確定頻率振蕩器振蕩器管的填充程度的方法和頻率振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000。 本發(fā)明設(shè)及用于確定具有將被研究的流體的頻率振蕩器（f r e q U e n C y oscillator)的振蕩器管的填充程度的方法，特別與該振蕩器管中的流體的密度測(cè)量有關(guān)。 此外，本發(fā)明設(shè)及根據(jù)專利權(quán)利要求6前序的振蕩器U-管。
【背景技術(shù)】
[0002] 通過頻率振蕩器的流體介質(zhì)密度的測(cè)量是基于W下事實(shí):填充有將被調(diào)查的樣品 的中空體的振蕩(特別地，其中質(zhì)量或者體積是常數(shù))是填充的介質(zhì)的密度的函數(shù)。
[0003] 振蕩器U-管由中空U-形玻璃或者金屬管形成，其通過電子振蕩激發(fā)，特別地是W 共振振蕩。U-形管的兩個(gè)腿形成振蕩器U-管的彈性元件（spring element)。1]-形管的固有 頻率被實(shí)際參與振蕩的并且在管中的樣品的那個(gè)部分所影響。參與振蕩的體積由在管的兩 個(gè)夾住點(diǎn)（clamping point)處的靜止振蕩節(jié)點(diǎn)（quiescent oscillation node)所限制。如 果振蕩器U-管被完全地填充樣品至少直到夾住點(diǎn)，則相同的準(zhǔn)確定義的體積參與振蕩，W 及樣品的質(zhì)量可W因此被假設(shè)與它的密度成比例。振動(dòng)器(V化rator)的超過夾住點(diǎn)的過量 填充對(duì)于所述測(cè)量不相關(guān)。由于運(yùn)個(gè)原因，介質(zhì)的密度能夠在通過振蕩器或者振蕩器管的 流動(dòng)中用振蕩器測(cè)量?？墒牵?dāng)振蕩器管沒有被完全填充時(shí)，問題出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種用于確定具有將被研究的流體的振蕩器管的振蕩器的填充程度 的方法，特別與用此振蕩器管的流體的密度測(cè)量有關(guān)，所述方法特征在于:通過對(duì)于將被調(diào) 查的所述流體的或者對(duì)于擁有各種粘度的流體的調(diào)整或者校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，頻率振蕩器(60)的阻 尼和/或振蕩振幅與所述振蕩器管(9)的所述填充程度之間的關(guān)系被確定，W及在確定所述 填充程度的過程中，對(duì)于所述頻率振蕩器的阻尼和/或振蕩振幅的有關(guān)參數(shù)被測(cè)量，W及此 測(cè)量的值被認(rèn)為有關(guān)于并且函數(shù)地相關(guān)于所述填充程度，W及能夠被用于評(píng)估或者確定所 述填充程度。
[0005] 本發(fā)明還提供一種具有與流體的密度測(cè)量相關(guān)的用于確定帶有將被調(diào)查的流體 的頻率振蕩器的振蕩器管(9)的填充程度的單元的所述頻率振蕩器，所述單元特別使用根 據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的方法，所述頻率振蕩器特征在于：與所述頻率振蕩器協(xié) 調(diào)的所述單元包括存儲(chǔ)器單元(80)，W用于所述頻率振蕩器的阻尼和/或振蕩振幅與所述 振蕩器管(9)的所述填充程度之間的關(guān)系，所述關(guān)系通過特別是對(duì)于擁有各種粘度的流體 的調(diào)整或者校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)來確定，W及所述頻率振蕩器具有評(píng)估單元W評(píng)估對(duì)于所述頻率振蕩 器的所述阻尼有關(guān)的W及在所述填充程度的確定期間收集的參數(shù)。
【附圖說明】
[0006] 圖1和圖2示出采用具有質(zhì)量平衡的雙彎(double bend)振蕩器的形式的根據(jù)本發(fā) 明的頻率振蕩器的基本原理。
[0007] 圖3示意性地示出叮-振蕩器"的情形。
[0008] 圖4示出水的測(cè)量中對(duì)于同一個(gè)振蕩器一次具有W及一次沒有氣體氣泡的不同振 幅。
[0009] 圖5針對(duì)同質(zhì)填充的振蕩器和異質(zhì)填充的振蕩器示出Bode圖中振幅頻譜的加寬。
[0010] 圖6示出如果拾取和激發(fā)的相角不匹配，則作為結(jié)果的頻率f2輕微不同于共振頻 率。
[0011] 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的振蕩U布置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 圖1和2示出采用具有質(zhì)量平衡的雙彎振蕩器的形式的根據(jù)本發(fā)明的頻率振蕩器 的基本原理，但是任何另外的插入的阻尼(damping)元件(如果必需)在此處沒有示出。此雙 彎振蕩器60具有4個(gè)U-形振蕩器管9,它們的末端或者腿10、11被連接至一個(gè)末端連接2、3。 為了執(zhí)行密度測(cè)量，管9具有經(jīng)由末端連接或者載體(carrier) 2、3而流動(dòng)通過的流體。在彎 曲段5、5^中，具有基體(base)4的管9的縱向中屯、區(qū)域朝末端連接2、3的方向彎曲或者折回 W便形成另外的腿12、13,如能夠在圖2中被看到的。在彎曲段5的至少一個(gè)中具有振蕩激發(fā) 器7,而在相應(yīng)的相對(duì)彎曲區(qū)域5/中具有測(cè)量單元/，對(duì)于至少一個(gè)振蕩參數(shù)(優(yōu)選地，振蕩 振幅），其對(duì)于振蕩的激發(fā)而被使用或者被考慮。因此，實(shí)際上，一個(gè)或者兩個(gè)振蕩激發(fā)器7 和一個(gè)或者兩個(gè)測(cè)量單元7/被提供。在振蕩激發(fā)器7接收來自測(cè)量單元7/的信號(hào)時(shí)，管9和 彎曲段5、5^被振蕩，其中彎曲段5、5^朝向W及然后離開彼此地?cái)[動(dòng)，如由箭頭6示出。振蕩 參數(shù)由采用振蕩探測(cè)器的形式的測(cè)量單元7噪拾取(pick up)。振蕩激發(fā)和振蕩拾取是通過 測(cè)量或者傳感器電子器件40或者通過被連接的如示出的控制單元(特別地，連接著振蕩激 發(fā)器7和振蕩測(cè)量單元/)而有利地電磁地控制和監(jiān)視的參數(shù)。取決于測(cè)量單元/的測(cè)量的 值，振蕩激發(fā)器7被控制W在指定的時(shí)間推動(dòng)或者激發(fā)振蕩管。
[0013] 振蕩器管的夾住點(diǎn)總是將被當(dāng)作振蕩的系統(tǒng)的所謂結(jié)點(diǎn)（nodal points),但是， 可是，在運(yùn)些支持和夾住點(diǎn)之上填充振蕩器管在振蕩中沒有扮演角色，并且不影響測(cè)量。
[0014] 于圖3中示意性示出的"Y-振蕩器"的情形，U-形彎曲管1對(duì)由管1的兩個(gè)腿2、3延伸 的平面而W直角(ri曲t angle)來振蕩。原則上，振蕩模式被激發(fā)W將彎曲管9的腿2、3在此 平面相對(duì)彼此地振蕩。W運(yùn)種方式，某些共振頻率對(duì)于振蕩器是可得到的，其中振蕩器和管 9幾乎無阻尼地振蕩。
[0015] 除設(shè)備常數(shù)(諸如，例如振蕩器的材料和尺寸)之外，將被研究的流體的密度確定 特定頻率化-管W其共振）。因此，如果總是使用相同的管(特別地，玻璃管或者金屬管），則 振蕩器的特性隨流體的密度而變化。共振頻率根據(jù)振蕩的激發(fā)和拾取W及從周期而被評(píng)估 (其中，填充的流體的密度是確定的）。振蕩器通過已知密度的流體來被調(diào)整或者校準(zhǔn)，使得 測(cè)量的值能夠被直接評(píng)估。
[0016] 此系統(tǒng)的對(duì)于周期P的基本頻率(fundamen化1打equency)是：
[0018] 通過變換得到密度：
[0017] (1) W19]
(2)
[0020] 其中，m是振蕩質(zhì)量，P是流體的密度，V是管的體積，W及R是振蕩器的常數(shù)，其中 (除了其它因素 W外)所用振蕩器的材料和波形是輸入。
[0021] 相應(yīng)振蕩器的校準(zhǔn)常數(shù)A和B通過用已知密度的流體來測(cè)量而被確定，并且存儲(chǔ)在 振蕩器的評(píng)估單元中。
[0022] 因此，在頻率振蕩器的情形中，為了推斷介質(zhì)的密度，改變振蕩模式的固有頻率 和/或周期P與用流體來填充管是相同的。
[0023] 除了具有大的配重（counterwei曲t)的實(shí)驗(yàn)室振蕩器之外，雙彎振蕩器也是已知 的，其通過兩個(gè)U-管(其相對(duì)彼此W很好的精度振蕩）的使用而使得大配重的使用是不必需 的，W及因此，對(duì)于輕的和小的手持儀器也合適。
[0024] 在大多數(shù)應(yīng)用中，運(yùn)些手上密度測(cè)量裝置大量地用于研究特定的水溶液，諸如，果 酒和啤酒工業(yè)中的發(fā)酵樣品，其中水的粘度值幾乎沒有不同。
[0025] 備選的是，存在用于特殊應(yīng)用的密度測(cè)量裝置，其使用已經(jīng)可利用來校正頻率振 蕩器的密度值的輸出的校準(zhǔn)常數(shù)而在每個(gè)特別的應(yīng)用中考慮流體的粘度值。因此，粘度能 夠經(jīng)由阻尼測(cè)量來校正?？墒牵瑢?duì)于特殊的應(yīng)用，通過阻尼測(cè)量的密度測(cè)量的粘度校正不是 必需的。
[0026] 已知的是，將被調(diào)查的介質(zhì)的粘度對(duì)密度測(cè)量的結(jié)果具有影響。各種校正方法已 知用于此粘度校正，其中它們基于W下事實(shí):振蕩器的阻尼與粘度在操作上關(guān)連，并且此關(guān) 系能夠通過測(cè)量阻尼參數(shù)的特性而被評(píng)估。運(yùn)假設(shè)振蕩器管是無氣泡的，或者填充的流體 示出沒有異質(zhì)體（inhomogeneity)。
[0027] 本發(fā)明具有探測(cè)或確定填充程度的任務(wù)，其中除了頻率振蕩器的固有頻率之外， 還測(cè)量頻率振蕩器的阻尼，W及做出與振蕩管中填充異質(zhì)體有關(guān)的評(píng)估。所述阻尼或?qū)τ?所述阻尼有關(guān)的參數(shù)因此被用于填充中的異質(zhì)體和/或氣泡的探測(cè)。
[0028] 此目標(biāo)通過具有權(quán)利要求1的特征部分中指定特征的、W上提及的類型的方法來 實(shí)現(xiàn)。它旨在
[0029] -通過對(duì)于將被測(cè)試的流體的或者對(duì)于擁有各種粘度的流體的調(diào)整或者校準(zhǔn)標(biāo) 準(zhǔn)，頻率振蕩器的阻尼和/或振蕩振幅與振蕩器管的填充程度之間的關(guān)系被確定，W及
[0030] -在確定填充程度的過程中，對(duì)于頻率振蕩器的阻尼和/或振蕩振幅的有關(guān)的參數(shù) 被測(cè)量，W及此測(cè)量的值被認(rèn)為與填充程度有關(guān)并且與填充程度處于函數(shù)關(guān)系中，W及能 夠被用于評(píng)估或者確定填充程度。
[0031] 令人驚訝地，發(fā)現(xiàn)在將被調(diào)查的流體中，對(duì)于異質(zhì)體(特別地，氣體氣泡)的存在和 范圍（extent),精確的測(cè)量能夠得到（即使兩個(gè)管腿的填充程度不同）。此外，兩個(gè)管腿中異 質(zhì)體和氣泡的不同分布不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果至無法接受的范圍。在根據(jù)發(fā)明的方法中，不規(guī) 則分布的異質(zhì)體的預(yù)期影響不扮演重要的角色。
[0032] 如果人關(guān)于頻率振蕩器的共振頻率周圍的更寬頻譜上的振幅來調(diào)查頻率振蕩器 (在此情形中：水，在流體中一次具有W及一次沒有氣體氣泡），我們看到明顯不同的行為， 如在圖4中所示。
[0033] 圖4示出水的測(cè)量中對(duì)于同一個(gè)振蕩器一次具有W及一次沒有氣體氣泡的不同振 幅。通過頻譜中更寬的"模糊"幅峰，人在此處能夠明顯地看到氣泡在振蕩器的阻尼上的影 響。填充有異質(zhì)體的振蕩器比沒有異質(zhì)體的振蕩器示出更強(qiáng)的阻尼。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明，振蕩U-管在它的相應(yīng)