Text-Bild-Ansicht Band 329

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Das Verfahren ist danach folgendes. Ein Klangkörper – so soll ein beliebig gestalteter elastischer Körper genannt werden, der in einer Haltevorrichtung so befestigt ist, daß er ungehindert eine seiner Eigenschwingungen ausführen kann – wird in das zu untersuchende Medium (Gas oder Flüssigkeit) eingetaucht, und die dabei auftretende Aenderung seiner Eigenfrequenz gegenüber der Eigenfrequenz ohne Medium (im Vakuum, oder bei Umgebung mit einem Normalmedium wird auf irgend eine Weise gemessen. Aus der gemessenen Frequenzänderung erhält man sofort die gesuchte Dichte, wenn der Apparat durch Beobachtung in Medien bekannter Dichte empirisch geeicht ist. Sind die Frequenzänderungen klein gegen die Frequenz selbst (betragen sie z.B. nur einige Schwingungen in der Sekunde bei einer Eigenfrequenz von einigen Hundert Schwingungen/sek.), so sind sie den entsprechenden Dichteunterschieden proportional, wodurch eine sehr einfache Eichung und Ablesung ermöglicht wird. Das ist beispielsweise der Fall, wenn Gasdichten bei normalem oder wenigstens nicht sehr hohem Druck gemessen werden, da alsdann wegen der geringen Dichte der Gase gegenüber derjenigen fester Körper die scheinbare Massenänderung immer klein bleibt.

Um nach dem geschilderten Verfahren Gasdichten zu messen, muß der Klangkörper sehr leicht sein und eine große Oberfläche besitzen, damit die mitbewegte Gasmenge möglichst groß wird. Bei den ausgeführten Versuchsapparaten besteht er aus Aluminium und hat die Form einer dünnwandigen Röhre, die innen und außen vom Gase umspült wird, und wie ein an zwei Punkten festgeklemmter Stab Transversalschwingungen ausführt. Auch Glas, das noch etwas geringeres spezifisches Gewicht als Aluminium hat, eignet sich dazu. Statt der Röhrenform ist auch die Platten- und Glockenform brauchbar. Bei Flüssigkeiten lassen sich die gleichen Formen anwenden, außerdem aber noch andere, z.B. eine nur innen gefüllte Röhre, die an beiden Enden fest eingespannt ist und sich somit zur Dichtemessung strömender Flüssigkeiten eignet.

2. Konstruktion des Apparates und Meßeinrichtungen. Die Konstruktion des Pyknometers, insbesondere die Einrichtungen zur Frequenzmessung, die einen wichtigen Teil des Apparates bilden, lassen sich mittels der Abb. 1 und 2 erläutern, a ist der Klangkörper; es ist ein Hohlzylinder (Rohr) angenommen, der wie ein zylindrischer Stab mit freien Enden in seinem Grundton schwingt. Zu dem Zweck wird das Rohr in den beiden Knotenpunkten der Bewegung mittels zwei Paar Spitzenschrauben dd gehalten (Abb. 1), die in den ringförmigen Haltern bb sitzen. Diese Halter sind verschiebbar auf der Tragschiene c befestigt, so daß sie genau auf die Knotenpunkte eingestellt werden können. Die Schiene trägt auch die zur Schwingungserregung und zur Frequenzmessung dienenden Anordnungen. Diese sind in zwei wesentlich verschiedenen Ausführungen denkbar; nämlich erstens: der Klangkörper wird mechanisch – durch den Schlag eines elektromagnetisch betätigten kleinen Hammers – in Eigenschwingungen versetzt, und deren Frequenz wird gemessen, etwa durch akustische Vergleichung mit der bekannten Frequenz eines Normalklangkörpers (Stimmgabel) oder durch einen Frequenzmesser (z.B. einen Frahmschen Frequenzmesser mit schwingenden Zungen); oder zweitens: der Klangkörper wird durch eine periodisch wirkende Kraft von gleicher bzw. annähernd gleicher, bekannter Frequenz in erzwungene (Resonanz-) Schwingungen versetzt, und deren Stärke wird gemessen. Bei vollkommener Gleichheit von erregender Frequenz und Eigenfrequenz des Klangkörpers findet stärkstes Mitschwingen (Resonanz) statt, so daß sich aus der Beobachtung der Resonanzkurve ebenfalls die Eigenfrequenz ergibt. Die erste Art der Messung ist in Abb. 1, die zweite in Abb. 2 angedeutet; der anschlagende Hammer ist jedoch in Abb. 1 weggelassen, um die Uebersichtlichkeit nicht zu gefährden. Die Uebertragung der Schwingungen auf die Meßeinrichtung – bei der zweiten Anwendungsform auch die Erregung des Klangkörpers – erfolgt elektromagnetisch nach dem Telephonprinzip. Dazu ist auf den Klangkörper in einem seiner Schwingungsbäuche ein kleines Eisenstück e (Abb. 1) bzw. die beiden Stücke e und e1 aufgekittet (Abb. 2). Diesen stehen dicht gegenüber, vom Klangkörper unabhängig befestigt, die Telephonmagnete m bzw. m1. Fließt durch die Spulen des Erregungsmagneten m in Abb. 2 ein Wechselstrom von (annähernd) der Frequenz des Klangkörpers, so gerät dieser in Mitschwingung. Als Wechselstromquelle ist hier eine, von dem Hammer h angeschlagene, Stimmgabel w angenommen, zwischen deren Zinken sich eine Spule mit Eisenkern befindet. Es ist eine Stimmgabel mit regulierbarer Tonhöhe zu nehmen, wie sie z.B. von R. Koenig1) oder von F. Neesen2) konstruiert worden sind. Statt der Stimmgabel kann natürlich jeder beliebige andere Wechselstromerzeuger benutzt werden, wenn seine Frequenz hinreichend genau konstant gehalten und gemessen werden kann. Denn in dieser Hinsicht stellt das Verfahren recht hohe Anforderungen.

Textabbildung Bd. 329, S. 82
Textabbildung Bd. 329, S. 82
1)

R. Koenig, Quelques Expériences d'Acoustique, Paris 1882. Poggendorffs Ann. d. Phys.u. Chem. 157, S. 621 (1876).

2)

F. Neesen, Elektrot. Zeitschr. 8 S. 188 (1887).