DE2232654C2 - Vibrationsdensitometer - Google Patents

Description

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Vibrationsdensitometer zur Dichtemessung einer Flüssigkeit oder eines ähnlichen Mediums, insbesondere mit einer Densitometerschaltung zum Betrieb des Vibrationsdensitometers.

Bisher wurde die Dichte einer Flüssigkeit durch Messen der Resonanzfrequenz des schwingenden Gebildes eines Vibrationsdensitometers gemessen. Aus verschiedenen Gründen, wenn es beispielsweise aus einer Flüssigkeit entfernt und in Luft angeordnet wird, wird das Densitometergebilde nicht innerhalb des Meßbereiches des Instruments schwingen. Daher wandert das Ausgangssignal und es wird der Zustand nicht klar angezeigt Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Bauart betrifft ein Sicherheitsbedürfnis bezüglich der Schaltungsisolation. Dies erfordert zwei Leistungsversorgungsquellen. Nach dem Grundgedan ken der Erfindung werden die obengenannten und weiteren Nachteile der herkömmlichen Bauart durch

Mittel zum Konstanthalten des Densitometerausgangs-

signals bei Nichtresonanz überwunden.

Aufgabe der Erfindung sind daher Schaltungsmaß-

nahmen, um das Densitometerausgangssignal bei Nichtresonanz konstant zu halten und eine eindeutige Anzeige zu gewährleisten. Die Erfindung betrifft ein Vibrationsdensitometer mit einer an einer Sonde befestigten Schwinge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der US-PS 3117 440 bekannt ist Auch dieses Vibrationsdensitometer weist die obengenannten Nachteile auf.

Die obengenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Schaltungsmaßnahmen gelöst

Eine Weiterbildung der Erfindung bezieht sich auf einen transformatorgekoppelten Signalausgang, der eine Leistungsquelle abgibt, ohne daß eine besondere Leistungsversorgung erforderlich ist

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in der die

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Ausführungsform nach der Erfindung, die

Fig.2 ein Prinzipschaltbild eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Blöcke, die

F i g. 3 ein Prinzipschaltbild eines Teils von anderen in F i g. 1 gezeigten Blöcken, die

Fig.4 ein Prinzipschaltbild eines weiteren in Fig. 1 gezeigten Blocks, die

Fig.5 ein Ausschnittsblockschaltbild eines der in F i g. 1 gezeigten Blöcke, die

Fig.6 ein Blockschaltbild der in Fig.5 gezeigten Impulsgeberschaltung, die

Fig.7 ein Blockschaltbild des in Fig.6 gezeigten Vorwahlzählers, die

Fig.8 und 9 Prinzipschaltbilder der in Fig.5 gezeigten Integrierschaltungen, die

Fig. 10 ein Prinzipschaltbild der in Fig. 5 gezeigten Abtast- und Speicher-Schaltung und die

F i g. 11 und 12 die Funktionsweise des Gegenstands nach der Erfindung kennzeichnende Wellenformgruppen betreffen.

In der Fig. 1 ist eine Vibrationsdensinmetersonde 103 dargestellt, die den magnetostriktiven Erreger 104, ciie Schwinge 101 und das piezoelektrische Kristall 105 enthält

Die Sonde 103 kann mit der des älteren Vorschlages der deutschen Patentanmeldung P 21 41 397.8 identisch sein. Aus der Beschreibung des älteren Vorschlages ergeben sich weitere Einzelheiten im Hinblick auf die Anwendungsmöglichkeit, so daß hier auf nähere Einzelheiten nicht eingegangen wird, welche der Beschreibung des alteren Vorschlages entnommen werden können. Gleiches gilt für den älteren Vorschlag der deutschen Patentanmeldung P 22 15 625.8.

Der Ausgang des Kristalls 105 wird mit dem Eingangsschaltkreis 106 verbunden. Mit dem Differenzierglied 102 sind der Verstärker 107, der erste Rechteckwellenwandler 108, das Gleichlauffilter 109, die Verstärkerschaltung 110 und der zweite Rechteckwellenwandler 111 verbunden. Die Ausgänge des Differenzierglied°s 102 werden mit dem Synchrondetektor 112 und der Linearisierungsschaltung 100 verbunden. Der Synchrondetektor 112 erhält ebenfalls ein Eingangssignal vom Ausgang des Verstärkers 107 über die Zuleitung 113. Der Ausgang des Synchrondetektors 112 steuert den zwischen der Linearisierungsschaltung 100 und dem Anwendungsmittel 115 eingefügten Schalter 114. Mit dem Eingang des Verstärkers 107 wird ein Oszillator 116 mit einstellbarer Frequenz verbunden. Mit dem ersten Rechteckwellenwandler 108 wird der SelbstaMlauf-Oszillator 117 verbunden. Über den Leiter 118 wird das Ausgangssignal des ersten Rechteckwellenwandlers 108 mit dem Eingangsschaltkreis 106 und Ober den Leiter 119 an den Phasendetektor 120 angelegt Der Phasendetektor 120 erhält ein zweites Eingangssignal vom Ausgang des zweiten Rechteckwellenwandlers 111 über die Leitung 121. Die Filterfrequenzsteuerschaltung 122 liegt zwischen dem Ausgang des Phasendetektors 120 und dem Steuereingang des Gleichlauffilters 109. Durch die Ausgangsleitung 123 der Schaltung 122 ist sowohl der Steuereingang des Gleichlauffilters 109 als auch der Filterausgang gegeben, wie noch beschrieben werden solL

Zwischen dem Ausgang der Verstärkerschaltung 110 und dem Erreger 104 liegt der Erregerverstärker 124.

Wie noch erklärt werden soll, enthält der Eingangsschaltkreis 106 ein Differenzierschaltglied, dessen Ausgangsüfniil in der Phase um 90° gegen das Ausgangwigntd des Kristalls 105 verschoben ist Das AusgangssigntJ des Gleichlauffilters 109, welches an der Verstärkerschaltung 110 anliegt, ist ebenfalls in der Phase um 90° gegen das vom ersten Rechteckwellenwandler 108 kommende Eingangssignal des Gleichlauffilters 109 verschobea Die zwei Phasenverschiebungen um 90°„welche sich im Eingangrschaltkreis 106 und im Gleichlauffilter 109 ergeben, machen es einfach, den Ausgang des Erregerverstärkers 124 mit dem Erreger 104 in einer Weise zu verbinden, daß Resonanz erhalten wird. Dies bedeutet, daß die Schwinge 101 bei ihrer

so natürlichen Resonanzfrequenz angetrieben wird.

Durch den Leiter 118 ist eine isolierte Potentialquelle für den Eingangsschaltkreis 106 gegeben, wie noch erklärt wird.
Der Oszillator 116 wird bei der Eichung verwendet, wie noch beschrieben wird.

Der Selbstanlauf-Oszillator 117 wird verwendet, um einen Selbstanlauf zu gewährleisten. Der Synchrondetektor 112 veranlaßt den Schalter 114, den Ausgang der Linearisierungsschaltung 100 an einen konstanten Wert zu legen, falls eine Resonanz nicht auftritt

Das Anwendungsmitte) 115 kann irgendeine der verschiedenartigen Ausführungsformen annehmen. Läßt der Schalter 114 das Ausgangssignal der Linearisierungsschaltung 100 durch, so ist dieses Ausgangssignal unmittelbar proportional der Dichte der Flüssigkeit, in weiche die Sonde 103 eingetaucht worden ist Das Anwendungsmittel 115 kann daher ein Voltoder Amperemeter sein, welches im Bedarfsfalle in Dichte geeicht werden kann. Das Anwendungsmittel 115 kann auch ein Prozeßregler sein.

Betriebsweise

Beim Betrieb der Ausführungsform nach der Erfindung gemäß der F i g. 1 wird die Sonde 103 in eine Flüssigkeit getaucht Der Selbstanlauf-Oszillator 117 bewirkt daß die Schwinge 101 bei ihrer Resonanzfrequenz angetrieben wird. Diese Frequenz erscheint in Form einer Rechteckwelle 125 am Ausgang des ersten Rechteckwellenwandlers 108. Das Gleichlauffilter 109 weist einen Durchlaßbereich auf, der entsprechend einem über die Ausgangsleitung 123 angelegten Signal verschiebbar ist Der Durchlaßbereich des Gleichlauffilters 109 liegt somit auf der Wiederholungsfrequenz der Rechteckimpulse 125. Dies wird mittels des Phasendetektors 120 erreicht, der das Ausgangssignal mit dem Eingangssignal des Gleichlauffilters vergleicht und die Filterfrequenzsteuerschaltung 122 veranlaßt, entsprechend der Differenz zwischen diesen Signalen die Stelle des Durchlaßbereiches des Abgleichfilters 109 zu

so verändern.

Die Linearisierungsschaltung 100 stellt ein Ausgangssignal zur Verfügung, welches unmittelbar der Dichte proportional ist Der Synchrondetektor 112 unterdrückt das Ausgangssignal der Linearisierungsschaltung über den Schalter 114, falls keine Resonanz auftritt

In Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Synchrondetektors 112 legt der Schalter 114 somit den Ausgang der Linearisierungsschaltung 100 auf Massepotential oder führt es unmittelbar dem Anwendungsmittel 115 ZU.

Wird die F i g. 2 unmittelbar an die linke Seite der F i g. 3 angelegt, so ist zu bemerken, daß die Leitungen zusammenpassen. Im Interesse der Klarheit ist der Verstärker 126 sowohl in der F i g. 2 als auch in der F i g. 3 ersichtlich. Das gleiche gilt für die Leitungen 127 und 128.

Nach der F i g. 2 ist der Eingangsschaltkreis 106 dem Kristall 105 nachgeschaltet. Es wird ferner der

Verstärker 107, der erste Rechteckwellenwandler 108, der Oszillator 117, der Synchrondetektor 112 und das Differenzierglied 102 gezeigt

Die Fig.3 zeigt das Gleichlauffilter 109 mit der Steuerschaltung 122, cjer Verstärkerschaltung 110, den Phasendetektor 120, der zweite Rechteckwellenwandler 111 und dem Treibervenitärker 124.

Nach der F i g. 2 ist der Eingangsschaltkreis 106 dem Kristall 105 an den Verbindungen 129 und 130 nachgeschaltet Der Kondensator 131 und der Widerstand 132 verbunden die Verbindung 130 mit Masse. Der Differenzverstärker 133 weist einen Plus-Eingang 134 und einen Minus-Eingang 135 auf. Der Rückkopplungswiderstand 136 verbindet den Verstärkerausgang mit dem Minus-Eingang 135. Der Minus-Eingang 135 ist über dem Widerstand !!37 und dem Kondensator 138 mit der Verbindung 1130 verbunden. Zwischen den Verbindungen 129 und 130 liegt der Widerstand 139.

Der Eingangsschaltla eis 106 weist Leistungsversorgungsanschlüsse 140 und 141 auf, welche mit dem Ausgang des Verstärkers 126 über die Leitung 142 und die Leitung 127 mit denn Transformator 143 verbunden sind. Während die Primärwicklung 144 des Transformators 143 mit der Leitung 127 in Verbindung steht, sind die Enden der Sekundärwicklung 145 mit dem Anschluß 140 über Dioden 145 und 147 verbunden. Der Mittelabgriff 148 der Sekundärwicklung 145 liegt am Anschluß 141. Zur Verminderung der Welligkeit ist zwischen den Anschlüssen 140 und 141 der Kondensator 149 eingefügt Zwischen der Verbindung 129 und dem Anschluß 140 liegt der Widerstand 150. Der Kondensator 151 verbindet den Anschluß 140 mit der Verbindung 130. Die Leitung 152 verbindet den Anschluß 140 mit der Verbindung 130. Der Ausgang des Eingangsschaltkreises 106 ist bei 153 mit einem Verstärker 154 im Kasten 107 über einen Widerstand 155 und Dioden 156 und 157 transformatorgekoppelt. Der Verstärker 154 weist einen Rückkopplungswiderstand 158 auf. Der erste Rechteckwellenwandler 108 liegt am Ausgang des Verstärkers 154 und enthält den Koppelkondensator 159, den Vorspannungswiderstand 160, den Vorspannungswiderstand 161 und Dioden 162und 163.

Der Verstärker 107 ist über dem Kopplungskondensator 164 und dem Serienwiderstand 165 mit dem Oszillator 116 verbunden.

Der Selbstanlauf-Oszillator 117 ist über dem Kondensator 166 mit einer Potentialquelle Vl verbunden. Die Verbindungspunkte 167 und 168 werden auf ein Potential V2 gebracht. Der Unijunction-Transistor 169 weist die Basis 170, die Basis 171 und einen Emitter 172 auf. Zwischen dem Verbindungspunkt 167 und der Basis 170 liegt der Widerstand 173. Die Basis 171 ist mit der Potentialquelle Vl verbunden. Der Kondensator 174 verbindet den Emitter 172 mit Vl. Der einpolige Umschalter 175 weist den Pol 176 und Kontakte 177 und 178 auf. Das Potentiometer 179 und der Widerstand 180 verbinden den Kontakt 177 mit dem Emitter 17Z Das Potentiometer 181 und der Widerstand 182 verbinden den Kontakt 178 mit dem Emitter 172.

Der Ausgangstransiirtor 183 weist den Kollektor 184, den Emitter 185 und die Basis 186 auf. Die Basis 186 ist mit dem Emitter 172 verbunden. Der Kollektor 184 liegt an der Potentiaknielle FZ Der Emitter 185 ist über dem Widerstand 187 mit dem Widerstand 161 am Verbindungspunkt 188 verbunden. Der Leiter 189 verbindet den Synchrondetektor 112 mit dem Ausgang des Verstärkers 154. Die Wellenform 190 wird an den Synchrondetektor 112: Ober die Diode 191 und den

Leiter 192 angelegt. Das auf dem Leiter 189 anliegende Signal wird daher gemäß 193 markiert. Erfolgt dort eine Scheitelwertanzeige, so erscheint auf der Leitung 194

ein Ausgangssignal, welches dem Transistor 195 über einen Widerstand 196 und der Diode 197 gemäß der

Fig.5 zugeführt wird. In diesem Fall schließt der Transistor 195 den Verstärker 198 nicht gegen Masse

kurz, was anderenfalls geschehen würde.

Im Synchrondetektor 112 der Fig.2 erfolgt die

ίο Markierung mittels eines Feldeffekttransistors 199, der vom Widerstand 92 überbrückt ist

Der Ausgang des Feldeffekttransistors 199 ist mit dem Verstärker 201 über dem Widerstand 202 und dem Überbrückungskondensator 203 verbunden. Der Ver-

15' stärker 201 weist den Rückkopplungswiderstand 204 auf. Der Verstärker 201 hat die Plus-Eingangsleitung 205 und die Minus-Eingangsleitung 206. Die Plus-Eingangsleitung 205 liegt über dem Widerstand 207 an Masse.

Das Differenzierglied 102 enthält den Kondensator 208, der in Reihe mit der Leitung 128, dem Widerstand 209 und dem Transistor 210 liegt Der Transistor 210 zeigt die Basis 211, den Kollektor 212 und den Emitter 213. Die Basis 211 ist mit dem Widerstand 2Θ9 verbunden. Der Emitter 213 liegt an Masse. Der Kollektor 212 liegt über dem Widerstand 214 an einer positiven Potentialquelle. Die Zuleitung 215 verbindet den Kollektor 212 mit der Linearisierungsschaltung 100. Dies bedeutet, daß diese Zuleitung mit der in den F i g. 5 und 6 gezeigten identisch ist

Der Umschalter 125 im Selbstanlauf-Oszillator 117 wird zur Auswahl einer von zwei Frequenzen verwendet Wie noch ausgeführt wird, kann das Gleichlauffilter 109 innerhalb der Grenzen zweier Bänder betrieben werden. Die Frequenz des Selbstanlauf-Oszillators wird stets auf die Mitte zwischen den Bandfiltergrenzen gelegt Die Ausgangssignalamplitude des Verstärkers 126 entsprechend dem Ausgangssignal des Selbstanlauf-Oszillators 117 wird ferner so gelegt, daß sie im Falle der Resonanz früher ist als die Amplitude des Resonanzfrequenzsignals.

Für alle Figuren gilt, daß V 2 24 V und V\ 12 V betragen kann. Das Gleichlauffilter 109 der F i g. 3 weist den Transistor 216 mit dem Kollektor 217, dem Emitter 218 und der Basis 219 auf. Ober dem Widerstand 220 ist die Leitung 127 mit der Basis 219 verbunden. Zwischen der Basis 219 und dem Emitter 218 liegt die Diode 221. Der Emitter 218 wird auf das Potentail Vi gelegt Der Kollektor 217 wird über den Widerstand 222 an das Potential V2 gelegt Der Kollektor 217 liegt über dem Widerstand 223 und dem Kondensator 224 am Minus-Eingang 225 des Verstärkers 226. Der Plus-Eingang 227 des Verstärkers 226 liegt am Potential Vl. Der Verstärker 226 wird vom Rückkopplungswiderstand 228 überbrückt Die Verbindungsstelle 229 des Gleichlauffilters 109 wird über die Leitung 231 mit der Verbindungsstelle 230 der Steuerschaltung 122 verbunden. Der einpolige Umschalter 232 weist die Kontakte 233 und 234 sowie den Pol 235 auf. Die Potentiometer 236 und 237 liegen zwischen der Verbindungsstelle 230 und dem Kontakt 133 bzw. 234. Der einpolige Umschalter 238 weist Kontakte 239, 240 und den Pol 241 auf. Das Potentiometer 242 und der Widerstand 243 liegen zwischen der Verbindungsstelle 230 und dem Kontakt 239. Zwischen der Verbinngsslelle 230 und dem Kontakt 240 liegt das Potentiometer 244 und der Widerstand 245. Der Pol 235 liegt auf dem Potential Vl. Die Steuerschaltung 122 erhält das Eingangssignal vom

Phasendetektor 120 auf der Zuleitung 226 über Widerstände 248 und 249 am Verstärker 247. Der Kondensator 250 liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 248 und 249 und dem Potential Vl. Das Potentiometer 251 mit der Wicklung 252 und dem Abgriff 253 liegt zwischen dem Potential V2 und Masse. Der Widerstand 254 und der Kondensator 255 liegen zwischen dem Abgriff 253 und dem Ausgang des Verstärkers 247. Die Widerstände 249 und 254 sind über den Leiter 256 verbunden. Die Steuerschaltung 122 weist einen Feldeffekttransistor 257 mit einem Kollektor 258, einem Emitter 259 und einem Gatt 260 auf. Der Widerstand 26t verbindet den Ausgang des Verstärkers 247 mit dem Gatt 260. Der Widerstand 261 liegt zwischen dem Ausgang des Verstärkers 247 und dem is Gatt 260. Der Emitter 249 ist mit dem Potential Vl verbunden. Der Kollektor 258 liegt am Pol 241.

In der Verstärkerschaltung 110 ist der Verstärker 262 mit der Verbindungsstelle 230 über einen Kondensator 263 und einem Widerstand 264 verbunden. Der Verstärker 262 weist einen Rückkopplungswiderstand 265 auf.

Der zweite Rechteckwellenwandler 111 weist allein einen in die Sättigung gesteuerten Verstärker 266 auf. Das Ausgangssignal des Verstärkers 126 wird an den Phasendetektor 120 über eine Leitung 267 angelegt, weiche mit den Widerständen 268 und 269 verbunden ist, wovon der Widerstand 269 mit dem Potential Vl verbunden ist Der Phasendetektor 120 weist einen Feldeffekttransistor 270 mit einem Kollektor 271, einem Emitter 272 und einem Gatt 273 auf. Der Kollektor 271 ist mit dem Widerstand 268 verbunden. Der Widerstand 274 liegt zwischen dem Widerstand 268 und dem Gatt 273. Zwischen dem Ausgang des Verstärkers 266 und dem Gatt 273 liegt die Diode 275. Der Emitter 272 steht mit der Zuleitung 246 in Verbindung. Das Ausgangssignal des Verstärkers 262 der Verstärkerschaltung 110 wird dem Erregerverstärker 124 über den Leiter 276 und dem Widerstand 277 dem Verstärker 278 zugeführt Zwischen dem Verstärker 278 und dem Potential Vl liegt der Widerstand 280. Der Verstärker 278 wird über einen Widerstand 281 mit dem Potential Vl verbunden.

Mit V3 und V2 liegen Kollektor und Emitter des Transistors 282 über dem Kollektorwiderstand 283 und dem Emitterwiderstand 284 in Reihe. Bei 285, 286 und

287 sind Transistoren vorgesehen. Der Emitter des Transistors 285 liegt am Potential V 3. Der Kondensator

288 verbindet die Potentialquelle V3 mit Masse. Die Kollektoren der Transistoren 286 und 287 werden mit der Potentialquelle V3 verbunden. Zwischen dem so Kollektor des Transistors 282 und dem Kollektor des Transistors 285 liegt ein Kondensator 289. Der Kollektor des Transistors 2SS liegt ober dem Widerstand 290 auf negativem Potential. Ober den Widerstand 291 wird eine Seite der Antriebsspule des magnetortriktiven Erregers 104 mit dem Emitter des Transistors 182 verbunden. Der Widerstand 292 verbindet den Emitter des Transistors 286 mit der Antriebsspule des magnetostriktiven Erregers 104.

Die in Fig.5 gezeigte Linearisierungsschaltung 100 der Fig. 1 enthält die Impulsgeberschaltung 13, den ersten Integrator 15, den zweiten Integrator 16 und die Abtast- raid Speicherschaltung 10 in Reihe.

Gemäß der Fig. 6 weist die Impulsgeberschaltung 13 den Rechteckwellenwandlerteil 22, den Frequenzteiler 23, das UND-Gatter 14, den Vorwahlzähler 24 und die FBp-Flop-Schaltung 25 auf, welche Schaltelemente zwischen dem DifferenziergEed 102 der Fig.1 und einem Schalter 26 in F i g. 8 liegen. Der »1 «-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 25 wird mit der Eingangsleitung 27 des Schalters 26 verbunden. Sämtliche der in F i g. 8, 9 und 10 gezeigten Schalter 26,31,32,33 und 19 können elektromechanische oder elektrische Schalter sein, vorzugsweise aber elektronische Schalter, wie Transistorschalter. Somit schließt das auf der Eingangsieitung 27 des Schalters 26 vorhandene Signal den Schalter 26, sobald der »1 «-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 25 hochliegt

Der in F i g. 6 dargestellte Stoßoszillator 29 wird mit dem zweiten Eingang des Gatters 14 verbunden. Der »(»«-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung wird mit dem dritten Eingang des Gatters 14 verbunden. Der Ausgang des Gatters 14 wird mit dem Eingang des Vorwahlzählers 24 gemäß der Fig.6 verbunden. Zwischen der Leitung 28 und dem Rückstelleingang der Flip-Flop-Schaltung 25 liegt der Inverter 30. Der Ausgang des Inverters 30 wird ebenfalls mit dem Rückstelleingang des Vorwahlzählers 24 verbunden.

Möglicherweise kann die Wirkungsweise der Impulsgeberschaltung 13 gemäß der F i g. 6 am besten anhand der in F i g. 11 gezeigten Wellenformen besser verstanden werden. Die Impulsgeberschaltung 13 wandelt die Wellenform (a) in die Wellenform (d). Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 23 ist durch die mit (a) bezeichnete Wellenform gegeben. Das Ausgangssignal des Gatters 14 ist die mit (b) bezeichnete Wellenform. Vom Stoßoszillator 29 zum Vorwahlzähler 24 durchläuft das Gatter 14 ein Stoß von Impulsen während einer

Zeitdauer, die mit -y- bezeichnet werden solL Der

hochliegende Ausgang des Frequenzteilers 23 hält das Gatter 14 offen. Anfänglich befindet sich die Flip-Flop-Schaltung 25 im »0«-Zustand und hemmt daher nicht das Gatter 14. Der Vorwahlzähler 24 zählt die in einem Stoß befindlichen Impulse aus und beendet die Zählung

einer Zeitdauer von -^-nach der Vorderflanke jedes Ausgangsimpulses des Frequenzteilers 23. Der Vorwahlzähler 24 kann im Bedarfsfälle auf eine bestimmte Zahl einstellbar sein. Der Stoßoszillator 29 erzeugt Impulse mit einer hochstabilen konstanten Hochfrequenz. Ist nun einmal der Stoß der Impulse gezählt, so versetzt der Vorwahlzähler die Flip-Flop-Schaltung 25 in den »1 «-Zustand. Der »O«-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 25 fällt dann ab und hemmt das Gatter 14. Danach werden so lange keine weiteren Impulse dem Vorwahlzähler 24, bis auf die Vorderflanke des nächsten Ausgangsimpulses vom Frequenzteiler 23. Das Ausgangssignal des Inverters 30 veranschaulicht die Wellenform (c). Fällt die Wellenform (a) ab, so steigt die Wellenform (c) an und es werden sowohl der Vorwahlzähler 24 als auch die Flip-Flop-Schaltung 25 zurückgestellt. Das »1«-Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 25 veranschaulicht somit die Wellenform (d). Wie sich aus der folgenden Beschreibung ergibt, stellen die senkrecht in den Fig.8, 9 und 10 gezeigten Eingangsleitungen zu den Schaltern 26,31,32,33 und 19 die Steuerleitungen dar. Wie bereits beschrieben, wird der Schalter geschlossen, wenn auf der Steuerleitung eine hohe Spannung anliegt Der Schalter 26 weist den Hebel 34 und den Kontakt 35 auf. An den Hebel 34 wird eine konstante Spannung E angelegt Zwischen dem Kontakt 35 und emem Eingang des Differenzverstärkers 37 Begt der Widerstand 36. Der andere Eingang des Differenzverstärkers 37 liegt an der konstanten Spannung +Es- Der Eingang des Schalters 26 wird

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über die Eingangsleitung 27 mit dem »1«-Ausgang der in F i g. 6 gezeigten Flip-Flop-Schaltung 25 verbunden, wie bereits erwähnt Der Ausgang des Differenzverstärkers 37 der Fig.8 wird mit der Eingangsleitung 38 verbunden, welche mit dem Hebel 39 des Schalters 32, welcher den Kontakt 40 aufweist, in Verbindung steht

Der Vorwahlzähler 24 der F i g. 7 kann entsprechend der Stellung des einpoligen Umschalters 106' eine von zwei bestimmten Zählungen vorgegeben werden. Für zwei entsprechende unterschiedliche Zählungen sind zwei UND-Gatter 107' und 111' vorgesehen.

Die Fig.8 zeigt den ersten Integrator 15, dessen monostabiler Multivibrator 42 über dem Differenzierteil 41 mit der Eingangsleitung 27 verbunden ist Das Ausgangssignal des Multivibrators 42 liegt an der Steuerleitung 43 des Schalters 31. Das Ausgangssignal des Multivibrators 42 wird auch an die Eingangsleitung 44 des in F i g. 9 gezeigten Verzbgerungselementes und an die Steuereingangsleitung 45 des in Fig.20 gezeigten Schalters 19 angelegt

Der Schalter 31 in F i g. 8 weist den Hebel 46 und den Kontakt 47 auf. Der Kondensator 48 liegt zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 37 und seinem einen Eingang, mit dem der Widerstand 36 verbunden ist Der Hebel 46 ist mit diesem einen Eingang des Differenzverstärkers 37 und der Kontakt 47 mit dessen Ausgang verbunden.

Beim Betrieb des ersten Integrators gemäß der F i g. 8 schließt das über die Eingangsleitung 27 an den Schalter 26 gelegte Eingangssignal den Schalter 26 jeweils und über eine Zeitdauer, während der die Flip-Flop-Schaltung 25 sich im »1«-Zustand befindet Dies bedeutet, daß der Schalter 26 während der durch die Wellenform (d) gegebenen Weite der Impulse geschlossen ist Der Integrator gemäß der F i g. 8 integriert deshalb zumindest während eines Teils dieser Zeit Da jedoch aufgrund der Tatsache, daß die Integration nicht nur während der Impulse der Wellenform (d) erfolgt sondern auch während der Zeit zwischen jenen Impulsen, muß einer der beiden Integratoren 15 und 16 der Fi g. 8 bzw. 9 während seines eigenen Integrationsintervalls zurückgestellt werden. Eine solche Rückstellung erfolgt nun während dieses Intervalls des ersten Integrators. Der Differenzierteil 41 erzeugt einen Ausgangsimpuls an der Vorderflanke jedes der Impulse der Wellenform (d). Der Multivibrator 42 erzeugt dann einen Ausgangsimpuls, dessen Vorderflanke tut der Vorderflanke jedes der Impulse der Wellenform (d) zusammenfällt und dessen Rückflanke auftritt, bevor die Rückflanken der Impulse der Wellenform (d) erscheinen. Das Ausgangssignal des Multivibrators 42 zeigt die Wellenform (Q der Fig.IZ Die Wellenform (e) entspricht der Wellenform (d), obwohl der Maßstab im Interesse der Klarheit geändert wurde.

Das Ausgangssignal des Multivibrators 42 bewirkt am Schalter 31 die Entladung des Kondensators 48. Damit wird der Kondensator 48 über den Schalter 31 überbrückt

Ist der Kondensator zum Zeitpunkt t\ gemäß der Fig. 12 entladen, so würde der Integrator von der Null-Linie V₀ beginnend vom Zeitpunkt ti integrieren. Da es Aufgabe des IntegratorsgemlB der Fig. 8 i«t ein maximales Ausgangssignal zum Zeitpunkt fe zn erzeugen, welches unmittelbar proportional der zeitlichen Breite des in F ig. 12 gezeigten Impulses 49 ist so würde ein Fehler auftreten, weil die Zehdsner (ii-fe) übersprungen würde.

Beim Bauelement nach der Erfindung wird dieser

Fehler dadurch ausgeschaltet, indem verhindert wird, daß das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 37 unter eine vorgegebene Konstantspannung Ed abfällt. Dies wird durch eine geeignete Vorspannung E_d/ am Differenzverstärker 37 erreicht Dadurch ist eine geeignete Vorspannung zur Erhaltung von Ed= St_r gewährleistet wobei S die Steigung der Linie 50 und i_r=f,-io sind. Man beachte, daß die Linie 50 somit genau durch den Punkt fe V₀ geht und die Integration

ίο über die gesamte Breite des Impulses 49 genau wird.

Wie die F i g. 12 entsprechend dem vorstehend Gesagten veranschaulicht fällt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 37 entlang der Kurve 51 ab, integriert entlang der Linie 50 und bleibt bei 52 während

einer Zeitdauer zwischen der Rückflanke des Impulses 49 und der Vorderflanke des Impulses 53 konstant Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 37 bleibt während des Intervalls entlang der Geraden 52 konstant da während dieser Zeitdauer der Schalter 26 geöffnet ist

Der zweite Integrator 16 gemäß der F i g. 9 weist eine Eingangsleitung 54 auf, die mit dem »1 «-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 25 verbunden ist Die Inverterstufe 55 liegt zwischen der Eingangsleitung 54 und der

Steuereingangsleitung 56 des Schalters 32. Die Eingangsleitung 38 ist mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden, wie bereits erwähnt Zwischen dem Schalterkontakt 40 und einem Eingang des Verstärkers

58 liegt der Widerstand 57. Der andere Eingang liegt bei

59 an Masse. Wieder liegt ein Kondensator 60 zwischen dem Ausgang und dem mit dem Widerstand 57 verbundenen Eingang des Verstärkers 58. Das Verzögerungselement 18 liegt zwischen der Eingangsleitung 44 und der Steuereingangsleitung 61 des Schalters 33. Der Schalter 33 weist den Pol 62 und den Kontakt 63 auf. Der Pol 62 wird mit dem genannten einen Eingang des Verstärkers 58 verbunden. Der Kontakt 63 liegt an dessen Ausgang. Das Ausgangssignal des Verzögerungselementes 18 ist durch die Wellenform (i) in Fig. 12 gegeben. Die Pulsbreite und Lage der Ausgangsimpulse des Verzögerungselementes 18 müssen jedoch nicht genau mit der Wellenform (i) übereinstimmen.

Da der Rückstellvorgang des ersten Integrators 15

der F i g. 8 einen Teil der Breite der Impulse 49 und 53 einnimmt sind in Verbindung mit dem zweiten Integrator 16 der F i g. 9 keine besonderen Vorkehrungen beim zweiten Integrator 16 der F i g. 9 erforderlich. Somit bewirken die Ausgangsimpulse des Verzöge-

rungselementes 18 die Zurückstellung. Die Ausgangssignale der Verstärker 37 und 58 werden durch die Wellenform (g) bzw. (fy veranschaulicht Das Ausgangssignai des Verstärkers 58 fälli aufgrund der Rücksteüiinpulse 66 entlang der Kurve 65 auf 0 V bei 64 ab. Das

Ausgangssignal des Verstärkers 58 bleibt dann zwischen 6 und ^ bei OV und integriert von t₂ bis U. Das invertierte Eingangsimpulssignal auf der Steuereingangsleitung 56 beendet die Integration und das Ausgangssignal des Verstärkers 58 bleibt zwischen den

Zeitpunkten U und fe auf der Geraden 67 konstant

Der erste Integrator 15 und der zweite Integrator 16 integrieren also tatsächlich innerhalb des Zeitraumes zwischen /bund fe bzw. zwischen feund U. Der Schalter 26 ist somit während der Zeitdauer von Ib bis feund der

Schalter32TOn febisfcgeschlosseii-

Der erste in Fig.8 gezeigte Integrator 15 integriert wst einer Rate, welche proportional der konstanten Spannung E ist Der zweite Integrator 16 gemäß der

ir? ■ff

(D

Das Densitometer nach der Erfindung reproduziert sehr genau die Gleichung

d = AT² + B

(2)

wobei rfdie Dichte sowie A und B Konstanten sind.

Ist d_r einmal eine bekannte fest vorgegebene Dichte für die Periode T„ so gill

40

d_r = AT} + B

(3)

Nach Subtraktion der Gleichung (3) von Gleichung (2) folgt

d- d,= A (Γ- - T²) (4) so

Nach Multiplikation und Division mit 4 folgt

In der Fig. 11 ist das Ausgangssignal des Frequenzteilers 23 durch die Wellenform (a) angegeben. Es ist zu beachten, daß jeder Impuls eine Periode T und jeder

Impuls eine Breite von yhät Im Ergebnis subtrahiert die irorxihgeberschaltiing 13 eine bekannte konstante Impulsbreite -vom ersten Teil jedes der Impulse (a).

Dieser Teil sei-j-. Die Ausgangsimpulse des Gatters 14

werden bei ß/gezeigt Se W'r;r*_Orm (c) ist die invertierte Wefieaforra (»). Die Imp· ü*f (d) treten beim Ausgang der Impuebaiamg υ auf.

60

OD

F i g. 9 integriert somit mit einer Rate, die unmittelbar der auf der Eingangsleitung 38 liegenden Spannung ist, nämlich die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 37 in F i g. 8. Die Spannung auf der Eingangsleitung 38 wird zwischen fe und U, integriert, da der Schalter 32 während dieser Zeit geschlossen ist.

Die Abtast- und Speicherschaltung 10 gemäß der Fig. 10 enthält den Schalter 19 mit dem Hebel 68 und dem Kontakt 69. Die Eingangsleitung 70 zum Schalter 19 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 58 der F i g. 9 ι ο verbunden. Der Schalter 19 weist die Eingangssteuerleitung 45 auf, die mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators 42 der F i g. 8 verbunden ist Die Abtast- und Speicherschaltung der Fig. 10 tastet somit die Amplitude der Wellenform (h) zwischen to und fi, zwischen U und fs, etc. Es ist zu bemerken, daß der Schalter 19 während der Dauer der Impulse der Wellenform (f) geschlossen ist Die Schaltung 10 der Fig. 10 kann von herkömmlicher Art sein. Zwischen dem Schaltkontakt 69 und Masse liegt der Kondensator 71. Der eine Eingang des Verstärkers 72 ist mit dem Kontakt 69 des Schalters und der andere Eingang über die Leitung 73 mit Masse verbunden.

Der Vibrationsdensitometer nach der Erfindung liefert am Ausgang der Abtast- und Speicherschaltung 10 eine Gleichspannung, welche unmittelbar proportional der Dichtedifferenz zwischen der Dichte der Flüssigkeit, in welche die Densitometersonde eingetaucht ist, und einer bekannten konstanten Dichte ist

Ist /die Resonanzfrequenz der Schwinge 101, so kann die Periode Tdefiniert werden durch

Es ist zu beachten, daß die Periode zwischen den Rückflanken der Impulse (d) T beträgt Die Periode zwischen der Rückflanke des ersten und der Vorderflanke des nächsten ist somit

Die Integratoren 15 und 16 leisten daher die Berechnung

Z. Jl) (Z ₊ JL 2 2 / V 2 2

(7)

welcher Ausdruck unmittelbar proportional zu d-d_r ist. Durch Zufügung einer bekannten Konstanten d_r ist es möglich, die absolute Dichte zu erhalten.

Die Verwendung von d_r macht eine genauere Berechnung und Signalübertragung möglich, da lediglich die Differenz d-^berechnet und übertragen wird und nicht die absolute Dichte d

Es ist zu beachten, daß

A(T² - T,²) + d,

wobei

d, = AT² + B

(S)

(9)

Die Gleichung (8) gibt das Ausgangssignal des Verstärkers 72 in Ausdrücken der Spannung wieder, die unmittelbar dproportional ist

Der in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Ausdruck »Abstand« soll ohne Einschränkung der Impulsabstand von Mitte zu Mitte bedeuten.

Die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Bezeichnung »Densitometer« soll ohne Einschränkung eine Vorrichtung mit oder ohne Anwendungsmittel 115 wie beschrieben bedeuten.

Das Ausgangssignal der Abtast- und Speicherschaltung 10 gemäß der Fig. 10 liegt am Leiter 295 im Schalter 114 gemäß der F i g. 4. Der Leiter 295 liegt über dem Potentiometer 296 und einem Widerstand 297 am Potential Vi. Das Potentiometer 296 weist die Wicklung 298 und den Abgriff 299 auf. Der Verstärker 198 hat den Minus-Eingang 300 und den Plus-Eingang 301. Der Abgriff 299 wird über den Widerstand 302 mit dem Minus-Eingang 300 verbunden. Der Plus-Eingang 301 liegt am Potential Vi. Zwischen dem Potential V2 und Masse liegt der Widerstand 3S3 und das Potentiometer 304. Das Potentiometer 304 weist die Wicklung 305 und den Abgriff 306 auf. Zwischen dem Abgriff 306 und dem Minus-Eingang 300 liegt der Widerstand 307. Der Transistor 308 weist den Kollektor 309, den Emitter 310 und die Basis 311 auf. Zwischen dem Ausgang des Verstärkers 198 und der Basis 311 liegt die Diode 312. Der Kollektor 309 ist mit einer positiven Potendalquelle verbunden. Der Emitter 310 liegt am Ausgangs-Schaltpunkt 313. Der Widerstand 314 liegt zwischen dem Ausgangs-Schaltpunkt 313 und dem Mmus-Emgang 300 des Verstärkers 198. Der Verstärker 315 weist den Minus-Eingang 316 und den Plus-Eingang 317 auf. Der Ausgangs-Schaltpunkt 313 liegt über dem Widerstand 318 an Minus-Eingang 3IS. Der Phis-Emsrsn? 317 Keet am Potential Vi rw

Widerstand 319 verbindet den Minus-Eingang 316 mit dem Potential V2. Am Ausgang des Verstärkers liegen die Transistoren 320 und 321. Der Transistor 321 weist den Kollektor 325, der Emitter 326 und die Basis 327 auf. Die Basis 324 ist mit dem Ausgang des Verstärkeis 315 verbunden. Der Kollektor 322 liegt am Ausgangs-Schaltpunkt 328. Der Emitter 323 ist mit der Basis 327 verbunden. Der Emitter 326 liegt am Minus-Eingang 316 des Verstärkers 315. Mit dem Ausgangs-Schaltpunkt 328 ist der Kollektor 325 verbunden. Gegen den Ausgangs-Schaltpunkt 328 liegen in Reihe das Milliamperemeter 329, die Diode 330 und der Widerstand 331. Das Ausgangssignal des Schalters 114 auf der Leitung 332 liegt zwischen 24 mA, falls der Transistor 195 den Ausgang des Verstärkers 198 nicht gegen Masse kurzschließt Im anderen Falle ist dort ein stationärer Strom zwischen 0 und 4 mA vorhanden. Der Widerstand 333 überbrückt das Milliamperemeter 329.
Zur Eichung kann der in Fig. 1 gezeigte Oszillator

eingeschaltet werden und auf zwei Frequenzen bekannten Ausgangssignals eingestellt werden. Das Bereichsweiten-Potentiometer 296 und das Nullpunkt-Potentiometer 304 kann danach eingestellt werden. -

Die Schalter des Selbstanlauf-Osziliators 117, der Filterfrequenzsteuerschaltung 122 und des in Fig.7 gezeigten Vorwahlzählers 24 können im Bedarfsfalle gleichlaufend betrieben werden.

Aus vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß der Synchrondetektor 112 ein empfindliches Element abgibt, um zu erkennen, ob oder nicht Resonanz vorhanden ist Gleichzeitig betätigt er den Schalter 114, um ein '-onstantes Ausgangssignal abzugeben, falls die Resonanz nicht vorhanden ist

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung des auf der Leitung 127 liegenden Ausgangssignals des Verstärken 126 zur Betriebsleistungsversorgung des Eingangsschaltkreises 106 über den Transformator 143.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vibrationsdensitometer mit einer an einer Sonde befestigten Schwinge, einem zwischen einer Schwingungserregervorrichtung und einer Filteranordnung angeordneten Erregerverstärker, einem an der Sonde befestigten elektrischen Detektor zur Gewinnung eines Ausgangswechselstromsignals bei der Schwingungsfrequenz der Schwinge, einer einen ersten Verstärker enthaltenden Rückkopplungsschleife zwischen dem Ausgang des Detektors und dem Erregerverstärker zur Schwingungserregung der Schwinge bei ihrer Resonanzfrequenz, gekennzeichnet durch

ein Gleichlauffilter (109) mit einem Gleichlauffilterausgang und einem Gleichlauffiltereingang in der Rückkopplungsschleife zwischen dem Err&gerverstürker (124) und dem Ausgang des Detektors (105) und

einen mit dem Glcichlauffilterausgang verbundenen Hauptstromkreis, der eben bei Betätigung zur Konstanthaltung der Ausgangsamplitude des Hauptstromkreises und bei Nichtbetätigung zum Durchlaß der normalen Ausgangsamplitude des Hauptstromkreises befähigten Schalter (114) und einen Synchrondetektor (112) zwischen dem Gleichlauffiltereingang und dem Gleichlauffilterausgang zur Betätigung des Schalters (114) im Falle unterschiedlicher Signale und Nichtbetätigung des Schalters (114) im Falle gleicher Signale am Gleichlauffiltereingang und Gleichlauffilterausgang enthält

2. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS zwischen dem ersten Verstärker (107) und dem Gleichlauffilter ein erster Rechteckwellenwandler (108) liegt und daß der Synchrondetektor (112) mit dem Ausgang des ersten Verstärkers (107) verbunden ist

3. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zweite« Verstärker (HO), dessen Eingang mit dem Ausgang des Gleichlauffilters (109) verbunden ist, einen zweiten Rechteckwellenwandler (Ul) am Gleichlauffilterausgang, eine mit dem Gleichlauffilter (109) verbundene Filterfrequenzsteuerschaltung (122), einen mit den Ausgängen der Rechteckwellenwandler (108, 111) und der Filterfrequenzsteuerschaltung (122) verbundenen Phasendetektor (120) eine mit dem Ausgang des zweiten Rechteckwandlers (111) verbundenen Hauptstromkreis und ein zwischen dem Ausgang des zweiten Rechteckwandlers (111) und dem Synchrondetektor (112) liegendes Differenzierglied (102).

4. Vibrationsdensitometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Eingangsschaltkreis (106) mit einem Paar von Leistungsversorgungsanschlüssen (140, 141), einen eine erste Primärwicklung und eine erste Sekundärwicklung aufweisenden ersten Transformator (133), wovon die erste Primärwicklung mit dem Ausgang des Eingangsschaltkreises (106) verbunden ist, ein erstes Schaltmittel zur Anregung des Eingangsschaltkreises (106) und zur Aufprägung eines Wechselstromsignals auf die erste Primärwicklung, einen zweiten Transformator (143) mit einer zweiten Sekundärwicklung (145) und einer zweiten mit dem Ausgang des ersten Rechteckwellenwandlers (108)

verbundenen zweiten Primärwicklung (144) und zweite mit der zweiten Sekundärwicklung (145) verbundenen Schaltmittel zur Zuführung einer Leistungsversorgung an die Leistungsversorgungsanschlüsse(140,141).

5. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schaltniittel gleichrichtende Elemente enthalten, mittels der eine Gleichspannung an die Leistungsversorgungsanschlüsse (140,141) angelegt wird.

6. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 5, dadu'ch gekennzeichnet, daß der Eingangsschahkreis (106) einen Differenzverstärker (133) enthält

7. Vibrationsdensitometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsschaltkreis (106) und der erste Rechteckwellenwandler (108) je einen Verstärker (126, 133) enthalten, daß die zweite Sekundärwicklung (145) einen Mittelabgriff (148) aufweist, der mit einem der Leistungsversorgungsanschlüsse (140,141) verbunden ist und daß jedes der Enden der zweiten Sekundärwicklung (145) über je eine Diode (146,147) mit dem anderen Leistungsversorgungsanschluß verbunden ist