DD126118B1

DD126118B1 - Measuring device for measuring the viscosity in liquids

Info

Publication number: DD126118B1
Application number: DD19347676A
Authority: DD
Inventors: Christian Seiferth
Original assignee: Christian Seiferth
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1976-06-21
Publication date: 1981-04-29
Also published as: DD126118A1

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Meßanordnung zum Messen der Viskosität in FlüssigkeitenMeasuring arrangement for measuring the viscosity in liquids

Field of application of the invention

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Meßtechnik, speziell bei der Messung nichtelektrischer Größen. Aufgrund des berührungslosen Meßverfahrens ist es möglich, kontinuierliche Viskositätsmessungen an Flüssigkeiten mit beliebigen chemischen und sonstigen Eigenschaften ohne nennenswerte Rückwirkungen auf Flüssigkeit und Meßanordnung durchzuführen.The invention is in the field of measurement technology, especially in the measurement of non-electrical quantities. Due to the non-contact measuring method, it is possible to carry out continuous viscosity measurements on liquids with arbitrary chemical and other properties without appreciable repercussions on liquid and measuring arrangement.

Die Anwendung der Erfindung kann in der chemischen Industrie, der Lebensmittelindustrie, der Textil- und Möbelindustrie sowie in zahlreichen weiteren Bereichen der Volkswirtschaft erfolgen.The application of the invention can be carried out in the chemical industry, the food industry, the textile and furniture industry and in many other sectors of the economy.

Characteristic of the known technical solutions

Bisher sind Verfahren und Einrichtungen bekannt, die die Viskosität von Flüssigkeiten mittels eines in die Flüssigkeit getauchten rotierenden Körpers messen. Dabei wird beispielsweise die Stromaufnahme des treibenden Elektromotors als Maß für die bestehende Viskosität herangezogen. Ein weiteres Verfahren zum Messen der Viskosität basiert auf der Dämpfung der Eigenschwingung einer Metallzunge, die halbseitig in die Meßflüssigkeit eingetaucht wird. Dabei wird die Metallzunge durch eine Spule, die über einen RC-Generator gespeist wird, zum Schwingen angeregt«So far, methods and devices are known which measure the viscosity of liquids by means of a rotating body immersed in the liquid. In this case, for example, the current consumption of the driving electric motor is used as a measure of the existing viscosity. Another method for measuring the viscosity is based on the damping of the natural vibration of a metal tongue, which is immersed in the measuring liquid on one side. The metal tongue is caused to oscillate by a coil fed by an RC generator «

Weiterhin ist ein Ultraschallviskosimeter bekannt, das als Maß für die Viskosität die Laufzeit eines Schallimpulses durch das zu messende Medium heranzieht, wobei zwischen Schallsender und -empfänger eine konstante Entfernung bestehen muß. Grundlage für eine exakte Messung ist die Homogenität des zu messenden Stoffes zwischen Sender und Empfänger.Furthermore, an ultrasonic viscometer is known which uses as a measure of the viscosity of the duration of a sound pulse through the medium to be measured, which must exist between the sound transmitter and receiver a constant distance. The basis for an exact measurement is the homogeneity of the substance to be measured between sender and receiver.

Die beiden zuerst genannten Meßanordnungen haben den generellen Nachteil, daß die Rotationskörper beziehungsweise Schwinger mit der zu messenden Flüssigkeit in direkten Kontakt gebracht werden müssen. Dadurch kommt es insbesondere bei höherviskosen Flüssigkeiten, speziell bei Elastomeren, zu starken Verschmutzungen, meist in Form von Klumpenbildungen. Erfahrungsgemäß arbeiten bekannte Rotationsviskosimeter in Latexdispersionen nur kurze Zeit störungsfrei. Bie Viskosimetern, die nach dem Schwingungsprinzip arbeiten, bringt die unvermeidliche Verschmutzung eine zeitliche Änderung der Anzeige mit sich. Dies hat zur Folge, daß diese Geräte in kurzen Abständen kontrolliert und gereinigt werden müssen. Besonders bei Rotationsviskosimetern ist damit ein erheblicher Aufwand verbunden.The two first-mentioned measuring arrangements have the general disadvantage that the rotation body or oscillator must be brought into direct contact with the liquid to be measured. This leads to heavy soiling, especially in the form of clumping, especially in the case of relatively high-viscosity liquids, especially elastomers. Experience has shown that known rotational viscometers in latex dispersions only work for a short time without interference. Bie viscometers, which operate on the principle of vibration, the inevitable pollution brings a change in the time of the display with it. This has the consequence that these devices must be checked and cleaned at short intervals. Especially at Rotationsviskosimetern this is a considerable effort.

Genaue Messungen mit dem Ultraschallviskosimeter werden beeinträchtigt durch die Ablagerungen an der Behälterinnenwand. Gerade bei Elastomeren entsteht durch mechanische oder Kaltvulkanisation eine Haut, die die Laufzeit des Schallimpulses zu höheren Vierten hin verschiebt und deshalb innerhalb kurzer Abstände die Reinigung der Behälterinnenwandungen erforderlich macht.Accurate measurements with the ultrasonic viscometer are affected by the deposits on the container inner wall. Especially in the case of elastomers, mechanical or cold vulcanization produces a skin which shifts the duration of the sound impulse to higher levels and therefore requires cleaning the container interior walls within short distances.

Die infolge der Verschmutzung entstehenden Meßungenauigkeiten, insbesondere bei Latexdispersionen, führen letztlich beim daraus herzustellenden Erzeugnis zu Qualitätsschwankungen und Gewichtsdifferenzen-. Bei Überviskositäten kommt es zu MaterialVerlusten, während Unterviskositäten zu Materialfehlern und Ausschuß führen.The measurement inaccuracies resulting from the contamination, in particular latex dispersions, ultimately lead to quality fluctuations and weight differences in the product to be produced therefrom. In the case of excess viscosities material losses occur, while under viscosities lead to material defects and rejects.

Als Ergebnis der aufgeführten Nachteile sind diese Maßanordnungen, als Bestandteil schnell ablaufender kontinuierlicher Verarbeitungstechnologien mit hohem Automatisierungsgrad, besonders für flüssige Elastomere ungeeignet.As a result of the disadvantages listed, these assemblies, as part of high-speed, high-speed, continuous processing technologies, are particularly unsuitable for liquid elastomers.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine kontinuierliche, wartungs- und störungsfreie Viskositätsmessung - vornehmlich in flüssigen Elastomeren - vornehmen zu können. Darüber hinaus soll eine Verminderung bisher notwendiger Labor-, Reinigungsund Kontrollarbeiten erreicht werden.The aim of the invention is to make a continuous, maintenance-free and trouble-free viscosity measurement - primarily in liquid elastomers. In addition, a reduction of previously necessary laboratory, cleaning and inspection work is to be achieved.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine geeignete Meßanordnung zu entwickeln, die eine berührungslose Viskositätsmessung gestattet und somit die Meßwerte nicht durch Rückwirkungen aus der zu messenden Flüssigkeit beeinfluß werden. Aufgabe der Erfindung ist es~ weiterhin, die Meßanordnung so zu gestalten, daß sie in hochautomatisierten, schnell ablaufenden Verarbeitungstechnologien eingegliedert und unabhängig von den chemischen, physikalischen und sonstigen Eigenschaften der zu messenden Flüssigkeiten eingesetzt werden kann. Die Mängel der bisherigen Lösungen liegen darin begründet, daß die mit der Meßflüssigkeit direkt oder indirekt in Berühung kommenden Teile durch die chemischen, physikalischen oder sonstigen Eigenschaften der zu messenden Flüssigkeit beeinflußtwerden, was zum Beispiel zu Korrosionen, Anlagerungen, thermischen Zerstörungen und anderem führen kann. Diese Mängel verursachen eine stetige Meßungenauigkeit, so daß eine ständige V/artung der Geräte unumgänglich ist.The object of the invention is to develop a suitable measuring arrangement, which allows a non-contact viscosity measurement and thus the measured values are not affected by repercussions from the liquid to be measured. The object of the invention is ~ continue to make the measuring device so that it can be incorporated in highly automated, fast-running processing technologies and used independently of the chemical, physical and other properties of the liquids to be measured. The shortcomings of the previous solutions are due to the fact that the directly or indirectly coming into contact with the measuring liquid parts are influenced by the chemical, physical or other properties of the liquid to be measured, which can lead, for example, to corrosion, deposits, thermal destruction and others. These defects cause a constant measuring inaccuracy, so that a constant V / treatment of the equipment is essential.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Schallgeber in einem konstanten Abstand über die Flüssigkeitsoberfläche installiert wird und dieselbe mit Schallimpulsen einer bestimmten Frequenz belegt, die wiederum typisch für die Viskosität der zu messenden Flüssigkeit ist und zwiechen Infra- und Ultraschall liegt. Der Schallgeber kann aus einem piezoelektrischen Geber bestehen, der über einen Impulsgeber angesteuert wird. Die Impulsfrequenz muß dermaßen gewählt werden, daß sie knapp über beziehungsweise unter der Eigenfrequenz der Flüssigkeit liegt, die eindeutig abhängig ist vom Produkt aus dynamischer Viskosität und der Dichte der Flüssigkeit. Die Flüssigkeit muß bei dem Abgleich den für den technologischen Prozeß geforderten Viskositätswert besitzen. Somit wird erreicht, daß der Arbeitspunkt auf einer der beiden steilen Flanken der Resonanzkurve zwischen Eigen- und Impulsfrequenz zu liegen kommt. Eine Viskositätsänderung der Flüssigkeit ist somit gleichzußetzen mit der Verschiebung des Arbeitspunktes auf einer der beiden Flanken der Resonanzkurve. Optisch erkennbar ist dieser Zustand an der Elongation der Wellen an der Oberfläche der mit Impulsen belegten Flüssigkeit. Die Amplituden erreichen bei Resonanz ihren Höhepunkt, womit die obere Meßbereichsgrenze festgelegt ist. Die untere Meßbereichsgrenze sollte am unteren Ende des geradlinigen Verlaufes der Flanke liegen. Um die Schwingungsamplituden der Oberflächenwellen als Maß für die Viskosität auswerten zu können, wird neben dem Schallgeber eine optische Einrichtung, bestehend aus einem Lichtsender, der, paralleles Licht aussendet, und einem Lichtempfänger angeordnet. Dabei sollte der Lichtsender vorzugsweise aus einer Laserdiode bestehen, wogegen der Empfänger durch einen, der Wellenlänge des Laserlichtes angepaßten Fototransistor realisiert wird. Lichtsender und Lichtempfänger werden parallel nebeneinander angeordnet, wobei ihre gemeinsame Neigung zur Flüssigkeitsoberfläche einen bestimmten, am Einsatzort zu ermittelnden Winkel zwischen 0° und 180° - außer 9o° besitzen muß.The achievement of the object is characterized in that a sounder is installed at a constant distance over the liquid surface and the same occupied with sound pulses of a certain frequency, which in turn is typical of the viscosity of the liquid to be measured and zwiechen infra and ultrasound. The sounder may consist of a piezoelectric encoder, which is controlled by a pulse generator. The pulse frequency must be chosen so that it is just above or below the natural frequency of the liquid, which is clearly dependent on the product of dynamic viscosity and the density of the liquid. The liquid must have the required for the technological process viscosity value in the balance. Thus it is achieved that the operating point comes to lie on one of the two steep edges of the resonance curve between natural and pulse frequency. A change in viscosity of the liquid is thus gleichzsetetzen with the shift of the operating point on one of the two edges of the resonance curve. Visually recognizable, this condition is due to the elongation of the waves on the surface of the pulsed liquid. The amplitudes reach their peak at resonance, which determines the upper measuring range limit. The lower measuring range limit should be at the lower end of the rectilinear course of the flank. In order to be able to evaluate the oscillation amplitudes of the surface waves as a measure of the viscosity, an optical device consisting of a light transmitter emitting parallel light and a light receiver is arranged next to the sound generator. In this case, the light emitter should preferably consist of a laser diode, whereas the receiver is realized by a, adapted to the wavelength of the laser light phototransistor. Light emitter and light receiver are arranged side by side in parallel, their joint inclination to the liquid surface must have a certain, to be determined at the site angle between 0 ° and 180 ° - except 9o ° must have.

Die Neigung muß in jedem Fall so gewählt werden, daß bei nichterregter Flüssigkeitsoberfläche beziehungsweise bei Impulsfrequenzen weit unter oder über der für die untere Meßbereichsgrenze festgelegten Frequenz keine oder eine geringe Reflexion von diffusem Licht durch die Flüssigkeitsoberfläche auf dem Lichtempfänger entsteht. Ändert sich die Viskosität im vorgesehenen Meßbereich, so bewirkt die sich einstellende Amplitudenhöhe der Oberflächenwellen die Reflexion eines bestimmten diffusen Lichtanteiles auf dem Lichtempfänger. Der dem Lichtempfänger folgende Verstärker liefert in Verbindung mit einem geeigneten Glättungsnetzwerk eine dem Reflexionsgrad und somit der Viskosität proportionale Ausgangsspannung, die letztlich einem Anzeige-, Registrier- oder Regelgerät beziehungsweise deren Kombinationen zugeführt wird. Die optische Einrichtung muß gegebenenfalls gegen Fremdlichteinfall geschützt werden.The inclination must be chosen in each case so that no or little reflection of diffuse light by the liquid surface on the light receiver is formed at non-energized liquid surface or at pulse frequencies far below or above the set for the lower measuring range limit frequency. If the viscosity changes in the intended measuring range, the resulting amplitude height of the surface waves causes the reflection of a certain diffuse light component on the light receiver. The amplifier following the light receiver, in conjunction with a suitable smoothing network, provides an output voltage which is proportional to the reflectance and thus the viscosity and which is ultimately supplied to a display, registration or control device or combinations thereof. If necessary, the optical device must be protected against external light.

Das Einbeziehen der Temperatur der Flüssigkeit in das Meßergebnis kann durch geeignete Meßfühler in Verbindung mit Summierverstärkern, Whatstonbrücken oder ähnlichem erfolgen.The inclusion of the temperature of the liquid in the measurement result can be done by suitable sensors in conjunction with summing amplifiers, Whatstonbrücken or the like.

Durch Änderung der Impulsfrequenzen ist diese Meßanordnung für alle Viskositätsbereiche beliebiger Flüssigkeiten einsetzbar.By changing the pulse frequencies, this measuring arrangement can be used for all viscosity ranges of any liquids.

Das Eichen der Anzeigegeräte kann direkt in Viskositätswerten vorgenommen werden. Interessiert der absolute Wert nicht, kann die Anzeige nach dem Nulltrendprinzip erfolgen, wobei Unter- beziehungsweise Überschreitungen des eingestellten Viskositätswertes nur mit positiven beziehungsweise negativen Relativzahlen angegeben werden.The calibration of the indicators can be made directly in viscosity values. If the absolute value is not of interest, the display can be carried out according to the zero-trend principle, with undershooting or exceeding of the set viscosity value being specified only with positive or negative relative numbers.

Claims

invention claims

1. A device for the contactless measurement of viscosity in liquids, in particular for elastomeric, highly viscous, disperse suspensions, consisting of a sounder, preferably a piezoelectric encoder, which is connected to a pulse generator, characterized in that the sound generator at a constant distance above the surface the liquid is arranged in conjunction with an optical device of light emitter and light receiver, wherein the angular position ( d) of the optical device to the liquid surface between o ° < oL < 180 °, <X φ 90 °.

2. Device according to item 1, characterized in that the light emitter is preferably ', a laser diode.

3 · Device according to item 1 and 2, characterized in that the light receiver is preferably a phototransistor whose spectral sensitivity corresponds to the wavelength of the laser diode.

4. Device according to item 1, 2 and 3 », characterized in that the light receiver, an electronic amplifier, a smoothing network and a display u./o. Registration u./o. a control device are arranged downstream.

Zeulenroda, October 198o