确定频率振荡器振荡器管的填充程度的方法和频率振荡器的制造方法
【技术领域】
[000。 本发明设及用于确定具有将被研究的流体的频率振荡器（f r e q U e n C y oscillator)的振荡器管的填充程度的方法，特别与该振荡器管中的流体的密度测量有关。 此外，本发明设及根据专利权利要求6前序的振荡器U-管。
【背景技术】
[0002] 通过频率振荡器的流体介质密度的测量是基于W下事实:填充有将被调查的样品 的中空体的振荡(特别地，其中质量或者体积是常数)是填充的介质的密度的函数。
[0003] 振荡器U-管由中空U-形玻璃或者金属管形成，其通过电子振荡激发，特别地是W 共振振荡。U-形管的两个腿形成振荡器U-管的弹性元件（spring element)。1]-形管的固有 频率被实际参与振荡的并且在管中的样品的那个部分所影响。参与振荡的体积由在管的两 个夹住点（clamping point)处的静止振荡节点（quiescent oscillation node)所限制。如 果振荡器U-管被完全地填充样品至少直到夹住点，则相同的准确定义的体积参与振荡，W 及样品的质量可W因此被假设与它的密度成比例。振动器(V化rator)的超过夹住点的过量 填充对于所述测量不相关。由于运个原因，介质的密度能够在通过振荡器或者振荡器管的 流动中用振荡器测量。可是，当振荡器管没有被完全填充时，问题出现。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种用于确定具有将被研究的流体的振荡器管的振荡器的填充程度 的方法，特别与用此振荡器管的流体的密度测量有关，所述方法特征在于:通过对于将被调 查的所述流体的或者对于拥有各种粘度的流体的调整或者校准标准，频率振荡器(60)的阻 尼和/或振荡振幅与所述振荡器管(9)的所述填充程度之间的关系被确定，W及在确定所述 填充程度的过程中，对于所述频率振荡器的阻尼和/或振荡振幅的有关参数被测量，W及此 测量的值被认为有关于并且函数地相关于所述填充程度，W及能够被用于评估或者确定所 述填充程度。
[0005] 本发明还提供一种具有与流体的密度测量相关的用于确定带有将被调查的流体 的频率振荡器的振荡器管(9)的填充程度的单元的所述频率振荡器，所述单元特别使用根 据权利要求1至6中的任一项所述的方法，所述频率振荡器特征在于：与所述频率振荡器协 调的所述单元包括存储器单元(80)，W用于所述频率振荡器的阻尼和/或振荡振幅与所述 振荡器管(9)的所述填充程度之间的关系，所述关系通过特别是对于拥有各种粘度的流体 的调整或者校准标准来确定，W及所述频率振荡器具有评估单元W评估对于所述频率振荡 器的所述阻尼有关的W及在所述填充程度的确定期间收集的参数。
【附图说明】
[0006] 图1和图2示出采用具有质量平衡的双弯(double bend)振荡器的形式的根据本发 明的频率振荡器的基本原理。
[0007] 图3示意性地示出叮-振荡器"的情形。
[0008] 图4示出水的测量中对于同一个振荡器一次具有W及一次没有气体气泡的不同振 幅。
[0009] 图5针对同质填充的振荡器和异质填充的振荡器示出Bode图中振幅频谱的加宽。
[0010] 图6示出如果拾取和激发的相角不匹配，则作为结果的频率f2轻微不同于共振频 率。
[0011] 图7示出根据本发明的振荡U布置的示意图。
【具体实施方式】
[0012] 图1和2示出采用具有质量平衡的双弯振荡器的形式的根据本发明的频率振荡器 的基本原理，但是任何另外的插入的阻尼(damping)元件(如果必需)在此处没有示出。此双 弯振荡器60具有4个U-形振荡器管9,它们的末端或者腿10、11被连接至一个末端连接2、3。 为了执行密度测量，管9具有经由末端连接或者载体(carrier) 2、3而流动通过的流体。在弯 曲段5、5^中，具有基体(base)4的管9的纵向中屯、区域朝末端连接2、3的方向弯曲或者折回 W便形成另外的腿12、13,如能够在图2中被看到的。在弯曲段5的至少一个中具有振荡激发 器7,而在相应的相对弯曲区域5/中具有测量单元/，对于至少一个振荡参数(优选地，振荡 振幅），其对于振荡的激发而被使用或者被考虑。因此，实际上，一个或者两个振荡激发器7 和一个或者两个测量单元7/被提供。在振荡激发器7接收来自测量单元7/的信号时，管9和 弯曲段5、5^被振荡，其中弯曲段5、5^朝向W及然后离开彼此地摆动，如由箭头6示出。振荡 参数由采用振荡探测器的形式的测量单元7噪拾取(pick up)。振荡激发和振荡拾取是通过 测量或者传感器电子器件40或者通过被连接的如示出的控制单元(特别地，连接着振荡激 发器7和振荡测量单元/)而有利地电磁地控制和监视的参数。取决于测量单元/的测量的 值，振荡激发器7被控制W在指定的时间推动或者激发振荡管。
[0013] 振荡器管的夹住点总是将被当作振荡的系统的所谓结点（nodal points),但是， 可是，在运些支持和夹住点之上填充振荡器管在振荡中没有扮演角色，并且不影响测量。
[0014] 于图3中示意性示出的"Y-振荡器"的情形，U-形弯曲管1对由管1的两个腿2、3延伸 的平面而W直角(ri曲t angle)来振荡。原则上，振荡模式被激发W将弯曲管9的腿2、3在此 平面相对彼此地振荡。W运种方式，某些共振频率对于振荡器是可得到的，其中振荡器和管 9几乎无阻尼地振荡。
[0015] 除设备常数(诸如，例如振荡器的材料和尺寸)之外，将被研究的流体的密度确定 特定频率化-管W其共振）。因此，如果总是使用相同的管(特别地，玻璃管或者金属管），则 振荡器的特性随流体的密度而变化。共振频率根据振荡的激发和拾取W及从周期而被评估 (其中，填充的流体的密度是确定的）。振荡器通过已知密度的流体来被调整或者校准，使得 测量的值能够被直接评估。
[0016] 此系统的对于周期P的基本频率(fundamen化1打equency)是：
[0018] 通过变换得到密度：
[0017] (1) W19]
(2)
[0020] 其中，m是振荡质量，P是流体的密度，V是管的体积，W及R是振荡器的常数，其中 (除了其它因素 W外)所用振荡器的材料和波形是输入。
[0021] 相应振荡器的校准常数A和B通过用已知密度的流体来测量而被确定，并且存储在 振荡器的评估单元中。
[0022] 因此，在频率振荡器的情形中，为了推断介质的密度，改变振荡模式的固有频率 和/或周期P与用流体来填充管是相同的。
[0023] 除了具有大的配重（counterwei曲t)的实验室振荡器之外，双弯振荡器也是已知 的，其通过两个U-管(其相对彼此W很好的精度振荡）的使用而使得大配重的使用是不必需 的，W及因此，对于轻的和小的手持仪器也合适。
[0024] 在大多数应用中，运些手上密度测量装置大量地用于研究特定的水溶液，诸如，果 酒和啤酒工业中的发酵样品，其中水的粘度值几乎没有不同。
[0025] 备选的是，存在用于特殊应用的密度测量装置，其使用已经可利用来校正频率振 荡器的密度值的输出的校准常数而在每个特别的应用中考虑流体的粘度值。因此，粘度能 够经由阻尼测量来校正。可是，对于特殊的应用，通过阻尼测量的密度测量的粘度校正不是 必需的。
[0026] 已知的是，将被调查的介质的粘度对密度测量的结果具有影响。各种校正方法已 知用于此粘度校正，其中它们基于W下事实:振荡器的阻尼与粘度在操作上关连，并且此关 系能够通过测量阻尼参数的特性而被评估。运假设振荡器管是无气泡的，或者填充的流体 示出没有异质体（inhomogeneity)。
[0027] 本发明具有探测或确定填充程度的任务，其中除了频率振荡器的固有频率之外， 还测量频率振荡器的阻尼，W及做出与振荡管中填充异质体有关的评估。所述阻尼或对于 所述阻尼有关的参数因此被用于填充中的异质体和/或气泡的探测。
[0028] 此目标通过具有权利要求1的特征部分中指定特征的、W上提及的类型的方法来 实现。它旨在
[0029] -通过对于将被测试的流体的或者对于拥有各种粘度的流体的调整或者校准标 准，频率振荡器的阻尼和/或振荡振幅与振荡器管的填充程度之间的关系被确定，W及
[0030] -在确定填充程度的过程中，对于频率振荡器的阻尼和/或振荡振幅的有关的参数 被测量，W及此测量的值被认为与填充程度有关并且与填充程度处于函数关系中，W及能 够被用于评估或者确定填充程度。
[0031] 令人惊讶地，发现在将被调查的流体中，对于异质体(特别地，气体气泡)的存在和 范围（extent),精确的测量能够得到（即使两个管腿的填充程度不同）。此外，两个管腿中异 质体和气泡的不同分布不会影响测量结果至无法接受的范围。在根据发明的方法中，不规 则分布的异质体的预期影响不扮演重要的角色。
[0032] 如果人关于频率振荡器的共振频率周围的更宽频谱上的振幅来调查频率振荡器 (在此情形中：水，在流体中一次具有W及一次没有气体气泡），我们看到明显不同的行为， 如在图4中所示。
[0033] 图4示出水的测量中对于同一个振荡器一次具有W及一次没有气体气泡的不同振 幅。通过频谱中更宽的"模糊"幅峰，人在此处能够明显地看到气泡在振荡器的阻尼上的影 响。填充有异质体的振荡器比没有异质体的振荡器示出更强的阻尼。
[0034] 根据本发明，振荡U-管在它的相应