DE19840868A1

DE19840868A1 - Liquid viscosity measuring and regulating method; compares signal energy and amplitude required to maintain resonance frequency of vibration measuring element suspended in liquid with known viscosity characteristics

Info

Publication number: DE19840868A1
Application number: DE1998140868
Authority: DE
Inventors: Cornelia Flick; Michael Kaufmann; Thomas Richter; Axel Strack; Harald Zimmermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Flick Cornelia Dipl-Ing 09599 Freiberg De Ka
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-03-02

Abstract

The method involves using a vibration measuring element suspended in the liquid, with measurement of the energy and amplitude of the signal required for maintaining the resonance frequency of the measuring element, to determine the viscosity using characteristics obtained for liquids of known viscosity and to provide a signal for regulating the viscosity.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung und Regelung der Viskosität einer Flüssigkeit.The invention relates to the measurement and control of Viscosity of a liquid.

Bekannte Meßverfahren für die kontinuierliche Messung der Vis kosität von Flüssigkeiten, insbesondere solcher mit hoher Zähigkeit, sind in vielerlei Hinsicht beschränkt und nachtei lig. Sie haben z. B. einen kleinen Meßbereich, eine geringe Genauigkeit, eine Empfindlichkeit gegenüber variierender Umgebungsbedingungen und erfordern aufwendige interne Regelun gen.Known measuring methods for the continuous measurement of the Vis viscosity of liquids, especially those with high Toughness is limited in many ways and disadvantageous lig. You have e.g. B. a small measuring range, a small one Accuracy, a sensitivity to varying Environmental conditions and require complex internal controls gene.

Ein bekanntes Verfahren zur Messung der Viskosität basiert auf dem Grundprinzip, daß ein Körper, der in einer Flüssigkeit eintaucht zur Vibration gebracht wird, einer Dämpfungskraft unterworfen wird, die sich in Abhängigkeit von der Viskosität der Flüssigkeit verändert. Durch die Bestimmung der Dämpfung ist es möglich, die gesuchte Viskosität zu bestimmen.A known method for measuring viscosity is based on the basic principle that a body that is in a liquid immersed into vibration, a damping force is subjected to, depending on the viscosity the liquid changed. By determining the damping it is possible to determine the viscosity sought.

Es wird ein Meßkörper mit der Masse m₀ in die Flüssigkeit ein getaucht und zur Vibration gebracht, wobei der Körper in einem Federkörper mit der Federkonstante k abgefedert wird. Zusätz lich ist er, neben der Eigendämpfung des schwingenden Systems, in der Flüssigkeit einer Dämpfung mit dem Dämpfungs koeffizienten b ausgesetzt. Wird die zugeführte, von außen an gelegte Kraft sinusförmig variiert mit F(t) - F₀*sin (ωt), so variiert der absolute Wert des Verhältnisses zwischen Vibra tionsamplitude und der zugeführten Kraft - im folgenden Verstärkung genannt - für unterschiedliche Dämpfungsbedin gungen. Bei der Resonanzfrequenz des Meßkörpers und in ihrer unmittelbaren Umgebung gilt die Beziehung
A measuring body with the mass m _{0 is} immersed in the liquid and made to vibrate, the body being cushioned in a spring body with the spring constant k. In addition, in addition to the natural damping of the vibrating system, it is exposed to damping with the damping coefficient b in the liquid. If the external force applied is varied sinusoidally with F (t) - F ₀ * sin (ωt), the absolute value of the ratio between the vibration amplitude and the force applied - hereinafter called the gain - varies for different damping conditions. The relationship applies to the resonance frequency of the measuring body and in its immediate vicinity

wobei angenommen wird, daß die Masse m₀ auch jenen Teil der Flüssigkeit umfaßt, der in die Oszillatorbewegung einbezogen wird und so klein wie möglich sein sollte. Die Verstärkung hängt im Bereich der Resonanzfrequenz sehr stark von der Dämpfung ab.it is assumed that the mass m ₀ also includes that part of the liquid which is included in the oscillator movement and should be as small as possible. The gain in the range of the resonance frequency depends very much on the damping.

Aus DE OS 22 58 429 ist ein diesbezügliches Verfahren bekannt, wobei ein federnd abgehängter, vibrationsfähiger Meßkörper in eine Flüssigkeit eingetaucht wird und der Meßkörper mit einer Resonanzfrequenz und konstanter Amplitude in Vibration gebracht wird. Die erforderliche Energie für die Aufrechterhaltung der Resonanzfrequenz und der konstanten Amplitude wird gemessen.A process in this regard is known from DE OS 22 58 429, a resiliently suspended, vibrating measuring body in a liquid is immersed and the measuring body with a Resonance frequency and constant amplitude in vibration brought. The energy required for that Maintaining the resonance frequency and the constant Amplitude is measured.

Weiterhin ist es möglich, den Meßkörper mit einer Resonanz frequenz bei konstanter zugeführter Energie in Vibration zu bringen und die Vibrationsamplitude zu messen, wobei diese Energie oder die Amplitude in Abhängigkeit vom Dämpfungseffekt der Flüssigkeit auf den vibrierenden Meßkörper variiert und somit von der Viskosität der Flüssigkeit abhängt.It is also possible to resonate the measuring body frequency with constant supply of energy in vibration bring and measure the vibration amplitude, taking this Energy or the amplitude depending on the damping effect the liquid on the vibrating measuring body varies and thus depends on the viscosity of the liquid.

Um den Einfluß äußerer Störgrößen zu vermeiden, wird der Meß körper in einem Unterstützungskörper federnd abgehängt, der seinerseits in einem Aufsatz ebenfalls federnd abgehängt und einer viskosen Dämpfung ausgesetzt ist. Die Abhängung des Unterstützungskörpers ist so aufgebaut, daß seine Resonanz frequenz beachtlich niedriger ist als die Resonanzfrequenz des Meßkörpers.To avoid the influence of external disturbances, the measurement body resiliently suspended in a support body, the in turn also suspended in an attachment and is exposed to viscous damping. The suspension of the Support body is constructed so that its resonance frequency is considerably lower than the resonance frequency of the Measuring body.

Nachteil des Verfahrens ist die geringe Genauigkeit und der zusätzliche Aufwand zur Beseitigung störender Einflüsse.The disadvantage of the method is the low accuracy and the additional effort to eliminate disruptive influences.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hohe Genauigkeit der Visko sität-Messung zu erreichen, äußerliche Störeinflüsse ohne zu sätzlichen Aufwand auszuschließen und aus dem ermittelten Vis kositätswert ein Signal zu generieren, welches als Steuergröße eine gezielte Regelung der Viskosität ermöglicht. The object of the invention is a high accuracy of the visco sity measurement to achieve external interference without too exclude additional effort and from the determined Vis to generate a signal which is used as a control variable targeted regulation of the viscosity enables.

Erfindungsgemäß und überraschend wird die Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.According to the invention and surprisingly, the task with the Features of the claims solved.

Erfindungsgemäß wird bei vorgegebener Resonanzfrequenz in Kombination sowohl die Amplitude als auch die zugeführte Energie gemessen. Mittels einem Datenfeld aus Eichkurven von Flüssigkeiten bekannter Viskosität wird die Viskosität ermittelt, aus der ein Signal generiert, welches einem Regel kreis zugeführt wird und über verschiedene Eingriffsmög lichkeiten die Viskosität nachregelt. Welche Eingriffs parameter im speziellen gewählt werden, ist abhängig von den gewünschten weiteren Eigenschaften der Flüssigkeit. Beispiels weise läßt sich die Viskosität einer Glasschmelze über eine Temperatursteuerung nachregeln.According to the invention, at a predetermined resonance frequency Combination of both the amplitude and the supplied Energy measured. Using a data field from calibration curves from Liquids of known viscosity become the viscosity determined from which a signal is generated which corresponds to a rule is supplied and via various intervention options adjust the viscosity. What intervention parameters chosen in particular depends on the desired further properties of the liquid. Example wise, the viscosity of a glass melt over a Readjust temperature control.

Erfindungsgemäß kann das generierte Signal auch einer Steuerung zur Anpassung weiterer Betriebsparameter an die variierende Viskosität zugeführt werden. Beispielsweise läßt sich eine Durchflußsteuerung realisieren, die einen konstanten Volumenstrom der untersuchten Flüssigkeit liefert.According to the invention, the generated signal can also be one Control system for adapting further operating parameters to the varying viscosity can be supplied. For example, lets realize a flow control that is constant Volume flow of the examined liquid provides.

Weiterhin ist es möglich, für individuelle Flüssigkeiten ein Datenfeld aufzunehmen und dann unter Zuhilfenahme der beiden Parameter den Viskositätswert direkt zu bestimmen. Dies erfordert im Gegensatz zum Stand der Technik keine aufwendige Regelung zur Konstanthaltung eines Parameters.It is also possible to apply for individual liquids Record data field and then with the help of the two Parameters to determine the viscosity value directly. This in contrast to the prior art, does not require any complex Regulation for keeping a parameter constant.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt schema tisch die Erzeugung der Resonanzfrequenz, die Messung der Am plitude und der zugeführten Energie, die Bestimmung des Visko sitätswertes in einem Auswertungsrechner, wobei aus dem Visko sitätswert ein Signal generiert wird, das zur Steuerung der Temperatur und damit zur Viskositätsbeeinflussung dient.The invention is intended to be based on an exemplary embodiment are explained in more detail. The accompanying drawing shows a schematic table the generation of the resonance frequency, the measurement of the Am plitude and the energy supplied, determining the visco sity values in an evaluation computer, from the visco a signal is generated which is used to control the Temperature and thus serves to influence viscosity.

Ein Meßkörper wird in die zu prüfende Flüssigkeit eingetaucht und in Schwingungen versetzt. Die Amplitude wird konti nuierlich abgetastet und als Meßsignal der Auswerteeinheit zu geführt. Gleichzeitig wird die Energieaufnahme vermessen und ebenfalls in der Auswerteeinheit registriert. Die anliegenden Signale werden über einen Analog-Digital-Wandler in digitale Signale überführt.A measuring body is immersed in the liquid to be tested and vibrated. The amplitude becomes continuous sampled and sent to the evaluation unit as a measurement signal guided. At the same time, the energy consumption is measured and also registered in the evaluation unit. The adjacent ones Signals are converted to digital via an analog-to-digital converter Signals transferred.

Im vorliegenden Beispiel werden die Signale an eine Regelung geleitet, die einer Viskositätsabweichung über eine Tempera tursteuerung entgegenregelt.In the present example, the signals are sent to a control system headed that a viscosity deviation over a tempera counter control.

Claims

1. A method for measuring and controlling the viscosity of a liquid, wherein a resiliently suspended, vibratable measuring body is immersed in the liquid and the measuring body is vibrated with a resonance frequency, characterized in that the frequency required to maintain the resonance energy and the amplitude are measured and the calibration value of liquids of known viscosity determines the viscosity value and a signal generated from the viscosity value adjusts the viscosity of the liquid via a control loop or is used to control other operating parameters.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Resonance frequency of the measuring body is between 10 and 100 Hz.

3. The method according to claim 1, characterized in that the largest amplitude of the measuring body is between 1 and 5 mm.