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DE2213867A1 - - Google Patents

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Publication number
DE2213867A1
DE2213867A1 DE19722213867 DE2213867A DE2213867A1 DE 2213867 A1 DE2213867 A1 DE 2213867A1 DE 19722213867 DE19722213867 DE 19722213867 DE 2213867 A DE2213867 A DE 2213867A DE 2213867 A1 DE2213867 A1 DE 2213867A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
output
input
frequency
adjustment filter
amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19722213867
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Micronas GmbH
Original Assignee
Deutsche ITT Industries GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche ITT Industries GmbH filed Critical Deutsche ITT Industries GmbH
Publication of DE2213867A1 publication Critical patent/DE2213867A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G01N2009/008—Schlatter vibrating vane type

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

Deutsche ITT Industries GmbH. G.L.Schlatter
78 Freiburg,Hans-Bunte-Str.l9 17. März 1972
Pat.Go/Wi
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG,
FREIBURG I.B. ■
Densitometer ,
Die Priorität der Anmeldung Nr. 132 493 vom 8. 4. 1971 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Technik der Dichtemessung, insbesondere mit einem selbsteinsetzenden Vibrationsdensitometer*
Es ist bekannt, daß die Dichte einer Flüssigkeit durch Messen der Resonanzfrequenz einer in die Flüssigkeit getauchten Schwinganordnung eines Vibrationsdensitömeters bestimmt werden kann.
Die Dichtemessung einer in einer Rohrleitung fließenden Flüssigkeit ist oft zur Ermittlung der gesamten Durchflußmenge erwünscht. Im Falle von Petroleum ist sie deshalb erwünscht, da der Wert der Petroleumprodukte als Kraftstoff mehr vom Gewicht abhängt als vom Volumen. Das Volumen ändert sich mit anderen Variablen, wozu die Temperatur gehört. Der Gesamtdurchfluß kann durch Integration der Produktdichte über die Durchflußgeschwindigkeit ermittelt werden. Die Durchflußgeschwindigkeit kann mittels eines herkömmlichen Kreiselradmeßgerätes
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mm O mm
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oder auf andere Weise bestimmt werden. >
Im Effekt ist ein Vibrationsdensitometer als ganzes ein elektromechanischer Oszillator mit verstärkter Rückkopplung. Wird ein derartiges Gerät zur Gewinnung eines elektrischen Analogsignals der Dichte in einer Rohrleitung fließenden Flüssigkeit verwendet, dann macht häufig jedoch das Rohrleitungsgeräusch den Schwingungseinsatz des elektromechanischen Oszillators unmöglich.
Die Erfindung betrifft ein Vibrationsdensitometer mit einem durch eine erste Einrichtung bei einer Resonanzfrequenz betriebenen Schwinganordnung und einer zweiten Einrichtung zur Ableitung eines Ausgangswechselsignals bei der Schwingfrequenz der Schwinganordnung. Der oben beschriebene und weitere Nachteile von Densitometern der herkömmlichen Bauart werden erfindungsgemäß überwunden durch
ein einen Eingang, einen Ausgang und einen Steuereingang aufweisendes Abgleichfilter,
eine den Ausgang der zweiten Einrichtung mit dem Eingang des Abgleichfilters verbindende dritte Einrichtung,
einen Oszillator, dessen Ausgang mit der dritten Einrichtung zur überlagerung des von dem Ausgangssignal der zweiten Einrichtung abhängigen Signals verfügbaren Signals der dritten Einrichtung mit einem Hilfswechseleingangssighal am Eingang des Abgleichfilters verbunden ist,
einen Phasenkomparator mit einem ersten mit dem Eingang des Abgleichfilters,, einem zweiten mit dem Ausgang des Abgleichfilters verbundenen Eingang und mit einem mit dem Steuereingang des Abgleichfilters verbundenen Ausgang zur Steuerung der Lage des Durchlaßbereichs des Abgleichfilters
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entsprechend der Größe des Komparatorausgangssignals und '
eine zwischen den Ausgang des Abgleichfilters und die erste Einrichtung geschaltete vierte Einrichtung,welche die Schwinganordnung mit der.am Ausgang des Abgleichfilters vorhandenen Frequenz in Schwingung versetzt.
Das als elektromechanischer Oszillator mit verstärkter Rückkopplung aufzufassende Vibrationsdensitometer ist nach dem Grund* gedanken der Erfindung im Rückkopplungszweig mit einem Abgleichfilter und einem Oszillator ausgestattet, dessen Ausgangssignal im Abgleichfilter mit dem Rückkopplungssignal zur Überlagerung gebracht wird. \
Entsprechend dem oben gesagten, wird sich das Abgleichfilter zunächst auf das Oszillatorausgangssignal einstellen und dann sogleich auf Resonanzfrequenz gehen, sobald die Größe des elektrischen Ausgangssignals des Oszillators kleiner als die des im Fall der Resonanz auftretenden Resonanzfrequenzsignals ist..
Das Filter hat eine maximale obere und eine minimale untere Abgleichfrequenz. Wird der Oszillator derart ausgelegt, daß er eine Ausgangssignalfrequenz mitten zwischen der oberen und der unteren Frequenzgrenze aufweist, so liegt die Oszillatorfrequenz so nahe wie möglich allen Resonanzfrequenzen innerhalb des Frequenzbandes zwischen dieser oberen und unteren Frequenz.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden im* folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in der
die Fig. 1 ein Blockschaltbild des Densitometer nach der Erfindung, ,.
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die Fig. 2 ein Prinzipschältbild des Strom-Spannung-Wandlers 76' der Fig. 1,
die Fig. 3 ein Prinzipschaltbild des in Fig. 1 dargestellten Differenziergliedes 82' und
die Fig. 4 ein Prinzipschaltbild zweier in Fig. 1 gezeigter Blöcke in Beziehung zu weiteren zwei Blöcken betreffen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Vibrationsdensitometers nach der Erfindung veranschaulicht die Fig. 1. Die Densitometersonde 10' enthält eine Antriebsspule 24', eine Schwingplatte 20', einen Kristall 30' und einen Differenzverstärker 61'. Der Kristall 30' kann als "Detektor" bezeichnet werden.
Mit dem Differenzverstärker 61' ist ein Strom-Spannung-Wandler 76' verbunden, der von herkömmlicher Bauart sein kann. Gemäß der Fig.2 ist der Ausgang 79' über einen Rückkopplungswiderstand 78' mit dem Eingang 80' des eine Masseverbindung 81' aufweisenden Verstärkers 77' verbunden.
Nach der Fig. 1 wird ein Differenzierglied 82' zwischen den Wandler 76'·und den Rechteckwellenwandler 83' geschaltet. Das Differenzierglied 82' gemäß der Fig. 3 kann gleichwohl von herkömmlicher Bauart sein.
Nach der Fig. 3 weist der Verstärker 84' einen Rückkopplungswiderstand 85' zwischen dem Ausgang 86' und dem Eingang 87' auf." Der Eingang des Differenziergliedes 82' ist dann über den Kondensator 88' mit dem Verstärkereingang 87' verbunden. Der Verstärker 84' erhält ebenfalls eine Masseverbindung 89'.
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.Λ -
Am Eingang des Differenziergliedes 82' liegt hauptsächlich eine Sinusspannung einer Frequenz, welche gleich der durch den Kristall 30 registrierten Resonanzfrequenz ist. Die Sinusspannung wird um 90° in der Phase gegen die Eingangssinusspannung verschoben und ist bezüglich der Amplitude proportional dem Absolutwert der Eingangsfrequenz. Die Ausgangssinusspannung des Differenziergliedes 82' wird mittels des Rechteckwellenwandlers 83' in eine Rechteckwelle überführt.
Da die Zeiteinheiten nicht gleich den Potentialeinheiten sind, wird der in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Ausdruck "Rechteckwelle" als Spannungswellenform mit einem plötzlichen Anstieg auf einen Maximalwert, einem daraufhin folgenden Konstantbleiben über die Hälfte der Periode und einem dann plötzlichen Abfallen definiert, beispielsweise mit einem nahezu unendlichen Abfall gegen ihren Minimalwert. Die RechteckweIlenform verharrt danach während der Hälfte ihrer Periode.auf ihrem Minimalwert. Eine Rechteckwelle kann somit irgendeine maximale Amplitude und irgendeine minimale Amplitude ohne Rücksicht auf ihre Periode oder Frequenz aufweisen.
Zwischen den Rechteckwellenwandler 83' und die Antriebsspule 24' sind hintereinander die Amplitudensteuerstufe 90', das Abgleichfilter 91' und der Leistungsverstärker 92* geschaltet. Der Phasenkomparator 93 erhält ein Eingangssignal von der Amplitudensteuerstufe 90· und ein weiteres Eingangssignal vom Ausgang des Abgleichfilters 91' und versorgt einen Eingang des Reglers 94' für die Frequenz des Abgleichfilters. Der Ausgang des Reglers 94' dient zur elektrischen Änderung der Frequenzlage des Durchlaßbereiches des Abgleichfilters-. 91S welchem das Signal mit der Grundfrequenz des Rechteckwellenausgangs der Amplitudensteuerstufe 90' zugeführt und durch das Abgleichfilter 91 mit geringster Dämpfung an de.ssen Ausgang geführt wird. ■-.""..
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Die Amplitudensteuerstufe 90' kann einfach aus einem Spannungsteiler zur Verminderung der Amplitude des Ausgangssignals des Rechteckwellenwandlers 83' auf einen gewünschten Wert bestehen. Es ist zu bemerken, daß die Schwingungsamplitude unbegrenzt auf einen Wert anwachsen könnte, bei dem oder vor dessen Erreichen einige Bauelemente ausfallen könnten, falls sämtliche Blöcke des vorstehend beschriebenen Systems gemäß dem Blockschaltbild der Fig. 1 als elektromagnetischer Oszillator arbeiten. Um nun einen Grenzwert bezüglich der Rückkopplung zur Antriebsspule 24· zu setzen, wird daher eine Amplitudensteuerstufe 90* vorgesehen.
Das Ausgangssignal des Abgleichfilters 91 wird gemäß der Fig.l einer Linearisierungsschaltung Io9r zugeführt. Der Ausgang der Linearisierungsschaltung 109' wird an das Anzeigeinstrument 110' angelegt, welches ein in Dichte geeichtes Gleichstromvoltmeter sein kann.
Ist erwünscht, daß der Phasenkomparator 93" ein stärkeres Eingangssignal erhält, dann kann der Ausgang des Rechteckwellenwandlers 83' mit dem Komparator 93" verbunden werden und die Zuleitung vom Ausgang der Amplitudensteuerstufe 90' kann fortgelassen werden. In gleicher Weise kann die Verbindung zwischen dem Ausgang des Abgleichfilters 91' und dem Komparator 93* weggelassen werden und ein anderer Rechteckwellenwandler kann zwischen den Ausgang des Abgleichfilters 91' und dem rechten Eingang des Komparators 93' eingefügt werden. Ist der Rechteckwellenwandler eingeführt, so kann auch die Linearisierungsschaltung 109' dessen Ausgahgssignal erhalten.
Die Linearisierungsschaltung 109· und das Anzeigeinstrument 110' können gemäß der Fig. 1 gemeinsam als Anwendungsmittel 10 bezeichnet werden. Es können auch andere Anwendungsmittel als die in Fig. 1 gezeigten verwendet werden. Die in der Beschreibung
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und in den Ansprüchen verwendete Bezeichnung "Densitometer" soll somit jede Vorrichtung mit oder ohne Anwendungsmittel bedeuten, welche ausgangsseitig ein elektrisches Analogsignal als Funktion der Dichte eines Mediums ergibt, in das die Schwinganordnung eingesetzt wird. Ein so definiertes "Densitometer" ist also auch eine Vorrichtung, welche zur Gewinnung eines analogen Ausgangssignals verwendet werden kann. Dieses Signal kann zur Dichteanzeige und/oder zur Steuerung eines Prozesses entsprechend einem Dichte-Analog-Signal und/oder zur Ausführung irgendeiner anderen Funktion verwendet werden. Bei·^ spielsweise kann das Anwendungsmittel 10 einfach aus einem nichtlinear in Dichte geeichten Frequenzmesser bestehen.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 ein Oszillator mit einer Ausgangsleitung 12 vorgesehen, welche mit dem Eingang des Rechteckwellenwandlers 83' verbunden ist. ·
Der Oszillator 11 ist so angelegt, daß er in die Leitung 12 ein elektrisches Wechselstromsignal einspeist, welches kleiner ist als das am Ausgang des Differenziergliedes 82' auftretende Resonanzfrequenzsignal, falls die Leitung 12 von der Verbindungsstelle 13 getrennt wäre, mit der sowohl der Ausgang des Differenzierqiiedes 82' als auch der Eingang des Rechteckwellenwandlers BC verbunden ist.
Ferner ist der Oszillator 11 so ausgelegt, daß er bei einer Frequenz mitten zwischen den Abgleichfrequenzgrenzen des Filters 91' schwingt, wie noch beschrieben wird. Dies bedeutet, daß der Durchlässigkeitsbereich des Abgleichfilters 91 ■' zum Mitführen der Resonanzschwingungsfrequenz der Schwingplatte 20' bewegt werden kann. Es existiert jedoch eine untere Frequenz, unterhalb die das Abgleichfilter 91* nicht geführt werden kann.
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Ferner existiert eine obere Frequenz, oberhalb welche das Abgleichfilter 91' nicht geführt werden kann. Der Weg zur Festlegung dieser Schwinggrenzen wird weiter unten beschrieben.
Wird der Oszillator 11 wie vorstehend beschrieben ausgelegt, so braucht die Leitung 12 von der Verbindungsstelle 13 sowohl vor als auch nach Schwingungseinsatz bei Resonanzfrequenz niemals gelöst werden.
In Fig. 4 sind Blockschaltbilder des Verstärkers 92', des Phasenkomparator 93' mit den Prinzipschaltbildern des Abgleichfilters 91' und des Steuerteils 94' gezeigt.
mit. In der Fig. 4 ist der Eingang der Schaltung/14 und der Ausgang mit 15 bezeichnet. Der Eingang 14 wird mit dem Ausgang der Amplitudensteuerstufe gemäß der Fig. 1 verbunden. Der Ausgang wird gemäß der Fig. 1 mit der Antriebsspule 24' verbunden.
Die Bezugsziffern 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 und 26 in der Fig. 4 bedeuten Verbindungsstellen bzw. Schaltungspunkte. Der Phasenkomparator 93' weist eine erste mit der Verbindungsstelle 16 verbundene Zuleitung 27 und eine zweite mit der Verbindungsstelle 17 verbundene Zuleitung 28 auf. Der Eingang 14 ist mit der Verbindungsstelle 16 verbunden. Der Verstärker 92· weist eine Ausgangsleitung 15, eine erste mit der Verbindungsstelle 17 verbundene Eingangsleitung 29 und eine zweite an Masse gelegte Eingangsleitung 30 auf.
Die Verbindungsstellen 18 und 19 werden über die Leitung 31 und die Verbindungsstellen 19 und 20 über die Leitung 32 verbunden. Die Verbindungsstelle 20 ist über einen ersten Widerstand 33 mit Masse verbunden.
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Der Steuerteil 94' enthält einen Feldeffekttransistor 34 mit dem Gatt 35, dem Kollektor 36 und dem Emitter 37. Der Emitter 37 liegt an Masse. Die Verbindungsstelle 18 ist über einen zweiten Widerstand 38 im Abgleich.filter 91' mit dem Transistorkollektor 36 verbunden.
Zwischen den Verbindungsstellen 16 und 18 liegt ein dritter Widerstand 39. Ein vierter Widerstand 40 verbindet die Verbindungsstellen 21 und 22.
Das Abgleichfilter 91' weist einen Verstärker 41 auf, dessen Ausgang mit der Verbindungsstelle 21 verbunden ist; Die erste Eingangsleitung 42 des Verstärkers 41 liegt an der Verbindungsstelle 22, während die zweite Eingangsleitung 43 art Masse liegt. Zwischen den Verbindungsstellen 20 und 22 liegt ein erster Kondensator 44. Ein zweiter Kondensator 45 ist zwischen den Verbindungsstellen 19 und 21 eingefügt. Die Verbindungsstellen 19 und 17 sind über die Leitung 46 verbunden.
Der Phasenkomparator 93* weist einen Ausgang 47 auf. Zwischen dem Ausgang 47 und der Verbindungsstelle 26 liegt ein fünfter Widerstand 48 im Steuerteil 94*. '
Der Steuerteil 94' enthält einen Verstärker 49 mit einer ersten Eingangsleitung 50 und einer zweiten Eingangsleitung 51 sowie einer Ausgangsleitung 52. Die Eingangsleitung 50 liegt an der Verbindungsstelle 26. Die Eingangsleitung 51 liegt an Masse, während die Ausgangsleitung 52 mit der Verbindungsstelle 23 in Verbindung steht. Das Gatt 35 wird ebenfalls mit der Verbindungsstelle 29 verbunden. Zwischen den Verbindungsstellen 25 und 26 liegt die Leitung 53. Die Verbindungsstellen 24 und 23 verbindet die Leitung 54. Zwischen den Verbindungsstellen 24 und 25 liegt ein sechster Widerstand 55 und parallel zu einem dritten Kondensator 56. .
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- Io -
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•A
Der Steuerteil 94' bewegt die Mittel frequenz des Durchlaßbe- ·. reichs des Abgleichfilters 91' in Richtung auf einen Punkt, der mit der Resonanzfrequenz der Schwingplatte 20' übereinstimmt. Wenn erforderlich, erzeugt der Komparator 93' somit ein Ausgangssignal zur Korrektur des Ortes der Mittelfrequenz des Filterdurchlaßbereiches. Diese korrektur wird über den Verstärker 941 bewerkstelligt, der den Widerstand zwischen dem Kollektor 36 und dem Emitter 37 des Transistors 34 ändert.
Wie bereits beschrieben, bestimmen die Widerstände 33 und die Nachführgrenzen des Filters 91'. Ist insbesondere der Widerstand zwischen dem Kollektor 36 und dem Emitter 37 für alle praktischen Anwendungen unendlich, dann bestimmt der Widerstandswert des Widerstandes 33 die unterste Frequenzgrenze, zu der der Durchlaßbereich des Abgleichfilters 91' bewegt werden kann.
Für den Transistor 34 dürfte ein minimaler Widerstand von etwa 30 Ohm zwischen Kollektor und Emitter charakteristisch sein. Somit bestimmt der Widerstandswert des Widerstandes 38 plus ; ;, dem minimalen Widerstand zwischen dem Kollektor 36 und dem Emitter 37 parallel zum Widerstandswert des Widerstandes 33 die Maximalfrequenz, auf die der Durchlaßbereich des Abgleich-1 filters 91.' gelegt werden kann. Die Maximalfrequenz ist natürlich größer als die Minimalfrequenz.
Zum Zwecke der Dimensionierung kann einer oder zwei oder auch keiner der Widerstände 33 und 38 veränderbar sein. Zunächst wird zur Auslegung der für eine spezielle* unterste Frequenzgrenze erforderliche Widerstand berechnet. Dann wird der Widerstandswert des Widerstandes 38 unter Berücksichtigung des geringsten Kollektor-Emitter-Widerstandes des Transistors berechnet.
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- li -
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.A
Sind alternativ die Widerstände .33 und 38 veränderbar, so können deren Widerstandswerte auch unter Verwendung einer Prüfeinrichtung eingestellt werden, indem zunächst der'Widerstandswert des Widerstandes 33 und dann der Widerstandswert des Widerstandes 38 eingestellt wird.
Die Spule 24' gemäß der Fig. 1 kann, falls erforderlich, an einem magnetostriktiven Teil zur Schwingungserregung der Schwingplatte 201 angeordnet werden.
Der Detektor 30' kann ein piezoelektrischer Kristall sein.
Mit Ausnahme des Abgleichfilters 91 \ ist bei Unterbrechung der Ausgangszuleitung 12 des Oszillators 11 von der Verbindungsstelle 13 in Fig. 1 die gesamte Anordnung der Fig. 1 mit der des älteren Vorschlages der Patentanmeldung P 21 41 397.8 identisch.
Die vorliegende Erfindung ist eine Weiterbildung des Gegenstandes dieses älteren Vorschlages. Das gleiche gilt für die Patentanmeldung P 22 11 276.1 und die Patentanmeldung P 22 11 971.7.
WIRKUNGSWEISE
Zum Betrieb des Densitometers nach der Erfindung gemäß der Fig. wird die Sonde 10' durch eine öffnung in einer eine fließende Flüssigkeit enthaltenen Rohrleitung geführt und dicht eingesetzt. Die Sonde 10* ist somit in die Flüssigkeit eingetaucht Und.die Schwingplatte 20' wird zur Vibration bei einer Frequenz entsprechend der Flüssigkeitsdichte angetrieben.
Wird bei Trennung der Oszillatorleitung 12 von der Verbindungsstelle 13 Leistung angelegt, so wird die Schwingplatte 20' nicht
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bei einer meßbaren Resonanzfrequenz vibrieren, selbst bei mäßigem Geräuschpegel und mäßiger Vibration der Rohrleitung. Dieses Problem wird durch Verbindung der Leitung 12 mit der Verbindungsstelle 13, beispielsweise bleibend schon bei der Herstellung, gelöst. Sobald die Schaltung gemäß der Fig. 1 eingeschaltet wird, wird in diesem Fall der Oszillator 11 sein Ausgangssignal dem Ausgangssignal des Differenziergliedes 82' aufprägend Beide Ausgangssignale des Oszillators 11 und des Differenziergliedes 82' werden somit dem Rechteckwellenwandler 83' zugeführt. Die Signalkombination wird dann dem Rechteckwellenwandler 83' und die Amplitudensteuerstufe 90' zum Eingang des Abgleichfilters 91* und des Phasenkomparator 93' durchlaufen.
Da der Phasenkomparator 93' ein Eingangssignal vom Ausgang des Abgleichfilters 91' erhält, wird er über den Steuerteil 94* den Ort des Durchlaßbereiches des Abgleichfilters 91' der Ausgangssignalfrequenz des Oszillators 11 folgend legen, d.h. in die Mitte zwischen die Frequenzgrenzen des Abgleichfilters 91'.
Die für das Aufbauen der Schwingungsamplitude und für den Abgleich des Abgleichfilterdurchlaßbereichs erforderliche Zeit ist unwichtig. Das Einschwingverhalten des !Comparators 93' , des Steuerteils 94* und des Abgleichfilters 91' sowie die durch die Schwingung der Schwingplatte 20' kurzzeitig bei der Oszillatorfrequenz durch den Verstärker 92' erfolgende Entdämpfung ist so schnell, daß sie unbedeutend ist. Ist ferner nun einmal der Aufbau der Schwingungsamplitude erfolgt, so ist der Übergangsvorgang der Frequenzänderung der Schwingplatte 20' von der Frequenz des Oszillators 11 zu ihrer eigenen Resonanzfrequenz so schnell, daß es ohne Bedeutung ist.
Das Densitometer der Fig. 1 kann, wie bereits ausgeführt, in Form eines elektromechanischen Schwingers vorausgesetzt werden.
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Zum Verständnis der oben erwähnten Entdämpfung sollte seine Funktion als solche im Prinzip vielleicht kurz beschrieben werden.
Es sollte festgehalten werden, daß der Detektor 30' ein Wechselsignal der gleichen Frequenz liefert, mit der die Schwingplatte 201 vibriert. In der Tat wird dieses Signal vom Ausgang des Abgleichfilters 91' und dem Verstärker 92' abgenommen, so daß die Spule 24' tatsächlich die Schwingplatte 20-' bei der gleichen Frequenz antreibt, mit der sie schon vibrierte. Es !wäre zu beachten, daß von der Antriebsspule 24' über die Schwingplatte 20', den Detektor 30', den Verstärker 61' usw. zum Leistungsverstärker 92' und zurück zur Antriebsspüle 24' eine geschlossene Schleife gebildet wird. Ist daher die Leistungsverstärkung der Schleife entsprechend, so können Schwingungen bei der Eigenresonanzfrequenz der Schwingplatte 20' aufrechterhalten werden. Ferner können ungedämpfte Schwingungen der Schwingplatte 20' erreicht werden> selbst wenn die Schwingplatte 20" starr gehalten würde und selbst wenn die Schwingplatte 20· aufgrund des Aufbaues einen hohen Grad der Dämpfung aufweisen würde.
Ein Merkmal der Erfindung beruht auf der Verwendung eines Osziilatorausgangssignals, welches eine Amplitude geringerer Größe als die Amplitude des Ausgangssignals des Differenziergliedes 82' ist, welches im Falle der Schwingung der Schwingplatte 20' bei ihrer Eigenresonanzfrequenz bei der Eigenresonanzfrequenz der Schwingplatte 20' liegt. Es ist somit unnötig, den Oszillator 11 auszuschalten· oder abzutrennen, nachdem er seine Startfunktion erfüllt hat.
Ein anderes Merkmal der'Erfindung beruht,auf der Verwendung der Oszillatorfrequenz mitten zwischen den Abgleichgrenzen des Ab gleichfilters 91*. Dadurch wird es möglich, daß die Oszillator"·
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frequenz so dicht wie möglich bezüglich sämtlicher zwischen diesen Filtergrenzen liegenden Frequenzen liegt.
Das die Oszillatorausgangssignalamplitude betreffende Merkmal " der Erfindung kann auf andere Weise beschrieben werden. Ist nämlich die Ausgangssignalamplitude des Oszillators 11 kleiner als die Amplitude des Ausgangssignals des Differenziergliedes 82', welches Ausgangssignal mit der Eigenresonanzfrequenz f der Schwingplatte 20' oszilliert, so schwingt sie tatsächlich bei ihrer Eigenresonanzfrequenz sobald sie angeregt ist.
In diesem Falle ist f gegeben durch
■V-
d - B
ν
d die Dichte der Flüssigkeit, in welche die Sonde 10' eingetaucht ist,
A eine Konstante und
B eine Konstante bedeuten.
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Claims (11)

  1. "15V . 2213837
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    PATENTANSPRÜCHE
    Vibrationsdensitometer rait einem durch eine erste Einrichtung bei einer Resonanzfrequenz betriebenen Schwinganordnung und einer zweiten Einrichtung zur Ableitung eines Ausgangswechselsignals bei der Schwingfrequenz der Schwinganordnung, gekennzeichnet durch
    ein einen Eingang, einen Ausgang und einen Steuereingang aufweisendes Abgleichfilter (91*),
    eine den Ausgang der zweiten Einrichtung mit dem Eingang des Abgleichfilters (91*) verbindende dritte Einrichtung,
    einenOszillator (11) , dessen Ausgang mit der dritten Einrichtung zur Überlagerung des von dem Ausgangssignal der zweiten Einrichtung abhängigen Signals verfügbaren Signals der dritten Einrichtung mit einem Hilfswechseleingangssignal am Eingang des Abgleichfilters (91') verbunden istr
    einen Phasenkomparator (93') mit einem ersten mit dem Eingang des Abgleichfilters (91*), einem zweiten mit dem Ausgang des Abgleichfilters (91 *) verbundenen Eingang und mit einem mit dem Steuereingang des Abgleichfilters (911) verbundenen Ausgang zur Steuerung der . Lage des Durchlaßbereichs des Abgleichfilters (91') entsprechend der Größe des Komparatorausgangsslgnals und
    eine zwischen den Ausgang des Abgleichfilters (91'). und die erste Einrichtung geschaltete vierte Einrichtung, welche die Schwinganordnung mit der am Ausgang des Abgleichfilters (91') vorhandenen Frequenz in'Schwingung versetzt. 209843/065 4
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  2. 2. Vibrationsdensitometer mit einem durch eine erste Einrichtung bei einer Resonanzfrequenz betriebenen Schwinganordnung und einer zweiten Einrichtung zur Ableitung eines Ausgangswechselsignals bei der Schwingfrequenz der Schwinganordnung,gekennzeichnet durch ein Abgleichfilter (911) im Rückkopplungszweig und einen Oszillator (11), dessen Ausgangssignal dem Abgleichfilter (91') mit dem Rückkopplungssignal zur Überlagerung gebracht ist.
  3. 3. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zweiten Einrichtung und dem Eingang des Abgleichfilters (91') ein Differenzierglied (82') und ein Rechteckwellenwandler (831) mit je einem Eingang und Ausgang liegen und daß der Ausgang des Differenziergliedes (82') und der Ausgang des Oszillators (11) mit dem Eingang des Rechteckwellenwandlers (83*) verbunden sind.
  4. 4. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Abgleichfilter (911) zur Einstellung der oberen und unteren Grenze des Durchlaßbereiches eine fünfte und sechste Einrichtung aufweist,
    daß die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators (11) in der Mitte zwischen der oberen und unteren Grenze des Durchlaßbereiches liegt und die Amplitude des Oszillatorausgangs geringer ist als 'das Ausgangssignal des Differenziergliedes (82') und
    daß die Schwinganordnung bei Eintauchen in eine Flüssigkeit bei einer Resonanzfrequenz schwingt, welche gegeben ist durch
    2 U y · ■ /* 3 I 0 ü Γ, k
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    »Λ
    wobei
    , d die Flüssigkeitsdichte,
    A eine Konstante und
    B eine Konstante ist.
  5. 5. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Einrichtung ein erster (38) und die sechste Einrichtung ein zweiter Widerstand (33) ist, daß das Abgleichfilter (91') einen mittleren Schaltungspunkt (18)', einen ersten (45) und einen zweiten Kondensator (44), einen dritten (39) und einen vierten Widerstand (40) und einen ersten Verstärker (41) mit einem ersten (43)' und zweiten Eingang (42) und einen Ausgang aufweist, daß der erste Verstärkereingang (43) an Masse liegt, daß der dritte Widerstand (39) zwischen dem Ausgang des Rechteckwellenwandlers (831) und dem mittleren Schaltungsnullpunkt liegt, daß der zweite Kondensator (44) den mittleren Schaltungspunkt (18) mit dem ersten Verstärkereingang (42) verbindet, daß der vierte Widerstand (40) den Verstärkerausgang mit dem ersten Verstärkereingang (42) verbindet, daß der erste Kondensator (45) zwischen dem Verstärkerausgang und dem mittleren Schaltungspunkt (18) liegt, daß die vierte Einrichtung mit dem mittleren Schaltungsnullpunkt (18) verbunden ist und daß der vierte Widerstand (33) den mittleren Schaltungsnullpunkt (18) mit Masse verbindet. "-..-■
  6. 6. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Widerstand (33) zwischen dem mittleren Schaltungspunkt (18) und dem Kollektor (36) des Feldeffekttransistors (34) eines Abgleichfiltersteuerteils (941) liegt, der einen zweiten
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    - 18 -
    G.L.Schlatter 4
    Verstärker (49) , einen fünften (48) und sechsten Widerstand (55), einen dritten Kondensator (56), den Feldeffekttransistor (34) mit Emitter (37) und Gatt (35) neben dem Kollektor (36) aufweist, daß der zweite Eingang (51) des zweiten Verstärkers (49) geerdet ist, daß der fünfte Widerstand (48) zwischen einem Komparatorausgang (47) und dem ersten Eingang (50) des zweiten Verstärkers (49) liegt, daß der sechste Widerstand (55) zwischen dem Ausgang (52) des zweiten Verstärkers (49) und dem ersten Eingang (50) des zweiten Verstärkers (49) geschaltet ist, daß der dritte Kondensator (56) parallel zum sechsten Widerstand (55) liegt, daß der Ausgang (52) des zweiten Verstärkers (49) mit dem Gatt (35) des Transistors (34) , dessen Emitter (37) an Masse liegt, verbunden ist, daß der dritte Widerstand (39) zwischen dem mittleren Schaltungspunkt (18) und dem ersten Komparatoreingang (27) liegt und der zweite Komparatoreingang (28) mit dem mittleren Schaltungspunkt (18) verbunden ist.
  7. 7. Vibrationsdensitometer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichfilter (91') Mittel zur Verhinderung der Verschiebung des Durchlaßbereiches unter die untere oder über die obere Frequenzgrenze aufweist, und daß die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators (11) in der Mitte zwischen diesen Frequenzgrenzen liegt.
  8. 8. Vibrationsdensitometer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignalamplitude des Oszillators (11) kleiner ist als die größte bei einer bestimmten Frequenz am Ausgang des Differenziergliedes (82') bei Resonanzfrequenzschwingung der Schwinganordnung auftretenden Amplitude.
    209843/0654
    G.'L.Schlatter 4
  9. 9. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichfilter (911) Mittel zur „Verhinderung der Verschiebung des Durchlaßbereiches unter die untere und über die obere Frequenzgrenze aufweist und daß die Oszillatorfrequenz mitten zwischen den Frequenz grenzen liegt'.
  10. 10. Vibrationsdensitometer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichfilter (91') Mittel zur Verhinderung der Verschiebung des Durchlaßbereiches unter einer bestimmten Frequenz aufweist und daß das'Ausgangssignal des Oszillators (11) eine Signalfrequenz größer als diese bestimmte Frequenz aufweist.
  11. 11. Vibrationsdensitometer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichfilter (91') Mittel zur Verhinderung der Verschiebung des Durchlaßbereiches über eine bestimmte Frequenz aufweist, und daß das Ausgangssignal des Oszillators (11) eine Frequenz kleiner als diese bestimmte Frequenz aufweist.
    2 U Ö 8 /: j / C f. [j
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