DENSITOMETER FOR GASES

Abstract: 1. Density meter for gases comprising a tuning fork (9) exposed to the gases and acting as an oscillator element which as a part of a phase-coupled electromagnetic oscillatory system is energized into one of its natural frequencies on the one hand and on the other hand is detected in this natural frequency, which varies with different gas density, the two extremities (13) of the tuning fork prongs (12) carrying an impingement element increasing the surface and thereby enhancing the reciprocal action of the inertial forces, characterized in that a tube (14), extending axially with respect to the prongs (12), open at both terminal sections and of thin gauge, is seated with its terminal portion (20) on each of the two extremities (13) of the prongs (12) of the tuning fork (9), and firmly joined to the corresponding fork prong (12) by welding, brazing or the like.

Description: Dichtemesser für Gase Die Erfindung bezieht sich auf einen Dichtemesser für Gase mit einer dem Gas ausgesetzten Stimmgabel als Schwingkörper, die als Teil eines phasengekoppelten elektromagnetischen Schwingungssystems einerseits in einer ihrer Eigenfrequenzen angeregt und andererseits in dieser Eigenfrequenz, die sich mit unterschiedlicher Dichte der Gase ändert, erfasst wird, wobei die beiden Enden der Stimmgabelzinken einen die Oberfläche vergrössernden und dadurch die Wechselwirkung der Massenkräfte erhöhenden Prallkörper tragen. Durch einen solchen Prallkörper wird das von der schwingenden Stimmgabel in Bewegung gesetzte Gasvolumen vergrössert, so dass die Nesswertauflösung verbessert wird. Ein solcher Dichtemesser ist aus der DE-OS 15 98 155 bekannt, bei dem als Prallkörper eine kreiszylindrische Halbschale an jedem Ende der Gabelzinken der Stimmgabel vorgesehen ist. Diese kreiszylindrischen Halbschalen haben jedoch je nach Schwingungsrichtung unterschiedliche Strömungswiderstandsbeiwerte cw, und zwar ist der Widerstandsbeiwert bei er Anströmung der konkaven Seite etwa 4 mal so gross als bei der Anströmung der kovexen Seite der Halbschalen. Dies hat zur Folge, dass sich zwar ein periodischer aber nicht mehr harmonischer Schwingungsverlauf ergibt. Daraus resultieren Schwierigkeiten bei der Abstimmung des elektrischen Teiles des phasengekoppelten Schwingkreises, da die Zeiten für die Gabelzinkenschwingung von einem Maximalwert zum anderen in der einen Bewegungsrichtung von den Zeiten für die Gabelzinkenschwingung in der anderen Bewegungsrichtung differieren. Abgesehen hiervon entstehen bei Verwendung der bekannten, an den Enden der Gabelzinken der Stimmgabel sitzenden Halbschalen durch die Umströmung der Schalenränder Turbulenzen, die eine Dämpfung des Systems und dadurch einen erhöhten Energieverbrauch verursachen. Dadurch wird die Messempfind- lichkeit der Stimmgabel nachteilig beeinflusst. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dichtemesser mit Stimmgabel und Prallkörper an den Enden der Gabelzinken so auszubilden, dass sich eine noch höhere Messempfindlichkeit als bei Verwendung der bekannten Prallkörper ergibt. Die Lösung dieser Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 darin gesehen, dass auf die beiden Enden der Gabelzinken der Stimmgabel jeweils ein axial zu den Gabelzinken verlaufendes und nach beiden Seiten offenes dünnwandiges Rohr mit geschlossenem Rohrmantel aufgesetzt ist. Durch die Anordnung eines solchen dünnwandigen Rohres an den Enden der Gabelzinken der Stimmgabel tritt beim Schwingen keine scharfe Umlenkung in der Strömung des Messgases mehr auf, wodurch Turbulenzen, die sonst an den scharfen Rändern der bekannten Prallkörper auftraten, vermieden werden. Dadurch wird eine Verringerung der Abhängigkeit des Messwertes von der Viskosität des MeBgases und eine Verringerung des Energiebedarfs zur Unterhaltung der Schwingung erzielt. Abgesehen hiervon ist bei dem verwendeten dünnwandigen Rohr der Widerstandsbeiwert in beiden Anströmrichtungen gleich gross, so dass der Schwingungsverlauf jetzt harmonisch verläuft. Aus der DE-PS 14 98 602 sind zwar an den Enden der Gabelzinken der Stimmgabel vorgesehene ebene Prallplatten bekannt, die bereits in beiden Anströmrichtungen gleiche Widerstandsbeiwerte haben, jedoch besitzen diese ebenen Prallplatten, wenn sie ausreichend steif ausgebildet sind, eine zu grosse schwingende Masse, wodurch der Messeffekt verkleinert wird. Werden diese ebenen Prallplatten dünner ausgebildet, so führen sie von der Schwingung der Stimmgabel angeregte Eigenschwingungen aus, die der Gabel schwingung überlagert sind und die Gabelschwingung durch eint Tilgeeffekt zum Erliegen bringen können. Das an den Enden der Gabelzinken vorgesehene erfindungsgemässe dünnwandige Rohr dagegen besitzt sowohl gegenüber den bekannten ebenen Prallplatten als auch gegenüber den bekannten Halbschalen eine höhere Steifigkeit, so dass es dünnwandiger und damit masseärmer als die bekannten Prallkörper ausgeführt werden kann. Dadurch, dass das dünnwandige Rohr beiderseits offen ausgebildet ist, kann das Messgas das Rohr durchströmen und wird kontinuierlich im Rohr ausgetauscht, so dass das Rohr ständig mit dem jeweils zu messenden Gas gefüllt ist. Hierbei wird die in dem dünnwandigen Rohr befindliche Gasmasse zum Mitschwingen gebracht, so dass ein Mehrfaches des sonst den Messeffekt hervorrufenden Gasvolumens mitschwingt, wodurch die Messempfindlichkeit, d. h. die Messwertauflösung um diesen Faktor erhöht wird. Eine konstruktiv einfache Befestigungsmöglichkeit der beiden dünnwandigen Rohre an den Gabelzinken der Stimmgabel ergibt sich durch das Merkmal des Anspruchs 2, wonach die dünnwandigen und beidseitig offenen Rohre lediglich mit ihrem Endabschnitt auf die Enden der Gabelzinken aufgeschoben und durch Löten oder dergl. mit den Gabelzinken verbunden zu werden brauchen. Da die Gabelzinken im Querschnitt kleiner sind als der Innenquerschnitt der Rohre, bleibt auch an der Verbindungsstelle noch ein genügend grosser Querschnitt für die Gasdurchströmung offen. Eine weitere zweckmässige Befestigungsmöglichkeit der Rohre an den Gabelzinken ist Gegenstand des Anspruchs ), wobei die kreisbogenförmige Ausnehmung eine satte Anlage der Rohrenden an den Gabelzinken ermöglicht. In Sonderfällen kann es sich gemäss /dem Merkmal des Anspruchs 4 empfehlen, die beiden Enden der Gabelzinken der Stimmgabel selbst als dünnwandiges Rohr auszubilden. Eine einfache Verbindung zwischen Rohr und Gabelzinken ist auch durch das Merkmal des Anspruchs 5 gewährleistet, wonach das mit einem Halteboden versehene dünnwandige Rohr einfach stumpf auf das Ende der Gabelzinken aufgesetzt und hiermit verlötet oder verschweisst wird. Damit die Gasströmung in den dünnwandigen Rohren aufrechterhalten bleibt, ist hier im Bereich des Haltebodens eine Ausströmöffnung vorgesehen. Durch die Beschichtung der dünnwandigen Rohre und der Gabelzinken mit einem gas resistenten Kunststoff kommen die Gasmoleküle nicht mehr mit der Metalloberfläche der schwingenden Teile in BerUhrung, so dass der sonst bei bestimmten Gasgemischen auftretende Plusfehler vermieden wird, der durch An- oder Einlagerungen von Gasmolekülen an der metallischen Oberfläche der Stimmgabel entstehen konnte. Die Kunststoffschicht hat nämlich eine wesentlich geringere Affinität zu den Gasmo ekülen als die darunter befindliche Metall oberfläche, so solche die schwingende Nasse vergrössernden An- oder Einlagerungen von Gasmolekülen unterdrückt werden. Der gleiche Effekt lässt sich auch dadurch erzielen, dass gemäss dem Anspruch 7 die dünnwandigen Rohre ganz aus einem gasresistenten Kunststoff, insbesondere aus Teflon gefertigt sind. Der Dichtemesser gemäss der Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 den Dichtemesser mit Stimmgabel im Längs schnitt, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Dichtemesser nach Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine andere Verbindung zwischen Rohr und Gabelzinken1 Fig. 4 eine weitere Möglichkeit für diese Ver bindung und Fig. 5 die Ausbildung der Gabelzinkenenden als Rohr. Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dichtemesser besteht aus dem strichpunktiert angedeuteten Gehäuse 1 mit dem Gehäusedeckel 2, an dem über den Dämpfer 3 schwingungsentkoppelt der Gabelträger 4 sitzt. Am Dampfer 3 ist ausserdem das Umlenkrohr 5 zentrisch gehalten, das auch noch an den kreisbogenförmigen Aussenflächen 6 der beiden Erweiterungen 7 des Gabelträgers 4 geführt ist. Das Gas tritt über den Eintritt 8 in das Gehäuse 1 ein, strömt ausserhalb des Umlenkrohres 5 nach unten und dann von unten in das-Umlenkrohr 5. An dem Gabelträger 4 ist als Schwingkörper die Stimmgabel 9 mit ihrem Stimmgabelfuss lo über die Schrauben 11 befestigt. Die Stimmgabel 9 trägt die beiden Stimmgabelzinken 12, die an ihren Enden 13 mit den dünnwandigen Rohren 14 versehen sind. Das in dem Umlenkrohr 5 aufströmende Gas umströmt und durchströmt die beiden dünnwandigen Rohre 14 und strömt dann über die Gabelzinken 12 der Stimmgabel 9 weiter durch das Innere des Rohres 15 des Dämpfers 3. Von hier aus erfolgt die Abströmung nach oben zum Auslass 16. Die dünnwandigen Rohre 14 und die Gabelzinken 12 der Stimmgabel 9 werden durch Induktionsspulen, die in den beiden Erweiterungen 7 des Gabel trägers 4 fest eingebaut sind, zur Schwingung angeregt, wobei die Frequenz der Schwingungen von der Dichte des Gases abhängig ist. Die jeweiligen, der Dichte des zu bestimmenden Gases entsprechenden Messwerte für die Anzeige der Frequenz werden über die Elektroleitungen 17 und die Anschlüsse 18 nach aussen übertragen, die auch gleichzeitig die Erregerspannung für die Induktionsspulen liefern. /2 Die in den Fig. 1 und gezeigten beiden dünnwandigen und beiderseits offenen Rohre 14 besitzen einen geschlossenen Rohrmantel 19, dessen Endabschnitt 20 auf die Enden 13 der Gabelzinken 12 aufgeschoben ist. Die Rohre 14 sind hierbei soweit nach aussen verlagert, dass ihr Innenmantelabschnitt 21 an den Kanten des zugehörigen Gabelzinkens 12 anliegt. Durch Verlöten oder Verschweissen dieser Berührungskanten mit dem Innnenmantelabschnitt 21 ist die feste Verbindung zwischen Gabelzinken 12 und Rohr 14 hergestellt. Bei der in Fig. 3 gezeigten Verbindung zwischen dem auf der einen Seite der Stimmgabelachse 22 liegenden Gabelzinken 12 und dem dünnwandigen Rohr 14 ist das Rohr an dem Verbindungsende mit einem Halteboden 23 versehen und mit diesem Halteboden stumpf auf das Ende 13 des Gabelzinkens 12 aufgesetzt und hiermit verlötet oder verschweisst. Damit das zu bestimmende Gas innen durch das dünnwandige Rohr 14 strömen kann, ist oben am Rohr eine Ausströmöffnung 24 vorgesehen. Bei der Verbindung nach der Fig. 4 ist das Ende 13 des Gabelzinkens 12 mit einer kreisbozenförmizen Ausnehmung Vrunde 25 versehen, in die das dünnwandige Rohr 14 mit seinem Endabschnitt 20 passend eingelegt und mit dem Gabelzinken 12 verlötet oder verschweisst ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist das Ende 13 der Gabelzinken 12 der Stimmgabel selbst als dünnwandiges Rohr 14 ausgebildet. Zu diesem Zweck ist in das Ende 13 der im Querschnitt rechteckigen Gabelzinken 12 eine IEngs- nut 26 eingefräst, die nur eine dünne Aussenwandung 27 stehen lässt und durch einen Nutdeckel 28 nach aussen verschlossen ist. Die Längsnut 26 ist nach unten offen und das Gas kann oben über die öffnung 29 ausströmen.

Claims: Patentansprüche 1. Dichtemesser für Gase mit einer dem Gas ausgesetzten Stimmgabel als Schwingkörper, die als Teil eines phasengekoppelten elektromagnetischen Schwingungssystems einerseits in einer ihrer Eigenfrequenzen angeregt und andererseits in dieser Eigenfrequenz, die sich mit unterschiedlicher Dichte der Gase ändert, erfasst wird, wobei die beiden Enden der Stimmgabelzinken einen die Oberfläche vergrössernden und dadurch die Wechselwirkung der Massenkräfte erhöhenden Prallkörper tragen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auf die beiden Enden (13) der Gabelzinken (12) der Stimmgabel (9) jeweils ein axial zu den Gabelzinken (12) verlaufendes und nach beiden Seiten offenes dünnwandiges Rohr (14) mit geschlossenem Rohrmantel (19) aufgesetzt ist. 2. Dichtemesser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das dünnwandige Rohr(14) mit dem Endabschnitt (20) in axialer Richtung auf die Enden (13) der im Querschnitt kleineren Gabelzinken (12) der Stimmgabel (9) aufgeschoben und der an den Gabelzinken (12) anliegende Innenmantelabschnitt (21) des Rohres (14) mit dem zugehörigen Gabelzinken (12) durch Schweissen, Löten oder dergl. fest verbunden ist (Fig. 2). 3. Dichtemesser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Enden (13) der Gabelzinken (12) der Stimmgabel (9) mit einer kreisbogenförmigen Ausnehmung (25) versehen sind, in die das dünnwandige runde Rohr (14) mit seinem Endabschnitt (20) passend eingelegt und mit dem zugehörigen Gabelzinken durch Schweissen, Löten oder dergleichen fest verbunden ist (Fig. 4). 4. Dichtemesser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Enden (13) der Gabelzinken (12) der Stimmgabel (9) selbst als dünn- wandiges Rohr (14) ausgebildet sind (Fig. 5). 5. Dichtemesser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das mit einem Halteboden (23) an dem Verbindungsende versehene dünnwandige Rohr (14) in axialer Richtung stumpf auf das Ende (13) des zugehörigen Gabelzinkens (12) aufgesetzt und durch Schweissen, Löten oder dergl. fest hiermit verbunden ist, wobei das Rohr (14) im Bereich des Haltebodens (23) mit einer Ausströmöffnung (24) versehen ist (Fig. 3). 6. Dichtemesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden dünnwandigen Rohre (14) innen und aussen sowie mindestens die mitschwingenden Gabelzinken (12) der Stimmgabel (9) mit einer dünnen Haut aus einem gasresistenten Kunststoff beschichtet sind. 7. Dichtemesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die dünnwandigen Rohre (14) ganz aus einem gasresistenten Kunststoff, insbesondere aus Teflon gefertigt sind.

Inventors: BOHM, JURGER, DR.-ING., Böhm, Jürger, Dr.-Ing.
Applicants: BOPP & REUTHER GMBH
Application year: 1983
Main classification: G01N9
IPC codes: G01N9