AT523471B1 - Verfahren zur Viskositätskorrektur bei einer Dichtemessung - Google Patents
Verfahren zur Viskositätskorrektur bei einer Dichtemessung Download PDFInfo
- Publication number
- AT523471B1 AT523471B1 ATA50039/2020A AT500392020A AT523471B1 AT 523471 B1 AT523471 B1 AT 523471B1 AT 500392020 A AT500392020 A AT 500392020A AT 523471 B1 AT523471 B1 AT 523471B1
- Authority
- AT
- Austria
- Prior art keywords
- value
- damping
- liquid
- viscosity
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000012937 correction Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 title description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 93
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 86
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 45
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
- G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
- G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/036—Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02818—Density, viscosity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Verfahren zum Ermitteln eines viskositätsbedingten Messfehlers (E) bei der Dichtemessung einer Flüssigkeit mit einem Dichtemessgerät (1), welches einen die Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwinger (2) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden weiteren Schritte aufweist: Ermitteln zumindest einer ersten Korrekturamplitude einer angeregten Schwingung bei einer ersten Temperatur (T) sowie einer zweiten Korrekturamplitude einer angeregten Schwingung bei einer zweiten Temperatur (T) während der Anpassung der Temperatur (T) der Flüssigkeit an eine Zieltemperatur (TZiel); Ermitteln von zumindest zwei Dämpfungskorrekturwerten (Dk) aus den Kehrwerten der zumindest zwei Korrekturamplituden; Bestimmung eines Steigungswertes aus einer numerischen Ableitung (dDk/dT) der Dämpfungskorrekturwerte (Dk) nach der Temperatur (T); Ermitteln eines Dämpfungswertes (D) aus dem Kehrwert der bei der Zieltemperatur (TZiel) gemessenen Amplitude (A); Ermitteln eines eindeutigen Viskositätswertes (η ) aus einer vorbestimmten, einen Maximalwert der Dämpfung (D) aufweisenden Dämpfungssättigungsfunktion (D(η)) mittels des Steigungswertes, wobei beim Schritt des Ermittelns des eindeutigen Viskositätswertes (η ) bei einem positiven Steigungswert der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (η ), welcher größer ist als der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert; bei einem negativen Steigungswert der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (η ), welcher geringer ist als der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert und bei einem Steigungswert von Null der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (η ), welcher der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert ist, ausgewählt wird; Auswählen des dem eindeutigen Viskositätswert (η ) entsprechenden Messfehlers (E) aus einer vorbestimmten Messfehlerverteilungsfunktion (E(η)).
Description
Verfahren zur Viskositätskorrektur bei einer Dichtemessung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines viskositätsbedingten Messfehlers bei der Dichtemessung einer Flüssigkeit mit einem Dichtemessgerät, welches einen die Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwinger aufweist, wobei gemäß dem Verfahren zunächst die Temperatur der Flüssigkeit einer Zieltemperatur angepasst wird, dann eine Periodendauer sowie eine Amplitude einer durch eine Anregeeinheit angeregten Schwingung des Biegeschwingers gemessen wird, und dann eine Dichte der Flüssigkeit aus der
Periodendauer ermittelt wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Dichtemessgerät zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit, umfassend einen die zu messende Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwinger, welcher zum Anpassen einer Temperatur der Flüssigkeit an eine Zieltemperatur mit einer Temperierungsvorrichtung, sowie zum Anregen einer Schwingung des Biegeschwingers mit einer Anregeeinheit verbunden ist und Temperaturmessmittel zum Messen der Temperatur der Flüssigkeit aufweist, wobei der Biegeschwinger des Weiteren zum Messen einer Periodendauer sowie einer Amplitude der Schwingung des Biegeschwingers mit einer
Messeinrichtung verbunden ist.
Die Dichtemessung von Flüssigkeiten unter Verwendung eines Biegeschwingers ist eine seit langem bekannte und weitverbreitete Methode zur Messung der Dichte von Flüssigkeiten. Hierbei wird ein Biegeschwinger, der beispielsweise als U-förmiges Rohr ausgeführt sein kann, mit der zu messenden Flüssigkeit gefüllt, und beispielsweise piezoelektrisch oder magnetisch mit einer Resonanzfrequenz des Biegeschwingers zu einer Resonanzschwingung angeregt. Durch die im Biegeschwinger enthaltene Flüssigkeit ändert sich im Vergleich zum leeren Biegeschwinger die Masse und somit in weiterer Folge die Resonanzfrequenz des Biegeschwingers. In Folge kann durch die Messung der Resonanzfrequenz des die Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwingers, beispielsweise mit einem Frequenzzähler, auf die Dichte der Flüssigkeit geschlossen werden, wobei die Dichte der Flüssigkeit direkt proportional zum
Kehrwert des Quadrats der gemessenen Resonanzfrequenz ist.
Dabei hängt die Resonanzfrequenz des Biegeschwingers einerseits von der Masse der Flüssigkeit im Biegeschwinger, und andererseits von der Viskosität der Flüssigkeit, welche ebenfalls einen Einfluss auf das Schwingungsverhalten des Biegeschwingers hat, ab. Dieser Einfluss der Viskosität der Flüssigkeit auf das Messergebnis äußert sich in einer Dämpfung der Resonanzschwingung, die eine viskositätsbedingte Verschiebung der Resonanzfrequenz des Biegeschwingers bewirkt, welche einen viskositätsbedingten Messfehler bei der Bestimmung der Dichte aus der Resonanzfrequenz verursacht. Bei niedrigviskosen
Flüssigkeiten hat die Viskosität der Flüssigkeit nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf das
Messergebnis, bei höherviskosen Flüssigkeiten nimmt der viskositätsbedingte Messfehler
jedoch stark zu.
Es sind verschiedene Lösungsansätze zur Viskositätskorrektur bekannt, welche jedoch einige
Nachteile aufweisen.
Die Patentanmeldung US2012/0073368 A1 beschreibt ein Verfahren zur Messung der Dichte einer Flüssigkeit mittels eines Biegeschwingers. In dem Verfahren wird der Biegeschwinger durch ein, von einer Anregeeinheit übertragenes, Anregungssignal zu Schwingungen bei einer Resonanzfrequenz des Biegeschwingers angeregt. Eine Pulsbreite des Anregungssignals, welche einer Schwingungsdämpfung des Biegeschwingers proportional ist, wird derart angepasst, dass eine vorbestimmte, konstante Amplitude der Schwingung des Biegeschwingers auftritt. Da die hierfür benötigte Pulsbreite von der Viskosität der Flüssigkeit abhängt, kann aus der Pulsbreite ein Wert für die Viskosität der Flüssigkeit bestimmt werden, welcher zur Korrektur der Dichte bezüglich des Viskositätseinflusses der
Flüssigkeit herangezogen werden kann.
Hierbei ist jedoch bekannt, dass der Zusammenhang zwischen der Schwingungsdämpfung und der Viskosität mehrdeutig ist, da die Schwingungsdämpfung des Biegeschwingers bis zu einer Grenzviskosität, bei der ein Maximalwert der Schwingungsdämpfung auftritt, zunimmt, und bei Viskositätswerten, welche über der Grenzviskosität liegen, wieder abnimmt. Somit
existieren zu im Wesentlichen jedem Wert der Dämpfung zwei Viskositätswerte.
Deshalb besteht der Nachteil dieses Verfahrens darin, dass man nicht bestimmen kann, welcher der beiden in Frage kommenden Viskositätswerte der korrekte Wert ist, wodurch eine
eindeutige Viskositätskorrektur nicht möglich ist.
Ein weiteres, aus der Patentschrift US 6,334,356 B1 bekanntes Verfahren zur Bestimmung eines viskositätsbedingten Messfehlers bei der Dichtebestimmung einer Flüssigkeit mittels eines Biegeschwingers nutzt ebenfalls die Abhängigkeit der Schwingungsdämpfung des Biegeschwingers von der Viskosität der Flüssigkeit. In der US 6,334,356 B1 werden zwei Schwingungsmoden des Biegeschwingers angeregt, wobei eine erste Schwingungsdämpfungskurve des Biegeschwingers bei einer Grundfrequenz sowie eine zweite Schwingungsdämpfungskurve des Biegeschwingers bei einer Oberfrequenz gemessen wird. Durch den Vergleich der beiden gemessenen Schwingungsdämpfungskurven kann ein eindeutiger Viskositätswert, und aus diesem ein eindeutiger Korrekturwert zur Ermittlung
einer korrigierten Dichte aus einer gemessenen, unkorrigierten Dichte ermittelt werden.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Biegeschwinger zu mehreren Schwingungen bei mehreren Frequenzen angeregt werden muss. Die Messung bei einer Oberfrequenz des Biegeschwingers ist für Biegeschwinger aus Metall, insbesondere wenn es sich um einen hochfrequenten X-Biegeschwinger handelt, nämlich nachteilig, da einerseits bei dieser Art von Biegeschwingern die Schwingung bei der Oberfrequenz für den Benutzer als akustisch unangenehm empfunden wird, und andererseits eine sehr hohe Frequenzauflösung des Dichtemessgeräts erforderlich ist, was wiederum den apparativen Aufwand erhöht. Des Weiteren ist die Messung der zweiten Schwingungsdämpfungskurve des Biegeschwingers bei der Oberfrequenz mit einer großen Messungenauigkeit behaftet, welche sich durch den Vergleich der beiden gemessenen Schwingungsdämpfungskurven auf
das Ermitteln des eindeutigen Viskositätswertes überträgt.
Des Weiteren offenbart die Patentschrift AT 505 985 B1 ein Verfahren zum Ermitteln eines Korrekturwertes zur Korrektur eines viskositätsbedingten systematischen Messfehlers bei der Dichtebestimmung einer Flüssigkeit, welche in einem Biegeschwinger angeordnet ist. In dem Verfahren wird der Biegeschwinger während des Messvorgangs zu einer Schwingung in einer Grundfrequenz sowie zu einer Schwingung in einer Oberfrequenz des Biegeschwingers angeregt. Aus den beiden Schwingungen werden zwei unkorrigierte Dichten ermittelt. Aus der relativen Differenz der unkorrigierten Dichten kann mittels einer von der relativen Differenz abhängigen und vorbestimmbaren Korrekturwertefunktion ein Korrekturwert zur
Ermittlung einer korrigierten Dichte ermittelt werden.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass zur Ermittlung einer tatsächlichen Dichte mehrere Dichtemessungen bei verschiedenen Anregungsfrequenzen durchgeführt werden müssen, weshalb in dem zum Ermitteln der korrigierten Dichte verwendeten Dichtemessgerät aufwändige Elektronikkomponenten verbaut sein müssen, wodurch ein hoher apparativer
Aufwand gegeben ist.
Somit besteht nach wie vor ein Bedarf nach einer verbesserten Ermittlung eines viskositätsbedingten Messfehlers bei der Dichtemessung einer Flüssigkeit mit einem
Dichtemessgerät, welches einen die Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwinger aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren sowie ein Dichtemessgerät
bereitzustellen, welche die Nachteile des Stands der Technik vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Ermitteln eines viskositätsbedingten Messfehlers bei der Dichtemessung einer Flüssigkeit mit einem Dichtemessgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einem Dichtemessgerät zum
Messen einer Dichte einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Ermitteln zumindest einer ersten Korrekturamplitude einer angeregten Schwingung bei einer ersten Temperatur sowie einer zweiten Korrekturamplitude einer angeregten Schwingung bei einer zweiten Temperatur während der Anpassung der Temperatur der Flüssigkeit an die Zieltemperatur;
Ermitteln von zumindest zwei Dämpfungskorrekturwerten aus den Kehrwerten der zumindest zwei Korrekturamplituden;
Bestimmung eines Steigungswertes aus einer numerischen Ableitung der Dämpfungskorrekturwerte nach der Temperatur;
Ermitteln eines Dämpfungswertes aus dem Kehrwert der bei der Zieltemperatur gemessenen Amplitude;
Ermitteln eines, dem ermittelten Dämpfungswert entsprechenden, eindeutigen Viskositätswertes aus einer vorbestimmten, einen Maximalwert der Dämpfung aufweisenden Dämpfungssättigungsfunktion mittels des Steigungswertes, wobei beim Schritt des Ermittelns des eindeutigen Viskositätswertes (negq) bei einem positiven Steigungswert der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (nea), welcher größer ist als der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert; bei einem negativen Steigungswert der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (n.q), welcher geringer ist als der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert und bei einem Steigungswert von Null der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (nea), welcher der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert ist, ausgewählt wird;
Auswählen des dem eindeutigen Viskositätswert entsprechenden Messfehlers aus einer
vorbestimmten Messfehlerverteilungsfunktion.
Hierdurch ist einerseits der Vorteil erhalten, dass der Kehrwert der Amplitude der Schwingung des Biegeschwingers, welche während dem Messvorgang kontinuierlich aufgezeichnet wird, als Maß für die Schwingungsdämpfung herangezogen wird. Die Amplitudenmessung ist im Vergleich zu Verfahren, bei denen die Güte der Schwingung des Biegeschwingers als Maß für die Schwingungsdämpfung in einer weitaus aufwändigeren Messung bestimmt wird, mit einem geringeren apparativen Aufwand verbunden, sowie genauer und schneller messbar.
Darüber hinaus kann bereits während der Anpassung der Temperatur der Flüssigkeit an die Zieltemperatur mittels der Dämpfungssättigungsfunktion und dem Steigungswert ein eindeutiger Viskositätswert ermittelt werden, anhand dessen der Messfehler ausgewählt wird. Somit wird vermieden, dass bei jedem Messvorgang mehrere Werte der Dichte oder Güte ermittelt werden müssen, womit zusätzlich Messzeit eingespart wird, ohne an
Messgenauigkeit einzubüßen.
Erfindungsgemäß ist beim Schritt des Ermittelns des eindeutigen Viskositätswertes bei einem positiven Steigungswert der dem Dämpfungswert entsprechende eindeutige Viskositätswert größer als der dem Maximalwert der Dämpfung entsprechende Viskositätswert, und bei einem negativen Steigungswert der dem Dämpfungswert entsprechende eindeutige Viskositätswert geringer als der dem Maximalwert der Dämpfung entsprechende Viskositätswert. Bei einem Steigungswert von Null ist der dem Dämpfungswert entsprechende eindeutige Viskositätswert
jener Viskositätswert, welcher dem
Maximalwert der Dämpfung entspricht. Somit kann vorteilhafterweise bereits aus einer einmalig vorzunehmenden Messung von jeweils zwei Messwerten der Temperatur und der Amplitude bestimmt werden, welcher der beiden Viskositätswerte, welche während dem Messvorgang für die Viskositätskorrektur in Frage kommen, oder ob der dem Maximalwert
der Dämpfung entsprechende Viskositätswert für die Korrektur herangezogen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zum Ermitteln eines viskositätsbedingten Messfehlers anschließend an das Auswählen des Messfehlers mit Hilfe des ausgewählten Messfehlers die Dichte korrigiert. Somit kann in einfacher Art und
Weise die korrigierte Dichte durch das Dichtemessgerät ermittelt werden.
Die Messeinrichtung des erfindungsgemäßen Dichtemessgerätes ist mit einer Recheneinheit verbunden, welche dazu ausgebildet ist, die korrigierte Dichte der Flüssigkeit aus der gemessenen Periodendauer, der gemessenen Amplitude sowie der gemessenen Temperatur zu ermitteln. Hierdurch ist der Vorteil erhalten, dass die korrigierte Dichte mittels der Recheneinheit schnell und einfach ermittelt werden kann. Insbesondere kann die Recheneinheit die vorbestimmte Dämpfungssättigungsfunktion sowie die vorbestimmte Fehlerverteilungsfunktion verwenden, um die korrigierte Dichte aus den gemessenen
Periodendauern, Amplituden und Temperaturen zu ermitteln.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Dichtemessgerätes ist der Biegeschwinger aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt. Somit kann vorteilhafterweise die Amplitude der Schwingung des Biegeschwingers mit einer besonders hohen Genauigkeit
gemessen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Dichtemessgerätes sind die Temperaturmessmittel Heißleiter. Somit kann die Temperatur der Flüssigkeit, welche sich in dem Biegeschwinger befindet, besonders einfach gemessen werden, indem Heißleiter an der Oberfläche des Biegeschwingers positioniert werden und aus der Widerstandsänderung der Heißleiter Rückschlüsse auf die Temperatur der Flüssigkeit gezogen werden. Insbesondere können zur Temperaturmessung ein einzelnes oder mehrere einzelne Heißleiterelemente an einem einzelnen Oberflächensegment oder mehreren verschiedenen Oberflächensegmenten
des Biegeschwingers positioniert werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten eines
Dichtemessgerätes gemäß Anspruch 4.
Figur 2 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf von Dämpfungskorrekturwerten zweier verschiedener Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur der Flüssigkeiten darstellt.
Figur 3 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf einer Schwingungsdämpfung eines Biegeschwingers in Abhängigkeit von der Viskosität einer Flüssigkeit darstellt.
Figur 4 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf einer Messfehlerverteilungsfunktion in
Abhängigkeit von der Viskosität einer Flüssigkeit darstellt.
Figur 1 zeigt ein Dichtemessgerät 1, welches einen Biegeschwinger 2 aufweist, welcher mit der zu messenden Flüssigkeit gefüllt ist. Der Biegeschwinger 2 wird mit Hilfe einer Anregeeinheit 3 zu Schwingungen angeregt. Darüber hinaus ist der Biegeschwinger 2 mit einer Temperierungsvorrichtung 4 verbunden, welche dazu ausgebildet ist, die Temperatur T der Flüssigkeit im Biegeschwinger 2 an eine Zieltemperatur Tzieı anzupassen. Zur Messung der Temperatur T der Flüssigkeit ist der Biegeschwinger 2 mit Temperaturmessmitteln 5 verbunden.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform des Dichtemessgerätes 1 sind die Temperaturmessmittel 5 an einem Ende des Biegeschwingers 2 an einer von der Schwingung des Biegeschwingers 2 nicht beeinflussten Stelle positioniert. Es ist aber möglich, dass die Temperaturmessmittel an einer anderen, von der Schwingung des Biegeschwingers 2 nicht beeinflussten Stelle des Biegeschwingers 2 vorgesehen sind. Darüber hinaus können die Temperaturmessmittel 5 auch mehrere Temperaturmesselemente umfassen, die an mehreren von der Schwingung des Biegeschwingers 2 nicht beeinflussten Positionen des Biegeschwingers 2 vorgesehen sind.
Des Weiteren ist der Biegeschwinger 2 zum Messen einer Periodendauer sowie einer Amplitude A der Schwingung des Biegeschwingers 2 mit einer Messeinrichtung 6 verbunden, welche wiederum mit einer Recheneinheit 7 verbunden ist. Die Recheneinheit 7 ist dazu ausgebildet die korrigierte Dichte der Flüssigkeit aus der gemessenen Periodendauer, der
gemessenen Amplitude A sowie der gemessenen Temperatur T zu ermitteln.
Figur 2 zeigt ein Diagramm 8, welches den Verlauf von Dämpfungskorrekturwerten Dr zweier verschiedener Flüssigkeiten in Abhängigkeit von der sich während der Zeit des Temperaturangleiches ändernden Temperatur T der Flüssigkeiten im Bereich ihrer Zieltemperatur Tzieı darstellt. In dem Diagramm 8 sind zwei Dämpfungskorrekturkurven 11,
14 sowie vier Dämpfungskorrekturmesswerte 9, 10, 12, 13 zweier Flüssigkeiten abgebildet.
Die beiden Flüssigkeiten unterscheiden sich bezüglich ihrer Viskosität n, wobei eine erste Flüssigkeit eine höhere Viskosität n aufweist als eine zweite Flüssigkeit. Die Dämpfungskorrekturkurve 11 der ersten Flüssigkeit kann beispielsweise durch einen Fit
durch die bei zwei verschiedenen Temperaturen T während des Temperaturangleiches der
Probe gemessenen Dämpfungskorrekturmesswerte 9, 10 der ersten Flüssigkeit ermittelt werden.
Die Dämpfungskorrekturkurve 14 der zweiten Flüssigkeit kann beispielsweise durch einen Fit durch die bei zwei verschiedenen Temperaturen T während des Temperaturangleiches der Probe gemessenen Dämpfungskorrekturmesswerte 12, 13 der zweiten Flüssigkeit ermittelt
werden.
Die Dämpfungskorrekturkurven können alternativ auch durch einen Fit durch mehr als zwei Dämpfungskorrekturmesswerte ermittelt werden sowie unterschiedliche Formen,
beispielsweise eine exponentielle Form, aufweisen.
Wie Figur 2 zu entnehmen ist, ist ein Steigungswert der Dämpfungskorrekturkurve 11 der höherviskosen ersten Flüssigkeit positiv, da die Dämpfungskorrekturwerte Dx der ersten Flüssigkeit mit steigender Temperatur T der ersten Flüssigkeit ansteigen.
Da die Viskosität n der ersten Flüssigkeit mit steigender Temperatur T der ersten Flüssigkeit abnimmt, ist dies äquivalent mit der Aussage, dass die Dämpfungskorrekturwerte Dx der
ersten Flüssigkeit mit abnehmender Viskosität 1 der ersten Flüssigkeit ansteigen.
Wie Figur 2 des Weiteren entnommen werden kann, ist der Steigungswert der Dämpfungskorrekturkurve 14 der niederviskosen zweiten Flüssigkeit negativ, da die Dämpfungskorrekturwerte Dx der zweiten Flüssigkeit mit steigender Temperatur T der zweiten Flüssigkeit abnimmt.
Da die Viskosität n der zweiten Flüssigkeit mit steigender Temperatur T der zweiten Flüssigkeit abnimmt, ist dies äquivalent mit der Aussage, dass die Dämpfungskorrekturwerte
Dx der zweiten Flüssigkeit mit abnehmender Viskosität n der zweiten Flüssigkeit abnimmt.
Figur 3 zeigt in einem Diagramm 15 den Verlauf einer Schwingungsdämpfung D eines Biegeschwingers 2 in Abhängigkeit von der Viskosität 1 einer Flüssigkeit, wobei aus Darstellungsgründen die Werte der Dämpfung D zur besseren Veranschaulichung gegen die Wurzel der Viskosität 1 aufgetragen sind. Die resultierende Kurve wird im Folgenden als Dämpfungssättigungsfunktion 16 bezeichnet.
Die Dämpfungssättigungsfunktion 16 kann beispielsweise bei einer Kalibrierung des Dichtemessgerätes 1 vor der Messung bestimmt werden, wobei die Kalibrierung insbesondere mittels verschiedener Viskositätseichöle, welche jeweils eine bekannte Viskosität 1
aufweisen, durchgeführt werden kann.
Wie Figur 3 zu entnehmen ist, weist die Dämpfungssättigungsfunktion 16 zwei Äste auf,
welche durch einen Maximalwert der Dämpfung D bei einer Grenzviskosität 17 getrennt sind.
Auf einem linken Ast der Dämpfungssättigungsfunktion 16 steigt die Dämpfung D mit steigender Viskosität 1 an, während auf einem rechten Ast der Dämpfungssättigungsfunktion 16 die Dämpfung D mit steigender Viskosität 1 abnimmt.
Durch das Vorhandensein der beiden Äste ist ersichtlich, dass im Wesentlichen zu jedem
Wert der Dämpfung D zwei korrespondierende Werte der Viskosität 1 existieren.
Zur Bestimmung eines eindeutigen Viskositätswertes 1eq aus einem ermittelten Dämpfungswert D mittels der Dämpfungssättigungsfunktion 16 kann nun der Steigungswert der Flüssigkeit herangezogen werden, um zu entscheiden, auf welchem der beiden Äste der
eindeutigen Viskositätswert n.q liegt.
Es kann davon ausgegangen werden, dass nur Flüssigkeiten gemessen werden, deren Viskosität mit steigender Temperatur abnimmt. Deshalb kann die Änderung der Schwingungsdämpfung in Abhängigkeit von der sich während der Angleichszeit ändernden
Temperatur betrachtet werden, ohne die Viskosität der Flüssigkeit explizit messen zu müssen.
Ist der Steigungswert einer Flüssigkeit positiv, so befindet sich der eindeutige Viskositätswert neq auf dem rechten Ast der Dämpfungssättigungsfunktion 16, da die Dämpfung D der Flüssigkeit mit abnehmender Viskosität 1 der Flüssigkeit ansteigt.
Ist der Steigungswert einer Flüssigkeit hingegen negativ, so befindet sich der eindeutige Viskositätswert neq auf dem linken Ast der Dämpfungssättigungsfunktion 16, da die Dämpfung D mit abnehmender Viskosität 1 der Flüssigkeit abnimmt.
Figur 4 zeigt ein Diagramm 18, welches den Verlauf zweier Messfehlerverteilungsfunktionen E(n) in Abhängigkeit von der Viskosität 1 einer Flüssigkeit darstellt. Analog zu Figur 3 sind in Figur 4 die Werte der Messfehler E zur besseren Veranschaulichung gegen die Wurzel der Viskosität 1 aufgetragen.
Der Verlauf der Messfehlerverteilungsfunktionen E(n) ist abhängig von der Geometrie des Biegeschwingers 2, von dem Material, aus dem der Biegeschwinger 2 gefertigt ist, von der Schwingungsmode, im welcher die Messung durchgeführt wird und von der
Phasenverschiebung zwischen der Schwingungsanregung des Biegeschwingers 2 und dem
Auslesen der Messwerte durch die Auswerteeinheit 6.
Die Messfehlerverteilungsfunktion E(n) in Figur 4 entspricht einer Phasendifferenz von 45°
zwischen einer Anregung und einem Auslesen einer Schwingung eines Biegeschwingers 2.
Aus der in Fig. 4 dargestellten Messfehlerverteilungsfunktion E(n) ist ersichtlich, dass ein Messfehler E bei einer Phasendifferenz von 45° im Bereich niedriger Viskosität 1 der Flüssigkeit im Wesentlichen Null beträgt und erst bei höheren Werten der Viskosität 7
ansteigt.
Claims (5)
1. Verfahren zum Ermitteln eines viskositätsbedingten Messfehlers (E) bei der Dichtemessung einer Flüssigkeit mit einem Dichtemessgerät (1), welches einen die Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwinger (2) aufweist, wobei gemäß dem Verfahren zunächst die Temperatur (T) der Flüssigkeit einer Zieltemperatur (Tziel) angepasst wird, eine Periodendauer sowie eine Amplitude (A) einer durch eine Anregeeinheit (3) angeregten Schwingung des Biegeschwingers (2) gemessen wird und dann eine Dichte der Flüssigkeit aus der Periodendauer ermittelt wird, wobei das Verfahren durch die folgenden weiteren Schritte gekennzeichnet ist:
Ermitteln zumindest einer ersten Korrekturamplitude einer angeregten Schwingung bei einer ersten Temperatur (T) sowie einer zweiten Korrekturamplitude einer angeregten Schwingung bei einer zweiten Temperatur (T) während der Anpassung der Temperatur (T) der Flüssigkeit an die Zieltemperatur (T ziel);
Ermitteln von zumindest zwei Dämpfungskorrekturwerten (Dx}) aus den Kehrwerten der zumindest zwei Korrekturamplituden;
Bestimmung eines Steigungswertes aus einer numerischen Ableitung (dDx/dT) der Dämpfungskorrekturwerte (DK) nach der Temperatur (T);
Ermitteln eines Dämpfungswertes (D) aus dem Kehrwert der bei der Zieltemperatur (Tziel) gemessenen Amplitude (A);
Ermitteln eines, dem ermittelten Dämpfungswert (D) entsprechenden, eindeutigen Viskositätswertes (neq) aus einer vorbestimmten, einen Maximalwert der Dämpfung (D) aufweisenden Dämpfungssättigungsfunktion (16) mittels des Steigungswertes, wobei beim Schritt des Ermittelns des eindeutigen Viskositätswertes (nea) bei einem positiven Steigungswert der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (n.q), welcher größer ist als der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert; bei einem negativen Steigungswert der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (na), welcher geringer ist als der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert und bei einem Steigungswert von Null der dem Dämpfungswert (D) entsprechende eindeutige Viskositätswert (n24), welcher der dem Maximalwert der Dämpfung (D) entsprechende Viskositätswert ist, ausgewählt wird;
Auswählen des dem eindeutigen Viskositätswert (nea) entsprechenden Messfehlers (E) aus
einer vorbestimmten Messfehlerverteilungsfunktion (E(n));
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des viskositätsbedingten Messfehlers (E) anschließend an das Auswählen des Messfehlers (E) mit Hilfe des ausgewählten Messfehlers (E) die Dichte korrigiert wird.
3. Dichtemessgerät zum Messen einer Dichte einer Flüssigkeit, umfassend einen die zu messende Flüssigkeit beinhaltenden Biegeschwinger (2), welcher zum Anpassen der Temperatur (T) der Flüssigkeit an eine Zieltemperatur (Tzieı) mit einer Temperierungsvorrichtung (4), sowie zum Anregen einer Schwingung des Biegeschwingers (2) mit einer Anregeeinheit (3) verbunden ist und Temperaturmessmittel (5) zum Messen der Temperatur (T) der Flüssigkeit aufweist, wobei der Biegeschwinger (2) des Weiteren zum Messen einer Periodendauer sowie einer Amplitude (A) der Schwingung des Biegeschwingers (2) mit einer Messeinrichtung (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (6) mit einer Recheneinheit (7) verbunden ist, welche dazu ausgebildet ist, die korrigierte Dichte der Flüssigkeit mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 aus der gemessenen Periodendauer, der gemessenen Amplitude (A) sowie der
gemessenen Temperatur (T) zu ermitteln.
4. Dichtemessgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeschwinger (2)
aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt ist.
5. Dichtemessgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperaturmessmittel (5) Heißleiter sind.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50039/2020A AT523471B1 (de) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | Verfahren zur Viskositätskorrektur bei einer Dichtemessung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50039/2020A AT523471B1 (de) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | Verfahren zur Viskositätskorrektur bei einer Dichtemessung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT523471A1 AT523471A1 (de) | 2021-08-15 |
| AT523471B1 true AT523471B1 (de) | 2022-08-15 |
Family
ID=77411352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ATA50039/2020A AT523471B1 (de) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | Verfahren zur Viskositätskorrektur bei einer Dichtemessung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT523471B1 (de) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT409551B (de) * | 1999-09-30 | 2002-09-25 | Kyoto Electronics Mfg | Verfahren zur bestimmung der viskosität |
| DE102008051654A1 (de) * | 2007-11-16 | 2009-05-20 | Labor für Messtechnik Dr. Hans Stabinger GmbH | Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Dichte von fluiden Medien |
| EP2952874A1 (de) * | 2014-05-28 | 2015-12-09 | Anton Paar GmbH | Verfsahren zur ermittlung eines dichtewertes |
-
2020
- 2020-01-21 AT ATA50039/2020A patent/AT523471B1/de active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT409551B (de) * | 1999-09-30 | 2002-09-25 | Kyoto Electronics Mfg | Verfahren zur bestimmung der viskosität |
| DE102008051654A1 (de) * | 2007-11-16 | 2009-05-20 | Labor für Messtechnik Dr. Hans Stabinger GmbH | Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Dichte von fluiden Medien |
| EP2952874A1 (de) * | 2014-05-28 | 2015-12-09 | Anton Paar GmbH | Verfsahren zur ermittlung eines dichtewertes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT523471A1 (de) | 2021-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2857924C2 (de) | Vorrichtung zur Messung der Dichte von Flüssigkeiten | |
| EP4060295B1 (de) | Verfahren zur kompensation des einflusses der reynolds-zahl auf die messung eines coriolis-massendurchflussmessgeräts und derartiges gerät | |
| DE3788425T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur messung der dicke einer unbekannten flüssigkeit mit einem coriolis-messgerät. | |
| DE60009065T2 (de) | Messgerät mit schwingendem rohr | |
| EP3472578B1 (de) | Vibronischer sensor und verfahren zum betreiben eines vibronischen sensors | |
| EP3256822B1 (de) | Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung zumindest einer prozessgrösse eines mediums und entsprechendes verfahren | |
| WO2009037050A1 (de) | Verfahren zur bestimmung und/oder überwachung der viskosität und entsprechende vorrichtung | |
| DE2852572A1 (de) | Einrichtung und verfahren zum messen einer fluiddichte | |
| DE4035240A1 (de) | Messen und steuern des beschichtens auf einem piezoelektrischen messkristall | |
| AT516420B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Dichte eines Fluids | |
| EP3655752B1 (de) | Vorrichtung zur messung von viskositäten | |
| EP4323747B1 (de) | Dichtemessgerät mit mindestens einem messrohr sowie verfahren zum betreiben und verfahren zum justieren eines solchen dichtemessgerätes | |
| EP3006916B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der füllqualität eines biegeschwingers | |
| DE102010006224A1 (de) | Verfahren zur Ermittlung einer Kenngröße für die Korrektur von Messwerten eines Coriolis-Massedurchflussmessgeräts | |
| EP2952874B1 (de) | Verfahren zur ermittlung eines dichtewertes | |
| EP3332228B1 (de) | Verfahren zum ermitteln eines physikalischen parameters eines gases | |
| EP3015846A1 (de) | Verfahren zur ermittlung des befüllungsgrads eines schwingerrohrs eines biegeschwingers und biegeschwinger | |
| EP0379840B1 (de) | Stimmgabel-Quarz-Manometer | |
| EP4251969B1 (de) | Verfahren und messgerät zur bestimmung eines viskositätsmesswerts sowie verfahren und messanordnung zum bestimmen eines durchflussmesswerts | |
| AT523471B1 (de) | Verfahren zur Viskositätskorrektur bei einer Dichtemessung | |
| EP3517929B1 (de) | Verfahren zur messung der dichte eines durch ein rohr strömenden oder sich in einem rohr befindlichen mediums, messgerät und datenträger | |
| DE3145309A1 (de) | Messverfahren zur bestimmung der dicke duenner schichten | |
| AT505985B1 (de) | Verfahren zum ermitteln eines korrekturwertes | |
| AT522941A1 (de) | Schwinger zur Dichtemessung einer Flüssigkeit | |
| AT409551B (de) | Verfahren zur bestimmung der viskosität |