Oscylująca U-rurka
Oscylująca U-rurka jest techniką wyznaczania gęstości cieczy i gazów w oparciu o elektroniczny pomiar częstotliwości oscylacji , z której obliczana jest wartość gęstości. Ta zasada pomiaru opiera się na modelu masa-sprężyna.
Próbka jest napełniana do pojemnika o pojemności oscylacyjnej. Na częstotliwość własną tego pojemnika ma wpływ masa próbki . Ten pojemnik o zdolności oscylacyjnej jest wydrążoną szklaną rurką w kształcie litery U (oscylującą U-rurą), która jest elektronicznie wzbudzana w nietłumione oscylacje. Dwie gałęzie oscylatora w kształcie litery U działają jako jego elementy sprężynowe.
Kierunek oscylacji jest normalny do poziomu dwóch gałęzi. Na częstotliwość własną oscylatora ma wpływ tylko część próbki, która faktycznie bierze udział w oscylacji. Objętość zaangażowana w oscylację jest ograniczona przez stacjonarne węzły oscylacji w punktach łożyska oscylatora. Jeżeli oscylator jest wypełniony co najmniej do punktów łożyskowych, w oscylacji bierze udział zawsze ta sama dokładnie określona objętość , więc zmierzona wartość masy próbki może być wykorzystana do obliczenia jej gęstości.
Przepełnienie oscylatora poza punktami łożyska nie ma znaczenia dla pomiaru. Z tego powodu oscylator można również wykorzystać do pomiaru gęstości próbek mediów przepływających przez rurkę (pomiar ciągły).
W nowoczesnych gęstościomierzach cyfrowych elementy piezoelektryczne służą do wzbudzania U-rurki, przy czym przetworniki optyczne określają okres oscylacji. Ten okres τ można zmierzyć z dużą rozdzielczością i jest on w prostej relacji do gęstości ρ próbki w oscylatorze:
A i B to odpowiednie stałe instrumentu każdego oscylatora. Ich wartości wyznacza się kalibrując dwoma substancjami o dokładnie znanych gęstościach ρ1 i ρ2. Nowoczesne przyrządy obliczają i przechowują stałe A i B po dwóch pomiarach kalibracyjnych, które są najczęściej wykonywane przy użyciu powietrza i wody . Stosują odpowiednie środki kompensujące różne pasożytnicze wpływy na wynik pomiaru, np. wpływ lepkości próbki oraz nieliniowość spowodowana skończoną masą przyrządu pomiarowego oraz efektami starzenia się szkła (oscylator odniesienia).
W 1967 roku firma Anton Paar GmbH zaprezentowała na targach ACHEMA pierwszy cyfrowy miernik gęstości cieczy i gazów wykorzystujący zasadę oscylującej U-rurki .
Źródła
- Otto Kratky i in., „Urządzenie do oznaczania gęstości”. Patent USA 3523446, https://patents.google.com/patent/US3523446
- Stabinger, Hans: „Pomiar gęstości przy użyciu nowoczesnych przetworników oscylacyjnych”, South Yorkshire Trading Standards Unit, Sheffield 1994
- ISO 15212-1