DE2221829C2

DE2221829C2 - "Wandler zur Messung einer physikalischen Eigenschaft eines Fluids"

Info

Publication number: DE2221829C2
Application number: DE2221829A
Authority: DE
Inventors: David John Deverill Farnborough Hampshire Lockie
Original assignee: Solartron Electronic Group Ltd Farnborough Hampshire; Solartron Electronic Group Ltd
Current assignee: Gemalto Terminals Ltd
Priority date: 1971-05-05
Filing date: 1972-05-04
Publication date: 1982-05-06
Also published as: NL7205983A; FR2135644A1; DE2221829A1; NL175463C; GB1385686A; IT956256B; US3874221A; FR2135644B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wandler zur Messung einer physikalischen Eigenschaft eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

In der GB-PS 8 27 344 ist ein Wandler beschrieben, der zur Messung des Drucks oder der Druckdifferenz von Fluid verwendet werden kann. Der Wandler besitzt einen zylindrischen Hohlkörper, der an einem Ende durch eine flache Wand abgeschlossen ist, welche dicker als die Zylinderwand ist, und am anderen Ende einen dicken äußeren Flansch aufweist. Das Fluid kann über ein Gehäuse in den Hohlkörper eingeführt werden. Ein Unterschied zwischen den Fluiddrücken innerhalb und außerhalb des Hohlkörpers kann gemessen werden, indem die Frequenz von Schwingungen der Sonde gemessen wird, die in geeigneter Weise unter Ausbildung von Schwingungsknoten erzeugt worden sind. Dieser Wandler kann auch zur Temperaturmessung verwendet werden, da die Frequenz mit zunehmender Temperatur wegen der Abnahme des Elastizitätsmoduls des Hohlkörpers geringfügig abfällt. Ein entgegengesetzter Temperatureffekt kann benutzt werden, um diese Abnahme zu kompensieren, und dieser entgegengesetzte Effekt wird erreicht, indem eine Gasmenge in dem Hohlkörper hermetisch eingeschlossen wird, so daß der Druck des eingeschlossenen Gases mit zunehmender Temperatur zunimmt und zu einer Zunahme der Resonanzfrequenz des Hohlkörpers mit zunehmender Temperatur führt. In der GB-PS IO 14 420 ist dieser Temperatureffekt beschrieben.

Ein ähnlicher Wandler ist aus de'r DE-OS 19 43 925 bekannt, dessen zylindrischer Hohlkörper so gehaltert ist, daß die Übertragung variabler Halterungsbelastungen auf den Hohlkörper vermindert wird.
In der US-PS 35 16 283 wird ein Wandler zur Messung von Fluiddichten beschrieben, bei welchem wiederum ein zylindrischer Hohlkörper verwendet wird, der jedoch eine öffnung in der flachen Endwand hat, so daß das Fluid den gleichen Druck auf d^;e inneren ίο und äußeren Flächen des Hohlkörpers ausüben kann.

In einem Aufsatz mit dem Titel »Sound Velocity Effect on Vibrating Cylinder Density Transducers« von P. N. Potter, veröffentlicht durch »The Solartron Electronic Group Limited«, Farnborough, Hampshire/Eng- ;5 land, ist beschrieben, daß die Schwingungsfrequenz eines zylindrischen Hohlkörpers beim Eintauchen in ein Fluid nicht nur von solchen Faktoren wie der Dichte des Fluids, der Größe irgendeines Druckunterschiedes, welcher den Hohlkörper zusammen- oder auseinanderzieht, und der Temperatur des Hohlkörpers, sondern auch von der Geschwindigkeit des Schalles in dem speziellen Fluid abhängt Es tritt also ein Fehler auf, wenn ein in einem Gas, wie beispielsweise Stickstoff, geeichter Wandler in einem anderen Gas oder einer Gasmischung, beispielsweise Erdgas, verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem der Einfluß der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid auf die Messung wesentlich reduziert oder ausgeschaltet ist Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein derartiger Wandler kann zur Messung der Dichte oder Temperatur oder des Druckes eines Fluids oder der Differenz von Fluiddrücken verwendet werden, wobei während des Betriebes des Wandlers an dem offenen Ende des Hohlkörpers ein Schwingungsbauch,

d. h. maximale Auslenkung der Schwingung, entsteht und damit wenigstens ein Teil dieses Endes des Hohlkörpers radial zu seiner Längsachse schwingt.

Zweckmäßigerweise ist der Hohlkörper gerade und kreiszylinderförmig, wobei der Innendurchmesser des Hohlkörpers größer als seine axiale Länge sein kann,
■fs Die Anregeeinrichtung kann mittels eines Elektromagneten arbeiten, wenn der Hohlkörper aus ferromagnetischem Material besteht, wobei die Erfassungseinrichtung vorzugsweise ebenfalls unter Ausnutzung von magnetischen Kräften arbeitet.

Wenn der Hohlkörper über einen Arbeitsbereich im wesentlichen temperaturunabhängig sein soll, muß sein Material entsprechend gewählt werden. Für magnetische Anregung und Erfassung kann das Material aus einer Nickel/Eisen/Chromlegierung bestehen, die beispielsweise in der GB-PS 11 75 664 und in dem »Technical Bulletin T. 31« der Firma »Huntingdon Alloy Products Division of the International Nickel Company Inc.«, Huntingdon, West Virginia/USA, beschrieben ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Wandlers für die Dichte eines Fluids gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig.2 zeigt einen Längsschnitt eines Hohlkörpers einer zweiten Ausführungsform,

Fig.3 zeigt einen Axialschnitt eines Hohlkörpers einer dritten Ausführungsform,

Fig,4 zeigt im Schnitt und ausschnittsweise einen Wandler einer weiteren Ausführungsform,

F i g, 5 zeigt einen Längsschnitt des Hohlkörpers von F i g. 4 mit einer Anrege- und Erfassungseinrichtung,

F i g. 6 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 5,

F i g. 7 zeigt einen Längsschnitt einer fünften Ausführungsform eines Hohlkörpers,

Fig.8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer sechsten Ausfährungsform eines Hohlkörpers,

F i g. 9 zeigt einen Längsschnitt einer siebten Ausführungsform eines Hohlkörpers,

Fig. 10 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Schwingungsart des Hohlkörpers,

F i g. 11 zeigt einen Längsschnitt einer achten Ausführungsform eines Hohlkörpers,

Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer neunten Ausführungsform eines Hohlkörpers.

Wie sich aus den Figuren ergibt, haben alle Ausführungsformen des Wandlers als gemeinsames Merkmal einen Hohlkörper mit dem gleichen Querschnitt in den Ebenen, die zu einer Achse des Hohlkörpers rechtwinklig sind, wobei der Hohlkörper an wenigstens einem Ende offen und derart gelagert ist, daß wenigstens ein Teil dieses Endes des Körpers radial zu dessen Achse zur Erzeugung von Schwingungsbäuchen schwingen kann.

F i g. 1 zeigt im Schnitt einen Teil eines Wandlers zum Messen der Dichte eines Öl/Gasvorrates, der einen zylindrischen Hohlkörper 11 aufweist, der an einem Basisteil 12 durch einen Klemmring 13 und drei Bolzen 14 befestigt ist, von denen einer dargestellt ist. Die Bolzen 14 sind in einen Basisflansch 15 eingeschraubt. Das Basisteil 12 ist an dem Basisflansch 15 durch einen Klemmring 13a befestigt, der an einer Ringschulter 12a anliegt, die auf dem Basisteil 12 ausgebildet ist. Außerdem sind zur Befestigung des Basisteils 12 drei Bolzen 14a in den Basisflansch 15 eingeschraubt, von denen eine dargestellt ist. Eine Anregespule 16 und eine Erfassungsspule 17 dienen zur Anregung einer natürlichen Schwingung einer dünnen zylindrischen Wand 18 des Hohlkörpers 11 und zum Erfassen der Schwingungsfrequenz und Erzeugen eines dafür repräsentativen Signals. Die Spulen 16 und 17 sind derart angeordnet, daß ihre Achsen senkrecht zur Achse des Hohlkörpers 11 und in entsprechenden Ebenen liegen, die zueinander senkrecht sind. Am unteren Ende des Hohlkörpers 11 in F i g. 1 ist ein schwingungsknotenbildender Abschnitt 19 vorgesehen, der aus einem kreisförmigen äußeren Flansch oder Ring mit rechteckigem Querschnitt besteht, der einstückig mit der Wand 18 ausgebildet ist. Die Wand 18 und der Abschnitt 19 sind derart bemessen, daß die Wand 18 relativ federnd und der den Schwingungsknoten bildende Abschnitt 19 relativ fest ist. Im Betrieb bildet der Abschnitt 19 eine Linie für Schwingungsknoten, die das untere Ende der Wand 18 in Fig. 1 umschließt.

Ein Flansch 20, der einstückig mit dem Abschnitt 19 ausgebildet ist, dient zur Befestigung. Die Verbindung des Flansches 20 mit dem schwingungsknotenbildenden Abschnitt 19 erfolgt über einen kleinen Verbindungsbereich hier zwischen. Die Kleinheit und das Material dieser Verbindung ist derart, daß der Verbindungsbereich elastisch ist und bedeutend dazu beiträgt, daß ein hoher Q-Faktor für den Hohlkörper U erreicht wird. Die Wand 18, der Abschnitt 19 und der Flansch 20 sind zueinander koaxial. Das für den Hohlkörper 11 und den Flansch 20 benutzte Material ist z. B. eine Eisen/Nickel/ Chromlegierung, Der Klemmring 13 liegt nur auf dem Flansch 20 auf, so daß der schwingungsknotenbildende Abschnitt 19 wirksam auf einer kreisförmigen Anordnung befestigt ist, die durch die Verbindung des Flansches 20 an dem schwingungsknotenbildenden Abschnitt 19 hergestellt ist. Zwischen dem Klemmring 13 und dem Abschnitt 19 und zwischen dem Abschnitt 19 und dem Flansch 20 ist ein Zwischenraum vorgesehen. Zwischen dem Flansch 20 und der größeren

ίο inneren zylindrischen Fläche des Klemmringes 13 ist ebenfalls ein Zwischenraum vorgesehen.

Der Hohlkörper 11 und das Basisteil 12 befinden sich in einem Gehäuse 21 aus Aluminium oder nichtrostendem Stahl, und an dem Gehäuse 21 ist der Basisflansch 15 durch acht Bolzen 22 befestigt.

In dem Gehäuse 21 ist ein Einlaß 23 für Gas und in dem Basisflansch 15 ein Auslaß 24 vorgesehen. Die Verbindungen zu den Gasleitungen wurden aus Gründen der besseren Übersicht fortgelassen. Der Weg des Gas?s durch den Wandler ist durch Pfeile vom Einlaß 23 zum Auslaß 24 angeze'^i. Ein magnetischer Schirm 25 besteht aus einem zyiindr'schen Stahlrohr, das koaxial zu dem Hohlkörper 11 angeordnet und in das Gehäuse 21 eingepreßt ist und einen Teil des Gasweges begrenzt. Anhand der Pfeile ist ersichtlich, daß f'^r Schirm 25 sicherstellt, daß das Gas zuerst über die äußere zylindrische Fläche des Hohlkörpers 11 gelangt. Der Hohlkörper 11 ist an seinem oberen Ende in F i g. 1 offen. Das Gas tritt in das offene Ende des Hohlkörpers 11 ein, strömt durch diesen hindurch und gelangt über eine zylindrische Masse 27 aus Epoxidharz, das die Anregespule 16 und die Erfassungsspule 17 umgibt und diese auf dem Basisteil 12 trägt. Dann gelangt das Gas durch acht Löcher 28 in dem Basisteil 12 zu einer Auslaßkammer in dem Basisflansch 15. Der Auslaß 24 verbindet die Auslaßkammer mit einem nicht dargestellten Gasrohr.

Der Durchgang des Gases über die äußere zylindrische Fläche des Hohlkörpers 11 und dann in &;s Innere hiervon gleicht die Druckdifferenz zwischen den äußeren und inneren Abschnitten des Hohlkörpers 11 äjs. Folglich wird die Wand 18 in schwingendem Zustand nicht durch den Druck des Gases oder Druckdifferenzen, sondern durch die Dichte des Gases beeinträchtigt.

Die Erfassungsspule 17 ist mit dem Eingang eines nicht dargestellten Verstärkers in einem nicht dargestellten Verstärkergehäuse verbunden, das an dem Basisflansch 15 durch Bolzen 22 befestigt ist. Der Ausgang des Verstärkers ist mit der Anregespule 16 verbunden. Die Phasendifferenz zwischen den Ausgangs- und Eingangssignalen des Verstärkers ist derart, daß bei der dargestellten Anordnung der Spulen 16 und 17 die Eigenschwingung der Wand 18 mittels der Rückkopplung durch den Verstärker unabhängig von der viskosen Dämpfung aufrechterhalten werden kann. Die Eigenschwingung bei der Resonanzfrequenz der Wand 18 wird bei viskoser Dämpfung sichergestellt, indem die durch die Anregespule 16 aufgebrachte Kraft proportional dei durch die Erfassungsspule 17 gemessenen Geschwindigkeit der Wand 18 gemacht wird. Die Richtung der Anregekraft wird entsprechend der gewünschten Schwingungsart der Wand 18 eingestellt. Der Verstärker ist mit einer Begrenzung für die Ausgangsamplitude versehen und hat eine ausreichende Verstärkung, um sicherzustellen, daß die Ausgangsbegrenzung bei der kritischsten zu erwartenden viskosen Dämpfung sichergestellt ist.

Die Art der Schwingung ist ähnlich derjenigen, die man in Glocken antrifft und die als Radialschwingung bekannt ist. Die Schwingung wird ausgelöst durch elektrisches Rauschen, welches auftritt, wenn der Verstärker gespeist wird.

Elektrische Leitungen von den Spulen 16 und 17 gelangen durch das Basisteil 12 zu einem Anschluß 29.

Bei der Ausführungsform mit einem gemäß Fig. I geformten Hohlkörper It ist z. B. der Innendurchmesser der Wand 1,8 cm, die Dicke der Wand 0,015 cm, der Außendurchmesser des Abschnittes 19 2,289 cm, die axiale Länge vom oberen Rand der Wand 18 zum unteren Rand des Abschnittes 19 5.359 cm. Diese spezielle Ausführungsform ist gedacht /ur Messung von Gasdichten über einen Bereich von 0 bis 120 mg/cm'. Für einen vollen Bereich von 0 bis 60 mg/cm¹ wird eine Wandstärke von 0.0076 cm vorgezogen. Der Q-Wert für eine Ausführungsform, die für einen Bereich von 0 bis 120 mg/cm' gedacht ist. sollte so gewählt werden, daß er

I , I I f

Das Basisteil 12 weist auch einen kreisförmigen Abschnitt 31 auf, auf den der Flansch 20 paßt, so daß die Wand 18 des Hohlkörpers 11 mit der zylindrischen Masse 27 und dem Abschnitt 31 koaxial ist.

·, Bei der vorstehend angegebenen Ausführungsform steht die obere Fläche des Abschnittes 31 0,18 cm über der Bezugsfläche 30 und die untere Ringfläche des schwingungsknotenbildenden Abschnittes 19 steht 0,25 cm über der Bezugsfläche 30, so daß sich ein Spiel

in von 0,08 cm ergibt.

Statt die Anregespule 16 und die Erfassungsspule 17 durch einen Verstärker anzukoppeln, kann die Anregespule 16 durch einen Oszillator mit veränderlicher Frequenz angetrieben werden, und die F.rfassungsspule

ιό 17 wird dann mit dem Eingang der Vorrichtung verbunden, um die Stärke des in der Erfassungsspulc 17 erzeugten Signales durch die Schwingungen der Wand 18 anzuzeigen, so daß die Resonanzspitzen erfaßt und die Oszillatorfrequenz, mit der die Spitzen erscheinen.

t-Λ *a η \f rtrtrtf)

Wert herkömmlicher Wandler für den gleichen Bereich.

Der Innendurchmesser des Flansches 20 ist gleich dem Außendurchmesser des Abschnittes 19. Die axiale Länge vom oberen Rand der Wand 18 bis zum unteren Rand des Flansches 20 in Fig. 1 ist 5.613cm. Der axiale Abstand vom unteren Rand des Flansches 20 zu dessen oberem Rand in Fig. 1 ist 0.343cm. so daß der axiale Verbindungsbereich zwischen dem Abschnitt 19 und dem Flansch 20 0,0889 cm beträgt. Der kleinere der beiden inneren Durchmesser des Klemmringes 13 ist 2.324 cm, so daß ein Zwischenraum von 0.018 cm zwischen dem Klemmring 13 und dem schwingungsknotenbildenden Abschnitt 19 vorgesehen ist. Der größere der beiden inneren Durchmesser des Klemmringes 13 ist 2.72 cm und der Außendurchmesser des Flansches 20 beträgt 2.64 cm. so daß ein Zwischenraum von 0.038 cm /wischen dem Klemmring 13 und dem Flansch 20 vorgesehen wird. Der Klemmring 13 wird im wesentlichen koaxial zu dem Hohlkörper 11 durch drei Bolzen gehalten, die den Klemmring 13 an dem Basisteil 12 befestigen. Es gibt daher keinen radialen Kontakt zwischen dem Klemmring 13 auf der einen Seite und dem Abstand 19 und dem Flansch 20 auf der anderen Seite, und der Flansch 20 ist an dem Basisteil 12 lediglich durch axiale Klemmkräfte befestigt, die auf den Flansch 20 durch den Klemmring 13 und das Basisteil 12 wirken.

Bei der Ausführungsform für die angegebenen Meßbereiche sind die Spulen 16 und 17 so angeordnet, daß ihre Achsen 0.851 cm von einer Radialebene bei einem Abstand von 2.951 cm vom unteren Rand des Flansches 20 entfernt sind, wobei sich die Spulen 16, 17 auf gegenüberliegenden Seiten der Ebene befinden.

Die Spulen 16 und 17 haben zusammengesetzte magnetische Kerne, von denen jeder aus einem kurzen Permanentmagneten mit zwei längeren Polstücken besteht.

Man kann die Spulen 16 und 17 durch Versuche derart einstellen, daß ihre Achsen auf solchen Radien liegen, bei denen die erforderliche Leistung minimal ist, um Eigenschwingungen der Wand 18 zu erzeugen, wenn die Spulen 16,17 an einen Verstärker angeschlossen sind.

Das Basisteil 12 ergibt eine flache Bezugsfläche ?0, an welcher der untere Rand des Flansches 20 anliegt. Die Position der Achsen der Spulen 16 und 17 bezüglich der Wand 18 des Hohlkörpers 11 werden bestimmt, indem sie bezüglich der Bezugsfläche 30 des Basisteils 12 eingestellt werden, wenn die Spulen 16,17 in der Masse 27 aus Epoxidharz eingebettet sind.

Andere Anregungseinrichtungen weisen beispielsweise Mechanismen zum Schlagen oder Beugen des Hohlkörpers, lautsprecherartige Mechanismen zur akustischen Schwingungserregung und elektrostatische Einrichtungen auf. Ein für eine Schwingungsfrequenz repräsentatives Signal kann beispielsweise durch einen Dehnungsmesser, Meßfühler für eine veränderliche Kapazität oder Induktivität und eine photoelektrische Einric'nung in Kombination mit einer Lichtquelle und

m einer Einrichtung zur Veränderung des Lichtanteiles von der Quelle erhalten werden, der die photoelektrische Einrichtung in Abhängigkeit von der vorherrschenden Schwingungsfrequenz erreicht.

Fig. 2 stellt einen Längsschnitt eines geraden zylindrischen Hohlkörpers 11' mit einer dünnen zylindrischen Wand 18 und einem äeren schwingungsknotenbildenden Befestigungsflansch 32 am einen Ende dar. Die strichpunktierten Linien 33 erläutern die äußersten Positionen der Abschnitte der Wand 18. die im Schnitt in F i g. 2 dargestellt sind, wenn die Wand 18 schwingt. Es ergibt sich somit, daß am freien Ende des Körpers 11' ein Schwingungsbauch ausgebildet wird.

F i g. 3 stellt einen Längsschnitt eines geraden zylindrischen Hohlkörpers 11" dar, der ähnlich demjenigen der Fig. 2 ist. bei dem jedoch der innere Durchmesser der dünnen zylindrischen Wand 18 ungefähr dreiviertel der axialen Länge der Wand 18 beträgt.

Fig.4 stellt einen Teil der Befestigungsanordnung eines Wandlers zum Messen der Flüssigkeitsdichte dar. bei dem ein gerader zylindrischer Hohlkörper 41 axial in einem zylindrischen Rohr 42 mittels eines Ringe. 43 und radialer Abstandshalter 44 befestigt ist. Die radialen Abstandshalter 44 sind an der Innenseite des Rohres 42 befestigt und halten den Ring 43 koaxial zu dem Rohr 42. Der Ring 43 hat einen ringförmigen Rand 45, in den Gewindestifte 46 eingeschraubt sind und an einer kegelstumpfförmigen Fläche 47 anliegen, die auf einer ringförmigen Lippe eines Randes 48 an einem Ende des

Hohlkörpers 41 ausgebildet ist Der Rand 48 ist einstückig mit einem dicken schwingungsknotenbildenden Abschnitt 49 des Hohlkörpers 41 ausgebildet

Der Abschnitt 49 und der Ring 43 sind zu einem gewissen Ausmaß siromünienförmig ausgebildet, damit

Flüssigkeit in axialer Richtung bezüglich des Hohlkörpers 41 fließen kann.

lim die Gefahr einer Beschädigung des freien Endes 51 des Hohlkörpers 41 herabzusetzen, ist ein Schutzring

50 gemäß Ii g. 5 an ilem freien finde 51 des Hohlkörpers 41 vorgesehen, dessen Achse koaxial zur Achse des Hohlkörpers 41 liegt. Der Schutzring 50 hat einen inneren und äußeren Durchmesser, die im wesentlichen ;rleich dem inneren und äußeren Durchmesser der Wand 52 des Hohlkörpers 41 sind.

F-' i g. 5 und 6 stellen eine Anordnung von Anregespulen 53 und Erfassungsspulen 54 zur Aufrechterhaltung cir-r bevorzugten Radialschwingtingsform der Wand 52 des Hohlkörpers 41 dar.

Die Anregespulen 53 sind auf entsprechenden Polstückcn 56 eines Permanentmagneten 55 angeordnet, der ein Magnetfeld für die Aiiregcspulen 53 bereitstellt, die im Retrieb mit Wechselstrom von einem iiicht dargesiellk'ii Verstärker gespeist werden, dessen !■mgangssiule mit clcn Lrfassungsspulen 54 verbunden ist. se» dall der den Anregespulen 53 ziigefühne Strom cmc verstärkte Version des in den l.rfassiingsspulen 54 durch die Bewegung der Wand 52 neben den l.ii.issungsspulen 54 induzierten Stromes ist. Die Krfassungsspulei! 54 sind auf entsprechenden L-förmigen l'olsuicken 57 ikrs anderen Permanentmagneten 5Ί angeordnet, die einen magnetischen I'IuI.! eigeben, der durch du- Bewegung der Wand 52 an den freien Enden der l'olsüicko S7 geändert werden soll.

Rs wird darauf geachtet, daß im wesentlichen keine transformatorischc- Kopplung /wischen den Anregespulen 53 einerseits und den lirfassungsspulen 54 andererseits stattfindet. Die Anrcgespnlcn 53 sind derart miteinander verbunden, daß die entsprechenden Magnetflusse in den Polstücken 56 sich phasenmäßig vp^rstärken und auslöschen.

Die Wandler können derart aufgebaut sein, daß mc übliche Resonanzfrequenzbereiche haben, die wenigstens teilweise kleiner sind als diejenigen, die für den gleichen Bereich der Strömungsmitteldichte bei dem bekannten Gasdichte«andler erhalten werden, der in einem Aufsatz nut dem Titel »frequency Domain Transducers and their Applications«. Instrument Practice. Band 23. Nr. 12. Dezember 1969. Seiten 849 bis 853 durch I'. N. Potter beschrieben ist. Dies ist bei einigen Anwendungen vorteilhaft, beispielsweise wenn die Dichte von Flüssigkeiten und Gasmischungen verschiedener Zusammensetzung gemessen werden soll, wo die Schallgeschwindigkeit merklich mit der Zusammensetzung der Gasmischung schwankt (vgl. »Sound Velocity Effect on Vibrating Cylinder Density Transducers«. P. N. Potter, veröffentlicht von The Solartron Electronic Group Limited. Farnborough. Hampshire. England).

In Fig. 7 ist ein Hohlkörperdargestellt, der aus einem ersten am Ende offenen geraden kreisförmigen zylindrischen Mantelabschnitt 112. einem zweiten am Ende offenen geraden kreisförmigen zylindrischen Manteiabschnitt 113 und einem Befestigungsflansch 114 besteht wobei die beiden Mantelabschnitte 112 und 113 und der Flansch 114 einstückig in dem gleichen Material ausgebildet sind.

Die beiden Mantelabschnitte 112 und 113 haben eine gleichförmige Wandstärke, aber die Wandstärke des Mantelabschnitts 113 ist hinreichend kleiner als diejenige des Mantelabschnitts 112, so daß der Mantelabschnitt 113 gegenüber dem Mantelabschnitt 112 hinreichend flexibel ist. Eine Extremlage der Abschnitte der Mantelabschnitte 112 und 113 ist während der radialen Schwingung in der strichpunktierten Linie dargestellt

In Fig.8 ist ein Hohlkörper 121 dargestellt, der aus drei am Ende offenen zylinderförmigen Manteiabschnit-

θο

ten (22, 123 und 124 und mehreren Verbindungsstegen 125 besteht, und die Mantelabschnitte 122, 123, 124 und die Verbindungsstege 125 sind einstückig aus einem einzigen am Ende offenen geraden kreisförmigen zylindrischen Ma'nei cli r£h Entfernung von rechteckförmigcn AhschiiuK geb !det. Entweder sind die Abmessungen der Vtiu.rdungsstege 125 derart, daß ihre Steifheit so klein ist. daß sie im wesentlichen keine Wirkung auf den Mantelabschnitt 123 haben, wenn dieser einer Glockenschwinjriing unterliegt, oder sie sind mit dem Mantel 123 an Abschnitten verbunden, wo Schwingungsknoten auftreten. Wenn die Abmessungen der Verbindungss'egc 125 den beschriebenen Anforderungen genügen sollen, ist es wünschenswert, dal! ihre Dick·" gegenüber der Starke des Hohlkörpers 121 gchil'¹ ι ist. Die Mantelabschniite- 122 und 124 dienen als !ie!"'"sii;ningseinn'_liiiingcn.

iiei e'iier anderen Aiisführiingsform hat der llohlkör per liie in F i g. 8 dargestellte Form mit tier Ausnahme, (l.iii nur zwei Mantelahschnitte iiiiu inander durch Verbindungsstege verbunden sind, wobei beispielsweise i : Manteiabschnitt 124 und die diesen mit dem '.:; Miielabschnitt 123 verbindenden Verbindungsstege I2S weggeschnitten worden sind. Eine ähnliche Ausführiingsform kann hergestellt werden, indem der dünne Mantelabschnitt 113 der in F i g. 7 dargestellten Sonde durchlocht wird.

In Γ i g. 9 ist ein Hohlkörper dargestellt, der ähnlich demjenigen von F i g. 7 ist. jedoch statt des dünnen Manielabschnitts 113 mit einem Befcstigungsflansch 114 zwei dünne Mantelabschnitte 113 und 113' und zwei Befestigungsflansche 114 und 114' aufweist, so daß er demjenigen von F i g. 8 gleicht, wobei beide Enden des zentralen Mantelabschnitts 112 mit der Befestigungseinrichtung durch flexible Verbindungsglieder verbunden sind. Durch die strichpunktierte Linie ist eine Extremlage der Abschnitte der Mantelabschnitte 112, 113 und 113' während der Schwingung des Mantelabschnitts 112 dargestellt.

Fig. 10 stellt schematisch eine Querschnittsansicht eines zylindrischen Mantels 140 in einer Form einer radialen Schwirjung dar. welche die Mantelabsehnr<e 112 und 123 der F i g. 7.8 und 9 ausführen können. Diese Schwingungsform ist als Form 2 bekannt. Es gibt vier Knotenpunkte 141, 142, 143 und 144 um den Umfang des Mantels 140. Zwischen jedem Paar von Knotenpunkten schwingt der Mantel 140 und zwischen jedem Paar Schwingungsknoten befindet sich ein Schwingungsbauch. Daher schwingt der zylindrische Mantel 140 zwischen den beiden Extremlagen, in denen er einen elliptischen Querschnitt hat. und die entsprechenden elliptischen Konturen sind in unterbrochenen Linien 145 und 146 in Fig. 10 dargestellt. Die Hauptachsen der elliptischen Konturen sind zueinander rechtwinklig.

Da die beiden Enden beider Manteiabschnitte 112 und 123 der F i g. 7, 8 und 9 frei, d. h. nicht eingespannt sind, kann jeder dieser Mantelabschnitte im Betrieb zwischen den beiden elliptischen Formen gemäß Fig. 10 über seine volle Länge schwingen.

Höhere Schwingungsformen sind möglich, bei denen mehr als vier Knotenpunkte um den Umfang des schwingenden Mantels verteilt sind. Bei derartigen Schwingungen höherer Ordnung kann der Mantel zusätzlich zu den Umfangsknoten auch longitudinal Knoten in der Form von einem oder mehreren Schwingungsknotenringen aufweisen, die den Mantel an einem Punkt entlang seiner Länge umgeben.

Die umfangseitigen Knotenpunkte sind Punkte auf

Knotenlinien, die längs des Mantels parallel zu dessen Achse verlaufen. Wenn der Mantel eingespannt werden soll, um mit einer vorgegebenen Anzahl derartiger longitudinaler Knotenlinien zu schwingen, wird bevorzugt, daß eine Sonde gemäß F i g. 8 verwendet wird, wo die Vcrbindungsstege 125 hinreichend steif sein können, um umfangseitige Knotenpunkte an den Enden des Mantelabschnitts 123 auszubilden, so daß der Mantelabschnitt 123 in die Lage versetzt wird, um in einer Schwingungsform mit Knotenlinien zu schwingen, die mit den Achsen der ausgerichteten Verbindungsstege 125 an den Enden des Mantelabschnittes 123 fluchten.

Wenn der Hohlkörper in einer Schwingungsform schwingen soll, in der sich ein Knotenring in der Mitte zwischen den Enden eines radial schwingenden zylindrischen Mantelabschnitts befindet, kann der Hohlkörper die Form eines einzelnen zylindrischen Mantels haben und nur durch die Kugelenden von drei oder mehr (in der Regel vier) Schrauben mit Der in Verbindung mit F i g. 9 erläuterte I lohlkörpcr ist insbesondere geeignet, um Fluiddrücke oder Differenzen zwischen Fluiddrückcn zu messen, da das Fluid unter dem einen Druck dem Inneren der -, Mantelabschnitte 112, 113 und 113' und das Fluid unter dem anderen Druck dem Außenraum der Mantelabschnitte 112, 113 und 113' zugeführt werden kann. Der gleiche Hohlkörper kanu bei entsprechend starker Wandung als Strömungsmitteklichtewandler verwendet

ίο werden, wie er in Fig.4 der GBPS Il 75 664 beschrieben ist.

Fig. 11 stellt einen Hohlkörper dar. flor Merkmale der Ausrührungsformen der F i g. 2 und ¹J v-jrbuivlet. Ein kreisförmiger zylindrischer Mantelabschnitt 118 im

Ii einstückig mit einem schwingungsknotenbildenden äußeren Befestigungsflansch 132 an einem KmIe. einem dünnwandigen Mantelabschnitt 213 am anderen Eric¹"· und einem anderen Befestig mg'.nansch 214 am entfernten Ende des dünnen Mantelabschnitts 215

lapllfnnfpn oplraopn epin Hip an rlpm ^vltnrlrmphpn ·.*, micirpKilrlpt Γ^ίρ slrirKnnnl/iu

Mantel an äquidistanten Punkten auf der Umfangslinie anliegen, an der der Ring der .Schwingungsknoten ausgebildet werden soll, und die Schrauben sind in einer Halterung eingeschraubt, wobei die Achsen radial gegenüber dem zylindrischen Mantel liegen. Zur Stützung des Mantels in der Position des gewünschten Knotenringes können andere Einrichtungen vorgesehen werden.

Wenn ein Hohlkörper die Form eines einzelnen zylindrischen Mantels hat und eine Befestigungsanordnung ähnlich derjenigen der F i g. 8 angestrebt wird, die jedoch kurzer sein soll, können radial angeordnete Streben. Speichen oder Spanndrähte an den Punkten der Enden des Mantels befestigt werden, an denen die Knotenlinien enden sollen. Die äußeren Enden solcher Streben. Speichen oder Spanndrähte werden an einer starren Halterung befestigt.

die äußersten Positionen jener Bereiche des Mantelabschnitts 118. die im Schnitt in Fig. It dargestellt sind. wenn der Mantelabschnitt 118 schwingt. Das mit dem dünnen Mantelabschnitt 213 verbundene Ende lies Mantelabschnitts 118 schwingt frei, und es werden dort Schwingungsbäuche ausgebildet.

Fig. 12 stellt einen Hohlkörper dar. der Merkmale der Ausführungsformen der Fig. 2 und 8 verbindet. Ein zylindrischer Mantelabschnitt 218 ist einstückig mit einem äußeren Befestigungsflansch 232 an einem Ende, mehreren Verbindiingsstegen 225 am anderen Ende und einem zylindrischen Mantelabschnitt 222 an den Enden der Verbindungsstege 225 im Abstand von dem anderen Ende des Mantelabschnitts 218 angeordnet. Die Verbindungsstege 225 sind in der gleichen Weise wie die Verbindungsstege 125 der F i g. 8 ausgebildet. Der Mantelabschnitt 222 dient zur Halterung

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wandler zur Messung einer physikalischen Eigenschaft eines Fluids mit einem Gehäuse, das einen Fluideinlaß aufweist und in dem ein zylindrischer Hohlkörper! der an mindestens einem seiner Enden offen ist, zu Schwingungen anregbar gehaltert ist, mit einer Anregeeinrichtung zum Anregen des Hohlkörpers zu Glockenschwingungen und einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Frequenz dieser Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ober seine Axialerstrekkung einschließlich des genannten Endes im wesentlichen gleichförmige Wandungsdicke aufweisende Hohlkörper (11, 11', 11", 41) an dem genannten Ende bei Schwingungserregung einen Schwingungsbauch aufweist

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper wenigstens an dem genannten Ende über eine Verbindung (113, 113', 125, 213,225) gehaltert ist, die die Ausbildung von Schwingungsbäuchen (145, 146) an dem genannten bzw. an beiden Enden des Hohlkörpers bei dessen Schwingungserregung ermöglichen.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (125, 225) aus schmalen, gegebenenfalls ir der Wandungsdicke gegenüber dem Hohlkörper verminderten Stegen besteht.

4. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (113, 113', 213) aus einem zylindrischen Mantelabschnitt mit gegenüber der Wandungsdicke -ries Hohlkörpers verringerten Wandungsdicke besteh?.