Колеблющаяся U-образная трубка представляет собой метод для определения плотности из жидкостей и газов на основе электронного измерения частоты колебаний, из которого вычисляются значение плотности. Этот принцип измерения основан на модели массы-пружины.
Образец заливается в емкость с колебательной способностью. На собственную частоту этого контейнера влияет масса образца . Этот контейнер с колебательной способностью представляет собой полую U-образную стеклянную трубку (колеблющуюся U- образную трубку), которая электронным образом возбуждается в незатухающие колебания. Две ветви U-образного осциллятора действуют как его пружинные элементы.
Направление колебаний перпендикулярно уровню двух ветвей. На собственную частоту осциллятора влияет только та часть образца, которая действительно участвует в колебаниях. Объем участвует в колебаниях ограничиваются стационарными узлами колебаний в опорных точках осциллятора. Если генератор по меньшей мере , заполнен до его опорных точек, то же самое точное определение объема всегда участвует в колебании, таким образом , измеренное значение образца массы могут быть использованы для вычисления его плотности.
Переполнение осциллятора за пределы точек опоры не имеет отношения к измерению. По этой причине осциллятор также можно использовать для измерения плотности среды пробы, протекающей через трубку (непрерывное измерение).
В современных цифровых плотномерах используются пьезоэлементы для возбуждения U-образной трубки, при этом оптические датчики определяют период колебаний. Этот период τ может быть измерен с высоким разрешением и находится в простой зависимости от плотности ρ образца в генераторе:
A и B - соответствующие инструментальные постоянные каждого осциллятора. Их значения определяются путем калибровки с использованием двух веществ с точно известными плотностями ρ1 и ρ2. Современные приборы рассчитывают и сохраняют константы A и B после двух калибровочных измерений, которые в основном выполняются с воздухом и водой . Они используют подходящие меры для компенсации различных паразитных влияний на результат измерения, например, влияние вязкости образца и нелинейность, вызванную конечной массой измерительного прибора, а также эффекты старения стекла (опорного генератора).
В 1967 году компания Anton Paar GmbH представила на выставке ACHEMA первый цифровой плотномер для жидкостей и газов, использующий принцип колеблющейся U- образной трубки .
Источники
- Отто Кратки и др., «Устройство для определения плотности». Патент США 3523446, https://patents.google.com/patent/US3523446.
- Стабингер, Ханс: «Измерение плотности с использованием современных колебательных преобразователей», Южный Йоркшир, Отдел торговых стандартов, Шеффилд, 1994 г.
- ISO 15212-1