DE2840286C2

DE2840286C2 - Schwingdrahtinstrument

Info

Publication number: DE2840286C2
Application number: DE2840286A
Authority: DE
Inventors: Hoel L. Foxboro Mass. Bowditch; James R. North Attleboro Mass. LaCroix; E.O. Wrentham Mass. Olsen
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1978-09-15
Publication date: 1985-05-15
Also published as: JPS5853301B2; FR2403551B1; US4165651A; NO152713C; NO783120L; GB2004649A; JPS5456880A; AU3949778A; FI68318C; FI782846A7; GB2004649B; FR2403551A1; FI68318B; SE7809760L; AU518094B2; IT1105963B; NL7809530A; NO152713B; MX147714A; IT7851139A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwingdrahtinstrument nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Es werden Meßinstrumente für die verschiedensten Arten von Fluiddruckmessungen verwendet, insbesondere ?ur Messung von Differenzdrücken, die z. B. an einer Blende in einem Strömungsrohr cudcügt werden und deren Messung zur Lieferung eines Signals für die Durchflußrate des Fluids dient. Gewöhnlich weisen derartige Meßinstrumente eine Differenzdruck-Zelle mit Kraftausgleich auf, wie sie zum Beispiel in der US-PS 35 64 923 gezeigt ist. Obwohl diese Meßinstrumente über eine Anzahl von jähren eine große Anerkennung gefunden haben, wurde es evident, daß sie die Anforderungen von modernen insustriellen Instrumentensystemen nicht erfüllen. So müssen moderne Systeme eine beträchtlich größere Stabilität und Genauigkeit über einen weiten Berek ζ. B. Temperaturbereich etc. aufweisen.

Es wurde schon lange vorgeschlagen, in Druckmeßgeräten einen Schwingdraht als Basisfühler zu verwenden. Derartige Vorschläge basierten auf der Überlegung, daß die Frequenz der Drahtschwingung in enger Beziehung zu der Spannung des Drahtes steht, und auf der Erkenntnis, daß die Drahtspannung ihrerseits durch einen Differenzdruck, der gemessen werden soll, gesteuert werden kann. Auf diese Weise sollte die Frequenz der Drahtschwingung ein Meßsignal abhängig von einem Differenzdruck liefern. Theoretische Betrachtungen zeigten, daß solch ein Instrument eine hohe Genauigkeit liefern könnte.

Es gibt viele Vorveröffentlichungen zu Schwingdrahteinrichtungen, zum Beispiel die US-PS 24 47 817; 24 55 021 und 30 46 789.

Die US-PS 33 93 565 beschreibt ein Schwingdrahtinstrument zur Erzeugung eines Meßsignals entsprechend einem angelegten Druck mit einem Körper, der angrenzend an eine erste Oberfläche eine erste Hohlraumwand mit relativ großem Querschnitt und angrenzend an eine zweite Oberfläche eine zweite Hohlraumwand mit einem relativ großen Durchmesser bildet, wobei zwischen den beiden Oberflächen ein innerer Durchgang verläuft welcher eine Körperkammer festlegt, mit einer ersten und einer zweiten Membran, die an dem Körper im Abstand angrenzend an die erste und die zweite Oberfläche befestigt sind und die Körperkammer abdichten, wobei die Außenflächen der Membranen von Drücken beaufschlagbar sind, die gemessen werden sollen, mit einem Schwingdraht, mit einer Kopplungseinrichtung zum Verbinden eines Endes des Schwingdrahtes mit der ersten Membran, so daß der auf die erste Membran einwirkende Druck dadurch die am Schwingdraht liegende Kraft beeinflußt, mit einer Befestigungseinrichtung, die das andere Ende des Schwingdrahtes bezüglich des Körpers so festlegt, daß die durch die erste Membran entwickelte Kraft die Drahtspannung steuert, mit einer Füllfiüssigkeit in der Körperkammer und mit einer Erregereinrichtung die Energie zu dem Schwingdraht zuführt, so daß dieser mit einer seine mechanischen Spannung entsprechenden Frequenz schwingt, wobei der Körper eine erste und eine zweite Membranunter-Stützung aufweist. Die erste Membran ist schlaff gestaltet, so daß sie den Druck der Füllflüssigkeit auf eine benachbarte Kammer überträgt.

Diese vorgeschlagenen Schwingdrahtinstrumente haben sich in der Praxis nicht durchgesetzt, weil sie unter

ίο den gewünschten Betriebsbedingungen keine adäquate Leistung lieferten.

Aus der DE-AS 14 98 205 ist es bekannt. Membranunterstützungen als Abstützplatten zu gestalten und diese in unmittelbarer Lage zu der Innenfläche der Membran vorzusehen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schwingdrahtinstrument zu schaffen, das in einem weiter. Bereich von Urngphungstemperaturen genaue und reproduzierbare Messungen des Differenzdruckes erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einem Schwingdrahtinstrument nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 28.

Die Er~ndung ermöglicht so ein Schwingdrahtinstrument, bei dem ein innerer Hohlraum an beiden Endflächen durch zwei Membranen abgeschlossen ist. auf welehe Drücke einwirken, deren Differenz gemessen werden soll. Abstützplatten liegen ah Membranunterstützungen neben den Innenflächen jeder Membran, um so die jeweiligen eingeschlossenen Räume festzulegen und außerdem das mit Druck beaufschlagte Innenvolumen möglichst klein zu machen. Ein Schwingdraht ist an einem Fnde mit einer der beiden Membranen verbunden, und das andere Ende des Schwingdrahtes liegt am Körper des Schwingdrahtinstrumentes, so daß der Schwingdraht unter mechanischer Spannung steht. Der Schwingdraht kann elektromagnetisch zu einer Schwingung angeregt werden. Ein nichtmagnetisches röhrenförmiges Element mit einem relativ kleinen Querschnitt umgibt den Schwingdraht und schließt diesen ein. so daß eine abgeschlossene Kammer mit den beiden Räumen

entsteht Die abgeschlossene Kammer enthält eine Füllfiüssigkeit. wodurch eine Fluidverbindung zwischen den Membranen derart entsteht, daß die auf die Außenfläche der Membranen einwirkende Differenz der Fluiddrücke die Spannung des Schwingdrahtes verändert

so Das heißt bei einer Änderung der auf die beiden Membranen einwirkenden Druckdifferenz ändert sich die mechanische Drahtspannung, und die Schwingungsfrequenz verändert sich abhängig von der einwirkenden Druckdifferenz. Das erfindungsgemäße Schwingdrahtinstrument zeichnet sich durch eine hervorragende Temperaturstabilität bei den Messungen aus. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß das röhrenförmige Element das den Schwingdraht und die Füllfiüssigkeit umgibt das Volumen der erforderlichen Füilflüssigkeit stark einschränkt

Die Erfindung ermöglicht ein allgemein verwendbares Differenzdruckmeßgerät das einen Hauptkörper mit zwei Membranen aufweist die jeweils einem entsprechenden Fluiddruck ausgesetzt sind. Die Membranen schließen eine abgedichtete Kammer ein, die eine Füllflüssigkeit enthält die einen nicht magnetischen Schwingdraht umgibt der in Abhängigkeit von dem aufgelegten Differenzdruck gespannt ist Ein magnetisches

Feld erstreckt sich quer zu dem Schwingdraht und durch den Schwingdraht. Ferner wird an den Schwingdraht durch eine elektronische Schaltung ein elektrischer Strom angelegt, wodurch eine Schwingungskraft im Schwingdraht erzeugt wird, und zwar aufgrund der Zusammenwirkung zwischen dem elektrischen Strom und <i.c;n magnetischen Feld.

Der Schwingdraht befindet sich innerhalb eines abgedichteten röhrenförmigen Durchgangs mit sehr kleinem Querschnitt. Dadurch ist gewährleistet, daß das innere Flüssigkeitsvolumen gering und eine enge Zusammenwirkung mit dem Magnet erreicht ist. Diese Anordnung erlaubt eine Schwingung des Drahtes ohne Interferenz, die von der Wand bzw. der Begrenzung herrühren könnte. Die Magnetpole bzw. Magnetpolstücke sind auf gegenüberliegenden Seiten dieses Durchganges angeordnet und erzeugen ein hochintensives Magnetfeld.

wodurch eine stmkc Schwingung ucS DrahicS und damit ein geeignet hohes Ausgangssignalniveau erzeugt werden. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist das den Draht umgebende Röhrchen bzw. der röhrenförmige Durchgang an einem Ende geschlossen und der Draht an jenem geschlossenen Ende befestigt. Dies bringt einige wichtige Vorteile, die nachstehend näher beschrieben werden.

Ferner sind einige besondere Mittel vorgesehen, um die Einflüsse der Änderungen der äußeren Bedingungen, /.. B. des statischen Druckes auf die Anzeigeleistung des Instrumentes zu minimieren. Der Schwingdraht ist selektiv bezüglich des magnetischen Feldes angeordnet, so daß stabile Schwingungen geeigneter Amplitude gewährleistet sind. Das beschriebene Instrument umfaßt ferner Mittel, um eine Beschädigung des Drahtes oder anderer Elemente im Falle von Überlastdruck-Bedingungen zu verhindern.

Dis Erfifidun⁰ wird nun snhsnd von Au£fuhrun^c7sbeispielen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform eines Schwingdrahtinstrumentes in perspektivischer Ansicht, teilweise weggebrochen dargestellt.

F i g. 2 den Hauptkörper des Instrumentes gemäß F i g. 1 im Längsschnitt,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht der beiden Membran-Anordnungen des Instrumentes gemäß Fig. 1, teilweise weggebrochen dargestellt, um die im Innern angeordneten Elemente zu zeigen,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht der Elemente zur Übertragung der Federzugkraft auf den Draht;

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht der Magnetanordnung ohne das Röhrchen, das den Draht enthält,

F i g. 6 eine Ansicht der Magnetanordnung einschließlich des Drahtes und des den Draht umgebenden Röhrchen, letzteres im Schnitt,

F i g. 7 Teil der Anordnung der kraftübertragenden Glieder, die von dem Ausdehnungsdiaphragma gehalten sind, im Schnitt,

F i g. 8 das biegbare Lager für das geschlossene Ende des Drahtröhrchens,

F i g. 9 einen Längsschnitt durch die Draht- und Röhrchenanordnung, und

F t g. 10 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Schwingdrahtinstruments.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Druckdifferenz-Meßgerät mit einem unteren Körper gezeigt der mit 20 bezeichnet ist und an den gegenüberliegenden Seiten jeweils mit einer Membran 22 und 2-4 versehen ist Die ünke Membran ist die sogenannte Meßmembran, die eine vorbestimmte spezifische Federkonstante aufweist, z. B. etwa 7, 1 kp/cm. Die andere Membran 24 hat eine sehr niedrige Federkonstante und ist deshalb relativ schlaff. Die beiden Fluiddrücke, die gemessen werden sollen, werden getrennt zu den entsprechenden Membranen geleitet, und zwar durch nicht dargestellte Mittel, wie man sie bei Druckdifferenzgeräten im allgemeinen verwendet.
Von dem Körper 20 erstreckt sich nach oben ein Schaft 26. der zum Schutz von elektrischen Verbindungsdrähten dient, die zu einem mit der Bezugsziffer 28 bezeichneten Elektronikgehäuse führen,das ein etwa rechteckiges Mittelteil 30 und zwei zylindrische Seitenteile 32 und 34 aufweist. Dieses Gehäuse enthält verschiedene elektrische Komponenten, die für den Betrieb des Instrumentes bzw. Gerätes notwendig sind, und enthält ebenfalls die Verbindungen bzw. Anschlüsse zu dem Gerät. Diese Komponenten bestehen im wesentlichen aus einem Festkörper-Meßwertumformer.

Dieser Meßumformer weist Mittel auf, um einen gespannten Draht bei einer der Drahtspannung entsprechenden Frequenz in Schwingung zu versetzen, und ist mit Mitteln versehen, die ein Gleichstrom-Meßausgangssignal erzeugen, dessen Größe der Schwingungsfrequenz entspricht. Der weggebrochene Teil in F ig. I zeigt bei 36, hinter der schlaffen Membran 24, eine der beiden elektrischen Verbindungen bzw. Anschlüsse, die zum Meßumformer führen.

Wie in F i g. 2 dargestellt, weist der untere Körper 20 einen Mittelteil 40 auf, auf den feste Abstützplatten 42 und 44 für die Membranen 22 und 24 befestigt sind. Durch das Innere des Mittelteiles und der Abstützplatten erstreckt sich ein schwingungsfähiger bzw. Schwingdraht 50, der einen runden Querschnitt mit einem vorbestimmten kleinen Durchmesser aufweist (kleiner als 0,0508 cm: für die vorliegende Ausführungsform 0.0254 cm). Fast über die gesamte Länge wird der Draht von einem langgestreckten Röhrchen 52 (vgl. auch Fig. 3) umgeben, das einen kleinen Durchmesser aufweist Das rechte Ende dieses Röhrchens ist geschlossen, wobei das entsprechende Ende des Drahtes an dem geschlossenen Ende befestigt ist. Das linke Ende des Röhrchens ist in einer zylindrischen Isoiierhülse 54, z. B. aus Keramik, gelagert, die ihrerseits über entsprechende Elemente bzw. Teile in der linken Abstützplatte 42 angeordnet ist.

Das linke Ende des Drahtes 50 ist an einem beweglichen Endstück 60 befestigt, das in Form eines Knopfes ausgebildet ist (vgl. auch Fig.4) und einen Außenflansch 62 sowie eine zentrale Nabe 64 aufweist, an der der Draht z. B. durch Löten befestigt ist Gegen die rechte Oberfläche des Knopfflansches 62 stützt sich ein Abstandsring 66 ab, der mit drei sich radial erstreckenden Rippen zur Erzeugung eines stabilen Sitzes versehen ist, um den Draht mit einer nach links gerichteten Zugkraft zu beaufschlagen. Diese Kraft wird auf den Abstandsring 66 von einer Ausdehnungsfeder 68 übertragen, die zwei Sätze von miteinander verbundenen Scheibenelementen bzw. Tellerfedern aufweist (Belleville-Typ).

Die Feder 68 wird mit einer Kraft von etwa 4,99 kp vorgespannt und zwar mittels einer Membran-Naben-Anordnung, die mit der Bezugsziffer 70 versehen ist (vgl. auch F i g. 8). Diese Anordnung umfaßt eine kreisförmige Platte 72, gegen die sich das rechte Ende der Feder 68 abstützt und ferner einen Ring 74, der sich um den Flansch 62 konzentrisch herumerstreckt und der die Bewegung des Abstandsringes 66 nach links begrenzt Bei

normalem Betrieb des Gerätes hält auf diese Weise die Nabenanordnung die Feder 68 in einem bestimmten, festgelegten Kompressionszustand.

' I Die Nabenanordnung 70 ist an der inneren Kante der

Membran 22 befestigt und nimmt die Kraft auf, die die Membran entsprechend der zu messenden Druckdifferenz erzeugt. Während des normalen Betriebes des Instrumentes, z. B. t'ei einer Kraft von bis zu etwa 4,08 kp, wirkt die vorgespannte Feder 63 wie ein festes (unendlich steifes) kraftübertragendes Element, das praktisch die Nabenanordnung 70 mit dem Ende des Drahtes 50 so verbindet, daß die von der Membran 22 erzeugte Kraft unmittelbar auf den Draht übertragen wird.

Auf die Nabenanordnung 70 wirkt zusätzlich zu der Kraft, die von der Membran 22 stammt, eine Anfangsdrahtspannung bzw. sogenannte »Null-Spannkraft«, die von einer Null-Feder 80 erzeugt wird. Diese Feder weist ein Paar von beinahe flachen bzw. ebenen miteinander verbundenen scheibenähnlichen Elementen auf, die den Draht umgeben und die z. B. mit spiralförmigen Ausschnitten (nicht dargestellt) versehen sind, um die Flexibilität zu erhöhen. In der beschriebenen Ausführungs-' form erzeugt diese Feder eine Kraft von etwa 0,907 kp, die die Drahtspannung bei Abwesenheit einer Kraft von der Membran 22 bestimmt. Da sich die Länge des Drahtes ändert, sind die miteinander verbundenen Federelemente 80 an ihren inneren Kanten miteinander verbunden, so daß sie eine parallelogrammartige Bewegung erzeugen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Federkraft konzentrisch zur Drahtachse wirkt. Die gesamte Längenänderung beträgt etwa 0,0003810 cm, so daß sich die Federkraft nur unbedeutend ändert, wenn sich die Membran 22 über den gesamten Gerätebereich bewegt.

Die Abstützplatten 42 und 44 weisen sorgfältig geformte Membran-Abstützflächen auf. die präzise den Formen der entsprechenden Membran angepaßt sind und auf diese Weise eine stabile Unterstützung für die Membran bilden, und zwar auch unter Oberbereichs-Druckbedingungen, bei denen die Membran gegen ihre Abstützplatte gedrückt wird. Während des normalen Betriebsbereiches definieren diese Platten eingeschlossene Räume kleinen Volumens, die unmittelbar an die Membranen anschließen, wobei diese Räume bzw. Bereiche zusammen mit anderen inneren Hohlräumen im Körper 20 (unter Einbezug des Innenraumes des Röhrchens 52) eine abgedichtete innere Kammer bilden, die mit einer Füllflüssigkeit 84 gefüllt ist Die beiden eingeschlossenen Räume hinter den entsprechenden Membranen 22 und 24 stehen miteinander in Flüssigkeitsverbindung über einen Durchgang, der ein erstes Röhrchen 90 (vgl. auch F i g. 3), das an der ersten Abstützplatte 42 befestigt ist und ein zweites Röhrchen 92 aufweist, das an der anderen Abstützplatte 44 befestigt ist. Die Membranen werden auf den entsprechenden Abstützplatten durch entsprechende Schweißringe 94,96 gehalten, wobei die Schweißringe 94, 96 in bekannter Konstruktion ausgeführt sind.

Wenn das Gerät zur Messung der Differenz zwischen zwei Fluiddrücken benutzt wird, wirkt der niedrigere Druck gegen die Membran 22, die eine vorbestimmte Federkonstante von zum Beispiel etwa 7,1 kp/cm aufweist Der höhere Fluiddruck wirkt auf die rechte Membran 24, die relativ schlaff ist und eine Federkonslante aufweist, die viel geringer ist als diejenige der Membran 22. Die Federkonstante des Drahtes 50 ist beträchtlich höher als jene der Membran 22, und beträgt z, B. etwa 7100 kp/cm.

Die Federkons'.inte der schlaffen Membran 24 ist nahezu null während des normalen Betriebsbereiches des Instrumentes. Unter solchen Bedingungen ist der Druck der Füllflüssigkeit 84 in der abgedichteten Kammer im wesentlichen gleich dem höheren der beiden angelegten Drücke, d. h. dem Druck, der auf die schlaffe Membran 24 wirkt.

Demgemäß erzeugt die Membran 22 eine resultierende Kraft, die proportional der Druckdifferenz, die gemessen werden soll, ist, wobei diese resultierende Kraft als Zugkraft auf den Draht 50 wirkt (natürlich zusätzlich zu der anfänglichen festgelegten Kraft, die von der Nullfeder 80 erzeugt wird). Diese resultierende Kraft steuert die Schwingungsfrequenz des Drahtes 50, so daß die Schwingungsfrequenz ein Maß für die zu messende Druckdifferenz darstellt.

Um den Draht 50 in Schwingung zu versetze»), sind seine Enden mit einer Oszillatorschaltung verbunden, die positive Rückkopplungseigenschaften aufweist und im Draht einen Wechselstrom erzeugt. Durch die Anlegung eines Dauermagnetfeldes durch den Draht, und zwar senkrecht zur Drahtachse, entstehen auf den Draht wirkende Querkräfte. Der Grund für diese Querkräfte liegt in der Zusammenwirkung zwischen dem oszillierenden Drahtstrom und dem magnetischen Kraftfluß. Der Draht 50 und das Röhrchen 52 bestehen aus nicht magnetischem Material, um sicherzustellen, daß die querschwingenden Kräfte richtig bzw. unbeeinflußt erzeugt werden.

In der vorliegenden Ausführungsform wird ein sehr intensives magnetisches Feld durch den Draht 50 erzeugt, und zwar mittels einer magnetischen Einrichtung 100 (vgl. insbesondere F i g. 5 und 6), die zwei Seite an Seite liegende Permanentmagnete 102,104 aufweist, die an gegenüberliegend angeordneten V-förmigen Polen 106, 108 angeschlossen sind, wobei die Pole 106, 108 relativ dicht an den gegenüberliegenden Seilen dc\ Röhrchens liegen. Diese Magnete sind aus einem Material hergestellt, um ein möglichst starkes magnetisches Feld zu erzeugen. Das Material für die Magneten besteht aus einer Kombination von seltenen erden und Kobalt. Man verwendet z. B. einen Samarium-Kobalt-Magnet, der in der offenbarten Anordnung eine Flußdichte von etwa 18 000 Gauß in dem Draht erzeugt. Die magnetische Einrichtung bzw. der Magnetaufbau 100 wird durch Federn tlO in seiner Lage gehalten.

Ein wichtiger Vorteil des kleinen Flüssigkeitsdurchlasses um den Draht 50, wie ihn das Röhrchen 52 gewährleistet, ist, daß dieser eine sehr dichte Anordnung der Magnetpole 106, 108 am Draht erlaubt. Auf diese Weise wird eine gute Feldkraft und folglich starke Schwingung des Drahtes erzielt Der Spalt zwischen den Polen beträgt etwa 0,1143 cm. Das Röhrchen 52 besitzt einen äußeren Durchmesser von etwa 0,10414 cm und einen inneren Durchmesser von etwa 0,06604 cm, während der Drahtdurchmesser etwa 0,0254 cm beträgt

Der elektrische Strom wird am rechten Ende des Schwingdrahtes 50 über einen Anschluß 36 (F i g. 1 und 2) angelegt, der zu dem die Elektronik beinhaltenden Gehäuse 28 führt Der Rückfluß für diesen Schwingdrahtstrom erfolgt von dem linken Drahtende über den Knopf 60, den Abstandsring 66, die Nabenanordnung 70 und die Membran 22 zu dem Instrumentengehäuse (d. h. elektrische Erde), und von dort über einen nicht dargestellten Draht zu dem die Elektronik beinhaltenden Gehäuse 28.

Bei niedriger Drahtspannung (etwa 0,907 Lp, verursacht durch die Nullfeder 80) beträgt die Schwingungs-

frequenz de·⁴ Ausführungsform etwa 1750 Hz. Im oberen Betriebsbereich bei einer Drahtspannung von etwa 4,08 kp beträgt die Schwingungsfrequenz etwa 3100 Hz. Ein ernsthaftes Problem besteht bei dieser Art von Geräten in den Fehlern, die durch Änderungen der Zimmertemperatur bzw. Umgebungstemperatur verursacht werden. Die Frequenz der Drahtschwingung ist eine Funktion der Instrumenten- bzw. Gerätetemperatur. Es gibt mehrere Faktoren, die zu solchen Temperaturfehlern beitragen. Ein besonders wichtiger Faktor ist die Änderung der Viskosität der Füllflüssigkeit 84 im abgedichteten Inneren des Körpers 20.

Die Viskosität einer Füllflüssigkeit ist gewöhnlich temperaturabhängig und nimmt normalerweise mit sinkender Temperatur zu. Eine Zunahme der Viskoshät führt zu einer Verminderung der Schwingungsfrequenz des Drahtes, da die Flüssigkeitsmoleküle, wenn sie viskoser werden, starker an den Draht gebunden werden, so daß quasi die Drahtmasse ansteigt. Da «die Schwingungsfrequenz umgekehrt abhängig ist von der Drahtmasse, führt eine Zunahme der Viskosität logischerweise zu einer Abnahme der Schwingungsfrequenz des Drahtes (wenn die anderen Parameter gleich bleiben).

Um den Temperatureinfluß auf die Viskosität zu vermindern bzw. zu minimieren, benutzt man eine Füllflüssigkeit mit einer relativ geringen Viskosität. Es wurde als vorteilhaft gefunden, eine Füllflüssigkeit zu nehmen, die bei Raumtemperatur eine /iskosität aufweist, die nicht größer ist als ein Zentistoke.

Auch ist es wichtig, eine Füllflüssigkeit zu verwenden, die einen niedrigen Viskositätstemperatur-Koeffizient besitzt. Die ernsthaftesten Auswirkungen der Viskositätsänderungen bestehen am unteren Ende des wirtschaftlich wichtigen Temperaturbereiches von etwa —40° C bis etwa 82° C. So ändert sich z. B. die Flüssigkeitsviskosität um 200% bis 300%, wenn die Temperatur von der Raumtemperatur auf etwa -4O⁰C fällt Deshalb muß eine Füllflüssigkeit ausgewählt werden, die in jenen niedrigen Temperaturbereichen einen minimalen Viskositätstemperatur- Koeffizienten aufweist.

Durch die Auswahl der Füllflüssigkeit 84 entsprechend den obigen Kriterien werden die Probleme vermindert, die durch die Änderungen der Viskosität aufgrund des Temperatureinflusses verursacht sind. Für viele Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, die Viskositätsänderungen weiter zu minimieren. Dies wird durch Kompensationsmittel zur Änderung der Spannung bzw. Zugspannung des Drahtes 50 in Abhängigkeit von Temperaturänderungen erreicht, die die Viskositätsänderungen im wesentlichen aufheben.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird diese Kompensation dadurch erreicht, daß man eine Nullfeder 80 verwendet, die einen negativen thermischen Effekt besitzt Das heißt, die Kraft der Feder 80 nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Wenn die Temperatur abnimmt, nimmt die Federkraft zu, so daß dadurch auch die Schwingungsfrequenz zunimmt Auf diese Weise wird die Wirkung der entsprechenden temperaturbeeinflußten Viskositätsänderungen auf die Drahtschwingung kompensiert

Diese negative thermische Federcharakteristik wird durch die Auswahl eines Materials für die Nullfeder 80 erzielt, das einen Elastizitätsmodul aufweist, der ansteigt wenn die Temperatur abnimmt wodurch die Federkraft ebenfalls ansteigt. Das Material für die Feder in der Ausführungsform ist eine Art rostfreier Stahl.

Sehr gute Ergebnisse werden in einem SchwingdraH-Instrument auch dann erzielt, wenn man ein hohes Verhältnis zwischen den Dichten des Drahtes 50 und der Füllflüssigkeit 84 wählt. Dieses Verhältnis sollte zumindest 10, besser 20 betragen. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dichte des Drahtes, c"?r p.us iridium besteht, etwa 21 g/cm³, während die Dichte des Silikonöls, das als Füllflüssigkeit verwendet wird, etwa 0,818 g/cm³ bei etwa 25°C beträgt. Auf diese Weise wird ein ausgezeichnetes Verhältnis von etwa 25 erzielt. Wenn der Draht aus Iridium besteht, ist das Röhrchen 52 aus Tantal hergestellt, da Tantal einen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist, der nahezu gleich dem von Iridium ist.

Iridium ist für einen Schwingdraht besonders geeignet, weil es einen hohen Elastizitätsmodul aufweist, wodurch der Draht nur sehr gering gestreckt bzw. gedehnt wird, und weil es ferner einen geringen elektrischen Widerstand besitzt. Der Iridiumdraht ist mit den benachbarten Teilen durch Schweißen oder Löten fest verbunden.

Unabhängig von dem Verhältnis der Dichten Draht/ Flüssigkeit sollte die Drahtdichte in jedem Fall hoch sein, mindestens 10 g/cm³, insbesondere höher als 20 g/cm³. Wie oben dargelegt, eignet sich Iridium in dieser Hinsicht hervorragend, das eine Dichte von 21 g/cm^J besitzt. Auch ein Wolframdraht besitzt eine geeignete hohe Dichte und kann daher ebenfalls in dem Gerät gut eingesetzt werden.

Ein weiterer Faktor, der zu Temperaturfehlern beiträgt, ist die Änderung des Flüssigkeitsvolumens aufgrund der Temperaturänderungen. Silikonöl der verwendeten Art expandiert etwa um 6% pro 38° C. Diese Flüssigkeitsausdehnung erzeugt Kräfte, die die Membranen nach außen drücken, wodurch der Druck in der Füllflüssigkeit zunimmt Diese Druckzunahme ändert entsprechend die Drahtspannung und das Meßausgangssignai.

Um die Wirkung der Änderungen des Flüssigkeitsvolumens abhängig von den Temperaturänderungen zu minimieren, ist es zunächst wichtig, das Gerät so auszulegen, daß das Füllflüssigkeitsvolumen sehr klein ist. Die Räume zwischen den Membranen 22, 24 und ihren Abstützplatten 42,44 müssen ebenso wie die verbvdenden Durchgänge zwischen diesen Räumen und die anderen Teile des Gerätes, die Füllflüssigkeit enthalten, klein gehalten werden. Der Sinn der Verwendung eines Durchgangsröhrchens für den Draht 50 mit kleinem Querschnitt besteht darin, daß dieses Röhrchen nur eine minimale Menge Flüssigkeit enthält Der Ausdruck Röhrchen ist mit röhrchenförmigem Durchlaß gleichzusetzen. Durch Verwendung eines derartigen röhrchenförmigen Durchlasses sowie weiteren gestalterischen Maßnahmen, die hier beschrieben werden, beträgt das gesamte Flüssigkeitsvolumen in der abgedichteten Innenkammer des Instrumentes in einer Einheit, die hier gezeigt ist, etwa 0,9832 cm³.

Dadurch lassen sich jedoch die Wirkungen der Flüssigkeitsausdehnung nicht vollständig beseitigen. Eine derartige Ausdehnung kann von einer Ausbeulung der Membranen 22,24 begleitet werden.

Falls aber die Membranen herkömmlicher Art typische Federkonstanten aufweisen, verursacht deren Bewegung einen zusätzlichen Druck auf die Füllflüssigkeit der die Drahtspannung verändert und entsprechend einen Meßfehler hervorruft Demgemäß wird zur Verminderung dieses Fehlers die rechte Membran 24 als schlaffe Membran ausgebildet, wobei die Federkonstante der Membran sehr gering ist, auf jeden Fall viel geringer als die Federkonstante der Membran 22. Obwohl die

schlaffe Membran sich nach außen ausbeult bzw. wölbt, wenn die Flüssigkeit sich ausdehnt bleibt die Druckänderung in der Füllflüssigkeit gering, mit der Folge, daß die Auswirkung auf die Frequenz der Drahtschwingung entsprechend gering bleibt

Ein weiteres ernsthaftes Problem bei Geräten dieser Art besteht darin, daß Änderungen des statischen Drukkes entsprechende Änderungen des Meßsignales verursachen. Wenn der äußere Druck auf die beiden Membranen 22, 24 z. B. zunimmt, bewegen sich diese ein kleines Stück nach innen, zumindest soweit es die Kompressibilität bzw. Verdrängbarkeit der Füllflüssigkeit zuläßt. Wenn die Membran 22 sich nach innen bzw. nach rejhts bewegt, verursacht sie ein Schlaff werden des Drahtes 50 und vermindert dadurch die Schwingungsfrequenz des Drahtes 50. Dies erscheint als Meßfehler. Dieser Fehler, der durch den statischen Druck verursacht wird, wird im wesentlichen durch eine Kompensationsanordnung vermindert, die im folgenden beschrieben wird.

Diese Kompensation wird bei dem offenbarten Gerät durch eine Anordnung erreicht, bei der das den Draht umgebende Röhrchen 52 mit einem geschlossenen Ende versehen ist, an dem der Draht 50 befestigt ist. Wenn nun der Flüssigkeitsdruck aufgrund einer Zunahme des statischen Druckes (z.B. 140.6kp/cm² bis etwa 270.9 kp/cm² zunimmt, entsteht eine entsprechende Zunai me der Kraft, die gegen das geschlossene Ende des Röhrchens drückt. Diese Kraftzunahme dehnt das Röhrchen um einen geringen Betrag, wodurch das rechte Ende des Drahtes sich von der Abstützplatte 42 wegbewegt. Wenn also der angestiegene statische Druck die Membran 22 nach rechts bewegt, wodurch der Draht schlaff wird, bewegt die gleiche Druckzunahme das andere Ende des Drahtes nach rechts, wodurch die Drahtspannung wieder zunimmt. Durch geeignete Proportionierung der relativen Größen bzw. Abmessungen der Teile, die an diesen beiden entgegengerichteten Wirkungen beteiligt sind, kann erreicht werden, daß diese Wirkungen sich gegenseitig ausschalten, so daß die Veränderungen des Ausgangssignals aufgrund der Änderungen des statischen Druckes nur sehr klein sind.

Das rechte Ende des Röhrchens 52 muß sich in Längsrichtung bewegen, um diese Kompensation zu erzielen. Um diese Bewegung mit einer konstruktiven bzw. aufbaumäßigen Stabilität zu erreichen und um sicherzustellen, daß die Drahtschwingung das Röhrchen nicht verstellt, ist an dem Ende des Röhrchens ein flexibles d7w. biegbares Lager bzw. eine flexible Abstützung 120 (vgl. auch F i g. 9) befestigt, die eine axiale, jedoch keine quergerichtete Bewegung erlaubt. Dieses Lager bzw. diese Lagerung umfaßt /w-.ί parallel im Abstand voneinander angeordnete Abbiegungen bzw. abgebogene Bänder 122, 124, die mit ihren oberen und unteren Enden an den Mittelteil 40 angeschraubt sind. Die zentralen Bereiche dieser abgebogenen Bänder sind mit einem Metallring 126 verbunden, der die beiden Bänder in gleichförmigem Abstand voneinander hält.

Der Ring 126 bildet einen Teil einer Metall/Glas-Dichtstruktur (vgl. auch F ι g. 7), die einen Isolierring 128 und eine innere Metallhülse 130 aufweist. Die letztgenannte Hülse ist über eine weitere Hülse 132 aus Invar angeordnet und an dieser befestigt, die eine abgestufte innere Oberfläche aufweist. Das rechic Ende dieser abgestuften Hülse weist einen Monel-Stift 134 auf und ist mit diesem fest verbunden, an dem das Ende des Drahtes 50 befestigt ist. Das linke Ende der abgestuften Hülse ist mit dem Tantal-Röhrchen 52 verbunden. Auf diese Weise ist dieses Ende des Röhrchens in Que· richtung durch die flexible Lagerung 120 zwangsgeführt, d. h. die Lagerung 120 läßt keine Querbewegung dieses Endes des Röhrchens 52 zu, erlaubt jedoch eine axiale Bewegung dieses Endes des Röhrchens abhängig von den Druckänderungen der Füllflüssigkeit oder den Temperaturänderungen des Röhrchenmaterials.

Die innere Hülse Ϊ30 weist auch den elektrischen Anschluß 36 vom elektronischen Meßumfoi mer auf. Diese ίο Hülse vervollständig einen elektrischen Anschluß bzw. die elektrische Verbindung über die abgestufte Hülse 132 zu dem Ende des Drahtes 50 und des Röhrchens 5Z so daß diese beiden Enden eine Spannung aufweisen, die verschieden ist von der Erdspannung (d. h. der Spannung des Instrumentengehäuses). Wie oben dargelegt, ist das linke Ende des Röhrchens gegenüber der Erde elektrisch isoliert, und zwar durch eine keramische Isolierhülse 54. Die äußere Oberfläche des Röhrchens ist auch mit einer Isolierschicht aus Mylar versehen. Tests mit Geräten der beschriebenen Art haben gezeigt, daß die Rcsunärizschwingfreqüenz des Drahtes einige Anomalien zeigt. Bei einigen Geräten schien es. daß ein Draht unter einer festgelegten Spannung abwechselnd bei zwei verschiedenen Frequenzen in Resonanz schwang, z. B. bei 2000 Hz und 2002 Hz. Solch eine Doppel-Resonanz-Charakteristik würde das Gerät vollkommen ungeeignet für kommerzielle Zwecke machen. Dieses Problem ^;st jedoch durch die Feststellung gelöst, daß das Doppel-Resonanz-Phanomen seine Ursaehe darin hatte, daß der Draht 50 üblicherweise inhomogen ist, d. h. der Draht weist Irregularitäten bzw. eine Ungleichförmigkeit über seine Länge auf.

Auf diese Weise kann die Resonanzfrequenz in einer Ebene durch die Achse des Drahtes bedeutend verschieden sein von der Resonanzfrequenz in einer anderen Ebene durch die Drahtachse. Es wurde gefunden, daß der Draht typischerweise zwei Schwingungsebenen aufweist, jeweils mit verschiedenen Resonanzfrequenzen. Diese beiden Ebenen stehen gewöhnlich im rechten Winkel aufeinander, wobei die Schwingungsamplitude in einer Ebene größer ist als jene in der anderen Ebene.

Es wurde ein Verfahren entwickelt, mittels dem bestimmt werden kann, welche Schwingungsebene die maximale Schwingungsamplitude erzeugt. Man legte den Draht in dem Instrument bzw. Gerät hinsichtlich der Richtung des Magnetfeldes so. daß der Draht in der Ebene mit maximaler Amplitude schwingen kann. Nach diesem Verfahren wird der Draht 50 in Luft gespannt und mit Mitteln der oben beschriebenen elektrischen Schaltung in normaler Weise in Schwingung versetzt. Das magnetische Feld durch den Draht wird durch einen Magneten erzeugt, der drehbar um die Drahtachse angeordnet ist, so daß die Richtung des magnetischen Feldes durch den Draht ohne Änderung der Größe geändert werden kann. Wenn der Magnet um den Draht gedreht wird, dreht sich auch die Schwingungsebene um die Drahtachse.

Durch Beobachtung der Amplitude des wechselnden elektrischen Signals, das durch den Draht erzeugt wird. wenn der Magnet gedreht wird, werden die ?wei Senk recht aufeinander stehenden Ebenen mit großen Schwingungsamplituden gefunden,, wobei die eine Ebene ausgewählt werden kann, in der eine größere Schwingung erzeugt wird. Die ausgewählte Ebene wird dann auf der Drahtbefestigung gekennzeichnet. Wenn dieser Draht dann in das Instrument eingesetzt wird, wird er so positioniert, daß die ausgewählte Schwingungsebene sich etwa Senkrecht zu der Richtung des

Magnetfeldes erstreckt

Wenn auf der Hochdruckseite eine Überlastung stattfindet, so daß die Membran 22 auf die Nabenanordnung 70 eine Kraft ausübt, die größer als 459 kp (einschließlich der Kraft der Nullfeder 80) ist wird die Überlastfeder 68 zusammengedrückt, um die zusätzliche Kraft über ihrer 439 kp — Vorspannung bzw. Vorbelastung zu absorbieren. Die Nabenanordnung wird sich entsprechend der Zusammendrückung der Überlastfeder nach links bewegen, wobei eine entsprechende Bewegung des Endstückes 60 nicht stattfindet Falls die Überbelastung ernsthaft wird, stützt sich die schlaffe Membran 24 letztlich am Boden der Abstützplatte 44 ab, und zwar bevor die Überlastfeder 68 die Grenze ihrer Zusammendrückbarkeit erreicht Auf diese Weise wird der Draht vor übergroßer Belastung und Beschädigung geschützt

Wenn eine Überlastung auf der Niederdruckseite auftritt, bewegt sich die Membran 22 nach rechts und stützt sich letztlich auf den Boden der Abstützplatte 42 ab, wobei der Knopf 60 von dem Abstandsring 66 abhebt. Dadurch wird der Draht 50 schlaff, eine Beschädigung des Drahtes wird dabei jedoch nicht verursacht. Die erlaubte Membranbewegung bzw. der erlaubte Membranhub ist sehr klein, z. B. etwa 0.1397 cm.

Es wird darauf hingewiesen, d.iß die Abstützplatten 42, 44 z. B. aus rostfreiem Stahl bestehen. Auf diese Weise dienen die Abstützplatten zusätzlich als magnetische Schirme für die Magneten 102,104, die den magnetischen Fluß im Bereich der Membranen 22, 24 vermindern und die Gefahr minimieren, daß Partikel aus dem Proyei -fluid angezogen werden.

In Fig. 10 ist eine andere Ausführungsform des Schwingdrahtinstruments dargestellt, die eine andere Anordnung zur Kompensation der temperaturbeeinflußten Änderungen des Füllflüssigkeitsvolumens aufweist. Das Gerät entspricht weitgehend dem nach den vorangegangenen Figuren, weist also eine gespannte und eine schlaffe Membran 150 bzw. 152 auf. die eine innere Kammer mit Füllflüssigkeit abdichten. Die Membran 150 mit wesentlich größerer Federkonstante trägt cm Endstuck 154. das an ein Ende eines Schwingdrahtes 156 gekoppelt ist und dadurch auf diesen eine Zugkraft ausübt. Das andere Drahtende ist an einem Keramikisolator befestigt, der in Form eines Glaswulstes 158 ausgebildet ist und der seinerseits durch eine Tilt ihrem oberen Ende an dem mittleren Körperteil 162 frei tragend befestigten Überlastfeder 160 gehalten ist.

Die nach rechts gerichtete Bewegung der freitragenden b/w. einseitig an dem mittleren Körperteil befestigten Feder 160 wird durch den Kopf 164 einer SchrauDe h/w eines Sehraubbol/ens 166. der in den Körperteil 162 eingeschraubt ist. begrenzt. Während des normalen Betriebes des Instrumentes b/w. Gerätes drückt die Feder 160 gegen den Kopf 164 und dient dazu, den Glaswulst 158 in einer festen Stellung /u halten, und zwar gegen die Zugkraft, die auf den Drjbt durch die Membran 150 wirkt.

Der Draht 156 wird von einem Rohrehen 170, das einen kleinen Durchmesser aufweist, umgeben, wobei das Röhrchen mit beiden Enden an dem mittleren Körperteil 162 befestigt ist. Dieses Röhrchen ist Teil der inneren abgedichteten Kammer, die auch die eingeschlossenen Bereiche zwischen den Membranen 150, 152 und ihren entsprechenden Abstützplatten 172, 174 sowie einen Durchgang 176 umfaßt, der von dem rechts angeordneten Membranraum bzw. -bereich über einen eroßcn Block 178 zu dem Bereich des Glaswulstes führt

Der große Block 178 ist in einem entsprechenden Raum in der abgedichteten Kammer innerhalb des Gerätes angeordnet Dieser Raum entspricht etwa der

Blockgröße, wobei die Füllflüssigkeit die kleinen Räume um den Block ausfüllt Der Block ist an dem Körperteil 162 nicht durch irgendwelche Befestigungsmittel befestigt Der Block schwimmt in der abgedichteten Kammer.

ίο Der Block 178 besteht aus Invar, einem Material, das sich durch einen extrem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszeichnet der nahezu null ist Die anderen Teile des Gerätes, die die abgedichtete Kammer für die Füllflüssigkeit umgeben, besitzen jedoch einen normalen (relativ hohen) Temperaturausdehnungskoeffizienten. Wenn die Temperatur dei Gerätes ansteigt, dehnen sich diese andere Teile des Gerätes aus, wodurch die Größe der abgedichteten Kammer zunimmt.

Der Block 178 behält im wesentlichen die selbe Größe bei. Bei geeigneter Auswahl des Volumens des Blokkes 178 relativ zu dem Gesamtvolumen der abgedichteten Kammer kann die temperaturbedingte Zunahme des Nettovolumens der Kammer (d. h. ohne den Block

178) so proportioniert werden, das sie der Volumenexpansion der Füllflüssigkeit entspricht. Auf diese Weise wird der bedeutende Effekt auf den Druck der Füllflüssigkeit aufgrund ihrer Volumenexpansion "erhindert.
Die Ausführungsform gemäß F i g. 10 weist ferner ei-

ne abgewandelte Überlast-Schutzvorrichtung auf. Falls eine Hochdrucküberlastung auftritt, bewegt sich, wie zuvor, die Membran 150 nach links und übt auf den Draht 156 eine zunehmende Kraft aus. Wenn jedoch die normale Drahtkraft überschritten ist, biegt sich die frei vorspringende Feder 160 und bewegt sich nach links, indem sie sich von dem Schraubenkopf 164 abhebt und dadurch eine übermäßige Belastung des Drahtes verhindert. Bei einer ernsten Überlastbedingung stützt sich die schlaffe Membran 152 gegen den Boden der Abstützplatte ab und verhindert dadurch eine weitere Zunahme des Druckes in der Füllflüssigkeit. Die Abstützung auf den Boden der Abstützplatte erfolgt, bevor die frei tragend angeordnete Feder den Punkt erreicht hat, wo sie das Körperteil 162 berührt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Draht durch eine Überlastung nicht beschädigt werden kann

Hier/u 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingdrahtinstrument zur Erzeugung eines Meßsignals entsprechend einem angelegten Differenzdruck mit:

einem Körper (40,162), der angrenzend an eine erste Oberfläche (vgl. 172) eine erste Hohlraumwand und angrenzend an eine zweite Oberfläche (vgl. 174) eine zweite Hohlraumwand bildet, wobei zwischen den beiden Oberflächen ein innerer Durchgang (170) verläuft, welcher eine Körperkammer festlegt,
einer ersten und einer zweiten Membran (22, 24; 150, 152), die an dem Körper (40, 162) im Abstand angrenzend an die erste und die zweite Oberfläche befestigt sind und die Körperkammer abdichten, wobei die Außenflächen der Membranen (22, 24; 150, 152) von Fluiddrücken beaufschlagbar sind, deren Differenz gemessen werden soll, und die vom höheren Druck vi«i außen beaufschlagte erste Membran weicher als die zweite ist,
einem Schwingdraht (50,156),
einer Kopplungseinrichtung (60, 70, 154) zum Verbinden eines Endes des Schwingdrahtes (50,156) mit der ersten Membran (22, 150), so daß der auf die erste Membran (22, 150) einwirkende Druck dadurch die am Schwingdraht (50,156) liegende Kraft beeinflußt.

einer Befestigungseinrichtung (120, 126, 128, 130, 132,134,158, ^Λ60), die das andere Ende des Schwingdrahtes (50, 156) bezüglich des Körpers (40,162) so festlegt, daß die durch Jie ersu Membran (22, 150) entwickelte Kraft die Draiitfpannung steuert,
einer Füllflüssigkeit (84) in der Korperkammer, und einer Erregereinrichtung (36). die Energie zu dem Schwingdraht (50, 156) zuführt, so daß dieser bei einer durch seine mechanische Spannung bestimmten Frequenz schwingt, wobei der Körper (40, 162) eine erste und eine zweite Membranunterstützung (42, 44; 172, 174) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

— die erste und die zweite Membranunterstützung (42,44; 172,174) jeweils aus einer Absatzplatte bestehen, deren jede in unmittelbarer Nähe zur Innenfläche der entsprechenden Membran angeordnet ist. um einen ersten und zweiten eingeschlossenen Raum dazwischen zu bilden,

— ein röhrenförmiges Element (52, 170) den Schwingdraht (50, 156) eng benachbart umgibt.

so daß ein langgestreckter Durchgang von im Vergleich zum Durchmesser der ersten bzw. zweiten Hohlraumwand kleinem Querschnitt entsteht, der von dem ersten eingeschlossenen Raum wegführt, der an die erste Membran (22, 150) angrenzt.

— eine Verbindungseinrichtung (90, 92) eine Verbindung zwis< hen dem Inneren des röhrenförmigen Elements (52, 170) und dem ersten und zweiten eingeschlossenen Raum neben der ersten bzw. zweiten Membran (22, 24, 150, 152) herstellt, und

— die eingeschlossenen Räume, der langgestreckte Durchgang und die Verbindungseinrichtung (90,92) eine abgedichtete Kammer bilden.

2. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des röhrenförmigen Elements (52,170) mit der ersten Membranunterstützung (42, 172) verbunden ist und sich von dieser zu einem geschlossenen Ende erstreckt, das von der ersten Membranunterstützung (42,172) entfernt ist

3. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch Magnete (102, 104, 10β, 108, 110) an gegenüberliegenden Seiten des röhrenförmigen Elementes (52,170), die über dem Schwingdraht (50, 156), der sich in dem röhrenförmigen Element (52,170) befindet, ein hochintensives Dauermagnetfeld erzeugen, das sid. quer zur Schwingdrahtachse erstreckt, daß der Schwingdraht (50, 156) aus nichtmagnetischem Material besteht, und daß Mittel (22, 36,60,66,70) zur Zufuhr eines elektrischen Stromes zu und durch den Schwingdraht (50,156) vorhanden sind, um entsprechend der Drahtspannung Schwingungen bzw. Vibrationen zu erzeugen.

4. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingdraht (50, 156) aus Iridium besteht.

5. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das röhrenförmige Element (52, 170) in Form eines runden Rohres bzw. Röhrchens aus T?ntal besteht

6. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingdraht (50, 156) aus Wolfram besteht.

7. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingdraht (50, 156) über seiner Länge einen gleichförmig runden Querschnitt aufweist und über dieser Länge frei ist von Beschwerungen.

8. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Länge zu innerer Weite des röhrenförmigen Elements (52, 170) mindestens 10:1 beträgt

9. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1. du durch gekennzeichnet, daß der Schwingdraht (50, 156) einen kreisrunden Querschnitt aufweist und aus einem nichtmagnetischen Metall frei von Beschwerungen über seine gesamte Vibrationslänge besteht, wobei der Drahtdurchmesser nicht größer als 0.0508 cm ist

10. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllflüssigkeit (84) ein Silikonöl ist, das iinen vorgewählten niedrigen Temperatur-Viskositätskoeffizienten aufweist.

11. Schwingdrahtinstrumem nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dichte des Schwingdrahtes (50,156) zu der Dichte der Füllflüssigkeit (84) mindestens 10:1 beträgt.

12. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch eine Feder (80). die auf den Schwingdraht in Abwesenheit eines Differenzdrukkes zwischen den beiden Membranen (22, 24, 150, 152) eine Zugspannung ausübt, wobei du feder (80) einen vorgewählten Temperaturkoeffizienten fur die Änderung der Federkraft aufweist, derart, daß diese Änderung den temperaturbedingten Einwirkungen auf die Drahtschwingung durch Änderungen der Viskosität der Füllflüssigkeit (84) entgegenwirkt.

13. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (120, 126,130, 158, 160) aufweist: eine freitragende Feder (160), die mit einem ersten Punkt an dem Körper (40, 162) in einem Bereich befestigt ist,

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der gegenüber der Drahtachse des Schwingdrahtes (50, 156) versetzt ist, wobei die Feder (160) einen freitragenden Abschnitt aufweist.der sich gegen den Schwingdraht (50,156) erstreckt. Verbindungsmittel (158), die den freitragenden Abschnitt der Feder (160) mit dem anderen Drahtende verbinden, und Bewegungsbegrenzungseiemente (164, 166), die mit dem freitragenden Abschnitt der Feder (160) gekoppelt sind, um eine Bewegung derselben in einer Richtung parallel zur Drahtachse und weg von dem einen Draiitende zu verhindern, wobei die Federkraft der freitragenden Feder (160) eine Bewegung des anderen Drahtendes gegen das eine Drahtende normalerweise verhindert, aber eine solche Bewegung erlaubt, wenn die Drahtkraft zu groß wird.

14. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein großvolumiges Teil (178) in der abgedichteten Kammer, das einen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist, der wesentlich kleiner ist als jener der die abgedichtete Kammer begrenzenden Wände, wobei das Volumen dieses Teiles (178) abhängig von den temperaturabhängigen Ausdehnungseigenschaften der Füllflüssigkeit (84) und der Kammerwände vorherbestimmt ist, derart, daß Volumenänderungen der Kammer im wesentlichen den Volumenänderungen der Füllflüssigkeit (84) entsprechen.

15. Schwingdrahtinstrument nach Ansoruch 14. dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (178) einen Temperaturausdehnungskoeffizienten nahe Null aufweist.

16. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (178) aus Invar besteht.

17. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 14. dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (178) an keiner Wand der Kammer befestigt ist.

18. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Magnete (102, 104, 106, 108, 110). die in einem Bereich zwischen den Membranen (22, 24, 150, 152) angeordnet sind und ein intensives Magnetfeld über dem Schwingdraht (50,156) erzeugen, und einen zwischen den Magneten (102, 104, 106, 108. 110) und den Membranen (22, 24, 150, 152) angeordneten magnetischen Sci.irm (42, 44, 172, 174)

19. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schirme (42, 44. 172, 174) aus Membran-Abstützplditcn bestehen, die aus magnetischem Material hergestellt sind.

20. .Schwingdrahtinstrument nach Anspruch !. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Membran (22, 150) etwa kreisförmig ist und eine zentrale Nabe (70, 154) aufweist, daß der Schwingdraht (50, 156) mit seiner Achse konzeninsch zur ersten Membran (22, 150) angeordnet ist. daß Verbindungsmittel (60) die Nabe (70, 154) mit dem einen Ende des Schwingdrahtes (50, 156) verbinden, daß ein Körperglied (20, 162) vorgesehen ist, und daß zwischen dem Körperglicd und der zentralen Nabe (70,154) eine Nullfeder (80) angeordnet isl. um den Schwingdraht (50, 156) mit einer anfänglichen Zugkraft zu beaufschlagen.

21. Schwingdrahlinstrument nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullfeder (80) ein kreisförmiges Eler'iejt aufweist, das konzentrisch zum Schwingdrahi [50, 156) und zur Nabe (70, 154) nneeordnet ist.

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22. Schwingdrahtinstrument nach Einspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullfeder (80) zwe i schcibeuat tige Klemente aufweist, die eine parallele) grammartige Bewegung erzeugen, wenn die Drahtlänge sich ändert.

23. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung (60, 70, 154) aufweist: ein erstes Element (62, 64). das fest mit dem einen Ende des Schwingdrahtes (50,156) verbunden ist ein zweites Element (70,154), das fest mit der ersten Membran (22,150) verbunden ist, eine Druckfeder (68) zwischen dem ersten und dem zweiten Element (62, 64 und 72) und eine Einrichtung (70, 154), die gewöhnlich die Druckfeder (68) in eine voreingestellte Federkraft preßt, die größer ist als die gewöhnlich auf den Schwingdraht (50, 156) ausgeübte Kraft, wodurch die Druckfeder (68) die Membrankraft direkt auf den Schwingdraht übertrat, sofern nicht die einwirkende Kraft die voreingestellte Federkraft über^iigt, wonach die Druckfeder (68) weiter zusammenget, ückt wird, um die überschüssige Kraft aufzunehmen.

24. Schwingdrahtinstrument nach Anspr_~h 23, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (62, 64) ^wei sich seitlich erstreckende Teile (62) aufweist, die erste Berührungsflächen haben, die in der Drahtrichtung gegenüberliegen, daß das zweite Element (70, 154) zweite Berührungsflächen aufweist, die seitlich mit den ersten Berührungsflächen ausgerichtet sind und außerhalb von diesen liegen, daß eine Seite der Druckfeder (68) gewöhnlich an der ersten und der zweiten Berührungsfläche anliegt, daß das zweite Element (70,154) außerdem ein Bauteil (72) aufweist, das an der anderen Seite der Druckfeder (68) anliegt, und daß die Druckfeder (68) gewöhnlich zwischen den zweiten Berührungsflächen und dem Bauteil (72) zusammendrückbar ist. wodurch jede Membrankraft, die kleiner als die voreingestellte Kraft ist. direkt zum Schwingdraht über-'ragen wird, wogegen jede größere Membrankraft ein weiteres Zusammendrücken der Druckfeder (68) mit dem Abheben der zweiten Berührungsflächen von dem einen Ende der Druckfeder (68) bedingt.

25. Schwingdrahtinstrument nacli Anspnach 24, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (62, 64) ein knopfförmiges Glied mit einem Außenflansch (62) aufweist, der die ersten Berührungsflächen bildet, und daß das zweite Element (70, 154) einen Abschnitt hat. der kreisförmig den Außenflansch (62) konzentrisch mi: diesem umgibt und die mit den ersten Berührungsflächen ausgerichteten zweiten Berührungsflächen bildet.

26. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 25. gekennzeichne· durch einen Abstandshalter (66) zwischen der Druckfeder (68) und den ersten und zweiten Berührungsflächen.

27. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 3. dadurch gekenn_eichnet. daß der Schwingdraht (50, 156) eine Irregularität besitzt, die /u Änderungen der Drahtschwingungseigenschaften in verschiedenen, sich durch die Drahtachse hinduroh erstreckenden Ebenen führt, und daß die Drehstellung des Schwingdrahtes (50, 156) um seine Achse in vorbestimmter Relativ zur Richtung des Magnetfeldes gewählt ist. um stabile Vibrationen des Schwingdrahtes (50, 156) bei einer einzigen. Resonanzfrequenz zu erzielen.

28. Schwingdrahtinstrument nach Anspruch 3, da-

durch gekennzeichnet, daß eine Drahtirregularität bei einer gegebenen Zugspannung eine Resonimz bei zwei Frequenzen erzeugt, die in zwei winklig zueinander stehenden Schwingungsebenen auftreten, die sich durch die Drahtachse hindurch erstrekken, wobei der Schwingdraht (50, 156) so positioniert ist, daß eine der Schwingungsebenen senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes ist.