DE3539156A1 - Verfahren und einrichtung zur messung der dichte in medien ueber schwingungen hoher frequenzstabilitaet - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur messung der dichte in medien ueber schwingungen hoher frequenzstabilitaetInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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Description
In der Meeresforschung gehören die Messungen der Temperatur von
den Ortskoordinaten, meistens der Tiefe wie auch die elektrische
Leitfähigkeit und der Druck für die Ortsbestimmung der Meßsondentiefe
zu den zentralen Meßparametern. Von hoher Bedeutung sind
indessen auch die Bestimmungen des Salzgehaltes und der Dichte.
Sie können bislang mit der für die Meeresforschung benötigten
Meßgenauigkeit jedoch z. Zt. noch nicht direkt bestimmt werden.
Um sie wegen ihrer zentralen Bedeutung zu ermitteln, werden
sie z. Zt. noch indirekt aus den direkt meßbaren Weiten der
Temperatur, des Salzgehaltes und des Druckes bzw. der Tiefe errechnet.
Diese Berechnung erfolgt über empirische Formeln und
haben eine beschränkte Gültigkeit. Es gibt daher zahlreiche Bemühungen
insbesondere eine genügend genaue in situ verwendbare
Dichtesonde zu schaffen. Bislang ist dies nicht befriedigend
gelungen.
Eine befriedigende Lösung dieses Problems ist Gegenstand der
hiermit vorgelegten Patentanmeldung.
Der Grundgedanke für die Lösung dieses in der meereskundlichen
Forschung außerordentlich wichtigen Parameters besteht nach den
Überlegungen des Anmelders mit der lediglich von ihrem Prinzip
her gegebenen Lösung in den nachfolgend beschriebenen Ausführungen.
Die Basis der Überlegung bildet eine experimentelle Feststellung
des Verfassers, der mit einer in Abb. 1 schematisch wiedergegebenen
Anordnung erhalten wurde.
In dieser Anordnung bedeutet 3 einen Quarzdickenschwinger. Er
kann zweckmäßigerweise so ausgeführt werden, daß seine Schwingungsknotenebene
bei 5 liegt. Dabei kann der Quarz an dieser
Stelle auch nach bekannten Methoden gefaßt werden. 1 und 4
sind Medien, die wie etwa Luft einen vom Quarzschwinger in der
Größe . V extrem abweichenden Wert haben, so daß die Quarzschwingung
an ihren Oberflächen wie an einem sogen. freien Ende,
d. h. ohne Energieverlust reflektiert werden. Dadurch entsteht
in einer der bekannten Quarzschwingschalungen eine hohe Frequenzstabilität.
Nun läßt sich zeigen, daß mit der Aufbringung einer Schicht 2
auf die schwingende Plattenoberfläche die Frequenzstabilität
des Quarzes nicht leidet, aber wegen der Massenbelastung erniedrigt
wird. Das bedeutet, daß mit diesem Effekt die Dichte
des Auflagemediums 2 ermittelt werden kann, aus der mit ihr
verbundenen Frequenzerniedrigung der Quarzschwingung. Dies
zeigt die Abhängigkeit der Frequenz in Abb. 2 von der Schichtdicke
d in 2.
Für eine Ausnutzung dieses Effektes kommt es nun darauf an, die
Resonanzschärfe der Anordnung 2 zu erhalten bei einer Anordnung
in situ. Dazu ist es nötig zu verhindern, daß an den Grenzflächen
des Mediums 2 nach 1 in Abb. 1 und von 3 nach 4 Energieverluste
des Schwingungsquarzes auftreten.
Dies ist auf verschiedene Weisen möglich, von denen in den
folgenden Abbildungen Beispiele angegeben werden.
In Abb. 3 wird der Abstrahlungsverlust von 2 nach 1 durch eine
Schicht 1 bewirkt, die wesentlich ein ·V hat wie Luft.
Dies ist möglich, wenn diese Schicht 1 der Abb. 3 aus einem
Körper besteht, der in Glasbläschen eingeschlossene Luft enthält
und in allen Tiefen anwendbar ist. Aber auch ein Schacht
aus Luft für 2 mit einer Folienbegrenzung ist möglich, wenn
zwischen 8 und 2 ein ausgleichender Gegendruck eines Luftpolsters
verwirklicht wird, deren Durchführung unserem technischen
Stand entspricht. Die Grenze zwischen 3 und 4 bildet
ebenfalls eine Luftschicht, die gegebenenfalls in einem Druckausgleich
zum Druck auf der anderen Quarzseite gehalten wird.
Dazu muß der Raum 4 von 6 und 7 druckfest verschlossen sein.
Demgegenüber genügt es die Abstandhalter 8, 9 u. 10 auf bloße
Stützen einzuschränken.
Eine 4. mögliche Ausführungsform ist in Abb. 4 wiedergegeben, die
nach den bestehenden Ausführungen keiner weiteren Erörterung bedarf,
da die Bezeichnungen der Abb. untereinander übereinstimmen.
Eine andere Bauform zeigt die Abb. 5. In ihr befindet sich der
Quarz 3 in einem Rohr 12. Er hat am Übergang von 3 nach 16 meist
druckausgeglichene Luftpolster 16. Die mechanische stabile
Halterung der Rohre 13 u. 12 sind so auszuführen, daß über sie
keine Schwingungs
Die Abb. 5 zeigt eine horizontale Ausführung mit zwei Rohren 13 und 12 und dem Meßraum 2. Die beiden Rohre werden über Bügel oder ähnliche bekannte Umstruktionen einerseits so fest untereinander verbunden, daß die Rohre einen streng fixierten Abstand für den Meßraum 2 ergeben, aber akustische Schwingungen praktisch nicht übertragen können. Im Rohr 12 ist der Schwingquarz 3 untergebracht, der z. B. wieder in einem Schalterlager in seine Schwingungsknotenebene 5 fixiert wird oder über ein Abschluß 17 als Stempel mit einer Zwischenschicht 16, die praktisch schallundurchlässig ist und aus einem Luftpolter oder einem solchen vergleichbaren Material besteht. Grundsätzlich kann der Stempel 17 auch aus einem Material mit sehr großen ·V ( Dichte, v-Schallgeschwindigkeit) bestehen, wobei dann kein Luftpolstermaterial 16 benötigt wird. Die Gegenseite 14 mit dem Luftpolster oder einem Luftpolster ähnlichen Stoff ist analog aufgebaut wie 17 und 16. Dadurch entsteht ein Meßraum 2 zwischen 3 und 1, in dem praktisch keine Schall- Energie verloren geht und so eine Schwingungserzeugung mit dem Quarz 3 sehr hoher Frequenzstabilität erlaubt. Die Bügel 11 und 15 und evtl. weitere lassen das zu messende Medium beim Durchströmen des Meßmediums freien Spielraum.
Die Abb. 5 zeigt eine horizontale Ausführung mit zwei Rohren 13 und 12 und dem Meßraum 2. Die beiden Rohre werden über Bügel oder ähnliche bekannte Umstruktionen einerseits so fest untereinander verbunden, daß die Rohre einen streng fixierten Abstand für den Meßraum 2 ergeben, aber akustische Schwingungen praktisch nicht übertragen können. Im Rohr 12 ist der Schwingquarz 3 untergebracht, der z. B. wieder in einem Schalterlager in seine Schwingungsknotenebene 5 fixiert wird oder über ein Abschluß 17 als Stempel mit einer Zwischenschicht 16, die praktisch schallundurchlässig ist und aus einem Luftpolter oder einem solchen vergleichbaren Material besteht. Grundsätzlich kann der Stempel 17 auch aus einem Material mit sehr großen ·V ( Dichte, v-Schallgeschwindigkeit) bestehen, wobei dann kein Luftpolstermaterial 16 benötigt wird. Die Gegenseite 14 mit dem Luftpolster oder einem Luftpolster ähnlichen Stoff ist analog aufgebaut wie 17 und 16. Dadurch entsteht ein Meßraum 2 zwischen 3 und 1, in dem praktisch keine Schall- Energie verloren geht und so eine Schwingungserzeugung mit dem Quarz 3 sehr hoher Frequenzstabilität erlaubt. Die Bügel 11 und 15 und evtl. weitere lassen das zu messende Medium beim Durchströmen des Meßmediums freien Spielraum.
Eine weitere Ausführung des Erfindungsgedankens ist in Abb. 6
als ein mögliches Beispiel wiedergegeben. Bei ihm werden zwei
Schwingungsquarze wie oben beschrieben, verwendet, die so beschaltet
werden, daß die Zwischenschicht 2 zwischen ihnen nur
belastend aber nicht energieverzehrenden gemäß den Pfeilen
mitgeschältelt wird. Dazu muß durch die Schaltung bewirkt
werden, daß die Schwingungszustände der beiden gegenüberstehenden
Quarze in der Phase um ca. 180° verschoben schwingen.
Der Erfindungsgedanke läßt viele andere Ausführungsformen zu,
insbesondere auch solche, bei denen z. B. durch Belegungen
der schwingenden Quarzflächen durch z. B. Quarzauf
von geringerem Durchmesser günstigere Anpassungen der
Schwingungen und das Medium 2 und auch günstigere Druckströmungen
des Meßmediums erreicht werden können.
Claims (6)
- Anspruch 1
Verfahren und Einrichtung zur Messung der Dichten in Medien über Schwingungen hoher Frequenzstabilität dadurch gekennzeichnet, daß
ein Quarzschwinger so in eine Meßanordnung integriert wird, daß ihm in geringen Abstand eine Reflexionsfläche mit einem extrem hohen akustischen Reflexionskoeffizient gegenüberliegt und der Quarz selbst mit seiner zweiten schwingenden Fläche an ein Medium grenzt, das gegenüber dem ·v des Quarzes ein extrem abweichendes ·v hat, so daß der Quarz weder nach der einen noch nach der anderen Seite akustische Energie durch Strahlung verlieren kann, so daß er mit dem Medium zwischen Quarz und der einen Reflexionsfläche wie ein zwar massemäßig belasteter aber energetisch unbelasteter Oszillator schwingt, wobei der Zusammenhang zwischen Frequenz und Dichte des Mediums eine Dichtemessung liefert. - Anspruch 2
Verfahren und Einrichtung zur Messung der Dichten in Medien dadurch gekennzeichnet, daß nach Anspruch 1 die den Raum des Meßmediums akustisch durch Anbringung einer Schicht Widerlager (8,14) eine praktisch energetisch verlustlose Reflexion stattfindet, in dem diese aus einem Luftpolster, das mit einer Folie abgegrenzt wird, besteht, wobei der Innendruck dieses Luftpolsters stets so gewählt wird, daß es in seiner Shichtdicke konstant bleibt. - Anspruch 3
Verfahren und Einrichtung zur Messung der Dichten in Medien dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Luftpolsters nach Anspruch 2 ein in seiner Wirkung einem Luftpolster äquivalenten Materials gebildet wird, z. B. Auftriebsmaterial wie es in der Meereskunde verwendet wird. - Anspruch 4
Verfahren und Einrichtung zur Messung . . . . . . . . . . nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß zwei Quarze in einer Gegenüberstellung verwendet werden, die so elektrisch aktiv angetrieben werden, daß die Quarze um etwa 180° in der Phase verschoben gleichsinnig das Medium in ihrem Abstandsraum hin- und herschütteln. - Anspruch 5
Verfahren und Einrichtung zur Messung . . . . . . . . . . nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Quarze so gefaßt sind, daß sie beide mit ihren Gegenflächen, zu denen, die das Medium einschließen, in Gehäuse so eingebaut sind, daß sie von einem Luftpolster abgedeckt sind. - Anspruch 6
Verfahren und Einrichtung zur Messung . . . . . . . . nach Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß der Quarz bzw. die Quarze in Halterungen so fixiert sind, daß die Schichtdicke des Mediums konstant bleibt und beide Halterungen zu diesem Zweck nach zahlreichen bekannten Methoden gegeneinander fest verbunden aber akustisch praktisch ausreichend entkoppelt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853539156 DE3539156A1 (de) | 1985-11-05 | 1985-11-05 | Verfahren und einrichtung zur messung der dichte in medien ueber schwingungen hoher frequenzstabilitaet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853539156 DE3539156A1 (de) | 1985-11-05 | 1985-11-05 | Verfahren und einrichtung zur messung der dichte in medien ueber schwingungen hoher frequenzstabilitaet |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3539156A1 true DE3539156A1 (de) | 1987-05-07 |
Family
ID=6285176
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853539156 Withdrawn DE3539156A1 (de) | 1985-11-05 | 1985-11-05 | Verfahren und einrichtung zur messung der dichte in medien ueber schwingungen hoher frequenzstabilitaet |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3539156A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1992019942A1 (de) * | 1991-05-02 | 1992-11-12 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Verfahren zur ermittlung der grösse von parametern |
-
1985
- 1985-11-05 DE DE19853539156 patent/DE3539156A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1992019942A1 (de) * | 1991-05-02 | 1992-11-12 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Verfahren zur ermittlung der grösse von parametern |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HDW-ELEKTRONIK GMBH, 2300 KIEL, DE |
|
8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: KROEBEL, WERNER, PROF. DR., 2308 PREETZ, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |