DE2361454A1

DE2361454A1 - Vorrichtung zum bestimmen der viskositaet von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2361454A1
Application number: DE19732361454
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: SOMAC SA
Current assignee: SOMAC SA
Priority date: 1972-12-15
Filing date: 1973-12-10
Publication date: 1974-06-20
Also published as: FR2214125B1; NL7317063A; IT999983B; GB1452770A; FR2214125A1; BE808656A

Description

Diese Xerex» tffegsfe gilt üls Original 2361454

Anmelder: Ludwigsliafen/Rh. 7.12.1973

S.A. SOMAG

86, rue Delerue P 5085 H/bec

59290 Wasquehal / Prankreich

Vertreter;

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Adolf H.Fischer Dipl.-Ing. Wolf-Dieter Fischer

67 Ludwigshafen/Rh.

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Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität von Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität von Flüssigkeiten in kurzen Intervallen, wobei die Flüssigkeit in einem Eohr strömt und die Zeit für das Sinken eines Körpers, insbesondere einer Kugel in dem geradlienigen Eohr bestimmter Länge ein Maß für die Viskosität der Flüssigkeit ist, daß die Kugel ein größeres spezifisches Gewicht aufweist als die Flüssigkeit, daß die Kugel zwischen den Messungen durch den Flüssigkeitsstrom von untern nach oben zum Ausgangspunkt der Messung befördert, wird, daß der Flüssigkeitsstrom für das Durchführen eider Messung mit Hilfe eines Ventiles unterbrochen ist und daß die Fallzeit

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der Kugel mit Hilfe von Meßfühlern meßbar ist, die das Bohr umschließen.

Viskosimeter, die eine Kugel verwenden sind seit langem bekannt, wie beispielsweise aus den französischen Patentschriften 1 187 083 und 12 75 856, so daß ihre Funktion nicht näher erläutert werden braucht.

Bei einer dieser bekannten Ausführungsform erfolgte die Messung der Viskosität periodisch und automatisch

■ während der Falldauer der metallischen Kugel in einer geradlienigen Führung, in der sich die zu messende Flüssigkeit befindet, und zwar durch Beobachtung der Veränderung der Induktivität, die sich anhand der Meßspulen ergibt, die in der Führung angeordnet sind. Der Apparat bewirkt einen Vergleich der gemessenen Impulse mit den bekannten, bestimmten Viskositätswerten zugeordneten Impulsen«, Das Aufsteigen der Kugel zwischen den Messungen erfolgt durch einen Flüssigkeitsstrom von unten nach oben, der die Kugel in die Ausgangsposition "bringt. Diese bekannte Vorrichtung verwendet ein geneigtes Rohr und eine volle Kugel, die entlang der Wandung des Rohres rollt. Dadurch

' ergeben sich Reibungsverluste und außerdem entstehen in der Flüssigkeit Verwirbelungen, wenn auch nur schwache, die jedoch die Messung verzerren. Bei der anderen bekannten AusführungsfoTm wird ein Viskosimeter beschrieben, wobei die Zeitmessung mit Hilfe einer magnetischen kugeligen Masse erfolgte, die durch die Flüssigkeit fällt, die in einem geradlienigen Rohr angeordnet ist. Diese Vorrichtung weist eine obere und untere Induktionsspule auf, wobei die untere Spule den Weg der magnetischen Masse begrenzt. Diese magnetische Masse kann zum Ausgangspunkt der Messung, d.h. nach oben durch einen von unten nach oben gerichteten Flüssigkeitsstrom in dem Rohr gefördert werden. Bei dieser bekannten Ausführungsform verwendet man ebenfalls ein geneigtes* Rohr sowie eine schwere Kugel, deren Gewicht beim Fall der Kugel eine verhältnismäßig große Geschwindigkeit erzeugt und damit hydrodynamische

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Verwirbelungen, die die Präzision der Messung behindern.

Bei beiden Ausführungen sind die Meßfühler sehr einfach aufgebaut, wobei jedoch die Genauigkeit der Messung zu beanstanden ist und der Erfindung die Aufgabe zugrundeliegt, die Meßgenauigkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale gelöst;

• a) die Führung erfolgt durch ein vertikales Rohr;

b) es ist eine metallische Hohlkugel vorgesehen, deren Gewicht und Dichte genau festgelegt ist,, wobei das spezifische Gewicht geringfügig von dem der zu messenden Flüssigkeit abweicht;

c) die Meßfühler sind mit jeweils zwei im Abstand zueinander befindlichen Spulen versehen.

Um die Präzision der Messung weiterhin zu verbessern, geht man nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung so vor, daß jedes der beiden Spulenpaare von einem Frequenz-

• generator gespeist ist, daß der Durchgang der Kugel an dem Niveau der Spulen in einem Zähler eine Annullierung der aufgedrückten Spannung bewirkt und diesen um einen Punkt weitensehaltet, Wobei die Messung einsetzt, wenn

■ die Kugel einen· zweiten Impuls in der entsprechenden Spule des ersten Meßfühlers auslöst und die Messung fortgesetzt wird bis zum dritten und vierten Impuls entsprechend den Spulen des zweiten Meßfühlers, und daß jeder Impuls dap öffnen und Schließen des Gatters eines genaueren Zählers bewirkt, der eine integrierte Speicherung während der Meßintervalle durchführt und das Ablesen der Viskosität an einem galvanometrischen Anzeigegerät ermöglicht.

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Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs— beispiels näher erläutert.

Es zeigen,

Figur 1 die grafische Darstellung einer Viskasitätskurve wie sie bei Messung mit einer Vorrichtung nach der Erfindung erhalten wird,

Figur 2 ein Blockschaltbild des elektrischen Teils der Vorrichtung,

Figur 3 die Vorrichtung im Aufriß, und

Figur 4- ein elektrisches Schaltbild des Anschlusses der Meßfühler gemäß Figur 3· <

Die Vorrichtung weist ein Kunststoffrohr 1 auf, das vertikal angeordnet ist und sich im Nebenschluß zu einer Leitung 2, 3» beispielsweise für Heizöl, befindet. Das Rohr 1 ist mit der Leitung 2 durch einen Schlauch 30 verbunden, der mit Hilfe eines Ventils 4·, vorzugsweise eines Elektroventile, abgesperrt werden kann. Im Inneren des Rohres befindet sich frei beweglich eijie hohle Stahlkugel 5, deren spezifisches Gewicht genau festgelegt ist. Dieses spezifische Gewicht kann größer sein als das der zu messenden Flüssigkeit. Der Durchmesser und das Gewicht der Kugel sind ebenfalls so präzise wie möglich ausgeführt. Die Kugel 5 kann sich nur in dem Rohr 1 bewegen, das einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist als der Schlauch 3, wobei der Weg der Kugel 5 nach obqn und unten durch Anschläge begrenzt ist. Der Fallweg für die Zeitmessung der Kugel 5 in dem Heizöl ist begrenzt durch einen oberen Meßfühler 6 und einen unteren Meßfühler 7ι die um das Rohr 1 angeordnet sind. Die Meßfühler 6 und 7 sind mit einer Zeitmeßeinrichtung verbunden und messen dadurch die Viskosität der Flüssigkeit. Wenn die Fallzeit der Kugel kurz ist, ist entsprechend die Viskosität gering·

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Dieses Prinzip ist bekannt.

Die mechanische Funktion der Vorrichtung ist wie folgt.

Zu Beginn der Messung befindet sich die Kugel 5 unten in dem Rohr 1, wobei das Ventil ^LV geschlossen ist. Wenn die Viskosität der in der Leitung 2 fließenden Flüssigkeit gemessen werden soll, wird das Ventil 4 geöffnet, so daß ein Flüssigkeitsstrom im Inneren des Rohres Λ entsteht. Dieser Flüssigkeitsstrom fördert die Kugel 5 an das obere Ende des Rohres i bis zu dem dort vorgesehenen Anschlag. Zweckmäßigerweise wird dieser Flüssigkeitsstrom in dem Rohr 1 während einer ausreichenden Zeit beibehalten, um einen Temperaturausgleich zu erzielen und um ferner zu erreichen, daß die Beschaffenheit der Flüssigkeitsströme in dem Rohr und der Leitung 2 gleich ist und auch die gleiche Temperatur aufweist. IJm die Messung durchzuführen wird das Ventil 4 geschlossen, so daß der Flüssigkeitsstrom im Inneren des Rohres 1 unterbrochen wird. In diesem Augenblick beginnt die Kugel 5 frei und langsam in der Flüssigkeit zu fallen, ohne dabei an der Wandung des Rohres 1 entlang zu reiben und ohne innerhalb der Flüssigkeit Verwirbelungen zu erzeugen. Es wird jetzt die Fallzeit zwischen den beiden Meßfühlern 6, 7 gemessen. Diese,Zeit wird sofort in die entsprechende Viskosität umgewandelt. Ferner kann diese Messung in kurzen ZeitIntervallen wiederholt werden, wenn man mit Konstanz die Viskosität der in der Leitung 2 fließenden Flüssigkeit erhalten will. In diesem Fall wird das Ventil 4- nur geschlossen, um die Messung ,durchzuführen, während in der übrigen Zeit ständig die zu.messende Flüssigkeit in dem Rohr Λ strömt,damit,die Temperatur der Flüssigkeit für die Viskositätsmessung nicht, beeinflußtwird.

Bisher wurde eine Vorrichtung beschrieben, bei der die Kugel 5 ein größeres spezifisches Gewicht hatte als die Flüssigkeit. Es sei darauf hingewiesen, daß die

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gleiche Vorrichtung verwendet werden kann, wenn das spezifische Gewicht der Kugel geringer ist als das der Flüssigkeit. In diesem Fall läuft der Flüssigkeitsstrom vor der Messung in der entgegengesetzten Richtung, wobei während der Messung die Kugel durch den Auftrieb aufsteigt und die Zeit ein Maß für die Viskosität der Flüssigkeit ist.

Nachfolgend wird nunmehr der elektrische und elektronische Teil der Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben. Dieser Teil ist von außerordentlicher Bedeutung für die Genauigkeit der Messung, wobei diese Genauigkeit notwendig ist im Hinblick auf die geringe Fallgeschwindigkeit der Kugel.

Jeder der Meßfühler 6 und 7 ist.mit zwei Spulen versehen. Der Meßfühler 6 mit den Spulen 8 und 9, und der Heßfühler mit den Spulen 10 und 11. Die Spulen 8 bis 11 werden von einem Frequenzgenerator 12 gespeist, der einen durch einen Verstärker 13 und einen Anpassungsübertrager 14 verstärkten Strom abgibt. Der Abgleichpunkt für eine Spannung VS wird mit Hilfe eines Potentiometers 15 geregelt.

Der Durchgang der Kugel 5 durch die Spulen 8 bis 11 endet mit einem Nullwert der Spannung VS, die während des Falls der Kugel 5 über die Länge des Rohres 1 viermal erzeugt wird. Nachdem die Anordnung der Spulen 8 bis 11 genauestens erfolgt, kann die Messung mit Präzision durchgeführt werden, wobei diese Präzision durch die Verdoppelung der Spulen an den beiden Meßfühlern 6 und 7 erlaubt Meßvergleiche anzustellen und dadurch die Präzision zu erhöhen,

was später näher erläutert wird. Bei jedem Durchgang durch die Spulen 8 bis 11 erzeugt die Kugel einen Strom, beispielsweise in dem Meßfühler 6, der über einen Wechsel-

stromverstärker 17 zu einem Gleichrichter 16 gelangt.

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Ein Verstärker mit großem Verstärkungsfaktor 18 wandelt die Gleichspannung VS in einen· Impuls um, der einen Zähler 19 steuert, der auf die Impulse 0 (entsprechedn der Spule 8) und einen Impuls 1 (entsprechend der Spüle 9) reagiert. Nach vier Impulsen wird der Zähler 19 wieder auf Null gestellt. Der Zähler 19 steuert das öffnen und Schließen der Gatter eines weiteren, genaueren Zählers 20 in einer hundertstel Sekunde, und zwar dadurch daß der zweite Impuls die NOR-Gatter 21 öffnet, der den Zähler 20 zuschaltet, der einen Impuls von einer hundertstel Sekunde speichert. Der Zahler 20 ist mit der Netzfrequenz synchronisiert. Der Zeitvorwahlzänler 20 bewirkt eine Datendarstellung in hundertstel oder zehntel Sekunden auf einem digitalen Anzeigegerät Die Koinzidenz zwischen dem Anzeigegerät 22 und dem Zähler 20 bewirkt ein Anhalten des Zählers 20 und leitet die Impulse in einer hundertstel Sekunde über einen Verstärker 24 zu einem Analog-Digital-Wandler als Speicher· Die analoge Spannung, die ein Maß für die gesuchte Viskosität ist, wird an einem galvanometrischen Anzeigegerät 25 angezeigt.

Das Eintreten der Kugel 5 in die Spule 11 erzeugt einen Sprung des Zählers 19 auf Null,.und zwar über das Integrationsglied 27 und den Verstärker 28 und beendet die Messung, wobei unter Zwischenschaltung eines die Schaltfolge "bestimmenden Gatters 26 die Messung gespeichert werden kann und die Speicherzeit regelbar ist.

Nach dieser eingestellten Zeit kippt das Gatter 26 und die Einrichtung steht für eine neue Messung zur Verfügung·

Die von dem galvanometrischen Anzeigegerät 25 erhaltenen Daten können zur Fernsteuerung eines Servogerätes verwendet werden, um die Temperatur derfFlüssigkeit zu

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regeln» oder einen Alarm auszulösen.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Messungen sind äußerst genau und in dem Diagramm nach Figur 1 dargestellt. In dieser Figur ist auf der-Ordinate die Fallzeit der Kugel 5 aufgetragen, während die Abszisse die Temperatur der Flüssigkeit widergibt.

Für diesen Versuch wurde ein Heizöl mit der Schwere 2 verwendet, das folgende Merkmale hat:

Viskosität bei 98⁰C 21,4 Centistokes

Viskosität bei 50°C 152 Centistokes

spezifisches Gewicht bei 98°G 0,890

Für diesen Versuch wurde eine Menge von 50 Litern verwendet, die mit Hilfe einer Zahnradpumpe durch das Bohr 1 in einem geschlossenen Kreislauf gepumpt wurde. Die Temperatur wurde mit Hilfe einer Sonde ermittelt, die am oberen Ende des Meßrohres angeordnet war, und die mit einem Abgleichpctentiometer von 5 mV bis 100 V verbunden war, das über einen graduierten Phasenschieber kontinuierlich die Temperatur des Heizöles aufzeichnete. Die Bandgeschwindigkeit des die Meßkurve aufzeichnenden Bandes wurde auf 5 mm/Minute eingeregelt. Vertikal wurde das Aufzeichnungspapier,von 0 bis 100 Teilstriche entsprechend 200 mm geregelt. Die Teilung der Temperatur erfolgte auf 0,4-⁰C, was 0,2°C je mm entspricht. Die Teilung 0 entsprechend 100⁰C erfolgte durch die Einschaltung des graduierten Phasenschiebers.

Ein zweites Aufzeichnungsgerät der gleichen Ausführungsform, dessen Aufzeichnungsgeschwindigkeit mit dem der Temperatur übereinstimmte, registrierte die Geschwindigkeit der Messung. Dies ergibt eine Linie, entsprechend der Darstellung in Figur 1. »

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Die Versuche wurden mit einem Heizöl der gleichen Beschaffenheit durchgeführt, dessen Viskosität sich vergrößerte oder verringerte in Abhängigkeit von den Temperaturen. Die Messungen wurden automatisch in zwei Minuten Abständen durchgeführt. Die Messungen erfolgten ferner bei Temperaturen zwischen 110° bis 128°C, was einer Differenz der Viskosität von 2,5 bis 1,9° E entspricht·. In diesem Bereich bedeutet eine Temperaturänderung von 0,2°C lediglich einen Unterschied der Viskosität von 0,003° E, was bei einem industriellen Einsatz des Gerätes vernachlässigbar ist·

Die Messung der Fallgeschwindigkeit der Kugel hat gezeigt, daß bei den angegebenen Temperaturänderungen die Abweichungen wahrnehmbar sind,,

Es können demnach Abweichungen der Viskosität besonders einfach festgestellt werden, wobei die Messungen exakt reproduzierbar sind.

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Claims

Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität von Flüssigkeiten in kurzen Intervallen, wobei die Flüssigkeit in einem Rohr strömt und die Zeit für das Sinken eines Körpers, insbesondere einer Kugel in dem geradlienigen Rohr "bestimmter Länge ein Maß für die Viskosität der Flüssigkeit ist, daß die Kugel ein größeres spezifisches Gewicht aufweist als die Flüssigkeit, daß die Kugel zwischen den Messungen durch den Flüssigkeitsstrom von unten nach oben zum Ausgangspunkt der Messung befördert wird, daß der Flüssigkeitsstrom für das Durchführen einer Messung mit Hilfe eines Ventiles unterbrochen ist und daß die Fallzeit der Kugel mit Hilfe von Meßfühlern meßbar ist, die das Rohr umschließen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Führung erfolgt durch ein vertikales Rohr (i);

b) es ist eine metallische Hohlkugel (5) vorgesehen, deren Gewicht und Dichte genau festgelegt ist, wobei das spezifische Gewicht geringfügig von dem der zu messenden Flüssigkeit abweicht;

c) die Meßfühler (6, 7) sind mit jeweils zwei im Abstand zueinander befindlichen Spulen (8,9 bzw. 10, 11) versehen.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Spulenpaare (8, 9, 10, 11) von einem Frequenzgenerator (12) gespeist wist, daß der Durchgang der Kugel (5) an äem, Niveau der Spulen (8, 11) in einem Zähler (19) eine Annullierung der aufgedrückten Spannung bewirkt und diesen um einen Punkt weiterschaltet, wobei die Messung einsetzt, wenn die Kugel (5) einen zweiten Impuls in der entsprechenden Spule (9) des ersten Meßfühlers (6) auslöst und die Messung .

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fortgesetzt wird bis zum dritten und vierten Impuls entsprechend den Spulen (10,.1I) des zweiten Meßfühlers (7)» und daß jeder Impuls das öffnen und Schließen des Gatters eines genaueren Zählers (20) "bewirkt, der eine integrierte Speicherung während;'' der Meßintervalle durchführt und das Ablesen der Viskosität an einem galvanometrischen Anzeigegerät (25) ermöglicht.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Anzeigegerät (25) eine Zweigleitung unter Verstärkung des Signals zu einem Servo-Stellglied führt, das auf die Flüssigkeit einwirkt, deren Viskosität gemessen wird.

Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß diese verwendbar ist zum Messen der Viskosität einer erwärmten Heizflüssigkeit, die unter hohem Druck steht und deren Viskosität von der Temperatur abhängig ist, ..bei der das Rohr aus einem magnetisch widerstandsfähigen Material besteht.

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