Dichtemessgeräte nach der Biegeschwingermethode

Dabei wird die zu messende Flüssigkeit in ein schwingfähiges Gebilde – meist ein U-förmig gebogenes Rohr – eingebracht. Die sich durch die Masse der Flüssigkeit ändernde Eigenfrequenz des Schwingers steht in direkter Verbindung zur Flüssigkeitsdichte. Der große Vorteil besteht darin, dass die Frequenz eine leicht digitalisierbare Größe darstellt, welche mit fast beliebiger Genauigkeit gemessen werden kann.

Eine einfache Vorrichtung dieser Art erlaubt eine problemlose Dichtemessung mit einer Genauigkeit von bis zu 0,001 g/cm³, wobei eine Temperaturgenauigkeit von ca. 0,5 K ausreicht. Eine Erhöhung der Genauigkeit wird jedoch durch verschiedenste Störeinflüsse erschwert. Gegenüber der rein statischen Messung in einer Auftriebswaage ist der Biegeschwinger ein bewegtes System, in welchem andere Gesetzte gelten. So wird die Dichtemessung im Biegeschwinger auch durch andere Eigenschaften der zu messenden Flüssigkeit wie Viskosität, Kompressibilität (Schallgeschwindigkeit), spezifische Wärme und Wärmeleitfähigkeit beeinflusst. Diese Störfaktoren zu erkennen, zu quantifizieren und schließlich zu korrigieren oder zu kompensieren war die mühsame Aufgabe der letzten Jahrzehnte. Erst damit war es möglich eine Genauigkeit von bis zu 0,00001 g/cm³ zu erreichen.

Zudem erfordert die Konstruktion des Schwingers sich oft widersprechende Maßnahmen, um Stabilitätskriterien und Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen. Dazu gehören alle schwingungstechnischen Maßnahmen an der Messzelle und deren Umgebung, um eine eindeutige ungestörte nur mit Dichte und Temperatur korrelierte Frequenz zu erhalten. Die Langzeitstabilität der Messfrequenz wird primär vom Schwingermaterial und dessen Vorbehandlung bestimmt. Erst mit Forschungen aus allerletzter Zeit wurde erkannt, dass thermoelastisches Verhalten die Messunsicherheit bei manchen Schwingermaterialien beeinflusst.

Heute sind wir – ausgerüstet mit dem akkumulierten Wissen von fast 50 Jahren – in der Lage, mit experimentell belegtem Formalismus die zu erwartenden Eigenschaften von Neukonstruktionen mit großer Treffsicherheit abzuschätzen.

Die Geräte unserer Entwicklung werden für den Laborbetrieb unter dem seit 1967 gebräuchlichen Namen DMA (Dichte Messapparatur) und für den Prozessbetrieb unter der Kurzbezeichnung DPR oder L-Dens vertrieben.