DE1623061B1

DE1623061B1 - Gerät zur Messung der Dichte von Str¦mungsmittel

Info

Publication number: DE1623061B1
Application number: DE1966S0107040
Authority: DE
Inventors: Jean-Loup Bonnet; Raymond Lahaye
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1965-12-14
Filing date: 1966-11-19
Publication date: 1970-07-23
Also published as: BR6685089D0; FR1467151A; GB1174240A; AT275924B; NL131453C; US3455157A; NL6617405A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Gerat zum Messen der Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät der eingangs

Dichte von Strömungsmittel durch Messung der genannten Art zu schaffen, bei dem die Alterung des

Druckdifferenz in zwei Niveauhöhen des Strömungs- Balgenmaterials keinen nachteiligen Einfluß auf das

mittels, bestehend aus zwei an einem am Mantel des Meßergebnis besitzt und daher auch das Problem

Gerätes befestigten Halter angebrachten, überein- 5 des erneuten Füllens der Räume entfällt. Zur Lösung

ander angeordneten und mit Flüssigkeit gefüllten dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,

Druckabnehmern aus elastischen Balgen, die über eine daß die beweglichen Böden der Balgen einander

Leitung miteinander in Verbindung stehen, sowie aus gegenüberliegen und daß die Leitung als starre, axial

Einrichtungen zur Bildung der Differenz zwischen bewegliche Verbindungsleitung zwischen den beweg-

diesen Drücken und Erzeugung einer zu dieser io liehen Böden der Balgen so befestigt ist, daß ein einziger

Differenz proportionalen elektrischen Größe in Form die beiden Balgen enthaltender Raum entsteht, der

eines elektrischen Wegaufnehmers. durch den feststehenden Boden des einen Balgens

Ein derartiges Gerät, welches inbesondere zur hindurch mit einer Ausdehnungskammer in Verbin-Messung der mittleren Dichte einer zwischen zwei dung steht, und daß die Verbindungsleitung mit dem Pegeln eines Bohrlochs liegenden Strömungsmittel- is beweglichen Organ des elektrischen Wegaufnehmers säule bestimmt ist, ist in der deutschen Patentschrift fest verbunden ist.
1144 665 beschrieben. Man erkennt, daß bei dieser Anordnung die Aufgabe

Dieses Gerät wird außen durch einen zylindrischen in eleganter Weise gelöst ist, denn die Empfindlichkeit länglichen Mantel gebildet, welcher mittels eines eines Gerätes gemäß der Erfindung wird gleichzeitig Kabels in ein Bohrloch herabgelassen werden kann. 20 durch die Summe der Steifigkeiten der Balgen (und Es besitzt zwei statische Druckabnehmer, deren jeder nicht durch ihre Differenz) sowie durch einen festen, durch einen Metallbalgen gebildet wird, welcher sich praktisch durch die Länge der Verbindungsleitung in einer Kammer befindet, deren Wand kleine Öff- gebildeten Meßabstand bestimmt,
nungen enthält, welche auf den Balgen nur den Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung statischen Druck der längs des Mantels strömenden 25 ist die Ausdehnungskammer mit dem durch die beiden Strömungsmittel übertragen sollen. In diesem Gerät Balgen gebildeten Raum über eine Drosselstelle verenthalten die Mittel zur Bildung der Differenz zwischen bunden, damit nur "die langsamen Änderungen des in den auf die Balgen ausgeübten Drücken eine durch eine dem ■ Raum eingeschlossenen Flüssigkeitsvolumens verformbare Membran unterteilte Vergleichskammer auf die Ausdehnungskammer übertragen werden und zwei Verbindungsleitungen, welche jeden Teil 30 können.

dieser Kammer mit dem Innern eines der beiden Ein günstiger Aufbau kann dadurch erzielt werden, Balgen verbinden, so_ daß zwei getrennte Räume daß der elektrische Wega.ufnehmer iti einer Neben-

entstehen. Diese Räume sind mit Flüssigkeit gefüllt, kammer angeordnet ist, welche mit dem durch die

und die von den Balgen gemesenen Drücke werden auf bsiden Balgen gebildeten Raum durch einen in dem

jede Seite der verformbaren Membran übertragen. 35 festen Boden des anderen Balgens ausgebildeten Ein an der Membran befestigter elektrischer Ver- Durchlaß in Verbindung steht, und daß durch diesen

Schiebungsdetektor liefert bei einer geeigneten Null- Durchlaß, vorzugsweise ohne Reibung, ein die

einstellung ein Signal, welches zu der Dichte des Verbindungsleitung mit dem beweglichen Organ des

Strömungsmittels proportional ist, in welches das elektrischen Wegaufnehmers verbindender Stab ragt.

Gerät eingetaucht ist (wobei der Proportionalitätsko- 40 Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme

effizient insbesondere durch den Abstand zwischen den auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige

beweglichen Böden der beiden Balgen bestimmt wird). Abbildung einen Längsschnitt durch ein erfindungs-

Ein derartiges Gerät arbeitet zwar zuverlässig, gemäßes Gerät zur Messung der Dichte der in einem

solange es neu ist. Nachdem es jedoch wiederholt in Bohrloch befindlichen Strömungsmittel in einem

Bohrlöcher herabgelassen worden ist, weist es ver- 45 bevorzugten Ausführungsbeispiel darstellt,

schiedene Nachteile auf, von denen der größte von In der Zeichnung ist 10 ein Bohrloch, in welches

der Alterung des die Balgen bildenden Metalls her- ein Gerät 12 zur Messung der Dichte der Strömungs-

rührt. Obwohl nämlich die Meßbalgen ursprünglich mittel mittels eines durch bekannte Einrichtungen mit

sehr sorgfältig aufeinander abgestimmt werden, werden der Erdoberfläche verbundenen Kabels 14 herab-

sie durch das Altern ungleich. Nach einer gewissen 50 gelassen ist. Das Meßgerät .12 weist einen äußeren

Anzahl von Betriebsstunden stellt man insbesondere Mantel 16 auf, welcher an seinem unteren Ende mit

fest, daß ihre Steifigkeiten nicht mehr gleich sind. einem Verschlußglied 18 versehen ist. In dem Mantel 16

Unter diesen Bedingungen sind die von der Membran ist eine sich an der Innenwand desselben abstützende

der Vergleichskammer aufgenommenen Druckdiffe- Wiege 20 angeordnet. An den Enden der Wiege 20

renzen nicht mehr vollständig gleich den statischen 55 sind zwei Endstücke 22 und 24 befestigt. An der

Druckdifferenzen an der Stelle der Meßbalgen, und Stelle des Endstücks 22 ist die Wiege 20 an dem

die gemessenen Werte der Dichten sind mehr oder Mantel 16 durch Schrauben 26 und 28 befestigt. Die

weniger falsch. Das einzige Mittel, um diesem Nach- Endstücke 22 und 24 sind mit Verlängerungen 30 bzw.

teil abzuhelfen, ist der Ersatz der Meßbalgen. 32 versehen, an welche die festen Böden der Meß-

Dabei tritt die Schwierigkeit auf, daß der Benutzer 60 balgen .34 und 36 angelötet sind. Die Balgen 34 und 36

die Gleichheit der Flüssigkeitsvolumina in den beiden haben bewegliche Böden 38 und 40, welche mitein-

in dem Gerät gebildeten Räumen sicherstellen muß. ander durch eine starre metallische Leitung 42 ver-

Falls die Füllbedingungen der Räume nicht gleich bunden sind. Gegenüber den Balgen 34 und 36 sind

sind (Luftblasen oder etwas verschiedene Flüssigkeits- in der Wand des Mantels 16 und der Wiege 20

mengen), sind die Wärmedehnungen der Flüssigkeiten 65 Schlitze 44,46 bzw. 48,50 ausgebildet, welche statische

ungleich und bewirken eine Änderung des Abstandes Druckabnehmer für die längs des Mantels 16 fließenden

der beweglichen Böden der Balgen, wodurch die Strömungsmittel bilden. Gegenüber dem beweglichen

Empfindlichkeit des Gerätes verändert wird. Boden 38 des Balgens 34 sowie dem beweglichen

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Boden 40 des Balgens 36 sind an der Weige 20 be- wenn das Gerät 12 in ein Strömungsmittel

festigte feste Ablenkelemente 52 bzw. 54 angeordnet. getaucht wird;

Diese Ablenkelemente 52 und 54 sind mit einer mitt- S die wirksame Oberfläche eines Balgens 34 oder

leren Öffnung 53 bzw. 55 versehen, durch welche die 36;

Verbindungsleitung 42 ohne Berührung geht. In den 5 h die Höhe zwischen den Angriffspunkten der

Balgen 34 und 36. sind sich an den Böden abstützende Resultierenden der auf jeden der Balgen 34

Federn 56 bzw..58 angeordnet. Dsr Balgen 36 steht und 36 wirkenden Druckkräfte (h ist also etwas

über einen Durchlaß 60 und eine Drosselstelle 62 mit größsr als die Länge der Verbindungsleitung 42);

einer Ausdehnungskammer 64 in Verbindung, welche k die Summe der Stetigkeiten der Balgen 34

an eine Verlängerung 66 des Endstückes 24 angelötet io und 36 und der Federn 56 bis 58;

ist. Ebenso ist ein Durchlaß 68 in dem Endstück 22 ρ die zu messende Dichte des Strömungsmittels;

ausgebildet, welcher eine Nebenkammer 69 mit dem ρ₀ die Dichte der Füllflüssigkeit der Balgen 34, 36

Innern des Balgens 34 in Verbindung setzt. Ein aus im Augenblick der Eichung des Gerätes 12;

zwei Teilen 70 und 72 zusammengesetzter Verbindungs- Q₁ die Dichte der Füllflüssigkeit der Balgen 34, 36

stab tritt durch den Durchlaß 68, wobei der Teil 70 15 im Augenblick und an der Stelle der Vornahme

in das obere Ende der Verbindungsleitung 42 unmittel- der Messung.

bar über der Mündung 43 der Leitung in den Balgen 34

eingeschraubt ist. Die die Teile 70 und 72 des Ver- Vor jeder Messung wird eine Eichung vorgenommen,

bindungsstabes bildenden Metalle haben sehr ver- d. h. eine Einstellung des Nullpunktes und der schiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten, wobei 20 Empfindlichkeit des Gerätes.

jedoch der Teil 70 aus dem gleichen Metall wie die Zur Einstellung des Nullpunktes des Gerätes 12

• Verbindungsleitung 42 und die Wiege 20 ist. Der wird dieses in Luft in eine lotrechte Lage gebracht, und Teil 70 besteht z. B. aus rostfreiem Stahl und der durch eine entsprechende Verstellung der Anfangs-Teil 72 aus einer Aluminiumlegierung. In der Neben- stellung des Kerns 80 gegenüber den Spulen 76 des kammer 69 ist ein Differentialtransformator 74 als 25 Transformators 74 richtet man es so ein, daß die von Wegaufnehmer befestigt, welcher eine an einem Ge- dem Transformator 74 gelieferte Ausgangsspannung stell 78 befestigte Spule 76 und einen an dem Ende des Null ist. Nach dieser Einstellung zeigt die obige Stabteils 72 angebrachten Tauchkern 80 als bewegliches Formel, daß die Ausgangsspannung des Verschie-Organ aufweist. Die Eingangs- und Ausgangssan- bungsdetektors unmittelbar zu der Dichte ρ des Schlüsse des Transformators 74 sind mit abgedichteten 39 Strömungsmittels proportional ist,. in welches man Klemmen 19 und 81 verbunden, welche in dem das Gerät eintaucht.

Boden einer Elektronikeinheit 82 angebracht sind. In Die Einstellung der Empfindlichkeit soll den Faktor

der Einheit 82 werden die von dem Transformator 74 A. der obigen Formel einstellen, damit einer gegebenen gelieferten Signale in Signale umgeformt, welche gut Dichte des Strömungsmittels eine gegebene Ablesung längs des Kabels 14 auf einen an der Erdoberfläche 35 an einem mit dem am Boden angeordneten Empfänger angebrachten Empfänger übertragen werden können. kombinierten Anzeigerät entspricht, welches die über

Breite Öffnungen 84 und 86 sind in dem Mantel 16 das Kabel 14 von der Elektronikeinheit 82 empfan- und der Wiege 20 zwischen den Ablenkelementen 52 genen Informationen behandelt. Zur Vornahme dieser und 54 ausgebildet. Einstellung wird das Gerät 12 in einen Behälter

Der einzige durch die Balgen 34,35, die Verbindungs- 40 geeigneter Form getaucht, welcher mit einer Flüssigleitung 42, die Ausdehnungskammer 64 und die keit bekannter Dichte gefüllt ist, z. B. Wasser, und Nebenkammer 69 gebildete Raum ist mit einer es wird entweder die Speisespannung des Trans-

» Flüssigkeit gefüllt, z. B. einem Mineralöldestillat. formators 74 oder der Übertragungskoeffizient der

Falls die Balgen 34 und 36 so aufeinander abge- Einheit 82 und des Empfängers an der Erdoberfläche stimmt sind, daß ihre wirksamen Oberflächen als 45 so eingestellt, daß der von dem Anzeigegerät angegenau gleich angesehen werden können, wird . das. zeigte Wert dieser Dichte entspricht. Hierdurch werden Arbeiten eines derartigen Gerätes durch folgende gleichzeitig die genauen Werte der Parameter S, h Formel - ■ und Jc einerseits und der Übertragungs- und Empfangs-

,-, _, koeffizient der zugehörigen elektronischen Schaltungen

V = A! (X₁ — X₀) mit (X₁ — x₀) = -^- (ρ + ρ₀ — Q₁) 5o andererseits berücksichtigt.

k Wenn das Gerät 12 in ein Bohrloch 10 herabge-

bestimmt, worin bedeutet lassen wird, ändert sich das Volumen der Füllflüssigkeit.

der Balgen 34, 36 entsprechend der Temperatur und dem Druck der umgebenden Strömungsmittel. Diese

A den Proportionalitätskoeffizienten zwischen der 55 Änderungen werden natürlich von der mit den Balgen Ausgangsspannung V des Empfängers an der 34 und 36 über den Durchlaß 60 in Verbindung Erdoberfläche-und der Verschiebung des Kerns stehenden Ausdehnungskammer 64 aufgenommen. Das

■ 80; Vorhandensein der Drosselstelle 62 in dem. Durchlaß

X₀ die Ausgangsstellung, welche der Kern 80 ein- 60 hat zur Folge, daß nur die langsamen Änderungen nimmt, wenn sich das Gerät lotrecht in der Luft 60 des Volumens der Füllflüssigkeit auf die Ausdehnungs-

befindet (ρ. — 0); . kammer 64 übertragen werden können, wodurch

X₁ die Stellung, welche der Kern 80. unter der· jeder Einfluß der Kammer 64 auf das dynamische Wirkung der Zusammendrückung des Balgens .36 Arbeiten des Gerätes verhindert wird.

und der Feder 58 einerseits und der Dehnung- Es ist jedoch zu bemerken, daß die Steifigkeit k₃

des Balgens 34 und der Feder 56 andererseits 65 des die Ausdehnungskammer 64 bildenden Balgens einnimmt, wobei die Zusammendrückung und möglichst klein gewählt werden muß. Die obige die Dehnung von der Differenz der Drücke Formel, welche das Arbeiten des Gerätes 12 ausdrückt,

herrühren, welche auf die Balgen 34, 36 wirken, ist nämlich nur eine Näherungsformel, in welcher die

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wirksamen Oberflächen S₁ und S_& der Balgen 34, 36 Zeitkonstante im allgemeinen kleiner als 0,1 Sekunde genau gleich sind. Die genaue Formel enthält ein ist, erteilen die Schwingungen sehr niedriger Frequenz Fehlerglied mit k_s (S₁ — S₂), weshalb Jc₃ möglichst (in der Größenordnung von höchstens 1 Hz), welche klein gewählt wird. das Gerät an dem Ende des Kabels 14 erfährt, dem

Ferner ist zu bemerken, daß der Ausgleich der 5 Kern 80 eine Störbewegung. Infolgedessen wird eine Volumenschwankungen der FüMüssigkeit der Balgen elektrische Zeitkonstante von 0,5 bis 1 Sekunde 34, 36 in keiner Weise die Länge h dss im wesentlichen nötig, damit das Meßsignal für die von dem Gerät 12 durch die Verbindungsleitung 42 gebildeten Meß- erlittenen Beschleunigungen wenig empfindlich ist. abstands verändert. . Eine derartige Zeitkonstante wird bequem mittels

Die Balgen 34 und 36 unterliegen den statischen _i0 einer in der Elektronikeinheit 82 angeordneten entDrücken der Strömungsmittelschichten, in welchen sprechenden Schaltung erzielt, sie sich befinden. Die durch die Schlitze 44, 46 sowie Bei nochmaliger Betrachtung der das Arbeiten des

48, 50 gebildeten Öffnungen mit kleiner Oberfläche erfindungsgemäßen Gerätes 12 definierenden Formel haben nämlich zur Folge, daß auf die Balgen 34 sieht man, daß die Schwankungen (Q₁ — ρ₀) der und 36 nur die statischen Drücke übertragen werden 15 Dichte der FüMüssigkeit Nullpunktfehler bilden, können, während sie verhindern, daß auf die Balgen welche unmittelbar an die Temperatur- und Druck-34, 36 dynamische Drücke wirken, welche durch die Schwankungen T bzw. P an der Meßstelle gebunden Strömung der Strömungsmittel längs der Wände des sind. In der Praxis werden ganz allgemein nur die Mantels 16 erzeugt werden. Das gleiche gilt für die Temperaturschwankungen T berücksichtigt, da die an Ablenkelemente 52 und 54, welche die beweglichen 20 den verschiedenen Pegeln eines Bohrlochs angetroffe-Böden 33, 40 der Balgen 34, 36 schützen. Es ist nen Temperatur- und Druckzunahmen mehr oder jedoch zx be nerkea, daß die mittels des erfindun js- weniger aneinander gebunden sind (etwa 4 kg/cm² für gemäßen Gerätes 12 vorgenommenen Dichtemessun- 1°C). Das Verhalten der Füllflüssigkeit in Funktion gen nur einen Wert haben, wenn die Druckabfälle von T und P ist übrigens bekannt. Für ein übliches infolge des Strömens der Strömungsmittel des. Bohr- 25 als Füllung verwendetes Mineralöldestillat verringert lochs 10 längs des Gerätes 12 kleiner als eingegebener z.B. eine Erhöhung um 100° C die Dichte um lOcg/cm³, Wert sind. und eine Zunahme von 100 kg/cm^a steigert sie um

Es ist zu bemerken, daß bei unvollständiger Ent- 0,6cg/cm³. Ein einfaches in der Praxis von dem gasung der Füllflüssigkeit der Balgen 34, 36 sich die Druck unabhängiges Gesetz Gasblasen in der Nebenkammer 69 ansammeln und 30 λ — R (τ —ΤΛ

das Arbeiten des Gerätes 12 nicht stören. ^¹ ~ So) — P'K-¹I-¹O)

Um ferner zu verhindern, daß eine Beschleunigung besteht also zwischen den Dichten der Füllflüssigkeit des Gerätes 12 eine Änderung des Differentialdruckes: während der Eichung am Boden (q₀ bei T₀ und P₀) an den Balgen 34 und 36 infolge der Bewegung der und während einer Messung (Q₁ bei T₁ und P₁). Strömungsmittel längs der Verbindungsleitung 42 zur 35 Die Anfangsstellung des Kerns 80 zwischen den Folge hat, sind die in dem Mantel 16 und der Wiege 20 Spulen 76, welche bei der Eichtemperatur T₀ definiert zwischen den Ablenkern 52 und 54 ausgebildeten wurde, wird bei T₁ infolge der gegenseitigen VerÖffnungen 84 und 86 breit und zahlreich. Unter diesen Schiebungen des Kerns 80 und des Gestells 78 des Bedingungen ist der Druck im Innern des Gerätes 12 Transformators 74 unter der Wirkung der Temperatur auf jeder Höhe und jederzeit gleich dem äußeren 40 verändert. Dadurch, daß für die Wiege 20 das gleiche Druck in dem Bohrloch 10. Metall wie für die Verbindungsleitung 42 gewählt wird

In dem erfindungsgemäßen Gerät ist die durch die (rostfreier Stahl), wird jede Relativbewegung der Verbindungsleitung 42, die Balgen 34 bis 36 und Wiege 20 und der Verbindungsleitung 42 infolge von Federn 56 bis 58 gebildete Anordnung ein schwing- differentialen Dehnungen verhindert. Das gleiche gilt fähiges Gebilde. Wenn die Masse M des beweglichen 45 für die Dehnungen des Teils 70 des Verbindungsstabes, Teils dieser Anordnung gleich S · h· Q₀ gewählt wird welcher die Verbindungsleitung 42 mit dem Kern 80 (d. h. gleich der Masse der Flüssigkeitssäule, deren verbindet, da dieser Teil 70 ebenfalls aus dem gleichen Querschnitt gleich der wirksamen Oberfläche der Metall wie die Verbindungsleitung 42 und die Wiege 20 Balgen 34, 36 und deren Höhe gleich dem Meßabstand besteht. Die Dehnung des Teils 72 (aus Aluminiumist), zeigt die Rechnung (und die Erfahrung bestätigt 50 legierung) bewirkt dagegen eine Nullpunktverschiebung es), daß die von dem Differentialtransformator 74 des Transformators 74. Wenn a_x und a_s die beiden festgestellten Restschwingungen dann durch einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der die Wiege Kleinstwert gehen» vorausgesetzt natürlich, daß die 20 und den Teil 72 bildenden Metalle sind, beträgt Frequenz der an das Gerät angelegten erzwungenen die Relativbewegung zwischen dem Kern 80 und dem Schwingungen klein ist, d. h. kleiner als etwa 1 Hz. 55 Transformator 74

Ferner zeigt die Rechnung, daß dieser von dem . . , _χ

Gerät 12 angezeigte Kleinstwert der Restschwingungen J * (A ~ «1)' U1 — ·Ό>·

mit der Dämpfungszeitkonstante der schwingungs- Durch richtige Wahl der Länge y des Teils 72 kann fähigen Anordnung zunimmt. Diese Konstante wird maa-bequem die Gleichheit dieses Ausdrucks und der daher möglichst klein gemacht, jedoch so groß» fo Verschiebung Ax erhalten, welche der Änderung daß die schwingungsfähige Anordnung aperiodisch (ρ_α — O₁) der Dichte der Füllflüssigkeit entspricht, wird. Bekanntlich hängt diese Zeitkanstante insbe- Hierdurch werden die Nullpunktfehler des Gerätes 12 sondere von der viskosen Dämpfung innerhalb der ausgeglichen, welche von den Temperatur- und Verbindungsleitung 42 ab (Poiseuillesches Gesetz). Es Druckschwankungen während eines Herablassens in ist daher bei Kenntnis der Viskosität der Flüssigkeit 65 ein Bohrloch herrühren.

einfach,, den Wert des inneren Halbmessers der Es ist zu bemerken, daß die Dehnungen der Wiege 20

Verbindungsleitung 42 so zu bestimmen, daß man von den Dehnungen des Mantels 16 unabhängig sind, eine bestimmte Zeitkonstante erhält. Da eine derartige da die Wiege 20 an dem Mantel 16 an einer einzigen

Stelle befestigt ist (die Mitte des Endstücks 22). Infolgedessen hat die Art des den Mantel 16 bildenden Metalls keine Beziehung zu der Art und der Arbeitsweise des von ihm geschützten Geräts 12.

Nach der Beschreibung der Stabilisierung des Nullpunktes des erfindungsgemäßen Geräts 12 soll nun angegeben werden, wie die Empfindlichkeitsschwankungen berichtigt werden. Die das Arbeiten des Gerätes 12 definierende Formel ergibt den Proportionalitätskoiffizienten zwischen der Verschiebung des Kerns 80 und der zu messenden Dichte S · h/k. Diese drei Faktoren hängen von der Temperatur ab. Durch geeignete Wahl der Art der Verbindungsleitung 42 und der Balgen 34 und 36 erhält man für das Produkt S · h eine kleine Gesamtänderung der Empfindlichkeit von der Größenordnung von +0,5% für 100⁰C. Der Faktor k stellt bekanntlich die Summe der Steifigkeiten der Balgen 34, 36 und der Federn 56, 58 dar. Beispielshalber sei angegeben, daß ein Balgen aus Phosphorbronze einen negativen thermoeelastisehen Koeffizienten von 3,8,10~⁴/°C besitzt, während für eine Feder aus der unter dem Namen INVAR erhältlichen Legierung dieser Koefizient positiv und gleich 5 · 10~⁴/°C ist. Durch eine geeignete Wahl der Verteilung der Steifigkeiten der Feder 56, 58 und der Balgen 34, 36 in der Gesamtsteifigkeit kann man also leicht dem thermoelastischen Gesamtkoeffizienten den Wert Null oder besser (z. B.) von +0,5 % für 100⁰C geben, so daß die durch die thermische Dehnung der Verbindungsleitung 42 und der Balgen 34, 36 erzeugte Empfindlichkeitsschwankung ausgeglichen wird.

Die Federn 56 und 58 können fortfallen, wenn die Balgen 34 und 36 eine entsprechende Gesamtsteifigkeit und einen entsprechenden thermoelastischen Koeffizienten besitzen.

Ferner kann der Transformator 74 gegebenenfalls durch einen Wegaufnehmer anderer Art (z. B. ein Potentiometer oder einen veränderlichen Kondensator) ersetzt und außerhalb der Nebenkammer 69 angeordnet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum Messen der Dichte von Strömungsmittel durch Messung der Druckdifferenz in zwei Niveauhöhen des Strömungsmittels, bestehend aus zwei an einem am Mantel des Gerätes befestigten Halter angebrachten, übereinander angeordneten und mit Flüssigkeit gefüllten Druckabnehmern aus elastischen Balgen, die über eine Leitung miteinander in Verbindung stehen, sowie aus Einrichtungen zur Bildung der Differenz zwischen diesen Drücken und Erzeugung einer zu dieser Differenz proportionalen elektrischen Größe in Form eines elektrischen Wegaufnehmers, d adurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Böden (38,40) der Balgen (34, 36) einander gegenüberliegen und daß die Leitung als starre, axial bewegliche Verbindungsleitung (42) zwischen den beweglichen Böden (38, 40) der Balgen (34, 36) so befestigt ist, daß ein einziger die beiden Balgen (34, 36) enthaltender Raum entsteht, der durch den feststehenden Boden (32) des einen Balgens (36) hindurch mit einer Ausdehnungskammer (64) in Verbindung steht, und daß die Verbindungsleitung (42) mit dem beweglichen Organ (80) des elektrischen Wegaufnehmers (74) fest verbunden ist.

2. Meßgerät nach Anspruch 1> dadurch, gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskammer (64) ein Balgen mit möglichst kleiner Steifigkeit ist.

3. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskammer (64) mit dem durch die beiden Balgen (34, 36) gebildeten Raum über eine Drosselstelle (62) verbunden ist.

4. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Wegaufnehmer (74) in einer Nebenkammer (69) angeordnet ist, welche mit dem durch die beiden Balgen (34,36) gebildeten Raum durch einen in dem festen Boden (30) des anderen Balgens (34) ausgebildeten Durchlaß (68) in Verbindung steht, und daß durch diesen Durchlaß (68), vorzugsweise ohne Reibung, ein die Verbindungsleitung (42) mit dem beweglichen Organ (80) des elektrischen Wegaufnehmers (74) verbindender Stab (70, 72) ragt.

5. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter der Balgen (34, 36) eine Wiege (20) ist, welche in einer einzigen Zone (26 bis 28) an dem Mantel (16) des Gerätes befestigt ist.

6. Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiege (20) aus dem gleichen Metall wie das die starre Verbindungsleitung (42) der Balgen (34, 36) bildende besteht.

7. Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (70, 72) aus zwei Teilen gebildet ist, von denen der erste (70) aus einem Werkstoff der gleichen Art wie der der Verbindungsleitung (42) und der Wiege (20) ist, während der zweite Teil (72) verschiedenartig ist und eine solche Länge hat, daß die differentiale Wärmedehnung des zweiten Teils (72) und der Wiege (20) die Verschiebungen des beweglichen Organs (80) ausgleicht, welche durch die thermischen Schwankungen der Dichte der Füllflüssigkeit der Balgen (34, 36) erzeugt werden.

8. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Balgen (34, 36) Federn (56, 58) kombiniert sind, deren thermoelastischer Koeffizient das entgegengesetzte Vorzeichen wie der der Balgen (34, 36) hat, derart, daß die aufgehängte Anordnung eine geeignete Gesamtsteifigkeit und einen geeigneten thermoelastischen Gesamtkoeffizienten hat.

9. Meßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der durch die Leitung (42)₃ die Meßbalgen (34, 36) und die Federn (56, 58) gebildeten beweglichen Anordnung des schwingungsfähigen Gebildes annähernd gleich dem Produkt aus der wirksamen Oberfläche der Balgen (34, 36), der Länge der Leitung (42) und der mittleren Dichte der Flüssigkeit ist.

10. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Mantel (16) des Gerätes in der die Meßbalgen (34, 36) verbindenden Leitung (42) umgebenden Zone breite Öffnungen (84, 86) ausgebildet sind.

11. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Halbmesser der die Meßbalgen (34, 36) verbindenden Leitung (42) so gewählt ist, daß die Zeitkonstante des durch diese Leitung (42), die Meßbalgen (34, 36) und die Federn (56, 58) gebildeten schwingungsfähigen Gebildes möglichst klein ist, aber groß genug, um dieses Gebilde aperiodisch zu machen.

009530/203

12. Meßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des elektrischen Wegaufnehniers (74) in einer Elektronikeinheit (82) eine Zeitkonstante von 0,5 bis 1 Sekunde aufweisende Schaltung vorgesehen ist.

13. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wiege (20) Ablenkelemente (52, 54) vorgesehen sind, m weichen Öffnungen (53, 55) für den Durchtritt der Verbindungsleitung (42) ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen