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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Viskosität, welche für die Korrektur von Dichtedifferenzen benötigt wird, welche bei Dichtemessungen mittels oszillierendem Densimeter auf der Viskosität des Testkörpers beruhen, wobei ein Spitzenwert bei einer spezifischen Ordnung der Oszillation in der Charakteristik der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante des Testkörpers existiert.
Ein U-förmiges Rohr, welches an seinen Basisenden fixiert ist (die beiden Enden Im oberen Bereich des U), ist mit einem Testkörper (Flüssigkeit oder Gas) gefüllt. Wenn das U-förmige Rohr einer mechanischen Vibration ausgesetzt ist, vibriert das Rohr mit einer Frequenz, welche auf der Dichte des eingefüllten Testkörpers beruht. Dadurch kann die Viskosität des Testkörpers mit einer Messung der Frequenz (oder der Oszillationsperiode) bestimmt werden. Es ist das oszillierende Densimeter, worauf diese Methode angewendet wird.
Fig. 2 zeigt einen grundsätzlichen Aufbau eines konventionellen oszillierenden Densimeters.
Ein Permanentmagnet 11 ist am runden Ende (dem Basisabschnitt) des U-förmigen Rohres 10 fixiert. Wenn der elektrische Strom mit einer spezifischen Frequenz durch die Antriebsspule 14, welche nah am Permanentmagneten angeordnet ist, fliesst, vibriert das U-förmige Rohr 10. Die Vibration des U-förmigen Rohres 10 wird durch einen Sensor 13 bestimmt. Die bestimmten Signale des Sensors 13 werden von einem Verstärker 12 verstärkt und zurück zur Antriebsspule 14 gesendet. In Folge des obigen Aufbaus tritt das U-förmige Rohr mit der Frequenz des elektrischen Stromes in der Antriebsspule in Resonanz. Und die Oszillationsperiode des U-förmigen Rohres wird in Übereinstimmung mit dem Ausgabesignal des Sensors 13 gemessen, die daraus resultierenden Ergebnisse werden der Dichtebestimmung mit Hilfe der Berechnungseinrichtung 15 zur Verfügung gestellt.
Die Dichte, welche einfach aus der Oszillationsfrequenz, wie oben beschrieben, bestimmt wird, beinhaltet den Unterschied, welcher auf der Viskosität des Testkörpers, wie in Fig. 4 gezeigt, basiert. Nämlich je grösser die Viskosität 11 Ist, desto grösser wird die Differenzrate, welche durch ssP/P1 repräsentiert wird (Ap = pi-po, wobei der wahre Wert der Dichte durch po repräsentiert wird, während der gemessene Wert durch pi repräsentiert wird).
Um den Dichteunterschied, welcher auf der Viskosität 11 beruht, zu korrigieren, ist es notwendig, die Viskosität des Probekörpers zu bestimmen. Die Viskosität 11 kann In Übereinstimmung mit dem Verhältnis zwischen der Viskosität und der Dämpfungskonstante bestimmt werden, wie es in IEE TRANSACTIONAL ON INDUSTRIAL ELECTRONICS AND CONTROL INSTRUMENTATION, Vol. IEC1-27, No. 3, August 1980,247-253 (Literatur 1) offenbart ist. Daher kann die Charakteristik der Dichte/Dämpfungskonstante bei der Oszillation der 0 Ordnung durch die Funktion bO = f (11) oder bei der Oszillation der 1. Ordnung durch die Funktion b1 = g (11) jeweils wie in Fig. 5 gezeigt, repräsentiert werden (die Ordnung wird später erklärt).
Die 0 Ordnung der Oszillation ist eine Mode, bel der ein Knoten der Oszillation an den Basisenden des U-förmigen Rohres positioniert ist, welche als i = 1 In Fig. 6 gezeigt ist. Allgemein kann die Dichte in Übereinstimmung mit der Frequenz dieser Mode bestimmt werden. Und die Oszillation der ersten Ordnung ist eine Mode, bei der zwei Knoten, welche an den Basisenden und an der Position bei einem Viertel vor den Basisenden positioniert sind, wie es als i = 2 in Fig. 6 gezeigt ist. Darüber hinaus gibt es ebenso Moden mit einer höheren Ordnung der Oszillation (z. B. i = 3 und i = 4)
Der konventionelle Aufbau in Literatur 1 ist derart angeordnet, dass der Schaltkreis, wie in Fig. 7 gezeigt, so arbeitet, dass er eine Oszillation mit jeder Mode erzeugen kann.
Demgemäss wird die Ausgabe eines als Sensor verwendeten piezoelektrischen Elementes 21, welche als detektierte Spannung Ud bezeichnet wird, als Signal U in einen Modulator 24 und eine Phasenverschiebungseinheit 25 über einen variablen Verstärker 22 und einen spannungskontrollierten Phasenregier 23 eingespeist.
Und die Signale U erzeugen Kontrollsignale Uc des Verstärkers 22 über den Gleichrichter 26 und den Integrator 27. Diese Schleife, welche aus dem variablen Verstärker 22- > dem spannungskontrollierten Phasenregler 23- > dem Gleichrichter 26- > dem Integrator 27- > und dem variablen Verstärker 22 besteht, ist mit einer Funktion ausgerüstet, welche die Höhe der Ausgabe U ohne Rücksicht auf die Höhe der bestimmten Spannung fixiert.
Der Modulator 24 gibt einen Wert aus, welcher eine Amplitude des Basissignals U multipliziert mit einem Modulationskoeffizient s ist, während die Phasenverschiebungseinheit 25 ein Signal ausgibt, welches eine zu -8 (z. B. 450) gegen das Basissignal U verschobene Phase hat. Diese
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beiden Signale werden in einem Mixer zusammenaddiert und dann können die Signale Ue, bei welchen die Phase um den Winkel, welcher zu einem der Modulationskoeffizienten 8 korrespondiert, wie in Fig. 8 gezeigt, verschoben ist, gewonnen werden. Unter Verwendung dieser Signale wird der angeregte Strom lexie bestimmt. Die Signale U werden über die Phasenverschiebungseinheit 25 um 450 verzögert.
Andererseits werden die Signale 81 U oder 82 U (in Fig. 8 als 81 > 82 gezeigt), mit dem Modulationskoeffizienten 81 bzw. 82 multipliziert und das Produkt wird zum Basissignal addiert, was in der Generierung der Signale Ue1 oder Ue2 resultiert. In den Signalen Ue1 oder Ue2 wird für den Fall 81 > 82 der Verzögerungswinkel durch 81 > 92 repräsentiert
Der Modulationskoeffizient 8 kann durch Festlegung des Wertes N des Kontrollsignals COIN, welches in den Modulator 24 eingespeist wird, gewechselt werden.
Wenn die Signale mit einer wie oben verschobenen Phase gewonnen werden, kann auch eine Resonanzfrequenz mit einer neuen Phase gewonnen werden. Darüber hinaus ist es ebenso moglich die Harmonischen der ersten Ordnung, welche die Oszillation mit i = 2 ist, oder die Oszillationen höherer Ordnung zu gewinnen.
Fig. 3 a zeigt das Ergebnis, wenn das Verhältnis zwischen der Viskosität und der Dämpfungkonstante bei einer Oszillation der 0. Ordnung von dem wie oben aufgebauten Apparat gemessen worden ist. Wurde das Verhältnis bei einer Oszillation der 1. Ordnung gemessen, so zeigt andererseits Fig. 3 b das Resultat. Fig. 5 zeigt den Graph, welcher durch die Kombination der beiden oberen Graphen entsteht.
Um die auf der Viskosität beruhende Dichtedifferenz für den Fall, dass die Charakteristik der Vlskositäts-Dàmpfungs-Konstante bei der Oszillation der 0. Ordnung durch bO = f () repräsentiert wird, zu korrigieren, hat die Dampfungskonstante eine Spitze bei dem Punkt der Viskosität 1 (welche tatsächlich bei 100mPas liegt). Das bedeutet, dass zwei Werte für die Viskosität für die selbe Dämpfungskonstante existieren. Hierdurch wird ein Problem erzeugt, welcher Wert nun benutzt werden muss. Wenn die Charakteristik der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante bei einer Oszillation der 1. Ordnung durch b1 = g (YJ) repräsentiert wird, kann der Viskositätswert unabhängig vom Dämpfungswert innerhalb eines vergleichsweise weiten Bereichs bestimmt werden.
Wenn jedoch die Dämpfungskonstante ihren Spitzenwert bei der Viskosität T) 2 (weicher bei ungefähr 700mPas liegt) hat, tritt das gleiche Problem wie im Fall der Benutzung der Oszillation der 0.
Ordnung auf.
Betrachtet man den Testkörper für den Fall, dass vorausgesagt werden kann, ob die Viskosität des Testkörpers über oder unter 700mPas liegt, ist es möglich die Viskosität, welche bei der Oszil- lation der 1 Ordnung gewonnen wurde, zu benutzen. Wenn jedoch die Methode zur Korrektur der Dichtedifferenz in Übereinstimmung mit der Viskosität, welche von der Oszillation der 1. Ordnung gewonnen wurde, obwohl die Viskosität der Oszillation der 0. Ordnung gemessen wurde, angewendet wird, entsteht ein Defekt, welcher es unmöglich macht, eine hohe Genauigkeit zu erwarten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren bereit zu stellen, welches die Bestimmung der Viskosität bei einer Oszillation spezifischer Ordnung mittels der Charakteristik der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante bei der Oszillation mit der anderen Ordnung ermöglicht auch wenn es eine Spitze der Charakteristik der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante bel der Oszillation spezifischer Ordnung gibt.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass mindestens eine Berechnungseinrichtung vorgesehen ist, wobei diese Berechnungseinrichtung eine Entscheidung mittels der Charakteristik der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante des Testkörpers trifft, ob die von der Berechnungseinrichtung berechnete Dämpfungskonstante bei einer anderen spezifischen Ordnung der Oszillation grösser oder kleiner als die zum Spitzenwert korrespondierende Dämpfungskonstante ist, und dass die Berechnungseinrichtung eine Entscheidung in Übereinstimmung mit genannter Entscheidung trifft, ob die in Übereinstimmung mit der bei der genannten spezifischen Ordnung der Oszillation erhaltenen Dämpfungskonstante bestimmte Viskosität entweder grösser oder kleiner als der bei der einen Ordnung existierende Spitzenwert ist,
und dass die Berechnungseinrichtung die Viskosität des Testkörpers in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der beiden genannten Entscheidungen bestimmt.
Die 0. Ordnung, welche direkt auf das Densimeter angewendet wird, wird als die eine spezifische Ordnung und die 1. Ordnung wird als die andere spezifische Ordnung verwendet. Gemäss dieser Festlegung kann die Viskositätsmessung bei der Mode der Oszillation, welche von der
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Dichtemessung genutzt wird, durchgeführt werden So ist es moglich, eine Verbesserung der Genauigkeit der Viskositätsmessung zu erwarten
Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibungen. Dabei zeigt :
Fig. 1 Ist ein Graph, welcher die Charakteristik der Viskositäts-Dampfungs-Konstante bel Jeder Mode zeigt, und damit das Prinzip der vorliegenden Erfindung erklart.
Fig. 2 Ist eine konzeptionelle Zeichnung des oszillierenden Densimeters
Fig. 3 ist ein Graph, welcher die Dichtedifferenzen in Übereinstimmung mit der Charakteristik der Viskositäts-Dampfungs-Konstante bel jeder Mode zeigt
Fig. 4 ist ein aus den beiden Graphen, welche in Fig. 3 gezeigt sind, kombinierter Graph.
Fig. 5 ist ein Graph, welcher die Charakteristik der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante bel jeder Mode zeigt
Fig. 6 ist ein Diagramm, welches ein Modell der oszillierenden Moden des U-förmigen Rohres zeigt
Fig. 7 ist ein Diagramm, welches einen konventionellen Schaltkreis zeigt.
Fig. 8 ist ein wellenförmiges Diagramm, welches die Phasenverschiebung gemäss dem konventionellen Stand der Technik zeigt.
Fig. 1 ist ein Diagramm, welches eine Skizze der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wenn das U-förmige Rohr des oszillierenden Densimeters mit wechselnder Viskositat des
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konstante f (ri) unter Benutzung dieser Kurve existieren zwei Werte der Viskosität, namlich Tl10 und Tel20.
Zuerst wird die Viskosität unter Verwendung nicht nur der Kurve der Viskositäts-Dämpfungs- Konstante bei der Oszillation 0. Ordnung sondern auch einer Mode der Oszillation der 1. Ordnung geändert und dann wurde die Kurve der Viskostitätsdämpfungskonstante b1 = g (tel) im voraus bestimmt Durch die Kurve der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante b1 = g (tel) wird die zur Viskosität r) = #1 gehorende Dämpfungskonstante gleich g (#1). Demgemäss kann die Entscheidung, welche von den beiden Viskositätswerten Tl10und Tl20, welche in Übereinstimmung mit der Dämpfungskonstante f (T o) der Kurve der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante bO = f ze gewonnen wurden,
gewählt wird, in Abhängigkeit davon gefällt werden, ob die Dämpfungskonstante g (110) bei der Mode der Oszillation 1. Ordnung grösser als g (tel1) ist oder nicht. In anderen Worten wird, wenn die Dampfungskonstante g (tel) grösser als g (#1) ist, die Viskositat 1120 auf der rechten Seite des Spitzenwertes gewählt. Und wenn die Dämpfungskonstante g (tri) kleiner a) s g (r) i) ist, so wird die Viskosität T) po auf der linken Seite des Spitzenwerts gewählt.
Die obige Beschreibung führt aus, dass die Methode zur Bestimmung der Viskosität in Übereinstimmung mit der Kurve der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante bei der 0 Ordnung bO = f (tel) Ge-
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Kurve zwei Werte der Viskosität für einen Dämpfungswert. Demgemäss wird die Auswahl, welcher der beiden durch die Dämpfungskonstante g (tao) bestimmten Viskositäten 1130 und 1140 gewählt wird, anhand von bO = f (tel) der Kurve der Viskositäts-Dampfungs-Konstante der Mode der 0. Ordnung getroffen Dies bedeutet falls die Dämpfungskonstante f (#), welche von bO = f (11) der
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der rechten Seite des Spitzenwertes gewählt.
Wenn das U-formige Rohr 10 zum Beispiel mit einer Frequenz von ungefähr 200-350 Hertz In einer Oszillation 0 Ordnung vibriert, dann ist die Frequenz der Oszillation der 1 Ordnung (wenn sie 6, 2673 mal die Frequenz der Oszillation der 0. Ordnung ist) ungefähr 1253-2194 Hertz.
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Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Charakteristik der Viskosität innerhalb dieser beiden Frequenzbänder in Abhängigkeit des getesteten Objektes wechselt. Im allgemeinen wird die oben geschilderte Dichtemessung mittels einer Oszillation der 0. Ordnung und mit grossen Amplituden realisiert. Wenn die Dichtemessung mit einer Oszillation der 0. Ordnung durchgeführt wird, ist es empfehlenswert, die Viskosität der Oszillation bei der 0. Ordnung zu wählen, da die Viskosität die Ursache des Dichteunterschiedes ist und es unter Verwendung dieses Prozesses möglich ist, eine akkurate Korrektur zu erwarten.
Die Daten in Tabelle 1 zeigen Testresultate, welche mit Hilfe der Methode der vorliegenden oben beschriebenen Erfindung erzeugt wurden Bezüglich der Viskosität der Referenzlbsung (Testkorper A)-Newton Substanz-und Testkörper B-E werden die Dampfungskonstanten jeweils bei Oszillation bei der 0. und der 1. Ordnung gemessen. Während die Viskositäten in Übereinstimmung mit den in Fig. 3 a und b gezeigten Graphen (oder in Übereinstimmung mit den spezifischen Formeln) bestimmt wurden, sind die Dichten für jeden Testkörper bei einer Oszillation der 0. Ordnung gemessen worden. Die so bestimmten Dichten werden bei jeder Viskosität, der der Oszillationen der 0 und der der Oszillation der 1.
Ordnung in Übereinstimmung mit den Graphen, welche in Fig. 4 gezeigt sind (oder den speziellen Formeln), korrigiert, und dann können die korrigierten Dichten gewonnen werden.
Als ein Ergebnis des Vergleichs der korrigierten so gewonnenen Dichten mit den wahren Werten der Dichten (in Übereinstimmung mit dem Wardon's Pycnometertest) wird festgestellt, dass die korrigierten Dichten, welche in Übereinstimmung mit den Viskositäten bei Oszillation der 0. Ordnung speziell in Bezug auf die Testkörper B - E gewonnen wurden, noch genauer als die anderen sind.
Die oben beschriebene Newton Substanz ist eine Flüssigkeit, in welcher die Scherrate in Proportion zur Scherspannung ist und die Viskositätscharakteristik nicht in Abhängigkeit des Frequenzbandes wechselt. Die nicht-Newton Substanz ist eine Flüssigkeit, bei welcher die Scherrate nicht proportional zur Scherspannung ist, wie z. B. die makromolekularen Substanzen und die Viskositätscharakteristik nicht in Abhängigkeit des Frequenzbandes wechselt.
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<tb>
<tb>
Viskosität <SEP> Dichte <SEP>
<tb> Ordnung <SEP> Dämpfungs-Messung <SEP> Messung <SEP> Korrigierte <SEP> wahrer <SEP> Wert <SEP> Differenz
<tb> konstante <SEP> Dichte
<tb> Testkörper <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 242 <SEP> 85, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 856053 <SEP> 0, <SEP> 855719 <SEP> 0, <SEP> 855721 <SEP> -0, <SEP> 000002 <SEP>
<tb> A <SEP> 1 <SEP> 5, <SEP> 391 <SEP> 84, <SEP> 0, <SEP> 855723 <SEP> 0, <SEP> 000002 <SEP>
<tb> (1 <SEP> *) <SEP>
<tb> Testkörper <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 239 <SEP> 61, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 918002 <SEP> 1, <SEP> 917630 <SEP> 1, <SEP> 917622 <SEP> 0,000008
<tb> B <SEP> 1 <SEP> 5, <SEP> 926 <SEP> 50, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 917674 <SEP> 0, <SEP> 000052
<tb> (2*)
<tb> Testkörper <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 113 <SEP> 14, <SEP> 589 <SEP> 1,877043 <SEP> 1,877023 <SEP> 1, <SEP> 877031 <SEP> -0, <SEP> 000008
<tb> C1 <SEP> 2, <SEP> 663 <SEP> 7, <SEP> 068 <SEP> 1,
<SEP> 8770610, <SEP> 000003 <SEP>
<tb> (3*)
<tb> Testkörper <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 29 <SEP> 128, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 934485 <SEP> 1, <SEP> 933961 <SEP> 1, <SEP> 933955 <SEP> 0, <SEP> 000006 <SEP>
<tb> D <SEP> 1 <SEP> 7, <SEP> 506 <SEP> 103, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 934056 <SEP> 0, <SEP> 000101 <SEP>
<tb> (4*)
<tb> Testkörper <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 011 <SEP> 1880, <SEP> 4 <SEP> 1,968810 <SEP> 1, <SEP> 967058 <SEP> 1, <SEP> 967008 <SEP> 0,000005
<tb> E <SEP> 1 <SEP> 11, <SEP> 013 <SEP> 43 <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 967487 <SEP> 0, <SEP> 000479
<tb> (5*)
<tb>
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(Nummer) 1 : Viskositätsreferenzsubstanz 2 : Schmieröl hergestellt durch Daikin Kogyo Kabushiki Kaisha (Produktname : Dyfuroile, Podukt No. 3) 3 : Schmieröl hergestellt durch Daikin Kogyo Kabushiki Kalsha (Produktname :
Dyfuroile, Produkt No. 2) 4 : Schmieröl hergestellt durch Daikin Kogyo Kabushikl Kaisha (Produktname : Dyfuroile, Produkt No. 10)
5 : Schmieröl hergestellt durch Daikin Kogyo Kabushiki Kaisha (Produktname : Dyfuroile, Produkt No. 20)
In Folge der wie oben beschriebenen vorliegenden Erfindung Ist es möglich, die Viskositat unter zuhilfenahme der Charakteristik der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante bei der anderen spezifi- schen Ordnung zu bestimmen, selbst wenn die Charakteristik der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante bei der spezifischen Ordnung einen Spitzenwert hat und somit zwei Viskositätswerte für die spezifische Dämpfungskonstante existieren.
Und so lange eine Oszillation der selben Ordnung fur beide, die Dichtemessung und die Vlskositatsmessung zur Verfügung stehen, ist es möglich die Messgenauigkeit zu verbessern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Bestimmung der Viskosität, welche für die Korrektur von Dichtedifferenzen benötigt wird, welche bei Dichtemessungen mittels oszillierendem Densimeter auf der Vis- kosität des Testkörpers beruhen, wobei ein Spitzenwert bei einer spezifischen Ordnung der Oszillation in der Charakteristik der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante des Testkorpers existiert, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Berechnungseinrichtung (15) vor- gesehen Ist, wobei diese Berechnungseinrichtung (15) eine Entscheidung mittels der Cha- rakteristik der Viskositäts-Dämpfungs-Konstante des Testkörpers trifft, ob die von der Be- rechnungseinrichtung (15)
berechnete Dämpfungskonstante bei einer anderen spezifi- schen Ordnung der Oszillation grösser oder kleiner als die zum Spitzenwert korrespondie- rende Dämpfungskonstante ist, und dass die Berechnungseinrichtung (15) eine Entschei- dung in Übereinstimmung mit genannter Entscheidung trifft, ob die in Übereinstimmung mit der bei der genannten spezifischen Ordnung der Oszillation erhaltenen Dämpfungskon- stante bestimmte Viskosität entweder grösser oder kleiner als der bei der einen Ordnung existierende Spitzenwert ist, und dass die Berechnungseinrichtung (15) die Viskosität des
Testkörpers in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der beiden genannten Entscheidun- gen bestimmt.