AT520618B1

AT520618B1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit

Info

Publication number: AT520618B1
Application number: ATA50735/2017A
Authority: AT
Original assignee: Johannes Kepler Univ Linz
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2022-09-15
Also published as: AT520618A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit (2) gezeigt, mit einem Messrohr (3), das einen Ein- und Auslass (4, 5) und zwischen Ein- und Auslass (4, 5) einen Strömungskanal (6) für die zu messende Flüssigkeit (2) ausbildet, mit Mitteln (7), die zur Schwingungsanregung, insbesondere Torsionsschwingungsanregung, des Messrohrs (3) und zur Erfassung von Messdaten (10), welche von der Schwingung des Messrohrs (3) abhängig sind, ausgebildet sind, und mit einer Aufhängung (8) zur Lagerung des Messrohrs (3) an der Vorrichtung. Um hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit in der Bestimmung der Viskosität der Flüssigkeit zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das Messrohr (3) in seiner Längsrichtung (9) mittig von der Aufhängung (8) federnd gelagert ist, von welcher Aufhängung (8) weg das Messrohr (3) bis zu seinen Endbereichen (11, 12) frei auskragt, wobei die zur Schwingungsanregung und Messdatenerfassung ausgebildeten Mittel (7) im frei auskragenden Endbereich (11, 12) des Messrohrs (3) vorgesehen sind.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit, mit einem Messrohr, das einen Ein- und Auslass und zwischen Ein- und Auslass einen Strömungskanal für die zu messende Flüssigkeit ausbildet, mit Mitteln, die zur Schwingungsanregung, insbesondere Torsionsschwingungsanregung, des Messrohrs und zur Erfassung von Messdaten, welche von der Schwingung des Messrohrs abhängig sind, ausgebildet sind, und mit einer Aufhängung zur Lagerung des Messrohrs an der Vorrichtung.

[0002] Zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit ist beispielsweise eine Vorrichtung (DE10020606A1) bekannt, welche ein endseitig fest eingespanntes Messrohr, durch das die zu messende Flüssigkeit strömt, mit Hilfe eines mittig am Messrohr angreifenden Mittels sowohl in Torsionsschwingungen versetzen als auch von diesen Schwingungen Messdaten aufnehmen kann, um über diese Messdaten auf die Viskosität der Flüssigkeit zu schließen. Als nachteilig hat sich allerdings herausgestellt, dass sich diese beidseitige Einspannung des Messrohrs negativ auf die Messgenauigkeit der Vorrichtung auswirkt.

[0003] Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, - ausgehend vom genannten Stand der Technik - eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit auf konstruktiv einfache Weise in ihrer Messgenauigkeit zu verbessern.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Messrohr in seiner Längsrichtung mittig von der Aufhängung federnd gelagert ist, von welcher Aufhängung weg das Messrohr bis zu seinen Endbereichen frei auskragt, wobei die zur Schwingungsanregung und Messdatenerfassung ausgebildeten Mittel im frei auskragenden Endbereich des Messrohrs vorgesehen sind.

[0005] Ist das Messrohr in seiner Längsrichtung mittig von der Aufhängung federnd gelagert, von welcher Aufhängung weg das Messrohr bis zu seinen Endbereichen frei auskragt, können durch thermische Ausdehnungen hervorgerufene mechanische Verspannungen der Aufhängung reduziert bzw. minimiert werden. Zudem kompensieren sich durch die freie Auskragung der Endbereiche des mit Flüssigkeit durchströmten Rohrs negative Einflüsse auf die Messung gegenseitig - was den Signal-Rauschabstand im Messergebnis erhöht und die Empfindlichkeit der Vorrichtung verbessert.

Der Signal-Rauschabstand kann weiter verbessert werden, wenn die zur Schwingungsanregung und Messdatenerfassung ausgebildeten Mittel im frei auskragenden Endbereich des Messrohrs vorgesehen sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher trotz konstruktiver Einfachheit eine vergleichsweise hohe Messgenauigkeit aufweisen.

[0006] Im Allgemeinen wird erwähnt, dass die Mittel in verschiedenster Art und Weise ausführbar sind - beispielsweise elektromagnetisch oder piezoelektrisch. Die Mittel können sowohl Erreger als auch Sensor in einem darstellen, beispielsweise indem das, in eine Erregerspule rückgekoppelte und von der Schwingung des Messrohrs abhängige, Signal zur Erfassung der Messdaten verwendet wird.

[0007] Weist die Aufhängung ein Speichenrad auf, welches das Messrohr zentrisch lagert, kann bei reduzierter Federsteifigkeit der Aufhängung der Einfluss von Fertigungstoleranzen auf die Messergebnisse verringert werden, da mit solch einer vergleichsweise weicheren Einspannung in Torsionsrichtung wenig Energie aus dem System ausgekoppelt wird.

[0008] Sind Ein- und Auslass im Bereich der Aufhängung vorgesehen, ist der Einfluss der Beschickung des Messrohrs mit Flüssigkeit auf die Schwingungsanregung des Messrohrs verringerbar. Die Genauigkeit der Messergebnisse der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dadurch weiter erhöht werden.

[0009] Weist das Messrohr ein Innenrohr und ein dazu konzentrisch angeordnetes Außenrohr auf, wobei das Innenrohr und der sich zwischen Innen- und Außenrohr ergebende Ringraum den Strömungskanal ausbilden, kann ein für alle Messungen gleicher Strömungskanal im Messrohr

erzeugt werden. Dies kann zu einer vergleichsweise hohen Reproduzierbarkeit in der Bestimmung der Viskosität führen. Zudem sind durch solch einen Strömungsweg Totgebiete im Strömungskanal reduzierbar, wodurch Viskositätsänderungen messtechnisch genauer erfassbar sind.

[0010] Ein vergleichsweise langer Strömungsweg kann ermöglicht werden, wenn das Innenrohr und der Ringraum von der zu messenden Flüssigkeit in Reihe durchströmt werden.

[0011] Die Konstruktion kann weiter vereinfacht werden, wenn das Außenrohr an den freien Endbereichen des Messrohrs abgeschlossen ist und damit den Strömungskanal zwischen Innenrohr und Ringraum umlenkt.

[0012] Ein symmetrisch durchströmtes Messrohr kann ermöglicht werden, wenn der Ringraum in Längsrichtung des Messrohrs mittig durch einen Steg in zwei Ringraumteile getrennt wird, an die entweder der Ein- oder Auslass angeschlossen ist. Dies kann die Messgenauigkeit der Vorrichtung weiter verbessern.

[0013] Die Mittel weisen mindestens einen Erreger zur Schwingungsanregung und wenigstens einen Sensor zur Erfassung der Messdaten auf. Diese funktionale Trennung der Mittel in Erreger und Sensor kann unter anderem deren wechselseitige Einflüsse verringern und damit zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit beitragen.

[0014] Die gegenseitige Beeinflussung von Erreger und Sensor kann reduziert werden, wenn der Erreger und der Sensor jeweils an einem anderen Endbereich des Messrohrs vorgesehen sind.

[0015] Weist das Messrohr an seinen beiden freien Endbereichen je mindestens eine Schwungmasse auf, welche vom Messrohr flanschförmig radial absteht, kann die Abstimmung des mechanischen Schwingkreises aus Messrohr und Schwungmasse erleichtert werden. Die Schwungmasse erleichtert beispielsweise die Einstellung einer gewünschten Resonanzfrequenz und kann zudem die Verwindung des Messrohrs über dessen Länge vergleichmäßigen.

[0016] Sind der Erreger und der Sensor über die Schwungmasse oder Schwungmassen mit dem Messrohr gekoppelt, können sich unter anderem die Konstruktion der Vorrichtung im Bereich des Messrohrs erheblich vereinfachen und Genauigkeit bzw. Signalamplituden der Messsignale erhöhen.

Ein vorzugsweise induktiver Sensor kann sich zudem durch hohe Robustheit und einfachen Aufbau auszeichnen.

[0017] Die Konstruktion der Vorrichtung kann weiter vereinfacht werden, wenn das Messrohr zwei Rohrlängsabschnitte mit je einem Flansch aufweist, über welche Flansche beide Rohrlängsabschnitte mit Hilfe von Befestigungsmitteln miteinander fest verbunden sind. Beispielsweise können dadurch beide Rohrlängsabschnitte getrennt voneinander gefertigt und in weiterer Folge durch die Befestigungsmittel standfest miteinander verbunden werden. Zudem sind durch diese Mehrteiligkeit des Messrohrs etwa auch Wartung und Reinigung der Vorrichtung zu vereinfachen.

[0018] Ist das Speichenrad zwischen den Rohrlängsabschnitten vorgesehen, wobei die Befestigungsmittel das Speichenrad durchgreifen, kann eine standfeste Verbindung zwischen diesen Teilen gewährleistet werden - was zudem auch unerwünschte Dämpfungseinflüsse minimiert.

[0019] Greift die Aufhängung am Schwingungsknoten des torsionsschwingungsangeregten Messrohrs an, befindet sich die Aufhängung für den ersten Mode der Torsionsschwingung exakt im Schwingungsknoten - was eine Auskopplung von Schwingungsenergie über die Aufhängung vermeidet und damit die Messgenauigkeit der Vorrichtung erhöht.

[0020] In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand anhand einer Ausführungsvariante näher dargestellt. Es zeigen

[0021] Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit,

[0022] Fig. 2 eine Detailansicht auf des Messrohr der Fig. 1,

[0023] Fig. 3 eine Schnittansicht auf die Verbindung zwischen Messrohr und Speichenrad und

[0024] Fig. 4 eine Frontansicht auf das Speichenrad nach Fig. 3.

[0025] Nach der Fig. 1 wird eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit 2 gezeigt. Die Vorrichtung umfasst hierfür ein Messrohr 3, welches einen Ein- und Auslass 4, 5 aufweist und zwischen Ein- und Auslass 4, 5 einen Strömungskanal 6 für die zu messende Flüssigkeit 2 ausbildet.

[0026] Zudem sind Mittel 7 vorgesehen, welche das Messrohr 3 zu Torsionsschwingungen anregen - was die im Strömungskanal 6 geführte Flüssigkeit 2 einer Scherung unterwirft. Entsprechend der Viskosität der Flüssigkeit 2 wirkt sich dies auf die Dämpfung des mechanischen Schwingkreises, aufweisend das Messrohr 3, aus - welches Messrohr 3 über eine Aufhängung 8 an einem Gehäuse 19 der Vorrichtung 1 gelagert ist. Da die Mittel 7 auch zur Erfassung von Messdaten 10, welche Messdaten 10 von der Schwingung des Messrohrs 3 abhängig sind, ausgebildet sind, ist es möglich, über diese Messdaten 10 auf die Viskosität der Flüssigkeit 2 im Messrohr 3 rückzuschließen.

[0027] Erfindungsgemäß ist das Messrohr 3 in seiner Längsrichtung 9 mittig von der Aufhängung 8 federnd gelagert. Von dieser Aufhängung 8 kragt das Messrohr 3 weg bis zu seinen Endbereichen 11,12 frei aus - wie dies in Fig. 1 zu erkennen ist. Dadurch ist der Einfluss der Aufhängung 8 auf die Erfassung von Messdaten 10 minimiert, weil sich diese zentrale Aufhängung 8 im Schwingungsknoten des ersten Modes der Torsionsschwingung befindet.

[0028] Die Mittel 7 zur Schwingungsanregung und Messdatenerfassung, nämlich mehrere Erreger 13 zur Schwingungsanregung und mehrere Sensoren 14 zur Messdatenerfassung, sind in diesen frei auskragenden Endbereichen 11, 12 vorgesehen - und zwar je an gegenüberliegenden Endbereichen 11, 12, wodurch eine die Messdaten 10 verfälschende magnetische Kopplung minimiert ist

[0029] Die Aufhängung 8 ist als Speichenrad 8.1 ausgebildet, welches das Messrohr 3 zentrisch lagert. Dies minimiert störende Einflüsse durch evtl. Fertigungsungenauigkeiten und führt damit zu präzisen Messdaten 10.

[0030] Ein- und Auslass 4, 5 sind im Bereich der Aufhängung 8 vorgesehen, um den Einfluss der Anschlüsse zur Beschickung des Messrohrs 3 auf die Messdaten 10 so gering wie möglich zu halten. Vorstellbar ist, den Ein- und Auslass 4, 5 am Speichenrad 8.1 vorzusehen und über das Speichenrad 8.1 das Messrohr 3 mit Flüssigkeit 2 zu beschicken.

[0031] Das Messrohr 3 weist ein Innenrohr 3.1 und ein dazu konzentrisch angeordnetes Außenrohr 3.2 auf - wie im Detail in Fig. 2 erkennbar. Das Innenrohr 3.1 und der sich zwischen Innenund Außenrohr 3.1, 3.2 ergebende Ringraum 3.4 bilden den Strömungskanal 6 im Messrohr 3 aus, wobei diese von der zu messenden Flüssigkeit 2 in Reihe durchströmt werden.

[0032] Der Ringraum 3.4 ist in Längsrichtung 9 des Messrohrs 3 mittig durch einen Steg 3.5 in zwei Ringraumteile 3.6, 3.7 getrennt. An den ersten Ringraumteil 3.6 ist der Einlass 4, an den zweiten Ringraumteil 3.7 ist der Auslass 5 angeschlossen.

[0033] Das Außenrohr 3.2 ist an den freien Endbereichen 11 bzw. 12 des Messrohrs 3 abgeschlossen und lenkt damit den Strömungskanal 6 zwischen Innenrohr 3.1 und Ringraum 3.4 um. Die Flüssigkeit 2 fließt damit vom Einlass 4 über den ersten Ringraumteil 3.6 in das Innenrohr 3.1 und anschließend in den zweiten Ringraumteil 3.7 zum Auslass 5. Dieser Strömungskanal 6 vermeidet Toträume im Messrohr 3 - was die Messempfindlichkeit der Vorrichtung 1 besonders erhöht.

[0034] Das Messrohr 3 weist an seinen beiden freien Endbereichen 11,12 je eine Schwungmasse 15, 16 auf, die vom Messrohr 3 flanschförmig radial abstehen und damit die Empfindlichkeit der Vorrichtung 1 erhöhen. Der Erreger 13 ist über die erste Schwungmasse 15 mit dem Messrohr 3 zur Schwingungsanregung gekoppelt Hierzu sind mehrere Erreger 13 über den Umfang der Schwungmasse 15 verteilt. Der Sensor 14 ist über die zweite Schwungmasse 16 mit dem

Messrohr 3 zur Messdatenerfassung gekoppelt. Hierzu sind mehrere Sensoren 14 über den Umfang der Schwungmasse 15 verteilt.

[0035] Das Messrohr 3 weist zwei Rohrlängsabschnitte 30, 31 mit je einem Flansch 30.1, 31.1 auf. Uber die beiden Flansche 30.1, 31.1 sind beide Rohrlängsabschnitte 30, 31 mit Hilfe von Befestigungsmitteln 32 miteinander fest verbunden - wie anhand Fig. 3 erkennbar.

[0036] Das nach Fig. 4 dargestellte Speichenrad 8.1 ist zwischen den Rohrlängsabschnitte 30, 31 vorgesehen, wobei die Befestigungsmittel 32 das Speichenrad 8.1 durchgreifen, wofür das Speichenrad zwei Aussparungen 33 aufweist. Auch ist das Speichenrad 8.1 mittig ausgespart und dient mit dieser zentrischen Öffnung 34 der federnden Lagerung des Innenrohrs 3.1 bzw. damit des Messrohrs 3. Auf diese Weise kann das Messrohr über das Speichenrad 8.1 am Gehäuse federnd gelagert werden.

Das Speichenrad 8.1 ist an seinem anderen Ende im Gehäuse 19 fest eingespannt, beispielsweise durch einen Klemmsitz zwischen den nicht näher bezeichneten Gehäuseteilen des Gehäuses 19.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit (2), mit einem Messrohr (3), das einen Einlass (4) und einen Auslass (5) und zwischen Ein- und Auslass (4, 5) einen Strömungskanal (6) für die zu messende Flüssigkeit (2) ausbildet, mit Mitteln (7), die zur Schwingungsanregung, insbesondere Torsionsschwingungsanregung, des Messrohrs (3) und zur Erfassung von Messdaten (10), welche von der Schwingung des Messrohrs (3) abhängig sind, ausgebildet sind, und mit einer Aufhängung (8) zur Lagerung des Messrohrs (3) an der Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (3) in seiner Längsrichtung (9) mittig von der Aufhängung (8) federnd gelagert ist, von welcher Aufhängung (8) weg das Messrohr (3) bis zu seinen Endbereichen (11, 12) frei auskragt, wobei die zur Schwingungsanregung und Messdatenerfassung ausgebildeten Mittel (7) im frei auskragenden Endbereich (11,12) des Messrohrs (3) vorgesehen sind.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängung (8) ein Speichenrad (8.1) aufweist, welches das Messrohr (3) zentrisch lagert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ein- und Auslass (4, 5) im Bereich der Aufhängung (8) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (3) ein Innenrohr (3.1) und ein dazu konzentrisch angeordnetes Außenrohr (3.2) aufweist, wobei das Innenrohr (3.1) und der sich zwischen Innen- und Außenrohr (3.1, 3.2) ergebende Ringraum (3.4) den Strömungskanal (6) ausbilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (3.1) und der Ringraum (3.4) von der zu messenden Flüssigkeit (2) in Reihe zu durchströmen angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (3.2) an den freien Endbereichen (11 bzw. 12) des Messrohrs (3) abgeschlossen ist und damit den Strömungskanal (6) zwischen Innenrohr (3.1) und Ringraum (3.4) umlenkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (3.4) in Längsrichtung (9) des Messrohrs (3) mittig durch einen Steg (3.5) in zwei Ringraumteile (3.6, 3.7) getrennt wird, an die entweder der Ein- oder der Auslass (4, 5) angeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7) mindestens einen Erreger (13) zur Schwingungsanregung und wenigstens einen Sensor (14) zur Erfassung der Messdaten (10) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger (13) und der Sensor (14) jeweils an einem anderen Endbereich (11 bzw. 12) des Messrohrs (3) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (3) an seinen beiden freien Endbereichen (11,12) je mindestens eine Schwungmasse (15, 16) aufweist, welche vom Messrohr (3) flanschförmig radial absteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger (13) und der Sensor (14) über die Schwungmasse (15,16) oder Schwungmassen (15,16) mit dem Messrohr (3) gekoppelt sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (3) zwei Rohrlängsabschnitte (30, 31) mit je einem Flansch (30.1, 31.1) aufweist, über welche Flansche (30.1,31.1) beide Rohrlängsabschnitte (30, 31) mit Hilfe von Befestigungsmitteln (32) miteinander fest verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichenrad (8.1) zwischen den Rohrlängsabschnitten (30, 31) vorgesehen ist, wobei die Befestigungsmittel (32) das Speichenrad (8.1) durchgreifen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängung (8) am Schwingungsknoten des torsionsschwingungsangeregten Messrohrs (3) angreift.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen