band 80 (1997), Seiten 3157-3171, detailliert beschrieben. Wichtig ist, daß dabei eine mesoporöse, offenporige, rigide Schicht entsteht. Zur Bildung solcher Schichten kommt prinzipiell jedes Material, das eine meso- oder makroporöse, offenporige, rigide Struktur aufweist in Frage. So z. B. andere oxidische oder nicht-oxidische, keramische Materialien. Ebenso sind offenporige metallische, meso- oder makroporöse Schichten anwendbar. Entsprechend poröse organische Polymere sind ebenso einsetzbar wenn insbesondere Rigidität erfüllt ist.
Die Elektronik zur Auswertung der Resonanzfrequenzen besteht aus Frequenzzählern, Speichern und Subtrahiergliedern. Alternativ können auch HF- Mischer, Referenzoszillatoren und NF-Frequenzanalyser Verwendung finden. Alle diese Baugruppen sind allgemein bekannt, so daß sie hier nicht näher erläutert werden müssen. Zum Teil kann dazu auch eine Mikroprozessor eingesetzt werden, der auch die Umrechnung auf Dichteeinheiten, das Treiben der Anzeige, die Speicherung von Kalibrierfaktoren, Temperaturkorrekturen etc. übernehmen kann.
Kalibriert wird der bzw. die Schwinger dadurch, daß einmal die Resonanzfrequenz in trockener Luft oder Argon mit einer Dichte von ca. 0,001 g/cm3 bestimmt wird und einmal in Wasser mit einer Dichte von ca. 1,0 g/cm3. Beim Einzelschwinger ergibt sich aus den beiden Resonanzfrequenzen die Kalibriergerade; bei der genaueren Version mit zwei Schwingern mit verschiedener Schichtdicke der offenporigen Schicht ergibt sich die Kalibriergerade aus den beiden Resonanzfrequenzdifferenzen.
In Fig. 3 ist eine mögliche Variante für den Einbau eines einzelnen Schwingers in ein Gehäuse im Schnitt gezeigt. Der Schwinger 1 mit seiner offenporigen Schicht 4 ist in ein Loch mit abgeschrägten Rand in einem Gehäuseteil 10 eingeklebt (Kleberschicht 11). Der runde Schwinger 1 bildet den Boden einer kreisförmigen Vertiefung, in die die zu messende Flüssigkeit 12 eingefüllt werden kann. Da schon eine Schichtdicke der Flüssigkeit von unter 1 mm ausreicht, ist der Bedarf an Meßflüssigkeit mit etwa 0,1 ml sehr klein. Nach der Messung kann die Meßflüssigkeit aus der Vertiefung ausgegossen werden und durch mehrfaches Spülen mit einer niedrigsiedenden Flüssigkeit wird die Meßflüssigkeit aus der offenporigen Schicht ausgetrieben und die Spülflüssigkeit anschließend verdampft. Damit ist die Meßvorrichtung für die nächste Dichtemessung einsatzbereit.
Es ist aber auch möglich, den oder die Schwinger so zu gestalten, daß dieser oder diese Schwinger direkt in die Meßflüssigkeit eingetaucht werden können.
In Fig. 4 ist eine Meßzelle gezeigt, die im Durchfluß betrieben werden kann und daher z. B. in einem kontinuierlichen Produktionsprozeß zur laufenden Überwachung der Dichte einer produzierten Flüssigkeit eingesetzt werden kann. Die zylindrische Meßkammer 20 wird durch ein kurzes Rohrstück 21 - z. B. aus PTFE - als Zylindermantel und zwei Schwingquarze 1 als Boden und Deckel begrenzt. Die beiden Schwingquarze 1 weisen verschiedene, offenporige Schichten 4 und 4' auf. Die beiden Schwingquarze 1 sind an ihrem äußeren Rand durch Klebung mit dem Rohrstück 21 verbunden. Das Rohrstück 21 weist auf diametral gegenüberliegenden Seiten zwei Schlauchanschlüsse 22 und 23 zur Zu- bzw. Abführung der Meßflüssigkeit auf.
Sollte die Kopplung der beiden Schwinger 1 in Fig. 4 so eng sein, daß sie sich gegenseitig beeinflussen, so ist es möglich, die Schwinger abwechselnd zu betreiben. Eine andere Möglichkeit der Entkopplung ist der orthogonale Einbau der Schwingquarze: Der untere Quarz mit der offenporigen Schicht 4 wird so eingebaut, daß die Dickenscherschwingung in der Richtung links/rechts erfolgt; der obere Quarz mit der offenporigen Schicht 4' wird so eingebaut, daß die Dickenscherschwingung in der Richtung vor/hinter der Zeichenebene erfolgt.
Mit der Meßzelle aus Fig. 4 mit ihren zwei Schwingern ist es selbstverständlich möglich, zusätzlich zur Dichte näherungsweise auch die Viskosität der Flüssigkeit zu bestimmen. Eine größere Genauigkeit für die Viskositätsmessung erzielt man durch den Einsatz eines dritten Schwingers mit glatter Oberfläche. Da die Viskositätsmessung mit einem glatten Schwinger Kenntnis der Dichte voraussetzt, wird auch für die Messung der Viskosität eine höhere Genauigkeit erreicht. - Einzelheiten der Viskositätsbestimmung sind aus den als Stand der Technik zitierten Schriften bekannt und müssen hier nicht nochmal im Detail erläutert werden.
Die im vorstehenden beschriebenen beiden Ausführungen der Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit sind selbstverständlich nur Beispiele. Die Vertiefung zur Aufnahme der Meßflüssigkeit gemäß Fig. 3 kann selbstverständlich so geformt sein, daß zwei Schwinger am Boden der Vertiefung angeordnet sein können und damit die genauere Differenzmessung ausgenutzt werden kann. Die beiden Schwinger können auch auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sein, da die Amplitude der Dickenscherschwingung außerhalb der Elektrode schnell abnimmt und die beiden Schwinger sich also ab einem gewissen Mindestabstand nicht beeinflussen. - Die Befestigung des Schwingers am Gehäuse muß auch nicht durch Kleben erfolgen. Beispielsweise kann zwischen der Vorderseite des Schwingers und dem Gehäuse ein O-Ring als Dichtung eingelegt sein und der Schwinger wird von der Rückseite her durch beliebige Klemmmittel, die nur an seinem Rand angreifen, gegen den O-Ring gedrückt.
In den Figuren nicht dargestellt sind weitere Gehäuseteile, die die Rückseite des Schwingers vor Berührung und Beschädigung schätzen, da sie für die Erfindung nicht wesentlich sind. Ebenso ist es jedem Fachmann leicht möglich, zusätzlich einen Temperaturfühler in der Nähe der Schwinger zu plazieren, der die Temperatur der Flüssigkeit mißt. Dasselbe gilt für den Einbau eines Peltierelementes bzw. eines beliebigen anderen Heiz- und/oder Kühlelementes, um die Flüssigkeit auf eine gewünschte Meßtemperatur zu bringen.
Zusammenfassend ist die beschriebene Vorrichtung geeignet:
  • a) den Meßeffekt durch Vergrößerung der mitschwingenden Flüssigkeit zu vergrößern und den relativen Anteil der Grenzschicht zu verringern,
  • b) den Dämpfungsbeitrag des Fluids in den Poren durch kleine Porendurchmesser auszuschließen und
  • c) durch die besondere Differenzmessung den Viskositätsbeitrag (bei Flüssigkeiten) an der Grenzschicht erstmals vollständig zu eliminieren.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit mit mindestens einem piezoelektrisch angeregten Schwinger mit einer modifizierten Oberfläche, wobei die Differenz der Resonanzfrequenzen des Schwingers ohne und mit Kontakt zur Flüssigkeit gemessen und daraus die Dichte der Flüssigkeit berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwinger (1) mit einer rigiden, meso- oder makroporösen offenporigen Schicht (4, 4') beschichtet ist, in die die Flüssigkeit (12) eindringen kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei piezoelektrisch angeregte Schwinger (1) vorhanden sind und daß die Schichtdicke der offenporigen Schicht (4, 4') der beiden Schwinger (1) verschieden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwinger (1) auf demselben Substrat angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der offenporigen Schicht (4, 4') zwischen 0,1 µm und 10 µm liegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (1) ein Dickenscherschwinger aus Quarz ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Schicht (4, 4') aus einer mesoporösen Schicht von nanokristallinem TiO2 besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche der meso- oder makroporösen Schicht chemisch desaktiviert worden ist, um die spezifische Adsorptionen bestimmter Flüssigkeiten oder in Flüssigkeiten gelöster Stoffe zu unterdrücken.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (1) einseitig mit der offenporigen Schicht (4, 4') beschichtet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (1) im wesentlichen die Form einer flachen Scheibe besitzt und an seinem äußeren Umfang mit Teilen eines Gehäuses (10, 21) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (1) in das Gehäuse (10, 21) eingeklebt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (1) unter Zwischenschaltung eines O-Ringes im Gehäuse (10) eingeklemmt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (1) den Boden einer Vertiefung bildet, in die die Flüssigkeit (12) eingefüllt werden kann.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger als Eintauchkörper zum direkten Eintauchen in eine Meßflüssigkeit ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schwinger (1) den Boden und den Deckel eines flachen Zylinders bilden und durch ein rohrförmiges Gehäuseteil (21) miteinander verbunden sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Schwinger mit glatter Oberfläche in Kontakt mit der Flüssigkeit vorhanden ist, so daß neben der Dichte auch die Viskosität der Flüssigkeit berechnet werden kann.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Schwingers (1) ein Peltierelement zum Temperieren und ein Temperaturfühler zur Temperaturmessung und -kontrolle angeordnet sind.
DE1998138284 1998-08-24 1998-08-24 Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit Expired - Fee Related DE19838284C1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998138284 DE19838284C1 (de) 1998-08-24 1998-08-24 Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998138284 DE19838284C1 (de) 1998-08-24 1998-08-24 Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19838284C1 true DE19838284C1 (de) 2000-05-04

Family

ID=7878456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1998138284 Expired - Fee Related DE19838284C1 (de) 1998-08-24 1998-08-24 Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19838284C1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006133672A2 (de) * 2005-06-15 2006-12-21 Technische Universität Kaiserlautern Verfahren und vorrichtung zur detektion von analyten in fluiden medien
CN108007820A (zh) * 2017-12-29 2018-05-08 安徽佩吉智能科技有限公司 一种检测密度的机器人***及其检测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5741961A (en) * 1993-08-18 1998-04-21 Sandia Corporation Quartz resonator fluid density and viscosity monitor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5741961A (en) * 1993-08-18 1998-04-21 Sandia Corporation Quartz resonator fluid density and viscosity monitor

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAIKIN, L., URBAKH, M.: "Influence of Surface roughness on the quartz Crystal microbalance response in solution", In: Faraday Diskuss, Band 107 (1997), S. 27-38 *
YIN, Y., COLLINGS, R.E.: "Effekt of Morphology of Thin Films on the Daumping of Quarz Crystal Oscillators, Thin Solid Films, 1995, S. 257, S. 139-143 *
ZHANG, Choo, SCHRANZ, S., HAUPTMANN, P.: "Possibilities and Limitations of Dual-Crystal TSM Vislosity Sensors", In: ITG-Fachbericht 148, Sensoren und Meßtechnik, Vorträge der ITG-Fachtagung vom 9.-11.3.1998, in Bad Nauheim, erschienen im VDE-Verlag GmbH, Berlin, Offenbach S. 289-295 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006133672A2 (de) * 2005-06-15 2006-12-21 Technische Universität Kaiserlautern Verfahren und vorrichtung zur detektion von analyten in fluiden medien
WO2006133672A3 (de) * 2005-06-15 2007-02-15 Tech Uni Kaiserlautern Verfahren und vorrichtung zur detektion von analyten in fluiden medien
CN108007820A (zh) * 2017-12-29 2018-05-08 安徽佩吉智能科技有限公司 一种检测密度的机器人***及其检测方法
CN108007820B (zh) * 2017-12-29 2023-09-08 安徽佩吉智能科技有限公司 一种检测密度的机器人***及其检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69531925T2 (de) Vorrichtung zur Messung einer Eigenschaft eines Fluides
DE102018127526A1 (de) Vibronischer Multisensor
WO2007074004A1 (de) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG MINDESTENS EINER MESSGRÖßE EINES MEDIUMS
WO1999021001A1 (de) Saw sensor
DE112004002772T5 (de) Messungen von Dichte und Viskoelastizität mittels eines einzelnen akustischen Wellensensors
EP2464951A1 (de) Multivariabler sensor zur bestimmung und/oder überwachung des füllstands und der dichte und/oder der viskosität einer flüssigkeit im behälter
EP3213041B1 (de) Vibronischer sensor
DE102006004449A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Detektion einer Substanz in einer Flüssigkeit
EP1834160A1 (de) Ultraschall-messvorrichtung für ein behältnis
DE19838284C1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit
WO2005085769A2 (de) Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung einer prozessgrösse
DE102008054945A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße
EP1864108A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur viskositätsmessung von nicht-newtonschen flüssigkeiten, insbesondere motorbetriebsstoffen
EP1419380A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung akustischer parameter von flüssigkeiten in einer resonatoranordnung
DE19806905C2 (de) Einrichtung zur Bestimmung viskoelastischer Kenngrößen eines festen oder flüssigen Stoffes
EP1770386A2 (de) Verfahren zum Nachweisen von Teilchen mit mehreren Sensorflächen und Sensoranordnung zum Durchführen dieses Verfahrens
DE102005032684A1 (de) Detektor zum Nachweis von Teilchen in einer gasförmigen Atmosphäre und Verfahren zu dessen Auslegung
DE102015203394A1 (de) Baugruppe zur Messung des Füllstands eines Ölbehälters
DE10003094A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen von Füllungseigenschaften eines Gefäßes
DE102009047905A1 (de) Vorrichtung zum Detektieren mindestens einer Substanz eines Fluids, Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren mindestens einer Substanz eines weiteren Fluids
DE10362048B4 (de) Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Schichtdicke eines flüssigen Mediums
DE102007053221B4 (de) Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung des Wachstums einer biologischen Substanz in einem Medium
EP2452190B1 (de) Sensor als biochip
DE19737888C1 (de) Verfahren zur Bestimmung des komplexen Elastizitäts- oder Schermoduls einer dünnen Schicht
AT513634B1 (de) MEMS-Sensor zur Detektion von Umgebungsparametern

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee