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Anwendungsgebiet:
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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zur genauen automatischen Messung
der Auslaufzeit der untersuchenden Flüssigkeit aus einem
Viskosität-Messbecher. Solche Messung ist insbesondere bei
der Prüfung von Lacken, Farben, Harzen und Flüssigkeiten
mit ähnlicher Viskosität gebräuchlich, vor
allem im angelsächsischen Raum. Meist wird hier als Maß für
die Viskosität einfach die Abflussdauer (mit Hinweis auf
die Norm und Düsengröße) angegeben.
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Zweck:
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Der
Zweck der Erfindung ist das Schaffen eine vollautomatische Einrichtung
zur Messung, der Auslaufzeit, die Anzeige von gemessenen Werten und
die Regelung der Auslaufzeit zur „Soll”-Werten.
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Stand der Technik:
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Die
Viskositätsmessung mit Auslaufbechern wird als robuste
und schnelle Methode zur Kontrolle der Viskosität angewandt.
Bei diesem Verfahren wird ein Becher, der unten konisch ist, mit
einer Flüssigkeit gefüllt, die in ein Loch (Düse)
mit genau bekanntem Durchmesser ausläuft. Aufgrund des
Bechervolumens, des Düsendurchmessers kann die gemessene
Dauer zum Abfließen der Flüssigkeit als Maß der Flüssigkeitsviskosität
werden.
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Diese
Art der Viskositätsmessung ist etwa beschrieben in den Normen
ASTM D 1200:1994, ISO243 und DIN
53211 (Norm zurückgezogen im Oktober 1996). Sie
ist insbesondere bei der Prüfung von Lacken, Farben, Harzen
und Flüssigkeiten mit ähnlicher Viskosität
gebräuchlich. Meist wird hier die Viskosität einfach
in Sekunden der Abfließzeit (mit Hinweis auf die Norm und
Düsengröße) angegeben und ist solche
Bezeichnung für viele Anwender sehr geläufig.
Deswegen werden die Sollwerte der Viskositäten bei unterschiedlichen
technischen Prozessen sowie auch Empfehlungen von Stoffherstellern
in DIN Sekunden angegeben.
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Jedoch
ist dies Verfahren schwer zur Automatisierung nachgibt. Dadurch
werden die auf andere physikalischen Prinzipe basierten Verfahren
heutzutage entwickelt und in Industrie als automatisierte Geräte
und Anlagen eingesetzt, z. B. Rotationsviskositätsmeters
oder Anlage mit Fallkörper Sensoren (z. B. Produkte von
opti-color Mess- und Regelanlagen GmbH: Junior, ViskoStar usw. (sieh.
Webseite der Firma).
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Beim
Rotationsviskositätsmeter wird durch einen Motor ein Körper
in der Flüssigkeit gedreht. Während des Drehens
wird das benötigte Drehmoment gemessen. Die zu messende
Flüssigkeit befindet sich in einem Messzylinder mit Radius
R. Die gemessene Viskosität kann durch ermitteltes Drehmoment
und geometrische Parameter berechnet werden.
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Bei
einem Kugelfall-Viskosimeter fällt eine Kugel mit Radius
r in ein Zylinder mit einem Radius R durch die Flüssigkeit,
dabei ist r < R.
Da sich bei einer von der Viskosität abhängigen
Geschwindigkeit der Kugel ein Gleichgewicht zwischen der auf die
Kugel wirkenden Gravitationskraft, der Auftriebskraft und der Reibungskraft
einstellt, sinkt die Kugel mit konstanter Geschwindigkeit zu Boden.
Mit dem Reibungsgesetz vom Stokes kann dann die Viskosität der
Flüssigkeit berechnet werden.
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Viele
technisch interessante Flüssigkeiten (Lacke, einige Farben
usw.) strukturviskos oder thixotrop sind, was große Abweichungen
der gemessenen mittels des Messbechers Auslaufzeiten von entsprechenden
Werten, die mittels anderer Verfahren gewonnen sind, verursacht.
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Da
diese Abweichungen von Besonderheiten der Eigenschaften der Flüssigkeit
abhängig sind und die oft unbekannt bleiben, werden die
Berechnung der Auslaufzeiten aus gemessenen Viskositätswerten
nur mittels vorläufiger Kalibrierung für jeden Typ
von Flüssigkeiten möglich.
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In
diesem Sinne ist die Ausnutzung des Messbechers zur Viskositätsmessungen
von großer Bedeutung.
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Die
Anlage, die automatisch die Auslaufzeit aus einem nach DIN hergestellten
Messbecher misst, ist von Firma SELECTRA Italien angeboten /1/.
Die Anlage verfügt über einen geschlossenen Behälter
innerhalb dessen ein Messbecher platziert ist. Die Farbe fließt
im Behälter durch den Schlauch und entsprechenden Anschluss
und wird dadurch den Messbecher voll. Um einen Überfluss
der Farbe im Behälter bzw. im Messbecher zu vermeiden,
gibt es ein elektrisches Regelungssystem, das ein maximales Farbenniveau
gewährleistet. Falls Messbecher voll ist, macht die Automatik
das Anlaufventil zu und, wahrscheinlich, (es ist in der Beschreibung
nicht nachgewiesen) macht ein Luftventil auf. Dieser Zeitpunkt entspricht
dem Anfang der Auslaufzeitmessung. Wenn der Messbecher leer wird
(wie dieser Zeitpunkt bestimmt wird, ist es in dem Prospekt nicht mitgeteilt),
fixiert die Automatik diesen Zeitpunkt. Damit ist die Messung der
Auslaufzeit abgeschlossen. Die gemessene Zeit wird durch Mikroprozessor
analisiert und dann auf dem Display in Sekunden angezeigt wird.
Wenn es festgestellt ist, dass die Farbenviskosität dem
Sollwert nicht entspricht, macht die Automatik ein entsprechendes
Ventil auf und ein Verdünner fliest im Behälter
bzw. im Messbecher und weiter im Farbtopf ein.
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Diese
technische Lösung verfügt über einen wesentlichen
Nachteil. Der Behälter, innerhalb dessen sich der Messbecher
befindet, stellt ein geschlossenes Volumen dar. Dadurch unterscheidet
sich die Auslaufzeit der Farbe in diesem Fall von der Auslaufzeit
gemessener bei Handmessungen wegen des verschiedenen Einflusses
des Atmosphäredruckes in beiden Fällen. Deshalb
muss der Mikroprozessor die gemessene Zeit umrechen, jedoch fordert
solcher Vorgang die Kalibrierung für bestimmte Farben auch vorher,
weil dieser Einfluss von Dichte der Farbe abhängig ist.
Wie wird die Reinigung des Messbechers bei dieser Konzipierung der
Anlage stattgefunden, ist im Prospekt nicht beschrieben.
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Aufgabe:
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Die
Aufgabe der unten beschrieben Erfindung ist die Entwicklung der
automatischen Anlage, a) die die Auslaufzeit der Flüssigkeit
solcher Weise misst, dass die automatisch gemessene Auslaufzeit mit
der bei Handmessungen bestimmten Auslaufzeit ohne Kalibrierung unabhängig
von Flüssigkeiten übereinstimmt werden muss, dabei
muss die Messgenauigkeit der automatischen Messungen höher
im Vergleich mit den Handmessungen sein; b) deren Messbecher vor
und nach des Messvorganges zwangläufig und spurlos automatisch
gereinigt werden muss.
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Lösung:
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Wenn
die Messanlage so konzipiert ist, dass die obere Farbenoberfläche
unter dem Atmosphäredruck steht, besteht die Möglichkeit,
den Auslaufvorgang mittels des Ultraschalwandlers zu beobachten wie
es bei typischen Ultraschal-Niveaumessungen stattfindet [2]. Jedoch
um die Farbenoberfläche unter dem Atmosphäredruck
zu halten, muss sich der Ultraschallwandler genug hoch über
der Farbenoberfläche befinden, aber haben alle den DIN-Normen
entsprechenden Messbecher einen konischen Teil (2, in der 1)
unten. Einfluss von diesen beiden Faktoren führt zu einem
großen Fehler bei der Bestimmung des minimalen Niveaus
mittels Ultraschalls durchführt.
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Die
physikalische Ursache besteht darin, dass ein Ultraschallbündnis
während der Ausbreitung divergiert und dadurch breiter
als das Ende des konischen Teils (ca. 5 mm) wird. Wie es bekannt
ist, ist das Nahfeld d des Ultraschallwandlers 4 (1) für
Frequenzen f (f < (0.5...0.7)
MHz), relativ kurz ist. Z. B. ist solches Nahfeld des Wandlers für
f = 0.5 MHz mit dem Radius r = 5 mm ca. 15 mm gleich. Wenn die Wandlerfrequenz
niedriger ist, wird die Ausdehnung des Nahfeldes noch kürzer.
Falls der Abstand L länger als d ist, wird das Ultraschallbündel
immer mehr breiter (das Fernfeld). Die Schärfe der Bündelung kann
mit der so genannten Halbwertbreite θ beschrieben werden
/3/ (θ = sf·r 15°) (s ist Ultraschallgeschwindigkeit
in der Luft). Dadurch wird der Querschnitt des Ultraschallbündnisses
viel breiter als ausstrahlende Wandleroberfläche, was falsche
Echo-Signale verursacht.
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Jedoch
besteht keine Möglichkeit, der Abstand zwischen dem Wandler
und der Farbenoberfläche kürwillig kurz zu wählen.
Wirklich muss der minimale Abstand zwischen der Wandleroberfläche
und dem maximalem Flüssigkeitsniveau 3 nicht kürzer
als 6–8 cm bei der praktischen Ausnutzung ausgewählt werden,
um eine Gelangung von Flüssigkeitstropfen und -dämpften
der Wandleroberfläche zu vermeiden. Die Länge
des nach DIN hergestellten Messbechers 1 ist 70 mm. Daraus
folgt, dass der notwendige Abstand zwischen der Wandleroberfläche
und dem Messbecherboden 2 muss ca. 13–15 cm sein.
Dadurch entstehen die störende Signale wegen Spiegelungen
des Ultraschalls vom der konischen Messbecheroberfläche 1,
die zur Wandleroberfläche früher als die vom Boden
gespiegelten Signale ankommen.
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Die
Maßnahmen, die gegen der Divergenz wirken (in erster Reihe
die Frequenzerhöhung), sind für Luftwandler schwer
anwendbar, da dies Frequenzbereich von oben wegen höher
Verluste in die Luft beschränk ist.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine voll automatische
Anlage ohne irgendwelcher vorläufigen Kalibrierung zur
genauen Messung der Auslaufzeit von Flüssigkeiten aus einem
der DIN entsprechenden Messbecher zu schaffen, die mit zwei Ultraschallwandler,
einen von denen sich über maximale Niveau der Flüssigkeit
im oben genannten Messbecher befindet und Wellen in der Richtung
der Flüssigkeitsoberfläche ausstrahlt bzw. gespiegelte
Wellen empfangt und zweite von denen das Niveau des Verdünner
im Verdünnerbehälter überwacht, ausgestattet
ist und über eine geeignete elektronische Ansteuerschaltung
des Ultraschallswandlers sowie auch eine Auswertschaltung und einen
Leistungsteil verfügt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelost. Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Merkmalen
der Unteransprüche 2 bis 7 gekennzeichnet. Physikalische
Begründung des entwickelten Vorteils ist in der 1 und 2 vorgestellt.
Zur Realisierung der Auslaufzeitmessungen mittels standardmäßiger
Ultraschallniveaumesser muss der Messbecher 1 bis zu seinem
maximalen Niveau 3 (1) mit der
untersuchten Flüssigkeit aufgefühlt werden, nachdem
fließt die Flüssigkeit durch die Düse
im Boden 3 raus. Der Ultraschallwandler, der zusammen mit
der Ansteuerelektronik als Niveaumeter funktioniert, misst das ändernde
Niveau der Flüssigkeit. Falls der Wandler in der Lage wäre,
beide maximale und minimale Niveaus zuverlässig zu erfassen
und weiterhin mit der vorher gemessenen und gespeicherten entsprechenden
Werten zu vergleichen, hätte die Möglichkeit eine
Zeitspanne zwischen beiden Ereignessen bzw. die Auslaufzeit dadurch
zu messen.
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Erfindungsgemäß wird
das Problem solcher Weise gelöst, dass der Ultraschallwandler 4 innerhalb
eines Rohr 3 (2), dessen Oberfläche über eine
symmetrische Form z. B. eine Zylinders, eines abgestumpften Konus
usw. verfügt und dessen geometrischen Achse mit der geometrischen
Achse der Messbecherdüse 2 des Messbechers 1 übereinstimmt
(2), eingesetzt ist (Patentanspruch 1). Bei solcher
Konzipierung des akustischen Systems dient der Endquerschnitt 5 des
Rohrs 3 als die Ultraschallquelle und sich der Anfang des
Fernfeldes im oben genannten akustischen System relativ zum Ultraschallwandler
um die Länge des Rohrs verschiebt
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Physikalische
Gründe weiterer technischen Lösungen folgen aus
der Theorie /4, 5/, wo es gezeigt ist, dass eine ebene Welle im
vorgeschlagenen akustischen System ausbreitet kann, wenn die Durchmesser
des Wandlers und des Wellenleiters gleich sind. Jedoch führt
die Realisierung der letzten Bedingung zu bestimmten Herstellungsschwierigkeiten.
Unsere Experimente haben gezeigt, dass keine Entstehung von Störsignalen
beobachtet worden ist, wenn der Durchmesserunterschied die Grenze
10–20% nicht überschreitet und wenn die Länge
des Rohres nicht mehr als m mal (m ist ca. 4...5) länger
als die Ausdehnung des Nahfeldes des Ultraschallwandlers ist (Patentanspruch
2).
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Darüber
hinaus gibt es andere Quelle von Messfehlern. Nachfolgend werden
weitere Maßnahmen, die in den Patentansprüchen
3–7 erklärt sind, aufgezeigt. Der Einsatz dieser
Maßnahmen dient zur Elimination dieser Fehler.
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Im
Unterschied zu typischen Niveaumessungen mittels Ultraschalls die
Messung der Auslaufzeit verfügt über wichtigen
Besonderheiten. Die gemessene Auslaufzeit der Farbe aus dem Messbecher
ist mit der Farbenviskosität nur damals eindeutig ohne irgendwelche
Verbesserungen verbunden, wenn der Atmosphäredruck auf
die Farbe im Messbecher vom oben und unten während des
Auslaufvorgangs immer gleich ist. Es ist klar, dass diese Bedingung
desto besser durchgeführt wird je das oben der Farbe befindende
Volumen zu freiem Volumen ähnlich ist. Außerdem,
muss die Breite des Ultraschallbündnisses genug schmal
sein dass das Endstück des Schlauches, der die untersuchte
Flüssigkeit zum Messbecher transportiert, zwischen dem
Ultraschallbündnis und der Messbecheroberfläche
platziert werden kann. Im Gegenfall können die Spiegelungen
der Ultraschallstrahlen von Strömungen der untersuchten Flüssigkeit
die Störsignale verursachen.
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Dafür
dienen die Konstruktionsmaßnahmen, deren Merkmale im Punkt
3 erläutern sind.
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Erstens
muss der äußere Durchmesser des Wellenleiters
so begrenzt werden, dass der Querschnitt des Rohres niedriger als
den oberen Querschnitt der Flüssigkeitsoberfläche
im Messbecher z. B. 20...40% ist. Zweitens, die Länge des
Rohres muss wie möglich lang jedoch nicht mehr als m mal (2...5
Male) länger der Ausdehnung des Nahfeldes des Ultraschallwandlers
hergestellt werden.
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Ergänzend
muss die Länge des Rohres und die Platzierung solcher Weise
zusammengestellt werden, um eine schmale (einige mm) Spalte zwischen
dem Endstück des Rohres und dem maximalen Niveau der Flüssigkeit
im Messbecher zu gewährleisten (Patentanspruch 4). Im Gegenfall
entsteht ergänzende Messfehler, die gleiches Natur, wie
schon oben betrachtete Quelle, haben.
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Die
automatische Messung der Auslaufzeit findet immer durch zwei Schritte
statt: zuerst muss der Flüssigkeitsfluss in bestimmten
Zeitmomenten unterbrochen werden und dann die Zeitspanne zwischen
zwei Flüssigkeitsniveaus (Messbecher ist voll bzw. leer)
muss gemessen werden. Da der Fluss der Flüssigkeit nach
dem Einschalten der Unterbrechungseinrichtung nicht sofort gestoppt
werden kann, müssen bestimmte Bedingungen ausgefühlt werden,
um wesentliche Messfehler zu vermeiden oder auf ein Minimum zusammenzuschrumpfen.
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Mit
diesem Ziel wird der Messbecher im Halter befestigt (3).
Dabei ist das Flüssigkeitsniveaus im Halter von zwei entgegen
wirkenden Anforderungen abhängig. Erstens, muss das Flüssigkeitsniveau
im Halter das maximale Niveau im Messbecher überschreiten,
um bestimmte Zeitverzögerung zwischen dem Anfang des Unterbrechens
und dem Start der Messung der Abfließzeit zu gewährleisten.
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Zweite
Bedingung entsteht aus der Anforderung, dass die automatisch gemessene
Abfließzeit mit einer manuell gemessenen Abfließzeit übereinstimmen
muss. Der Unterschied zwischen beiden Messergebnissen kann, in erster
Reihe, durch verschiedene Anfangsabfließgeschwindigkeiten
in beiden Fällen verursacht werden. Deswegen muss die Überschreitung
des Flüssigkeitsniveaus 1 im Halter 2 in
Bezug auf Messbecherniveau 3 minimiert werden (0.5–2
mm). Dann dieser Messfehler kann vernachlässig werden oder
gegebenenfalls besteht die Möglichkeit, eine Verbesserung
im Messergebnis automatisch hinzuführen, falls diese Überschreitung
konstant bleibt. Mit diesem Ziel verfügt der Halter über ein-paar
Auslaufröhre 4, denen Durchmesser wesentlich größer
(2–3 Male) als Düsendurchmesser (3)
und deren Endstücke um eine vorgewählte Höhe
h (zum Beispiel (0.5–2 mm) des Messbecherendstücks überschreiten
Patentanspruch 5). Der Zeitpunkt der oben genannten Unterbrechung
des Flüssigkeitsflusses wird auf Grund des gemessenen Flüssigkeitsniveaus
durch die Auswertungsschaltung der Anlage bestimmt.
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Jedoch
kann ein Rest der Flüssigkeit im Schlauch, der die untersuchte
Flüssigkeit zum Messbecher transportiert, nach der Unterbrechung
noch im Messbecher fließen, was auch einen Messfehler verursacht.
Um diesen Messfehler zu vermeiden, ist das Schlauchsystem 6 zum
Zufuhr der untersuchten Flüssigkeit in den Messbecher solcherweise
untergebracht, dass die geometrische Achse des Schlauches des Zufuhrsystems
einen scharfen Winkel zur Horizontrichtung bildet (4,
Patentanspruch 6).
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Noch
eine mögliche Quelle des Messfehlers entsteht wegen einer
Ablagerung der untersuchten Flüssigkeiten auf die Auslaufdüsenoberfläche.
Solche Nachfolge des Messprozesses kommt bei vielen technisch wichtigen
Flüssigkeiten (z. B. Farben, Lacke usw.) vor, bei denen
eine dünne Schicht der Flüssigkeit, die ein relativ
langfristiges Kontakt mit der Luft (ein-paar Minuten) hat, eine
Ablagerung auf Oberfläche der Düse bildet. Damit
wird der Durchmesser der Abfließdüse kleiner und ändert
sich die Auslaufzeit. Deswegen ist einen Reinigungsplatz, der räumlich
vom Messplatz verschoben ist, und einen Mechanismus 7 (4),
der den Messbecher vom Messplatz zum Reinigungsplatz hin und zurück
rechzeitig verschieb, vorgesehen.
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Die
Anlage funktioniert solcher Weise (4). Die
Auswertschaltung 10 legt ein Erzeugungsimpuls zur Ansteuerschaltung
(Generator/Verstärker) 11 und strahlt der Ultraschallwandler 8 eine Welle
aus. Entstehende Ultraschallwelle breitet durch den Wellenleiter – das
Rohr 9 aus, gelangt das Flüssigkeitsniveau 1 und
wird von der Flüssigkeitsoberfläche zurück
zum Ultraschallwandler gespiegelt. Damit wird der Abstand, zwischen
Wandler- und Flüssigkeitsoberflächen mittels Auswertschaltung 10 (z. B.
ein Prozessor) gemessen. Die Anzahl der Abflussrohre 4,
die Platzierung und ihrer Durchmesser bestimmen die Überschreitung
h des Flüssigkeitsniveaus 1 über den
Rand 3 des Messbechers. Falls die gemessene Überschreitung
mehr als vorgegebenen Wert 1 wegen irgendwelcher nicht vorgesehenen
Ursachen wird, schaltet der Leistungsteil 13 der Unterbrecher 5 ein
und der Schlauch wird zu. Zu gleichem Endergebnis führt
die Situation durch, wenn die Zeitpause Tlauf. zwischen
zwei Ereignissen, die gefülltem Messbecher beim offenen
Unterbrecher entsprechen länger als vorgegebenen Wert 2
wird. In beiden Fällen „versteht” die
Auswertschaltung, dass der Messvorgang beendet ist oder die Auslaufdüse
verstoppt ist und deswegen geht sie zur Reinigungsphase und zwar
macht der Leistungsteil 13 den Unterbrecher 5 zu
und schaltet den Mechanismus 7 zur Verschiebung des Messbechers
zwischen den Mess- und Reinigungsplätzen ein (sieh. weiter).
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Wenn
die untersuchte Flüssigkeit vorgegebenes Niveau 1 regelmäßig
gelangt, startet den Messvorgang. Die Auswertschaltung 10 mittels
des Leistungsteils 13 macht den Unterbrecher 5 zu.
Dabei bildet die Schlauchachse mit dem Horizont einen scharfen Winkel θ.
Dadurch ändert sich das Niveau der Flüssigkeit
im Messbecher nur wegen des Auslaufes der Flüssigkeit durch
die Düse.
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Das
Flüssigkeitsniveau wird niedriger und irgendwann erlang
des Messbecherrandes 3. Wenn der gemessene Abstand von
der Wandleroberfläche bis zur Flüssigkeitsoberfläche
dem vorgegebenen Wert 3 gleich wird, wird die innere Uhr gestartet. Dann
wenn die Flüssigkeit gelang den Boden des Messbechers bzw.
das gemessene Flüssigkeitsniveau zu vorgegebenem Wert 4
wird, werden die innere Uhr gestoppt. Normalerweise ist die Messgenauigkeit
+/–0.1 Sek. zur praktischen Anwendung ausreichend. Deswegen
gibt es keinen Sinn, eine Verbesserung einzuführen, obwohl
noch einige Menge der Flüssigkeit, die sich innerhalb der
Düse befindet, in Betracht nicht gezogen wird.
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Falls
die gemessene Auslaufzeit langer als einen vorgegebenen Wert wird,
schaltet die Auswertungsschaltung bzw. der Leistungsteil das Ventil
1 des Verdünnergefäßes ein. Das Ventil
1 bleibt offen eine vorgegebene Zeitspanne und wird dann zugemacht.
Nach der vorgegebenen Zeitpause startet der Messvorgang wieder.
Diese Regelung wiederholt sich, soweit die Auslaufzeit dem vorgegebenen
Wert mit der vorgegebenen Genauigkeit nicht gleich wird.
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Sehr
hohen Einfluss auf die Zuverlässigkeit von Messergebnissen
hat die mögliche Ablagerung der untersuchten Flüssigkeit
auf die Düsenoberfläche. Dadurch ist eine automatische
Reinigung des Messbechers vor dem Anfang der Messungen und nach
dem Ende des Druckvorganges bzw. des Flüssigkeitsauslaufs
in der Anlage vorgesehen. Diese beiden Vorgänge können
als Reinigungsphase genannt werden.
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Die
automatische Reinigung des Messbechers und Auslaufdüse
findet solcher Weise statt (4 und 5)
Bei erstem Einschalten der Anlage (der Schalter K der Stromversorgung
V1 wird manuell zugemacht) startet die Schaltung 12, die über
2 stabile Zustände verfügt (zum Beispiel ein Trigger).
Die Schaltung 12 überging ein logische 1 zur Auswertschaltung
hin und macht der Leistungsteil 13 der Schalter K1, der
zum Schalter K parallel angeschlossen ist, zu. Der Schalter K1 bleibt
in diesem Zustand, solange die Schaltung 12 in diesem Zustand
bleibt. Damit wird jede Möglichkeit, die Anlage ohne einen Reinigungsvorgang
auszuschalten, verhindert. Außerdem macht der Leistungsteil
den Unterbrecher 5 (gleichzeitig) zu and das Motor 7 (Punkt
P.7, mit einer Verzögerung), der den Messbecher in der
Horizontrichtung verschiebt, an. Hier und weiter versteht man unter
Name „Motor” eine Verschiebungseinrichtung oder
eine Dreheinrichtung, die elektrisch oder pneumatisch wirken können.
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Der
Endschalter 1 (5 und 14 in 4) wird
durch die Messbecherverschiebung freigemacht und wird die Spannung
im Punkt A dadurch bis zu dem logischen eins Niveau erhöht
(die Spannung ist im P. A in normalen Zustand Null gleich). Die
Widerstände R1 and R2 im Spannungsteiler sind solcher Weise
ausgewählt, um die Ex.-Anforderungen zu erfüllen.
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Der
Zustandzähler 15 fixiert den Spannungsübergang
und ändert die Variable n von n = 0 (der Anfang der Anlagenarbeit)
zu n = 1. Der Motor 7 verschiebt den Messbecher in der
Horizontrichtung bis zum Reinigungsplatz (Patentanspruch 7) und
wird dort mittels des Messbecherdruckes auf den Endschalter 2 gestoppt.
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Damit
erstens bleiben die Position und die Orientierung des Ultraschallwandler
und des Zufuhrrohrs nicht verletzt und zweitens besteht die Möglichkeit,
die optimale Form und Platzierung des Reinigungskörpers
zu gewährleisten. Es handelt sich darum, dass die Messbecher über
eine komplizierte geometrische Form (ein zylindrische Teil, ein
konische Teil und eine Auslaufdüse) verfügt, auf
denen die Ablagerung stattfindet kann. Dabei ist es sehr wichtig, alle
geometrische Abmessungen des Messbecher und, in erster Reihe, den
Durchmesser der Auslaufdüse während des Reinigungsvorgangs
nicht zu ändern. Deswegen ist es optimal, dass der Reinigungskörper
keine Berührung mit innerer Oberfläche des Messbechers
hätte. Mit diesem Ziel wiederholt die Form des Reinigungskörpers
die Form des Messbechers, jedoch sind alle Durchmesser von seinen Oberflächen
solcher Weise ausgewählt, dass ein kleine Spielraum (z.
B. 0.5...1.0 mm) zwischen beiden Oberflächen zu gewährleisten.
Dabei müssen Symmetrieachsen des Messbechers and des Reinigungskörpers
erzwungen übereinstimmen (Patentanspruch 8), was die Platzierung
des Endschalters 2 schafft.
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Wenn
das Spielraum zwischen beiden Oberflächen mit dem Verdünner
angefüllt wird und tritt der Reinigungskörper
im Drehen herum seine Symmetrieachse an, entstehen die Wirbelströme
im Spielraum und wird damit die innere Oberfläche des Messbechers
gereinigt. Natürlich, muss sich der Reinigungskörper
im Inneren des Messbechers vorher befinden, um ein schnelles Auslaufen
des Verdünners zu vermeiden. Dafür sind die speziellen
elektrischen Verbindungen zwischen Anlagenkomponenten entwickelt
worden (5) (Patentanspruch 9). Der Endschalter
2 ist mit einem Spannungsteiler verbunden. Wenn er gedruckt wird,
werden seine Kontakte zu and wird die Spannung am Widerstand, zu
denen diese Kontakte parallel angeschlossen sind, null gleich. Dieser
Spannungsübergang stoppt die Einrichtung zur Horizontalverschiebung
(16 in der 5) und startet die Einrichtung 17 zur
Vertikalverschiebung nach unten des Reinigungskörpers.
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Der
Reinigungskörper wird verschoben soweit den Endschalter
3 nicht gedruckt wird. Die Spannung am Widerstand des entsprechenden
Spannungsteilers wird damit Null gleich. Das bedeutet, dass der
Reinigungskörper im Messbecher richtig positioniert ist.
Deswegen schaltet dieser Spannungsübergang die Vertikalbewegung
ab, startet er die Einrichtung zur Drehbewegung des Reinigungskörpers
und die Schaltung 19 zur Erzeugung einer Zeitspanne. Die
Drehbewegung findet statt, solange die Spannung, deren Dauert als
eine Dauert des Reinigungsvorganges vorgegeben ist, zur Einrichtung 18 angelegt
ist. Nach dieser Dauert schaltet die Schaltung 19 die Drehbewegung
ab und startet die Vertikalbewegung nach oben. Wenn der Endschalter 4
durch den Reinigungskörper gedruckt wird, schaltet der
entstehende im entsprechenden Spannungsteiler Spannungsübergang
die Vertikalbewegung ab und startet die Horizontalbewegung des Messbechers 21 zum
Messplatz zurück.
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Hier
müssen zwei Fälle unterscheiden werden. Wenn der
Reinigungsvorgang erstes Mal (d. h. beim Einschalten der Anlage)
stattfindet, fixiert der Zustandzähler den Übergang
von n = 1 zu n = 2 nach der Betätigung des Endschalters
1 durch den zurückgekommenen Messbecher. Wenn n zu 2 gleich
wird, bedeutet es, das die Reinigungsphase 1 abgeschlossen ist,
stellt der Zustandzähler ein Signal (z. B. ein logische
Eins) am einen Eingang der Auswertschaltung 10 und weiterhin
schaltet der Leistungsteil 13 den Unterbrecher 5 ab
und startet die oben beschriebene Messphase.
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Wenn
keine Farbe fließt, mit anderem Wort, ist ein Druckvorgang
abgeschlossen findet der zweite Fall statt. Damals bekommt der Leistungsteil 12 ein Signal
von der Auswertungsschaltung, macht den Farbenunterbrecher zu und
startet wieder die Reinigungsphase in zweites Mal. Wenn diese Phase
abgeschlossen ist, ist die Variable n zu 4 gleich, und stoppt der
Zustandzähler die Schaltung 12. Damit wird der
Schalter K1 geöffnet und jetzt kann die Anlage mittels
des Schalters K manuell abgeschaltet werden.
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Literatur
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- 1. VISCOS CUP electronic viscometer. www.selectrasrl.it
- 2. Hauptmann P., N. Hoppe and A. Püttmer. Application
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- 4. Carome E. F., J. M. Witting. Theory of ultrasonic
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Normen ASTM
D 1200:1994 [0004]
- - ISO243 [0004]
- - DIN 53211 [0004]