JP2017021008A - 流体試料を測定する測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の密度を測定する測定器のたわみ振動器及び基準振動器を応力から保護し、測定精度を改善する。【解決手段】流体試料を調査する測定器において、たわみ振動器（１５）の振動管（２）は、少なくとも１つのクランプ位置（５）で固定されるとともに、該クランプ位置（５）の、特にキャリアユニットの一方の側では、自由に突出する振動区分（１６）を形成し、他方の側では、供給開口を備えた流体供給管区分（１７）と、流体放出開口を備えた流体放出管区分（１８）とを形成する。振動管（２）は、クランプ位置（５）に加えて付加的に設けられた少なくとも１つの独立した保持装置（７）によって、前記流体放出管区分（１８）と前記流体供給管区分（１７）との両方で固定又は保持されている。【選択図】図１

Description

本発明は、流体の密度を測定する測定器、特に請求項１の前提部に記載の測定器に関する。

液体又は気体の流体密度を、測定したい流体が充填された振動ガラス管によって測定する原理が公知である。たわみ振動器による流体媒体の密度の測定は、調査したい試料が充填された中空体の振動が、振動管の充填物に、即ち、充填されている媒体の質量、又は体積が一定であるならばその密度に依存しているという事実に基づいて行われる。

測定器の測定セルは、振動可能な構造体として、ガラス質の又は金属の、通常はＵ字形に曲げられた中空の振動管を有している。この振動管は、振動するように電気的に励起される。Ｕ字形管の２つの支管が振動器のばね要素を形成する。Ｕ字形振動管の固有周波数は、振動に実際に関与する試料の部分によってしか影響をうけない。振動に関与する体積Ｖは、定常振動の節により振動管のクランプ位置に束縛されている。振動管に試料が少なくともこれらクランプ位置まで充填されていて、精密に規定された同じ体積Ｖが常に振動に関与するならば、これにより試料の質量は、その密度に比例すると仮定することができる。クランプ位置を越える振動器の過充填は、測定に不適切なものである。このような理由から、振動器を流れる流体の密度も、振動器により測定することができる。

従って、液体の密度は、Ｕ字形管を振動させる固有振動数を決定する。精密ガラス管又は金属管が使用されるならば、その振動特性は、流体の密度及び粘性に応じて変化する。共振周波数は、振動の適切な励起及び減衰により求められ、管に充填された流体試料の濃度は、周期から決定される。振動器は、既知の濃度の流体により調節され、従って、測定を行うことができる。

以下の式は、通常、周期Ｐと密度ρに適用される。

このような密度振動器又はたわみ振動器は、振動の励起と減衰という点で極めて多種多様な実施形態で製作される。結果として生じる固有振動の励起と減衰は、例えば、ソレノイド、磁石、圧電素子、容量サンプリング等により行われる。励起される振動の性質により、たわみ振動器の様々な形状が区別される。

Ｙ字形振動器は、平行な支管を有するＵ字形に曲げられた管から成り、振動器の２つの支管により形成される平面に対して垂直に振動する。この場合、振動は、Ｕ字形管と試料とから成るばね・質量系によって純粋に決定されることを保証するために比較的大きなカウンタウェイトが必要である。

Ｕ字形管の支管が互いに逆方向に対称的に振動するいわゆるＸ字形振動器は、対称的な振動パターンによりエラーにつながる影響が排除されるので、カウンタウェイトを必要としない。この場合、一方では、Ｕ字形管と類似の湾曲を有する２つの支管を備えた振動器が公知であるが、他方では、２つの平行なＵ字形管が互いに逆方向振動するいわゆるダブルボウ振動器も公知である。

実際に、このような振動器は金属及びガラスから形成されてよい。しかしながらこの場合、ガラス製の振動器の方がより好ましい。何故ならば、ガラスは、例えば溶剤、酸、塩基等の腐食性の媒体に対して耐性が高いからである。同時に、このようなガラス製の振動器における充填は、裸眼及び／又はカメラによって視覚的にモニタすることができ、かつ／又は検出することができる。

通常、このような振動器は、ガラス製のハウジングによって取り囲まれていて、測定セルとして形成されていて、このハウジングは、周囲の影響から振動器を保護している。熱調節ユニットとの良好な熱接触を確立するために、これらの測定セルには例えば水素が充填されている。

ガラス管は通常、シリンジ又は自動試料充填ユニットによって、測定したい流体が充填される、又は該流体によって貫流される。入口開口でプラスチックブシュを通してシリンジによってガラス管内に導入される流体は、振動器を通って流れ、次いで出口開口でプラスチックブシュを通って流出する。プラスチックブシュはこの場合、振動管ハウジング、又はハウジングのキャリアに固定されていて、これは例えば、ねじによって、又はブシュのクランプによって行われる。ブシュは勿論、測定に利用される振動器体積内へと延びないように設けられる。好適なブシュ材料は、耐久性のあるプラスチック、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレンプロピレン）である。

プラスチックブシュとガラス管との間の分岐部は気密でなくてはならないので、プラスチックブシュはガラス管に対して比較的大きな力で押し付けられる。この大きな力により、ガラス管に機械的応力が生じる。このような応力はガラス管の共振周波数に影響を与え、これによりとりわけ、大きなシリンジ（例えば１０ｍｌ）が直接プラスチックブシュ上に嵌め込まれる場合や、測定セルの温度が変更された場合には、クランプされたばねの形式の振動器における極めて小さな長さ変更であっても、固有振動数の変化につながるので、密度測定の精度に不都合な作用を有することが実証された。

測定中の振動器の精密な調査により、ブシュの嵌合さえも負荷の相違となり、ユーザー依存性が高いことが示されている。偏光のもとで見た振動管の画像は、振動管を支持する、又は振動管を周囲の測定器ハウジングに接続し、これによりカウンタウェイトを成すガラス棒は、接続ブシュの圧力によって一様に負荷されず、これにより振動器とハウジングとの間の接続領域にあるガラス体における機械応力が生じることを示している。これらの応力は、振動器の固有振動数に直接影響を有しており、振動挙動における不精密さにつながる。

測定温度が変化した場合、ブシュによる適用圧力の変化により生じるガラスにおける応力変化は、固有振動数又は減衰における不正確さを生ぜしめ、従って、測定される密度や粘性補正のエラーとなる。場合によっては、測定基準による機器の再調整さえ必要になり得る。

このことは、温度依存測定のために必要である振動器の熱調節にもあてはまる。この場合も同様に、これらの応力は、安定的な測定値に到達するのを遅らせ、温度曲線傾斜部を通過する場合に生じるガラスのヒステリシスも、固有振動数又は減衰における、従って、測定される密度や粘性補正における不正確さを生ぜしめる。

最悪の場合、小数第６位までの、即ち±１０^−６ｇ／ｃｍ^３までの高度な測定精度のために、振動器は、温度曲線通過後に基準を用いた測定により再調整しなければならない。

ガラスにおける機械応力によるこのような作用は、これまで全く知られておらず、繰り返し精度の測定によるテストを行った際に振動器の高精度な偏光画像により実証された。

これらの応力を減じるために、例えば、振動器をより堅固にハウジングに固定することができ、又は振動管を充填領域において強化することができる。しかしながらこのようなことは、振動器が、冷却中に生じる応力により損傷する恐れがあるので、ガラスの冷却挙動により制限されている。

本発明によれば、冒頭で述べた形式の測定器において、前記振動管が、前記クランプ位置に加えて付加的に設けられた少なくとも１つの独立した保持装置によって、前記流体放出管区分と前記流体供給管区分との両方で固定又は保持されていることを特徴としている。特に、付加的な保持棒を設けることにより、たわみ振動器を、接続部又はクランプ位置から機械的に分離することができ、これにより、たわみ振動器及び基準振動器の両者は極めて高い応力から保護される。従って、ガラス振動器におけるブシュの接続作用を最小化又は抑制し、これにより測定精度を改善するという本発明の主要な目的は達成される。さらに、測定セルの温度変化後に生じる応力による測定セルの挙動の問題も解決される。

振動管をクランプし保持するための全ての公知の装置を、クランプ位置として使用することができる。

従って、本発明は、振動管の特別な位置における付加的な補強手段を提供している。補強手段の目的は、供給ユニット、特にシリンジからブシュを介して振動管に導入される力を吸収し、好適には測定器ハウジングへと分散させることである。補足すると、補強手段は、基準振動器を支持する、設けられた任意の棒と同じではない。補強手段又は保持棒は、供給又は放出領域における振動管の区分間の接続棒として使用することもできる。振動管に対する正確な位置及び向き、即ち、まっすぐ又は斜めのプロフィールは変更可能である。しかしながら、補強手段は主として、ブシュ接続部と振動管のクランプ位置との間の領域にある。

原則的に、基準振動器に関しては、振動管を支持する棒に直接には接続されなくてよい、又はこの棒に接続されてよいが、ハウジングに対して近過ぎないようにする。しかしながら、基準振動器の本体へのブシュの押し付けにより、基準振動器の振動挙動に不都合な影響を有する機械応力も、振動管又は基準振動器を支持するこれらの棒において発生する。しかしながら本発明により設けられた保持装置によりこのような応力も最小にされる。

たわみ振動器のスリーブ管又はハウジング、又は測定器ハウジングと、振動管の２つの流体接続区分との間の任意の接続部、好適にはたわみ剛性的な接続部は、保持装置として適している。

振動管のクランプ位置又はクランプ棒のブシュ側にある全てのものは、振動器に関して無限に剛性であるとみなすことができる；ここで生じる応力は、本発明により最小にされる。

たわみ振動器に加えて付加的に、基準振動器が設けられているならば本発明は特に有利である。何故ならば、基準振動器は、保持装置によってたわみ振動器の振動管のために設けられた剛性的な手段から利点を得て、同様により精密に作動させることができるからである。測定器のガラスフレームに基準振動器を固定すること、又は振動管上に、又はキャリア上に、又はキャリアを支持する棒上に配置することができる。

基準振動器は、特に使用されるガラスの時効挙動及び熱ヒステリシスを修正するために、Ｕ字形管によって、又は単純なガラス棒によって、形成されてよい。いずれの場合でも、ブシュ接続の不都合な作用は排除される。

有利には、基準振動器は、測定振動器、又は振動管と同じ励起システムによって振動するように励起されてよい。これにより少ないパーツによるシンプルな製造が可能である。

前記保持装置は、前記測定器のハウジング及び／又はフレームと、前記流体供給管区分及び／又は前記流体放出管区分とに固定された少なくとも１つの保持棒又は保持管によって形成されているならば、設計という意味でシンプルな測定器の構造が得られる。

前記振動管は２つのクランプ位置で、特にキャリアユニットで固定されていて、付加的にこれら２つのクランプ位置の間で振動励起ユニットに接続されていると規定された場合、前記保持装置は、前記クランプ位置によって束縛された前記振動管の部分の外側で、前記振動管の前記流体供給管区分と前記流体放出管区分とに接続されていると、有利である。

実際には、前記振動管は、基準たわみ振動器、又は、好適にはキャリアによって形成される前記基準振動器のクランプ位置を、前記振動管の範囲の、該振動管の２つのクランプ位置の間で支持していると、好適である。

前記保持装置又は前記保持棒又は前記保持管は、前記振動管の両側で、前記測定器の前記ハウジング及び／又はフレームに、前記振動管に対して互いに逆側の位置で接続されているならば、かつ／又は前記保持装置又は前記保持棒は、前記流体供給管区分及び前記流体放出管区分の領域で、前記振動管を、好適には全ての側で、又はその全周面にわたって、取り囲んでおり、又は前記２つの区分は、前記保持棒を貫通し、該保持棒に固定位置で接続されているならば、堅固な構造、良好な保持、又は振動減衰及び応力の回避が達成される。

流体供給部と放出部とを接続するためのブシュが、前記流体供給管区分と、前記流体放出管区分とに、又は前記クランプ位置の流体供給側及び流体放出側における振動管に、接続されていることが規定されるならば、かつ／又は前記振動管及び／又は前記保持装置又は前記保持棒及び／又は前記クランプ位置を形成するキャリアはガラスから成っていることが規定されるならば、本発明は特に好適である。

好適な実施形態によれば、前記振動管の前記流体供給管区分と前記流体放出管区分とに接続された前記ブシュは、ホルダによって前記ハウジング及び／又は前記フレームに接続されている。

前記保持装置は、前記流体供給管区分用の保持棒と、前記流体放出管区分用の保持棒とを有していて、前記保持棒は、各前記管区分を前記ハウジング及び／又は前記フレームに接続し、これら区分を動かないように位置固定することは十分可能である。

本発明は、以下に図面を参照して例としてさらに詳細に説明される。

本発明による測定器を概略的に示した断面図である。 測定プローブの２つの異なる実施形態を示す概略的な断面図である。 本発明による測定器の概略的な実施形態を示す図である。

図１には、熱調節チャンバ３０内に配置された測定器１が示されていて、この測定器１は、フレーム１０上に配置された測定器ハウジング３を有しており、このフレーム１０は、センサハウジングのカウンタウェイトとしても、又はセンサハウジングの熱調節のためにも使用される。フレーム１０上に、又は測定器ハウジング３内側に、又は測定器ハウジング３に接続されて、たわみ振動器の振動管２用のクランプ位置５を形成するキャリアが設けられている。クランプ位置５で固定された振動管２を、振動励起ユニット１２によって、その自由に突出している振動区分１６で振動するように促すことができる。たわみ振動器１５の振動管２のクランプ位置５は、振動管２を堅固に保持し、振動管２への流体供給又は振動管２からの流体放出に使用される振動管２の区分はそれぞれ、振動区分１６に対してクランプ位置５の反対側に位置している。この流体供給管区分１７とこの流体放出管区分１８とは固定されている、又は保持装置７によって保持されているので振動することはできない。保持装置７は、この場合、クランプ位置５に加えて付加的に設けられた棒状の部材である。保持装置７は、測定器ハウジング３及び／又はフレーム１０に接続されている。矢印１４で示したように、測定したい流体をたわみ振動器１５に供給し、ここから放出することができるブシュ８は、流体供給管区分１７と流体放出管区分１８とにそれぞれ接続されている。

ブシュ８は、振動管２上に好適には液密に配置されていて、又は振動管２に緊締されていて、振動管２に液密に接続されている。

保持装置７は、円形又は多角形又はその他のプロフィールを有した棒状の部材の形に構成されていてよい；保持装置７は管によって形成されていてもよい。

クランプ位置５を形成するキャリアは、キャリア６を支持していてもよく、このキャリア６により基準たわみ振動器４が支持される。

図２ａと図２ｂには、実際のものに類似しているたわみ振動器が断面図で示されている。湾曲キャリア６が、基準振動器４を支持していて、たわみ振動器１５の振動管２のクランプ位置５のキャリアから延在している。

図１に示したものと同様に、振動励起は概略的に示した振動励起ユニット１２によって、クランプ位置５の前方領域で自由に突出している振動区分１６において行われる。

図２ａ及び図２ｂからは、この実施形態において保持装置７が棒状の部材によって形成されていて、この棒状の部材は、自由に突出している振動区分１６よりも大きな直径を有する振動管２の流体放出管区分１８をハウジング３に接続していることが判る。流体供給管区分１７は同様に固定されている。

図３ａ及び図３ｂに示したように、振動管２が２つのクランプ位置５で固定されている場合、振動励起ユニット１２は、２つのクランプ位置５の間に位置していてよい。たわみ振動器１５の振動管２上に直接配置されている基準振動器４のクランプ位置１３は、振動管２の２つのクランプ位置５の間に位置している。流体供給管区分１７と流体放出管区分１８とにおいて、振動管２が保持装置７によって固定されていて、この保持装置７は図３に示したように、測定器ハウジングの壁から振動管２へと延在している。

図３ｂの実施形態では、基準振動器４の２つのクランプ位置１３は、ハウジング３の壁に位置している。

図２ａから判るように、流体供給管区分１７と流体放出管区分１８とは、保持装置７の保持棒により供給されてよく、かつこれにより保持される。

とりわけ、本発明の使用は、振動管２と保持装置７とがガラスにより形成されていると好適である。何故ならば、ガラスの場合、腐食性の強い媒体による攻撃が回避されるからである。

最後に、実質的に、測定のための移動の可能性なしにブシュ８を取り付けるために、測定器１のハウジング３にブシュ８を接続することもできる。

Claims (10)

1. 流体試料を測定する測定器であって、たわみ振動器（１５）を有していて、該たわみ振動器（１５）の振動管（２）は、少なくとも１つのクランプ位置（５）で固定されていて、該クランプ位置（５）の、特にキャリアユニットの一方の側では、自由に突出する振動区分（１６）を形成していて、他方の側では、供給開口を備えた流体供給管区分（１７）と、流体放出開口を備えた流体放出管区分（１８）とを形成している、流体試料を測定する測定器において、
   前記振動管（２）は、前記クランプ位置（５）に加えて付加的に設けられた少なくとも１つの独立した保持装置（７）によって、前記流体放出管区分（１８）と前記流体供給管区分（１７）との両方で固定又は保持されていることを特徴とする、流体試料を測定する測定器。
2. 前記保持装置（７）は、前記測定器（１）のハウジング（３）及び／又はフレーム（１０）と、前記流体供給管区分（１７）及び／又は前記流体放出管区分（１８）とに固定された少なくとも１つの保持棒又は保持管によって形成されている、請求項１記載の測定器。
3. 前記振動管（２）は２つのクランプ位置（５）で、特にキャリアユニットで固定されていて、付加的にこれら２つのクランプ位置の間で振動励起ユニット（１２）に接続されており、
   前記保持装置（７）は、前記クランプ位置（５）によって束縛された前記振動管（２）の部分の外側で、前記振動管（２）の前記流体供給管区分（１７）と前記流体放出管区分（１８）とに接続されている、
   請求項１又は２記載の測定器。
4. 前記振動管（２）は、基準たわみ振動器（４）、又は、好適にはキャリアによって形成される前記基準振動器（４）のクランプ位置（１３）を、前記振動管（２）の範囲の、該振動管の２つのクランプ位置（５）の間で支持している、請求項１から３までのいずれか１項記載の測定器。
5. 前記保持装置（７）又は前記保持棒又は前記保持管は、前記振動管（２）の両側で、前記測定器（１）の前記ハウジング（３）及び／又は前記フレーム（１０）に、前記振動管に対して互いに逆側の位置で接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の測定器。
6. 流体供給部と放出部とを接続するためのブシュ（８）が、前記流体供給管区分（１７）と、前記流体放出管区分（１８）とに、又は前記クランプ位置（５）のそれぞれ流体供給側及び流体放出側における振動管（２）に、接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の測定器。
7. 前記保持装置（７）又は前記保持棒は、前記流体供給管区分（１７）及び前記流体放出管区分（１８）の領域で、前記振動管（２）を、好適には全ての側で、又はその全周面にわたって取り囲んでおり、又は前記２つの区分（１７，１８）は、前記保持棒を貫通し、該保持棒に固定位置で接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の測定器。
8. 前記振動管（２）及び／又は前記保持装置（７）又は前記保持棒及び／又は前記クランプ位置（５）を形成するキャリアはガラスから成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載の測定器。
9. 前記振動管（２）の前記流体供給管区分（１７）と前記流体放出管区分（１８）とに接続された前記ブシュ（８）は、ホルダによって前記ハウジング（３）及び／又は前記フレーム（１０）に接続されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の測定器。
10. 前記保持装置（７）は、前記流体供給管区分（１７）用の保持棒と、前記流体放出管区分（１８）用の保持棒とを有していて、前記保持棒は、各前記管区分（１７，１８）を前記ハウジング（３）及び／又は前記フレーム（１０）に接続し、これら区分を動かないように位置固定する、請求項１から９までのいずれか１項記載の測定器。

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