DE1197253B - Verfahren zum selbsttaetigen Messen, Registrieren und Regeln der Viskositaetswerte durchsichtiger und undurchsichtiger Fluessig-keiten und Vorrichtung zur Ausuebung des Verfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIn

Deutsche Kl.: 421-7/02

Nummer: 1197253

Aktenzeichen: C15487IX b/421

Anmeldetag: 17, September 1957

Auslegetag: 22. Juli 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Messen, Registrieren und Regeln der Viskositätswerte durchsichtiger und undurchsichtiger Flüssigkeiten, bei dem die Messung der Falldauer einer Kugel durch ein Meßgefäß mittels Meßspulen und einer elektrischen Zeitmeßschaltung durchgeführt wird.

Zur Bestimmung von Viskositätswerten ist es üblich, die Falldauer von in der Prüfflüssigkeit herabfallenden Kugeln mittels um das Fallrohr gelegter, mit einer Zeitmeßschaltung verbundener Spulen zu messen. Da die Falldauer ein zur Viskosität proportionaler Wert ist, kann man daraus den für die Flüssigkeit charakteristischen Viskositätswert ableiten. Solche Messungen sind beispielsweise für die Schmiermittelindustrie wertvoll, um die von ihr zu liefernden Schmiermittel je nach ihrem Viskositätswert in Klassen einzuteilen. Mit dem bekannten Meßverfahren kann auch ermittelt werden ob ein Schmiermittel verbraucht ist und ersetzt werden muß, indem man von einem Viskositätswert ausgeht, den das Schmiermittel in unverbrauchtem Zustand hat, und die Viskosität des Schmiermittels, dessen Zustand man untersuchen will, feststellt. Weicht der festgestellte Wert deutlich vom Normalwert ab, so ist das ein Zeichen dafür, daß das Schmiermittel verbraucht ist, da sich die Viskosität bekanntlich mit der Beanspruchungsdauer ändert.

Ein Messen von Viskositäten bzw. deren Änderungen wird unter anderem auch an Anstrichmitteln vorgenommen, die an Ort und Stelle verarbeitet werden sollen. Hierbei wird eine Probe aus einem das Anstrichmittel enthaltenden Behälter von Hand entnommen und dessen Viskosität nachgemessen. Stellt sich heraus, daß der Viskositätswert zu hoch oder zu niedrig ist, so wird entweder Lösungsmittel oder der Grundstoff in den Behälter zugegeben. Dann muß die Messung einer Probe wiederholt werden, und zwar so lange, bis die für die Verwertbarkeit des Anstrichmittels und für die Erzielung einer optimalen Qualität der Anstrichoberfläche günstigste Viskosität erreicht ist.

Dieses langwierige Verfahren, welches hohe Anforderungen an die Sorgfalt stellt, muß mehrmals während eines Arbeitstages durchgeführt werden, da sich die Viskosität durch Verdunstung des Lösungsmittels dauernd ändert. Durch die ständig wiederholten zeitraubenden Messungen werden Arbeitskräfte für unproduktive Arbeiten in Anspruch genommen und gehen über einen erheblichen Teil der Betriebszeit für den eigentlichen Arbeitsprozeß verloren.

Verfahren zum selbsttätigen Messen,
Registrieren und Regeln der Viskositätswerte
durchsichtiger und undurchsichtiger Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Ausübung des
Verfahrens

Anmelder:

Bohuslav Cihelka, Otakar Herman, Prag

Vertreter:

Dipl.-Ing. A. Spreer, Patentanwalt,
Göttingen, Gronerstr. 37

Als Erfinder benannt:
Bohuslav Cihelka,
Otakar Herman, Prag

Beanspruchte Priorität:
Tschechoslowakei vom 18. Oktober 1956
(3119)

Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zum selbsttätigen Messen, Registrieren und Regeln von Viskositätswerten geschaffen, welches diese Mängel ausschaltet. Die Erfindung besteht darin, daß das von der Kugel bei ihrem Durchlauf durch die Spulen aus den dabei gewonnenen Impulsen begrenzte Zeitintervall mit einem Zeitintervall eines einstellbaren Zeitintervallgebers elektrisch verglichen und das Vergleichsergebnis zur Regelung der Viskosität verwendet wird,

Das einstellbare Zeitintervall des Gebers wird so gewählt, daß es der optimalen Viskosität proportional ist. Das Vergleichsergebnis kann dann in elektrischen Steuerstromkreisen so verwertet werden, daß dem Anstrichmittel entsprechende Zugaben zugesetzt werden, um die günstigste Viskosität selbsttätig einzuregeln.

Vollautomatisch wird das Meßverfahren dadurch, daß nicht nur die Meßprobe selbsttätig in gleichen Zeitabständen in das Meßgefäß eingefüllt wird, sondern daß auch die Metallkugel in ihre Ausgangslage vor der Messung angehoben wird, und zwar mit Hilfe der Flüssigkeitsprobe, deren Viskosität gemessen werden soll, wobei diese von unten her in starker Strömung in das Meßgefäß eingeführt wird und dabei die von der letzten Messung am unteren Ende des Meß-

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gefäßes Hegende Metallkugel zum oberen Ende des den Anschlußstutzen 19 und 20 vorgesehen sind. Das Meßgefäßes anhebt. Diese Neufüllung des Meß- Glasrohr 14 wird von zwei Spulen bzw. Wicklungen gefäßes kann selbsttätig durchgeführt werden, wo- 15 und 16 umgeben, die die Steuerimpulse für den durch die Vergleichsmessung automatisch eingeleitet Viskositätsregler abgeben. Das geschieht folgenderwird. Wird dann auch, wie erläutert, der Zusatzstoff 5 maßen:

in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis selbsttätig Wird die Pumpe eingeschaltet, so tritt die Flüssigin den Vorratsbehälter für das Anstrichmittel oder keit durch den Kanal des unteren Anschlußstutzens die von ihm durchströmte Leitung eingefüllt, so ist 19 ein und treibt die Kugel 5 aufwärts. Die Flüssigfür die Viskositätsregelung überhaupt keine Arbeits- keit, deren Druck die Kugel zur Anlage am Ankraft mehr erforderlich, wodurch auch durch Nach- io schlagstift 18 bringt, wird durch den Kanal des Anlassen der Sorgfalt einer Arbeitskraft entstehende schlußstutzens 20 wieder in die Rohrleitung 1 oder Fehlerquellen ausgeschaltet sind. in das Gefäß zurückgeleitet. Sobald die Pumpe abge-

Durchgeführt wird dieses Verfahren in einem an schaltet wird, hört die Flüssigkeitsströmung auf, aber

sich bekannten Meßgefäß mit dieses umgebenden das Glasrohr bleibt gefüllt, da die Pumpe auf einem

Meßspulen und einer in dem Meßgefäß aufwärts und 15 höheren Niveau angeordnet ist, wie F i g. 1 zeigt. Die

abwärts bewegbaren Metallkugel. Kugel rollt auf der schräggestellten Glaswand herab.

Erfindungsgemäß ist dieses Meßgefäß zu einer Die Geschwindigkeit dieses Abwärtslaufes wird durch

selbsttätigen Meßeinrichtung erweitert worden, und die Viskosität der Flüssigkeit bestimmt. Beim Herab-

zwar durch einen Induktionsmesser, der die beim rollen wird von der Kugel zunächst ein Impuls in der

Durchtritt der Kugel durch den Spulenquerschnitt ao Wicklung 15 und dann in der Wicklung 16 erzeugt,

auftretende Induktionsänderung in den Spulen des Die Zeit, die zwischen beiden Impulsen verstreicht,

Meßgefäßes mißt und der unter Zwischenschaltung ist demnach ein Maß für die Viskosität,

eines Impulsrelais mit einem Vergleichsrelais verbun- Von einem Induktionsmesser 6 erregt, gibt ein

den ist, dem als Referenzschaltung ein einstellbarer nachgeschaltetes Impulsrelais 7 beim Durchgang der

Zeitintervallgeber zugeordnet ist, und durch eine an 25 Kugel 5 durch die erste Wicklung 15 und beim

den Ausgang des Vergleichsrelais geschaltete Re- Durchgang durch die zweite Wicklung 16 je einen

gistriereinrichtung und eine Dosiereinrichtung. Impuls ab. Damit ist das der gemessenen Viskosität

Diese Einrichtung ist erfindungsgemäß dadurch proportionale Zeitintervall festgelegt. Daneben erweiter ausgebildet, daß die Registriereinrichtung eine zeugt ein Zeitintervallgeber 9 Impulse, deren zeitvon einem Uhrwerk gleichförmig bewegte Registrier- 30 licher Abstand der Sollviskosität proportional ist. scheibe aufweist, über deren Schreibfläche ein von Durch ein Vergleichsrelais 10 werden beide Zeitintereinem Elektromotor angetriebener Schreibstift beweg- valle miteinander verglichen. Das Vergleichsergebnis bar ist, wobei der Drehsinn des Elektromotors in wird mittels farbiger Lichter 11 angezeigt, auf eine Abhängigkeit von dem Vorzeichen des vom Ver- Registriereinrichtung 12 übertragen und steuert gleichsrelais gegebenen Differenzsignals umsteuerbar 35 außerdem eine Dosiervorrichtung 13, welche die zur ist und die Laufdauer von der Amplitude dieses Si- Richtigstellung der Viskosität notwendige Menge des gnals bestimmt ist. Lösungsmittels in das Gefäß oder die Rohrleitung 1

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den einleitet.

Zeichnungen dargestellt. In diesen zeigt Die F i g. 3 zeigt den Induktionsmesser für die

Fig. 1 ein Funktionsschema des selbsttätigen Vis- 40 Bildung der Impulse, der einen Oszillator, ein Elek-

kositätsreglers nach der Erfindung, trodenvoltmeter und einen Verstärker enthält. Der

F i g. 2 das im Regler nach F i g. 1 verwendete Vis- aus einem Kondensator 27 und Spulen 28, 29 und 30

kosimeter, gebildete Oszillator wird auf die Schwingungszahl ab-

Fig. 3 ein den Induktionsmesser darstellendes gestimmt, bei welcher auf dem Schwingungskreis eine

Schaltbild, 45 Resonanz stattfindet. Der Schwingungskreis setzt

F i g. 4 ein Schaltbild für das Vergleichsrelais und sich aus den Meßwicklungen 15 und 16 und deren

F i g. 5 ein solches für die Registriervorrichtung. Kondensator 31 zusammen. Die Empfindlichkeit der

Die Flüssigkeit kann durch eine Rohrleitung 1 Brücke kann mittels eines Potentiometers 32 reguliert strömen oder sich in einem Gefäß befinden. Durch werden. Die entstandene Spannung wird mittels eines eine Pumpvorrichtung 2 wird sie in ein Meßelement 50 Elektrodenvoltmeters 33 bekannfer Schaltung gedes im ganzen mit 3 bezeichneten Viskosimeters und messen. Die Spannungsdifferenz auf dem Widerstand zurück in die Rohrleitung 1 oder das Gefäß gepumpt. 34 wird auf das Gitter der Elektronenröhre 35 ge-Die Pumpe wird durch einen Zeitmesser 4 in be- führt, so daß durch sie kein Anodenstrom durchstimmten Zeitintervallen ein- und ausgeschaltet. Beim fließt. Beim Durchgang der Kugel 5 durch die Wick-Einschalten der Pumpe wird die Messung vorbereitet 55 lungen 15 oder 16 wird die Resonanz der beiden und erfolgt nach dem Ausschalten, wie später noch Stromkreise gestört, die Spannung auf dem Widerim einzelnen beschrieben wird. stand 34 sinkt, und durch die Elektronenröhre 35 be-

Das Meßelement (F i g. 2) des Viskosimeters 3 ginnt ein Anodenstrom zu fließen, der das Anziehen

wird von einem um 10° gegen die Vertikale geneig- eines Relais 36 verursacht.

ten, oben und unten durch Endbüchsen 21 und 22 60 Die F i g. 4 stellt die Schaltung der Vergleichsverschlossenen Glasrohr 14 gebildet, in dem sich eine relaiseinrichtung 10 dar. Die beim Durchgang der Kugel 5 befindet, die auf einem unteren Anschlag- Kugel 5 durch die Meßwicklungen 15 und 16 entstift 17 aufliegt, der in die untere Büchse 21 eingesetzt standenen Impulse verursachen ein wechselndes An- und von einer Verschlußschraube 23 mituntergelegter ziehen und Abfallen des Relais 36. Beim ersten An-Dichtung 25 gehalten wird. Die obere Büchse enthält 65 ziehen wird ein Stromkreis 37,38 geschlossen und einen gleichartigen, durch eine Verschlußschraube 24 die Wicklunng eines Relais 39 an positive Spannung mit Dichtung 26 gehaltenen Anschlagstift 18. In die gelegt, so daß das Relais anzieht. Dadurch erhält auch obere uad untere Büchse münden Kanäle ein, die in eine Wicklung 40 eines Vergleichsrelais 41 Plus-

spannung. Gleichzeitig wird in die zweite Wicklung 42 dieses Relais eine Plusspannung aus dem Zeitintervallgeber 9 geleitet. Beide Wicklungen magnetisieren den Kern des Relais 41 im entgegengesetzten Sinne, so daß das Relais 41 nicht schaltet. Gleichzeitig erhält das Relais 43 eine Plusspannung an beiden Enden der Wicklung und verbleibt ebenfalls in Ruhe. Nach dem Durchgang der Kugel 5 durch die Wicklung 15 oder 16 fällt das Relais 36 ab; dadurch wird die Plusspannung abgeschaltet, das Relais 43 zieht an, der Strom fließt durch die Wicklungen des Relais 43 und des Relais 39 und hält sie beide angezogen. Beim Anziehen des Relais 43 ändert sich gleichzeitig auch die Polarität des Stromkreises 37, 38. Durch das erneute Anziehen des Relais 36 wird negative Spannung an beide Enden der Wicklung des Relais 39 angelegt, so daß das Relais abfällt. Dadurch wird gleichzeitig der Strom für die erste Wicklung 40 des Relais 41 unterbrochen, seine Wicklung 42 ist aber durch den Strom aus dem Zeitintervallgeber erregt, so daß das Relais 41 einschaltet. Im Falle, daß der durch die Meßkugel 5 beim Durchgang durch die Wicklungen 15,16 hervorgerufene Impuls genauso lang war wie der am Zeitintervallgeber 9 eingestellte Impuls, wird die Spannung in beiden Wicklungen 40 und 42 gleichzeitig unterbrochen, und das Relais 41 bleibt in Ruhe.

An die Kontakte des Relais 41 ist eine Registrierungsemrichtung 12 angeschlossen, deren Schaltung in F i g. 5 dargestellt ist. Diese enthält einen Elektromotor mit Rückwärtsgang 44, durch welchen ein Arm mit Schreibstift 45, ein Segmentumschalter 46 und ein Sammelring 47 bewegt wird. Die Registrierscheibe 48 ist durch ein Uhrwerk mit elektrischer Aufziehvorrichtung 49 bekannter Ausführung angetrieben. Falls das Relais 41 schaltet, wird der Elektromotor 44 mit einer Batterie 50 verbunden. Der Motor 44 fängt an, sich in dem Sinne zu drehen, wie gerade die Kontakte eines Relais 51 eingestellt sind. Das Relais 51 wird nur angezogen, wenn der Strom durch die Wicklung 40 des Relais 41 fließt. Falls die Dauer des Falles der Kugel 5 zwischen den Wicklungen 15 und 16 kürzer oder langer war als die auf dem Zeitintervallgeber 9 eingestellte Dauer, so schlägt der Schreibstift 45 aus seiner Grundstellung nach der einen oder anderen Seite aus. Nach der Beendigung des ganzen Meßzyklus fällt das Relais 41 ab, was zur Folge hat, daß der Schreibstift 45 durch die Umkehr der Laufrichtung des Motors in seine Grundstellung zurückkehrt. Die Umkehr der Laufrichtung des Motors 44 wird durch die Schaltung eines Relais 52 oder 53 verursacht. Die Schaltung des in Betracht kommenden Relais ist von der Position des Segmentschalters 46 abhängig. Der Strom für das Relais 52 oder 53 fließt aus der Batterie 54 über das eine oder andere Schaltersegment 46 und den Sammelring 47.

Der Apparat nach der Erfindung kann zur automatischen, periodischen Messung der Viskosität von durchsichtigen und undurchsichtigen Flüssigkeiten, zur Aufrechterhaltung der verlangten Viskosität durch automatisches Dosieren der Lösungsmittel in die Meßflüssigkeit und zur Registrierung der Abweichungen der gemessenen Viskosität und zur Registrierung der Abweichungen der gemessenen Viskosität von der verlangten Viskosität verwendet werden.

Der Apparat eignet sich zum Gebrauch in allen Betrieben, in denen die Notwendigkeit einer häufigen Kontrolle der Viskosität oder der Aufrechterhaltung der Viskosität auf einer verlangten Höhe besteht. Die beschriebene Konstruktion wurde der Untersuchung von Anstrichstoffen angepaßt, der Apparat kann aber auch in der Ölindustrie und chemischen Industrie Verwendung finden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum selbsttätigen Messen, Registrieren und Regeln der Viskosität durchsichtiger und undurchsichtiger Flüssigkeiten nach der Methode der Messung der Falldauer einer Kugel mittels Meßspulen, die an einem in Längsrichtung durchfallenen Meßgefäß angeordnet sind, und mit einer elektrischen Zeitmeßschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Kugel (5) bei ihrem Durchlauf durch die Spulen (15,16) aus den dabei gewonnen Impulsen begrenzte, dem Viskositätswert proportionale Zeitintervall mit einem Zeitintervall eines einstellbaren Zeitintervallgebers elektrisch verglichen und das Vergleichsergebnis aufgezeichnet und zur Reglung der Viskosität verwendet wird.

2. Verfahren zum selbsttätigen Messen, Registrieren und Regeln der Viskosität, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Meßvorganges die auf dem Boden (17) des Meßgefäßes liegende Metallkugel (5) bis in den oberen Teil des Meßgefäßes gehoben wird, indem die zu messende Flüssigkeitsprobe von unten her in starker Strömung in das Meßgefäß eingeführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Meßgefäß und dieses umgebenden Meßspulen und einer in dem Meßgefäß aufwärts und abwärts bewegbaren Metallkugel, gekennzeichnet durch einen die beim Durchtritt der Kugel (5) durch den Spulenquerschnitt auftretende Induktionsänderung in den Spulen (15,16) des Meßgefäßes messenden Induktionsmesser (6), der unter Zwischenschaltung eines Impulsrelais (7) mit einem Vergleichsrelais (10) verbunden ist, dem als Referenzschaltung ein einstellbarer Zeitintervallgeber (9) zugeordnet ist, und durch eine an den Ausgang des Vergleichsrelais (10) geschaltete Registriereinrichtung (12) und eine Dosiereinrichtung (13).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinrichtung (12) eine von einem Uhrwerk (49) gleichförmig bewegte Registrierscheibe (48) aufweist, über deren Schreibfläche ein Schreibstift (45) von einem Elektromotor (44) bewegbar ist, dessen Drehsinn in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des vom Vergleichsrelais (10) gegebenen Differenzsignals umsteuerbar ist und dessen Laufdauer von der Amplitude dieses Signals bestimmt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 512 835, 1 012 092; britische Patentschrift Nr. 710 029;

USA.-Patentschriften Nr. 1022 593, 1780 952,
252 572, 2 434 349, 2 491 389, 2 630 819,
711 750;

J. Sei. Instr., 26, 1949, S. 75.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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