Viskosimeter
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Viskosimeter und bezweckt die kontinuierliche Messung der Viskosität einer Flüssigkeit, insbesondere von Erdölprodukten im technologischen Prozess.
Bekannt sind Viskosimeter, welche einen hohlen r < > tierbaren Ring, durch welchen die zu prüfende Flüssigkeit kontinuierlich gepumpt wird, einen ferromagnetischen Körper, der innerhalb dieses Ringes untergebracht ist, sowie Einrichtungen zur Regelung der Drehzahl des Ringes und zur Anzeige der Viskosität enthalten.
Die genannten Viskosimeter gewährleisten keine stabile Regelung der Drehzahl des Ringes, wodurch die Genauigkett der VYfskosx smessnmg verringert wird.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung des oben genannten Nachteiles.
Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein im Betrieb zuverlässiges und einfaches Viskosimeter zu entwickeln, mit dessen Hilfe es möglich wird, die Regelungsstabilität der Drehzahl des Ringes zu gewährleisten und die Messgenauigkeit der Flüssigkeitsviskosität zu erhöhen.
Das erfindungsgemässe Viskosimeter ist dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung für die Regelung der Drehzahl des Ringes aus einem die von der Viskosität der Flüssigkeit abhängige Lage des ferromagnetischen Rotationskörpers verfolgenden Fühler in Form eines Magneten und einer die Drehzahl des Ringes in Abhängigkeit von dem Fühlerausgangssignal verändernden Vorridtung besbeht.
Man versetzt den Ring in Rotation zweckmässig mit Hilfe eines Motors über ein stufenlos schaltbares Getriebe, einen sogenannten Variator, und führt die Vorrichtung, die die Drehzahl des Ringes verändert, in Form eines mechanisch-pneumatischen Umwandlers, der mit dem Fühler kinematisch verbunden ist, eines mit diesem Umwandler pneumatisch verbundenen Verstärkers sowie eines pneumo-mechanischen Umwmdlers aus, welcher mit dem Verstärker pneumatisch und kinematisch verbunden ist.
Die kinematische Verbindung g des mechanisch-pneu- matischen Umwandlers mit dem Fühler und die des pneumatisch-mechanischen Umwandlers mit dem Variator kann mittels eines Hebelsystems zustandegebracht werden.
Eine günstige Lösung der Aufgabe kann erreicht werden durch Antrieb des Ringes unmittelbar vom Elektromotor; in diesem Fall führt man die Vorrichtung, die die Drehzahl des Ringes verändert, zweckmässig in Form eines Feldstärkereglers, der mit dem Fühler verbunden ist, sowie einer Erregerwicklung des genannten Elektromotors aus, welche mit diesem Regler verbunden ist.
Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 das Blockschema eines erfindungsgemässen Viskosimeters,
Fig. 2 eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Viskosimeters, und Filz. 3 eine zweite Ausführurxgsvariante eines erfin dungs,gcmässen Viskosimeters.
Das erfindungsgemässe Viskosimeter enthält einen torusförmigen hohlen Ring 1 (Fig. 1), durch welchen die zu prüfende Flüssigkeit, z. B. ein Erdölprodukt, kontinuierlich gepumpt wird, mit einem darin untergebrachten ferromagnetischen Körper, der in Form eines Rotationskörpers 2 ausgeführt ist. Der Ring 1 wird mittels eines Elektromotors 3 in Rotation versetzt.
Die Erdölprodukte werden in den rotierenden Ring kontinuierlich eine und aus diesem herausgeleitet, wie durch die Pfeile A und B angedeutet ist.
Das Viskosimeter enthält ebenfalls eine Einrichtung 4 zur Regelung der Drehzahl des Ringes 1 und eine Einrichtung 5 zur Messung dieser Drehzahl.
Nach der ersten Ausführungsvariante nach Fig. 2 besitzt die Einrichtung 4 einen Fühler, welcher ein Magnet 6 ist und die Lage des Rotationskörpers 2 verfolgt, die von der Viskosität der Flüssigkeit abhängig ist, so wie eine Vorrichtung 7, die die Drehzahl des Ringes 1 in Abhängigkeit von dem von dem Magnet 6 kommenden Signal verändert.
Die Drehung des Ringes 1 erfolgt mittels eines Antriebes, der einen Elektromotor 8 mit einem Friktionsvariator 9 aufweist. Die Vorrichtung 7 enthält einen mechanisch-pneumatischen Wandler 10, der mit dem Magnet 6 mittels eines Hebelsystems 11 verbunden ist.
Im Wandler 10 verursacht eine Verschiebung des dem ferromagnetischen Körper 2 folgenden Magneten 6 eine Verschiebung der Klappe 29 gegenüber der Düse 30.
Diese Verschiebung wird durch eine Anderung des Druckes der Steuerluft am Austritt aus dem mechanischen Wandler 10 ausgeglichen. Die Vorrichtung 7 enthält ebenfalls einen Verstärker 12, der mit dem Wand ler 10 pneumatisch verbunden ist, und einen pneumatisch-mechanischen Wandler 13, der mit dem Verstärker 12 pneumatisch und kinematisch sowie durch das Hebelsystem 14 mit einer angettiebeiien Rolle 15 des Variators 9 verbunden ist.
Der Ring 1 wird zusammen mit der zu prüfenden Flüssigkeit durch den Schneckenantrieb 26 und den Friktionsvariator 9 vom Elektromotor 8 kontinuierlich drehend angetrieben. Der Friktionsvariator 9 besteht aus einer Treibrolle 27, die auf der Welle des Elektromotors 8 sitzt, und einer angetriebenen Rolle 15. Der Variator 9 weist eine lineare Charakteristik auf und ermöglicht eine gleichmässige Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Ringes 1 bei der radialen Verschiebung der angetriebenen Rolle 15 über die Treibrolle 27.
Der Ring 1 mit der zu analysierenden Flüssigkeit befindet sich in einem auf gleicher Temperatur gehaltenen Gehäuse 28. Die Behetz desselben erfolgt elektrisch oder mittels Dampf.
Die Visl:ositätsmessung beruht auf der Messung der Rotationsgeschwindigkeit des torusförmigen Ringes 1 mit der zu analysierenden Flüssigkeit bei einem dynamischen Gleichgewicht des in der Flüssigkeit befindlichen Rotationskörpers 2.
Zur Herbeiführung des dynamischen Gleichgewichtes des Rotationskörpers 2 im Ring 1 bei der Viskositätsmessung der zu analysierenden Flüssigkeit wird die Rotationsgeschwindigkeit des Ringes 1 eingeregelt und die Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit des Ringes 1 bringt den Rotationskörper 2 in die Gleichgewichtslage zurück. Um dies zu erreichen, ist im Viskosimeter die Einrichtung 4 für die Regelung der Drehzahl des Ringes verwendet, welche folgendermassen arbeitet:
Bei Veränderung der Viskosität der zu analysierenden Flüssigkeit verliert der Rotationskörper 2 die Gleichgewichtslage, der Magnet 6 folgt dem Körper 2 und verändert durch das Hebelsystem 11 die Lage der Klappe 29 gegenüber der Düse 30 des mechanischpneumatischen Umwandlers 10.
Der Umwandler 10 stellt einen gewöhnlichen pneumatischen Proportionafregler dar, der die Verschiebung der Klappe 29 gegenüber der Düse 30 in ein proportionales pneumatisches Normausgabesignal umwandelt.
Der Verstärker 12 stellt einen pneumatischen Normverstärker dar.
Das aus dem mechanisch-pneumatischen Umwand ler 10 austretende Luftsignal gelangt durch die Drosseleinrichtung. 31 und den pneumatischen Verstärker 12 in den Membranenraum 32 des Umwandlers 13. Auf diese Weise ist die Verbindung zwischen dem mechanisch-pneumatischen Umwandler 10 und dem pneumatischen Verstärker 12 ebenso wie die Verbindung zwl- schen dem Verstärker 12 und dem Membranenraum 32 eine pneumatische. Die Veränderung des Luftdruckes im Membranenraum 32 bewskt eine Verschiebung der Stange 33 des Umwandlers 13, welcher durch das Hebelsystem 34 die Lage der angetriebenen Rolle 15 gegenüber der Treibrolle 27 des Variators 9 verändert.
Der Verstärker 12 ist durch das Hebelsystem 34 mit der Stange 33 des pneumatisch-mechanischen Umwandlers 13 verbunden. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Umwandlers 13 erhöht.
Die Treibrolle 27 des Friktionsvariators 9 wird mit konstanter Drehzahl vom Elektromotor 8 angetrieben.
Die Stange 33 verschiebt durch das Hebelsystem 14 die angetriebene Rolle 15 des Variators 9 an der Rolle 27.
In Abhängigkeit von der Lage der angetriebenen Rolle 15 gegenüber der Treibrolle 27 verändert sich die Drehzahl der Welle 35 und folglich durch den Schnekkenantrieb 26 auch die des Ringes 1 mit der zu analysierenden Flüssigkeit. Das Schneckenrad 36 und der Ring 1 sitzen auf ein und derselben Welle. Die Rolle 15 wird sich so lange gegenüber der Treibrolle 27 verschieben, bis der Rotationskörper 2 im Ring 1 beim neuen Viskositätswert in die frühere Gleichgewichtslage zurückgekehrt ist. Die Drehzahl des Ringes 1 mit der Flüssig 'keit ist eine Furiktion der Viskosität der zu messenden Flüssigkeit und wird mit dem Drehzahlmessgeber 24 gemessen, der eine mit der Drehzahl steigende Gleichstromspannung erzeugt.
Die letztere gelangt in das Gerät 25, welches ein Signal in das Regelsystem (in der Zeichnung nicht dargestellt) sendet, das der gemessenen Viskosität proportional ist.
Bei der zweiten Ausführungsvariante nach Fig. 3 besitzt das Viskosimeter die Einrichtung 4 zur Regelung der Drehzahl des Ringes 1 mit einem Fühler, der einen elektromagnetischen Induktionsgeber 16 darstellt, der die Lage des Rotationskörpers 2 verfolgt, die von der Viskosität der Flüssigkeit abhängig ist, sowie einer Vorrichtung 17, durch die die Drehzahl des Ringes 1 ver ändert wird und die in Form eines Feldstärkereglers ausgeführt ist, der die Spannung in der Erregerwicklung 18 des Elektromotors 19 verändert.
Die Drehung des Ringes 1 erfolgt unmittelbar durch den Elektromotor 19. Eine der möglichen Ausführungsformen des Feldstärkereglers kann aus einem Vorverstärker 20, ImplZsbretenuswanldler 21, Leistungsver- stärker 22 und einer Einrichtung 23 zur Signalfreigabe nach der Ableitung bestehen.
Sowohl nach der ersten als auch nach der zweiten Ausführungsvariante erhält die Einrichtung 5 zur Mes sung der Drehzahl deE Ringes 1 einen Drehzahlme & sge- ber 24, der mit der Welle des Ringes 1 mechanisch verbunden ist und ein Spannungssignal erzeugt, das der Drehzahl des Ringes 1 proportional ist. Das Spannungssignal wird als Viskositätsmass zu einem Anzeige- und Registriergerät 25 geleitet, das in Viskositätseinheiten geeicht ist.
Die Arbeitsweise des Viskosimeters nach Fig. 3 ist der oben beschriebenen Arbeitsweise des Viskosimeters nach Fig. 2 ähnlich. Der Unterschied besteht lediglich in der Arbeitsweise der Vorrichtung 4 zur Regelung der Drehzahl des Ringes 1 und dem Antrieb des Ringes 1 durch den Elektromotor 19.
Der Ring 1 wird zusammen mit der zu analysierenden Flüssigkeit vom Elektromotor 19 durch einen Reduktor (in der Zeichnung nicht dargestellt) kontinuierlich angetrieben. Der Rotationskörper 2, der in dem Ring 1 untergebracht ist, wird von der durchströmenden, zu analysierenden Flüssigkeit ununterbrochen mitgeschleppt.
Das Gewicht des Rotationskörpers 2 wird, wie auch in der ersten Variante, durch die hydrodynamische und Viskositätskraft der Strömung ständig ausgeglichen. Die Lage des Rotationskörpers 2 im Ring 1 wird von dem elektromagnetischen Induktionsgeber 16 verfolgt.
Bei der Veränderung der Viskosität der zu analysierenden Flüssigkeit verliert der Rotationskörper 2 die Gleichgewichtslage, was eine Veränderung der Fehlspannung in der Wicklung des elektromagnetischen Induktionsgebers 16 bewirkt. Die Amplitude und die Phase dieser Spannung werden durch die Grösse bzw. die Richtung der Verschiebung des Rotationskörpers 2 von der Gleichgewichtslage aus bestimmt. Ferner wird die Fehlspannung durch den Vorverstärker 20 an den Eingang des regulierbaren Gleichrichters 37 (Fig. 3) geleitet, dessen Ausgangssignalwert der Grösse des Fehlanpassens proportional ist. Das Ausgangssignal des regulierbaren Gleichrichters 37 (Regelspannung) wird an den Impulsbreitenumwandler 21 gegeben, der aus dem Generator 38 einer linear abfallenden Spannung und dem Amplitudendiskriminator 39 besteht.
Beim Anlegen der Regelspannung des Gleichrichterausgangs 37 an den Eingang des Umwandlers 21 verändert sich die Impulsdauer am Ausgang des Diskriminators 39. Da sich die Frequenz des Generators 38 dabei nicht ver ändert, so ist das Verhältnis zwischen der Impulsdauer des Diskriminators und der Frequenz des Generators 38 eine lineare Funktion der Grösse der Regelspannung oder mit anderen Worten, die Dauer des Ausgangsimpulses des Impulsbreitenumwandlers 21 ist eine Funktion der Grösse und der Richtung der Verschiebung des Rotationskörpers 2 in dem Ring 1 (d. h. eine Funktion der Viskosität).
Das elektrische Signal von dem Ausgang des Umwandlers 21 wird ferner im Leistungsverstärker 22 verstärkt, wonach es an die Erregerwicklung des Elektromotors 19 gelangt. In Abhängigkeit von der Dauer des an die Wicklung ankommenden Impulses wird der Elektromotor 19 mit einer bestimmten Geschwindigkeit ro tieren, welcher durch einen Reduktor (in der Zeichnung nicht dargestellt) die Rotation dem Ring 1 mit der zu analysierenden Flüssigkeit überträgt. Die Veränderung der Drehzahl des Ringes 1 wird den Rotationskörper 2 beim neuen Viskositätswert in die Gleichgewichtslage zurückbringen. Die Messung der Drehzahl des Ringes 1 erfolgt somit eben so wie auch in der ersten Variante nach Fig. 2.
Zur Erhöhung der Stabilität des Regelsystems bei der zweiten Variante nach Fig. 3 ist in die Rückkopplungsleitung vom Drehzahlmessgeber 24 an den Ein gang des Impulsbreitenumwandlers 21 die Einrichtung 23 zur Signalfreigabe nach der Ableitung geschaltet, welche in Form eines Differentialgliedes ausgeführt ist.
Das beschriebene Viskosimeter macht es möglich, kontinuierlich die Viskosität einer homogenen Flüssig keit unmittelbar im technologischen Prozess mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu messen.
Dieses Viskosimeter macht es ebenfalls möglich, technologische Prozesse mit automatischer Korrektur der Viskosität zu automatisieren, wodurch es möglich wird, den Prozess im optimalen Bereich zu führen und einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen.
Das Viskosimeter kann verwendet werden z. B. für die Überwachung und Regelung der Viskosität der Öl- destillate, die in Vakuumanlagen, Anlagen für Entparaffinisierung und Mischung von Ölen, Anlagen für Ölrei- nigung usw. gewonnen werden.
Ein solches Viskosimeter weist Vorteile auf, die darin bestehen, dass dessen Messsystemelemente im wesentlichen ausserhalb des zu analysierenden Mediums angeordnet werden, wodurch seine Betriebssicherheit beträchtlich erhöht wird.
Der Rotationskörper 2, der sich in dem zu analysierenden Medium befindet, wird infolge der hohen Geschwindigkeit der ihn umströmenden, zu analysierenden Flüssigkeit von selbst gereinigt, wodurch die Betriebssicherheit des Viskosimeters ebenfalls erhöht wird.
Das erfindungsgemässe Viskosimeter weist eine hohe Empfindlichkeit dadurch auf, dass an dem Rotationskörper 2 in einer Zeiteinheit eine grosse Menge der zu analysierenden Flüssigkeit bei relativ geringen Pumpgeschwindigkeiten vorbeiströmt, wodurch es möglich wird, die Viskosität der zu analysierenden Flüssigkeit mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu messen.