DE2460703A1

DE2460703A1 - Verfahren und einrichtung zum messen der dichte eines schmutzigen stroemungsmittels

Info

Publication number: DE2460703A1
Application number: DE19742460703
Authority: DE
Inventors: Joram Agar
Original assignee: AGAR INSTR
Current assignee: Sarasota Automation Ltd
Priority date: 1974-08-08
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1976-02-26
Also published as: DE2460703B2; GB1482988A; SU576069A3; DE2460703C3; US3983744A; JPS5142564A

Description

Patentanwälte Dipl.-Jmg. RWfickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmanh, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

J. AGAR INSTRUMENTATION LIMITED,

Prospect Road, Alresford, Hampshire / England

Verfahren und Einrichtung zum Messen der Dichte eines schmutzigen Strömungsmittels

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Dichte eines schmutzigen Strömungsmittels.

In der britischen Patentschrift 1 175 586 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Dichte eines Strömungsmittels beschrieben, worin das Strömungsmittel durch das Innere eines Hohlkörpers geschickt wird, der seinerseits innerhalb eines starren Halteteils befestigt ist und von diesem durch einen Spalt getrennt ist, so daß ein Teil des Strömungsmittels durch diesen Spalt strömt und einen Ausgleich der auf den Hohlkörper wirkenden Strömungsmitteldrucke bewirkt. Ein solcher Ausgleich des Strömungsmitteldrucks ist wünschenswert, da sonst die erzielte Dichteanzeige unter anderem vom Druck des Strömungsmittels, dessen Dichte gemessen werden soll, abhängt.

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Wenn jedoch das Strömungsmittel, dessen Dichte gemessen werden soll, schmutzig ist, dann kann sich (sofern die Einrichtung nicht periodisch gesäubert wird) in diesem Spalt Schmutz ansammeln, und wenn sich eine ausreichende Menge Schmutz ansammeln konnte, dann kann es schließlich am Ende dazu kommen, daß nur wenig oder gar keine Strömung durch diesen Spalt verläuft. Wenn das der Fall ist, dann ist das Ausmaß, bis zu welchem ein Ausgleich der auf den Hohlkörper wirkenden Drucke erfolgt, herabgesetzt, was wiederum zu einer Herabsetzung der Genauigkeit der erzielten Dichteanzeige führt. Tatsächlich kann, wenn ausreichend Schmutz in dem Spalt eingefangen wird, die Vibrations- bzw. Schwingungsfrequenz des Hohlkörpers selbst beeinflußt werden, was zu einer wesentlichen Herabsetzung der Meßgenauigkeit führt. Wenn infolgedessen die Einrichtung nach der britischen Patentschrift 1 175 586 zum Messen der Dichte eines schmutzigen Strömungsmittels benutzt wird, ist ein häufiges Säubern der Einrichtung erforderlich.

Mit der Erfindung wird nun ein Verfahren zum Messen der Dichte eines schmutzigen Strömungsmittels zur Verfügung gestellt, bei dem das schmutzige Strömungsmittel durch das Innere eines Hohlkörpers geschickt wird, wobei der Hohlkörper innerhalb eines starren Halteteils befestigt ist, gegenüber welchem er so abgedichtet ist, daß sich ein Raum ergibt, der ein sauberes Strömungsmittel enthält; weiterhin wird der Druck des durch das Innere des Hohlkörpers hindurchgehenden schmutzigen Strömungsmittels auf das saubere Strömungsmittel in dem abgedichteten Raum übertragen, so daß das Äußere des Hohlkörpers stets im wesentlichen dem gleichen Druck wie sein Inneres ausgesetzt ist; außerdem wird eine Antriebseinrichtung benutzt, die den Hohlkörper dazu bringt, bei einer Resonanzfrequenz zu vibrieren bzw. zu schwingen; darüber hinaus wird eine Detektoreinrichtung zum Ermitteln eines Dichtesignals, welches repräsentativ für die Frequenz dieser Vibrationen bzw. Schwingungen ist, ange-

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wandt, wobei die Frequenz des Dichtesignals von der Dichte des schmutzigen Strömungsmittels abhängt; die Antriebseinrichtung und die Detektoreinrichtung werden von dem starren Halteteil in der Nähe des Hohlkörpers getragen "bzw. gehalten, jedoch außerhalb des Hohlkörpers und außer Kontakt mit dem Hohlkörper, so daß das schmutzige Strömungsmittel außer Kontakt mit der Antriebseinrichtung und der Detektoreinrichtung hindurchgeht bzw. strömt.

Durch die Erfindung wird weiterhin eine Einrichtung zum Messen der Dichte eines schmutzigen Strömungsmittels vorgeschlagen, die sich insbesondere zur Durchführung des vorerwähnten Verfahrens eignet und folgendes aufweist: Einen Hohlkörper, durch dessen Inneres das schmutzige Strömungsmittel hindurchgeschickt werden kann; ein starres Halteteil, innerhalb dessen der Hohlkörper angebracht und gegenüber dem er abgedichtet ist, so daß sich ein abgedichteter Raum zwischen dem Hohlkörper und dem Halteteil ergibt, der ein sauberes Strömungsmittel enthalten kann; eine Druckübertragungseinrichtung zum Übertragen des Druckes des durch das Innere des Hohlkörpers hindurchgehenden schmutzigen Strömungsmittels und des sauberen Strömungsmittels in dem abgedichteten Raum, so daß das Äußere des Hohlkörpers stets im wesentlichen dem gleichen Druck wie sein inneres ausgesetzt ist; eine Antriebseinrichtung zum Erregen des Hohlkörpers zu Vibrationen bzw. Schwingungen bei einer Resonanzfrequenz; und eine Detektoreinrichtung zum Ermitteln eines Dichtesignals, das für die Frequenz dieser Vibrationen bzw. Schwingungen repräsentativ ist, wobei die Frequenz dieses Dichtesignals im Betrieb von der Dichte des schmutzigen Strömungsmittels abhängt, und wobei ferner die Antriebseinrichtung und die Detektoreinrichtung von dem starren Halteteil in der Nähe des Hohlkörpers getragen bzw. gehalten werden, und zwar außerhalb desselben und außer Kontakt mit demselben, so daß das schmutzige Strömungsmittel außer Kontakt mit der Antriebsein-

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richtung und der Detektoreinrichtung hindurchgeht bzw. strömt.

Vorzugsweise ist eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen des Dichtesignals vorgesehen.

Das saubere Strömungsmittel befindet sich außerdem bevorzugt außer Kontakt mit der Antriebseinrichtung und der Detektoreinrichtung.

Vorzugsweise enthält der abgedichtete Raum eine saubere Flüssigkeit.

Bevorzugt ist eine Kompensationseinrichtung vom Kompensieren des Druck-Elastizitätsmoduls und/oder des Temperaturkoeffizienten der sauberen Flüssigkeit vorgesehen, so daß das Dichtesignal jeweils im wesentlichen unbeeinflußt von dem Druck und/oder der Temperatur des schmutzigen Strömungsmittels ist.

Die Druckübertragungseinrichtung kann ein druckempfindliches Teil aufweisen, von dem entgegengesetzte Flächen jeweils den Drücken ausgesetzt sind, die im Inneren des Hohlkörpers und in dem abgedichteten Raum herrschen, wobei das druckempfindliche Teil durch eine für die Kompensation des Druck-Elastizitätsmoduls der sauberen Flüssigkeit geeignete Kraft in Richtung auf eine Bezugsposition gedrückt wird. So kann das druckempfindliche Teil ein Federungsblech oder eine Membran sein, dessen Federkonstante den Druck-Elastizitätsmodul der sauberen Flüssigkeit kompensiert, oder das druckempfindliche Teil bzw. dessen Federkonstante kann so einstellbar sein, daß eine Kompensation des Druck-Elastizitätsmoduls der sauberen Flüssigkeit erreicht wird.

Alternativ kann das druckempfindliche Teil in Eingriff mit einer Feder stehen, deren Federkonstante den Druck-Elastizitätsmodul

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der sauberen Flüssigkeit kompensiert oder die bzw. deren Federkonstante so einstellbar ist, daß eine Kompensation des Druck-Elastizitätsmoduls der sauberen Flüssigkeit erreicht wird.

Die Einrichtung zum Kompensieren des Temperaturkoeffizienten der sauberen Flüssigkeit kann eine Temperatursignalerzeugungseinrichtung aufweisen, die ein Temperatursignal erzeugt, welches für die Temperatur der sauberen Flüssigkeit repräsentativ ist, sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung, welche das Temperatursignal dazu benutzt, das Dichtesignal zu modifizieren, so daß der Wert des letzteren im wesentlichen unbeeinflußt von der Temperatur der sauberen Flüssigkeit ist.

Alternativ kann das druckempfindliche Teil durch ein Bimetallteil mit einer Kraft beauftragt werden, derart, daß das Dichtesignal im wesentlichen unbeeinflußt durch die Temperatur der sauberen Flüssigkeit ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Figuren 1 bis 5 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die eine Einrichtung zum Messen der Dichte eines schmutzigen Strömungsmittels gemäß der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines starren Halteteils, das einen Teil der Einrichtung der Fig. 1 bildet, wobei zu beachten ist, daß die Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1 zeigt;

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Fig. 3 ein Schaltbild eines Dichtekonverters, der in Verbindung mit der Einrichtung nach Fig. 1 benutzt werden kann; und

Fig. 4 und 5 Abwandlungen der Einrichtung der Fig. 1.

Die Bezeichnungen "links" und "rechts", die in der nachstehenden Beschreibung verwendet werden, beziehen sich auf Richtungen, wie sie sich bei Ansicht der Zeichnungen ergeben.

Es sei zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, wonach eine Einrichtung zum Messen der Dichte eines schmutzigen Strömungsmittels ein starres, hohles Gehäuse 10 aufweist, das einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt und Gewinde 11 an seinen beiden Seiten aufweist, mittels denen es an eine Rohrleitung (nicht dargestellt) oder an andere Stellen, an denen die Dichte einer schmutzigen Flüssigkeit gemessen werden soll, angefügt werden kann. Das Gehäuse 10 umgibt vollständig einen im wesentlichen zylindrischen dünnwandigen Körper 12, der im Inneren des starren Gehäuses 10 montiert bzw. angebracht ist; dieser Körper 12 ist ebenfalls hohl und weist einen kreisförmigen inneren Querschnitt auf. Jedes Ende des Körpers 12 ist mit einem Flansch 13 versehen, so daß der Körper 12 im wesentlichen eine Stäbchenform besitzt. Während das starre Gehäuse 10 aus nichtmagnetischem Material hergestellt ist, beispielsweise aus Aluminium oder rostfreiem Stahl, ist der Körper 12, der nachstehend auch als Sensorelement 12 bezeichnet wird, aus magnetischem Material hergestellt, das einen kleinen thermoelastischen Koeffizienten hat.

Das Sensorelement 12 ist innerhalb des starren Gehäuses 10 mittels eines Paars von Verschlußringen 14 montiert, zwischen denen ein Filterelement 15 angebracht ist. Das Sensorelement 12 ist infolgedessen leicht aus dem starren Gehäuse 10 herausnehmbar.

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Um sicherzustellen, daß das Sensorelement 12 und das starre Gehäuse 10 in Bezug aufeinander die genaue vorgesehene Position haben, ist ein Sperr- bzw. Verriegelungsstift 16 vorgesehen, der an dem starren Gehäuse 10 befestigt ist sowie das Sensorelement 12 und das starre Gehäuse 10 miteinander verbindet. Der Stift 16 tritt in Eingriff in eine geeignete Öffnung (nicht dargestellt), welche in dem Sensorelement 12 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß jede Entfernung des Sensorelements 12, beispielsweise zu Reinigungszwecken, und dessen nachfolgendes Wiedereinsetzen in das Innere des starren Gehäuses 10 nicht zu der Notwendigkeit führt, eine Einstellung des übrigen Teils der Einrichtung, die unten beschrieben ist, einzustellen.

Das Sensorelement 12 wird von dem starren Gehäuse 10 mittels eines abgedichteten Raums 20 im Abstand gehalten; das Sensorelement 12 wird mittels "O"-Ringdichtungen 21 gegenüber dem starren Gehäuse 10 abgedichtet. Der abgedichtete Raum 20 enthält eine saubere Flüssigkeit 22.

Der abgedichtete Raum 20 steht über ein Rohr 23 mit dem rechtsseitigen Teil der Kammer 24 in Verbindung; das Rohr 23 geht durch das starre Gehäuse 10 hindurch. Die Kammer 24 ist mittels eines Federungsblechs, einer Membran o. dgl. 25 in einen rechtsseitigen und einen linksseitigen Teil unterteilt, wobei die eine Fläche 26 dem Druck der sauberen Flüssigkeit 22 ausgesetzt ist, während die entgegengesetzte Fläche 27 dem Druck des schmutzigen Strömungsmittels, welches durch das Sensorelement 12 hindurchgeht, ausgesetzt ist. Der linksseitige Teil der Kammer 24 steht mit dem Inneren des starren Gehäuses 10 mittels eines Rohres 28 in Verbindung, und zwar unmittelbar stromaufwärts vom Sensorelement 12.

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Infolgedessen wird der Druck des schmutzigen Strömungsmittels, welches durch das Innere des Sensorelements 12 hindurchgeht, über das Federungsblech 25 auf das saubere Strömungsmittel 22 in dem abgedichteten Raum 20 übertragen, so daß das Äußere des Sensorelements 12 stets im wesentlichen dem gleichen Druck ausgesetzt ist, wie sein Inneres.

Etwa im mittleren Teil des starren Gehäuses 10 sind zwei Spulen 29, 30 angebracht, die so angeordnet sind, daß sie in der Nähe des Bereichs der maximalen Vibrations- bzw. Schwingungsamplitude des Sensorelements 12 liegen. Die Spulen 28, 30 sind gegeneinander um 180 versetzt.

Die Spulen 29, 30 sind jeweils in becherförmigen Behältern 31, angebracht, die sich innerhalb von Öffnungen 40, 41 (Fig. 2) im starren Gehäuse 10 befinden und innerhalb dieser Öffnungen abgedichtet sind; die becherförmigen Behälter 31, 32 erstrecken sich in der Nähe des Sensorelements 12. Infolgedessen wird durch diesen Aufbau sichergestellt, daß die Spulen 29, 30 weder mit dem schmutzigen Strömungsmittel, welches durch das Innere des Sensorelements 12 hindurchgeht, noch mit der sauberen Flüssigkeit 22 im abgedichteten Raum 20 in Kontakt sind. Der Boden jedes der becherförmigen Behälter 30, 31 ist sehr dünn, so daß dadurch sichergestellt wird, daß sich die Spulen 29, 30 in einem optimalen Abstand vom Sensorelement 12 befinden.

Die Wicklung bzw. die Wicklungen jeder der Spulen 29, 30 befindet bzw. befinden sich in einer Ebene, welche sich im wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene der Fig. 1 erstreckt. Jede Spule ist in einem becherförmigen Kern untergebracht, der ein mittiges Polstück 33 und einen Ringmagneten 34 aufweist. Dadurch wird sichergestellt, daß die Länge des Verlaufs des magnetischen Flusses kurz ist, d.h. vom mittigen Pol 33 über das Sensorelement 12 zu den beiden äußeren Polen 34; weiterhin

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wird dadurch auch noch sichergestellt, daß dann, wenn diese Spulen in eine geeignete elektrische Schaltung eingeschaltet sind, sich die Verläufe des magnetischen Flusses nicht miteinander überlappen bzw. überlagern und sich über einen nur sehr schmalen Teil desselben im Vergleich mit dem Gesamtumfang des Sensorelements 12 in das Letztere hinein erstrecken. Durch diese Anordnung wird eine Kreuz- bzw. Querkopplung zwischen den Spulen 29, 30 herabgesetzt oder ausgeschaltet.

Die Spule 29 ist eine Antriebsspule, und die Spule 30 ist eine Detektor- oder Aufnehmerspule, und diese Spulen werden im Betrieb mit einer 90-Phasendifferenz angeordnet und auf dieser Ihasendifferenz gehalten, wodurch im Ergebnis Viskositätseffekte bzw. -Wirkungen wesentlich herabgesetzt oder ausgeschaltet werden.

Auf dem Äußeren des starren Gehäuses 10 ist ein Verstärker angebracht, mit dem sowohl die Antriebsspule 29 als auch die Detektorspule 30 elektrisch verbunden ist. Der Verstärker 35 selbst ist mittels einer Leitung 36 mit einer kleinen Gleichstromquelle, beispielsweise einer 12 Volt-Batterie verbunden, während der Ausgang des Verstärkers 35 mittels einer Leitung 37 mit einem Dichtekonverter bzw. -wandler 46 verbunden ist, der in Fig. 3 dargestellt ist und das Dichtesignal überwacht.

Das starre Gehäuse 10 ist unter rechten Winkeln zu den Öffnungen 40, 41 mit einer Öffnung 42 versehen, durch welche die saubere Flüssigkeit 22 in den abgedichteten Raum 20 eingeführt werden kann, wobei eine Abdichtungsvorrichtung --(-nicht dargestellt) zum Abdichten der Öffnung 42 vorgesehen ist. Das starre Gehäuse 10 ist außerdem mit einer geneigten Öffnung 43 versehen, in der ein Platinwiderstandsthermometer 44 (siehe Fig. 3) angebracht sein kann, so daß sich dieses in die saubere

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Flüssigkeit 22 im abgedichteten Raum 20 erstreckt und auf deren Temperatur anspricht.

Im Betrieb werden natürliche Resoanzvibrationen bzw. -schwingungen aufgebaut und im Sensorelement 12 aufrecht erhalten, und zwar mittels der positiven bzw.. zwangsläufigen Rückkopplung von der Detektor- oder Aufnehmerspule 30 zur Antriebsspule 29. Die Vibrationen bzw. Schwingungen werden durch mechanisches Rauschen bzw. Geräusch eingeleitet, welches auf das Sensorelement 12 übertragen wird, oder durch elektrisches Rauschen, das in der Antriebsspule 29 auftritt, wenn der Verstärker 25 eingeschaltet wird, so daß er in Tätigkeit tritt. Diese Vibrationen bzw. Schwingungen sind Umfangsvibrationen bzw. -schwingungen, da das Sensorelement 12 eine Wirkung wie diejenige zweier Glocken, Trichter, Schallbecher o. dgl. hat, die miteinander verbunden sind und an den Knotenpunkten, nämlich den Flanschen 13_t festgeklemmt sind. Da der Druck innerhalb und außerhalb des Sensorelements 12 im wesentlichen der gleiche ist, ist das in der Leitung 37 erzeugte Signal im wesentlichen unabhängig vom Druck des schmutzigen Strömungsmittels, welches durch das Innere des Sensorelements 12 hindurchgeht.

Es sei darauf hingewiesen, daß idealerweise die saubere Flüssigkeit 22 inkompressibel ist und mit Bezug auf die Dichte einen Temperaturkoeffizient von Null besitzt, und wenn infolgedessen das Federungsblech 25 (oder ein anderes Druckausgleichsteil, wie beispielsweise eine Membran oder ein Kolbenaufbau niedriger Reibung) perfekt wirksam ist, dann weist das Instrument keinen Druckkoeffizienten und keinen Temperaturkoeffizienten außer demjenigen des Sensorelements 12 auf.

In der Praxis jedoch besitzt die saubere Flüssigkeit 22 einen begrenzten bzw. endlichen Elastizitätsmodul für Druck, was zum

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Ergebnis hat, daß dann, wenn sich die saubere Flüssigkeit 22 auf einem niedrigeren Druck als das schmutzige Strömungsmittel befindet, die angezeigte Dichte, wenn keine entsprechende Kompensation hierfür vorgesehen ist, niedriger ist, als sie sein sollte.. Jedoch kann durch geeignete Wahl der Federkonstanten des Federungsblechs 25 oder der Membran o. dgl. ein Kompensationsgrad erreicht werden, der es ermöglicht, die richtige Druckdifferenz zu erzeugen, um den Druck-Elastizitätsmodul der sauberen Flüssigkeit 22 zu kompensieren.

Die saubere Flüssigkeit besitzt darüber hinaus unvermeidlich einen Temperaturkoeffizienten bezüglich der Dichte, und dadurch werden die Konstanten der Einrichtung effektiv geändert. Diese Wirkung jedoch kann, wie unten angedeutet ist, dadurch kompensiert werden, daß man die Temperatur der sauberen Flüssigkeit oder des schmutzigen Strömungsmittels mißt und daß man eine analoge oder digitale Korrektur des Dichte-Frequenzsignals nach geeigneter elektronischer Verarbeitung anwendet bzw. vornimmt.

Wenn die Dichte der sauberen Flüssigkeit 22 zunimmt, dann wird die Einrichtung bzw. das Instrument weniger empfindlich gegenüber Änderungen der Dichte im schmutzigen Strömungsmittel. Idealerweise sollte daher die saubere Flüssigkeit 22 eine niedrige Dichte, einen niedrigen Temperaturkoeffizienten und einen hohen Elastizitätsmodul für Druck haben.

Wenn Iso-Octan als saubere Flüssigkeit verwendet wird, dann ist das Erfordernis niedriger Dichte erfüllt, und unter der Voraussetzung, daß ein sehr flexibles Druckausgleichsteil verwendet wird, ist es möglich, einen Druckkoeffizienten von ungefähr 1 g/1/7 at und einen Temperaturkoeffizienten von ungefähr 1,2 g/l/°C zu erzielen. Die Empfindlichkeit trägt in diesem Falle etwa 50 % von dem Wert, der sich in dem Aufbau gemäß dem britischen Patent 1 175 586 ergeben würde, wenn das

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schmutzige Strömungsmittel auf entgegengesetzte Seiten des Sensorelements 12 zur Einwirkung gebracht wird. Dieser Empfindlichkeitsverlust ist jedoch in vielen Anwendungen akzeptabel, in denen Schmutz das Hauptproblem darstellt.

Wenn man anstelle der Anwendung von Iso-Octan als saubere Flüssigkeit eine wässrige Flüssigkeit anwendet, welche 10 Gewichtsprozent Glycol enthält, dann kann man einen Druckkoeffizienten von ungefähr 0,3 g/1/7 at erreichen, obwohl die Empfindlichkeit in diesem Falle 16 % weniger als im Falle der Verwendung von Iso-Octan ist.

In dem in Fig. 1 veranschaulichten Gerät sammelt sich Schmutz an jedem der entgegengesetzten Enden des Sensorelements 12 an, jedoch wird dadurch die Leistungsfähigkeit des letzteren nicht beeinträchtigt, da diese Enden Knoten bilden.

Es sei nunmehr auf Fig. 3 Bezug genommen, wo das Ausgangssignal auf der Leitung 37 ein Eingangssignal 45 für den dort gezeigten Dichtekonverter bzw. -wandler 46 bildet. Das Eingangssignal 45 wird über eine Formungseinrichtung 46a und einen betriebsweisen Schalter 47 in eine Binärisgnal-Teilerkette 50 eingespeist. Ein Spannen- bzw. Umfangs-Wählschalter 51 ist vorgesehen, so daß das Ausgangssignal der Signal-Teilerkette 50 in Übereinstimmung mit der erforderlichen Betriebs-Dichtespanne bzw. mit dem erforderlichen Betriebs-Dichteumfang für den Dichtekonverter bzw. -wandler 46 ausgewählt wird.

Ein hochstabiles periodisches Zeitreferenzsignal wird von einem Quarzkristalloszillator 52 abgeleitet, und dieses Referenzsignal wird ebenfalls durch die Einstellung des Spannen- bzw. Umfangs-Wählschalter 51 modifiziert. Das Referenzsignal vom Quarzkristalloszillator 52 wird weiterhin durch einen 12-Bit-Binärzähler 53 modifiziert; das Referenzperiodensignal wird als

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Nullreferenzpunkt für den Dichtekonverter bzw. -wandler 46 gewählt.

Das Dichtesignal von der Signal-Teilerkette 50 gelangt über eine Teilerkette 54 zur Steuerlogik 55. Die Steuerlogik 55 empfängt das Referenzsignal von dem Quarzkristalloszillator 52, nachdem letzteres durch einen Digitalkomparator 56 hindurchgegangen ist. Das Referenzperiodenausgangssignal wird infolgedessen mittels eines Schalter-Zeitgebers 57 in der Steuerlogik 55 mit dem modifizierten Dichtesignal verglichen, derart, daß das Ausgangssignal des Schalter-Zeitgebers 57 die periodische Zeitdifferenz zwischen dem Eingangssignal 45 und dem Referenzsignal vom Quarzkristalloszillator 52 ist.

Das Ausgangssignal von der Steuerlogik 55 wird in einen Frequenz-Zu-Spannung-Konverter 60 eingespeist, der einen ersten und einen zweiten Integrator 61 bzw. 62 aufweist. Ein Summen-, Proben- und Halteverstärker 63 empfängt Signale direkt von dem ersten Integrator 61 sowie Signale, welche durch den zweiten Integrator 62 hindurchgegangen sind, so daß eine Linearisierungsschaltung vorgesehen ist, welche eine Kompensation für die nichtlineare Beziehung zwischen der Periodenzeit des Dichtesignals und der gemessenen Dichte erbringt.

Eine Temperaturbrücke 64 erhält ein Signal von dem Quarzkristalloszillator 52, das durch eine Referenzteilerkette 65 und eine Brückensteuerung 66 hindurchgegangen ist. Quer über die Temperaturbrücke 64 ist das Platinwiderstandsthermometer 44 geschaltet. Infolgedessen hat man eine Temperaturkompensationsschaltung, welche es ermöglicht, daß das Dichtesignal zur Berechnung der spezifischen Wichte auf eine bestimmte Temperatur bezogen werden kann bzw. einer bestimmten Temperatur zugeordnet werden kann. Das sich ergebende Spannungssignal wird durch eine Feinspannen- bzw. Feinumfangs-Einstellung 70 in den Summen-,

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Proben- und Halteverstärker 63 eingespeist; letzterer liefert ein Ausgangssignal 71» das einen Analogstrom darstellt, der in linearer Beziehung zur Betriebsdichte des Strömungsmittels steht, welches durch den Dichtemesser der Fig. 1 hindurchgeht.

Das Platinwiderstandsthermometer 44 und die Temperaturbrücke 64 sind infolgedessen so angeordnet, daß man eine Kompensation für den Temperaturkoeffizienten der sauberen Flüssigkeit 22 erhält, so daß das Ausgangssignal 71 im wesentlichen unbeeinflußt durch die Temperatur des schmutzigen Strömungsmittels ist.

Das Federungsblech 25 ist so gewählt, daß seine Federkonstante den Druck-Elastizitätsmodul der sauberen Flüssigkeit 22 kompensiert, oder das Federungsblech 25 ist so einstellbar, (mittels einer nicht dargestellten Einrichtung), daß die erwähnte Kompensation für den Druck-Elastizitätsmodul der sauberen Flüssigkeit 22 erreicht werden kann. Infolgedessen ist das Ausgangssignal

71 im wesentlichen unbeeinflußt vom Druck des schmutzigen Strömungsmittels. Das bedeutet, daß das Federungsblech 25 inhärent in Richtung auf eine Bezugsposition gedrückt wird, und zwar durch eine Federkraft, die zur Kompensation des Druck-Elastizitätsmoduls der sauberen Flüssigkeit geeignet ist, d.h., des Ausmaßes, bis zu welchem letztere kompressibel ist. Infolgedessen wird der Druck-Elastizitätsmodul dadurch kompensiert, daß sichergestellt wird, daß der Druck der sauberen Flüssigkeit 22 stets geeignet bzw. angemessen geringer als derjenige des schmutzigen Strömungsmittels ist.

Wie bereits oben angedeutet worden ist, kann dieser Druckunterschied durch geeignete Gestaltung des Federungsblechs 25 erreicht werden. Eine Alternativanordnung ist jedoch in Fig. 4 veranschaulicht, wo das Federungsblech 25 durch eine Membran

72 ersetzt ist, die im Eingriff mit einem Ende einer hohlen

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ringförmigen Gummifeder 73 steht. Das entgegengesetzte axiale Ende der Gummifeder 73 befindet sich im Eingriff mit einer Platte 74, deren Position innerhalb des rechtsseitigen Teils der Kammer 24 mittels Einstellschrauben 75 eingestellt werden kann.

Die hohle Gummifeder 73 besitzt eine variable Federkonstante, die sich in Übereinstimmung mit der auf diese Gummifeder ausgeübte Belastung verändert. Demgemäß kann durch geeignete Einstellung der Position der Platte 74 innerhalb der Kammer 24 die Belastung auf die Feder 73 verändert werden, um die erforderliche Kompensation für den Druck-Elastizitätsmodul der sauberen Flüssigkeit 22 zu erzielen.

In dem in Fig. 3 veranschaulichten Dichtekonverter bzw. -wandler 46 wird, das durch das Platinwiderstandsthermometer 44 erzeugte Temperatursignal dazu verwendet, um das Dichtesignal zu modifizieren, so daß der Wert des letzteren im wesentlichen unbeeinflußt von der Temperatur der sauberen Flüssigkeit 22 ist. Jedoch ist in Fig. 5 ein alternativer Weg zur Erzielung des gleichen Ergebnisses schematisch veranschaulicht, wo das Federungsblech 25 im Eingriff mit einem Bimetallteil 76 steht und zwar wird das Federungsblech 25 von dem Bimetallteil 76 mit einer Kraft beaufschlagt, derart, daß das Dichteisgnal im wesentlichen unbeeinflußt durch die Temperatur der sauberen Flüssigkeit 22 und infolgedessen durch die Temperatur des schmutzigen Strömungsmittels ist.

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Claims

Patentansprüche

1./ Verfahren zum Messen der Dichte eines schmutzigen Strömungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß man das schmutzige Strömungsmittel durch das Innere eines Hohlkörpers strömen läßt, welcher innerhalb eines starren Halteteils angebracht ist, mit dem er verbunden ist, derart, daß sich ein Raum ergibt, welcher ein sauberes Strömungsmittel enthält; daß der Druck des schmutzigen Strömungsmittels, welches durch das Innere des Hohlkörpers strömt, auf das saubere Strömungsmittel in dem Raum übertragen wird, so daß das Äußere des Hohlkörpers stets im wesentlichen dem gleichen Druck wie sein Inneres ausgesetzt ist; daß man eine Antriebseinrichtung anwendet, mit welcher der Hohlkörper angeregt wird, bei einer Resonanzfrequenz zu vibrieren bzw. zu schwingen; und daß eine Detektoreinrichtung angewandt wird, welche ein für die Frequenz dieser Vibrationen bzw. Schwingungen repräsentatives Dichtesignal ermittelt, wobei die Frequenz des Dichtesignals von der Dichte des schmutzigen Strömungsmittels abhängt.

2. Einrichtung zum Messen der Dichte eines schmutzigen Strömungsmittels, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Hohlkörper, durch dessen Inneres das schmutzige Strömungsmittel strömen kann; einem starren Halteteil, innerhalb dessen der Hohlkörper befestigt ist und mit dem er verbunden ist, derart, daß sich ein Raum zwischen beiden ergibt, der ein sauberes Strömungsmittel enthalten kann; eine Antriebseinrichtung zum Erregen des Hohlkörpers zu Vibrationen bzw. Schwingungen bei einer Resonanzfrequenz; und einer Detektoreinrichtung zum Ermitteln eines Dichtesignals, welches für die Frequenz dieser Vibrationen bzw. Schwingungen repräsentativ ist, wobei die Frequenz des

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Dichteisngals im Betrieb von der Dichte des schmutzigen Strömungsmittels abhängt, gekennzeichnet durch eine Druckübertragungseinrichtung (25) zum Übertragen des Druckes des durch das Innere des Hohlkörpers (12) hindurchgehenden schmutzigen Strömungsmittels auf das saubere Strömungsmittel (22) in dem Raum (20), so daß das Äußere des Hohlkörpers (12) stets im wesentlichen dem gleichen Druck wie sein Inneres ausgesetzt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (29) und die Detektoreinrichtung (30) von dem starren Halteteil (10) in der Nähe des Hohlkörpers (12) jedoch außerhalb und außer Kontakt dieses Hohlkörpers, so daß das schmutzige Strömungsmittel außer Kontakt mit der Antriebseinrichtung (29) und der Detektoreinrichtung (30) strömt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungseinrichtung (46) zum Überwachen des Dichtesignals vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das saubere Strömungsmittel (22) auch außer Kontakt mit der Antriebseinrichtung (29) und der Detektoreinrichtung (30) befindet.

6. Einrichtung nach einem der .Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum eine saubere Flüssigkeit (22) enthält.

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Kompensationseinrichtung (44, 70, 25) zum Kompensieren des Druck-Elastizitätsmoduls und/oder des Temperaturkoeffizienten der sauberen Flüssigkeit (22), so daß das Dichtesignal jeweils im wesentlichen unbeeinflußt vom Druck und/oder der Temperatur des schmutzigen Strömungsmittels ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckübertragungseinrichtung ein druckempfindliches Teil (22) aufweist, von dem entgegengesetzte Flächen (26, 27) jeweils von den Drucken beaufschlagt sind, welche im Inneren des Hohlkörpers und in dem Raum (20) herrschen, wobei das druckempfindliche Teil (25) durch eine Kraft, die zur Kompensation des Druck-Elastizitätsmoduls der sauberen Flüssigkeit (22) geeignet ist, in Richtung auf eine Bezugsposition gedrückt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das druckempfindliche Teil ein Federungsblech oder eine Membran ist, dessen bzw. deren Federkonstante eine Kompensation des Druck-Elastizitätsmoduls der sauberen Flüssigkeit (22) bewirken, oder daß bzw. die oder dessen bzw. deren Federkonstante so einstellbar ist, daß die vorerwähnte Kompensation bewirkt wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das druckempfindliche Teil im Eingriff mit einer Feder (73) steht, deren Federkonstante so einstellbar ist, daß der Druck-Elastizitätsmodul der sauberen Flüssigkeit (22) kompensiert wird, oder die bzw. deren Federkonstante so einstellbar ist, daß diese Kompensation erzielt wird.

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11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch g ekennz ei chnet, daß die Kompensationseinrichtung zum Kompensieren des Temperaturkoeffizienten der sauberen Flüssigkeit eine Temperatursignalerzeugungseinrichtung (44, 64) zum Erzeugen eines für die Temperatur der sauberen Flüssigkeit (22) repräsentativen Temperatursignals aufweist, sowie ferner eine SignalVerarbeitungseinrichtung (55) zum Anwenden des Temperatursignals zum Zwecke der Modifizierung des Dichtesignals, so daß der Wert des letzteren im wesentlichen unbeeinflußt durch die Temperatur der sauberen Flüssigkeit (22) ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das druckempfindliche Teil durch ein Bimetallteil mit einer Kraft beaufschlagt wird, derart, daß das Dichtesignal im wesentlichen unbeeinflußt durch die Temperatur der sauberen Flüssigkeit (22) ist.

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