DE2250547C3

DE2250547C3 - Device for the continuous measurement of the viscosity, the consistency or the solids concentration of a liquid

Info

Publication number: DE2250547C3
Application number: DE19722250547
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Letschert, Friedrich, 4150Krefeld
Filing date: 1972-10-14
Publication date: 1976-04-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Viskosität, der Konsistenz oder der Feststoffkonzentration einer Flüssigkeit, insbesondere einer Papierpulpe, mit einem von der Flüssigkeit durchströmbaren, zumindest entlang eines Teilbereiches in Strömungsrichtung sich erweiternden Meßrohr, das zwei Druck- *° meßstellen aufweist, von denen die eine im Bereich des geringeren und die andere im Bereich des größeren Rohrquerschnitts liegt.The invention relates to a device for the continuous measurement of viscosity, the Consistency or the solids concentration of a liquid, in particular a paper pulp one through which the liquid can flow, at least along a partial area in the direction of flow expanding measuring tube, which has two pressure * measuring points, one of which is in the area of the smaller and the other is in the area of the larger pipe cross-section.

Solche Meßvorrichtungen sind bei der Herstellung von Papier erforderlich, um über entsprechende, vor- *5 zugsweise selbsttätige Regelungseinrichtungen ein konstantes Flächengewicht an der papiererzeugenden Maschine zu gewährleisten.Such measuring devices are necessary in the manufacture of paper in order to be able to determine the appropriate, pre- * 5 preferably automatic control devices a constant basis weight on the paper producing Machine to ensure.

Es sind Meßvorrichtungen bekannt, die einen Fühler konstanter Geschwindigkeit im Papierstoff bewegen und bei denen aus der rückwirkenden Bremskraft, deren Größe durch die Konsistenz bestimmt wird, das Maß für die Stoffdichte abgeleitet wird. Es ist ferner bekannt, eine konstante Menge Papierstoff durch ein Gerinne fließen zu lassen und das Maß für die Stoffdichte von der Höhe der Fließlinie des Stoffes im Gerinne abzuleiten. Weiterhin werden Meßvorrichtungen verwendet, die an einem Widerstandskörper im Inneren der Rohrleitung ein Kraftmoment infolge der Strömungsgeschwindigkeit einwirken lassen, welches das Maß für die Viskosität oder Konsistenz abgibt.Measuring devices are known which have a constant speed sensor in the paper stock move and those from the retroactive braking force, the size of which is determined by the consistency the measure for the consistency is derived. It is also known to be a constant amount Allow paper stock to flow through a channel and measure the consistency from the height of the flow line of the substance in the channel. Furthermore, measuring devices are used on a Resistance body inside the pipeline creates a moment of force as a result of the flow velocity let act, which gives the measure for the viscosity or consistency.

Diese bekannten Meßvorrichtungen haben eine Reihe von Nachteilen. Zunächst ist es erforderlich, bewegliche Teile oder Verengungen im Stoffstrom einzubauen, was bei faserhaltigen Stoffen, wie Papierstoff, zur Verstopfung führen kann. Des weiteren sind Reinigungsarbeiten sehr umständlich, weil Teile der Meßvorrichtung ausgebaut werden müssen, bevor man mit der Reinigungsarbeit beginnt. Anschließend müssen die ausgebauten Teile wieder montiert werwerden. These known measuring devices have a number of disadvantages. First of all it is necessary to install moving parts or constrictions in the material flow, which is the case with fibrous materials such as paper, can lead to constipation. Furthermore, cleaning work is very cumbersome because parts the measuring device must be removed before starting the cleaning work. Subsequently the removed parts must be reassembled.

Aus der DT-AS 12 37 809 sind weiterhin Meßvorrichtungen für nicht-Newtonsche Flüssigkeiten bekannt, bei denen deren Konsistenz kontinuierlich gemessen wird. Hierzu durchströmt die Flüssigkeit mit einem konstanten Flüssigkeitsdurchsatz· eine Mehrzahl von parallel zueinander oder hintereinander angeordneten, turbulenzfrei durchströmten Leitungsabschnitten, die so gestaltet sind, daß sich in ihnen ein von Abschnitt zu Abschnitt unterschiedlicher Verlauf des Strömungsgeschwindigkeitsgradienten in einer senkrecht zur Strömungsrichtung liegenden Richtung ergibt. Diese Leitungsabschnitte können sowohl zylindrisch als auch konisch ausgebildet sein. An die Flüssigkeitsableitungen, die sich an diese Leitungsabschnitte anschließen, sowie an die Leitungsabschnitte selbst sind Meßvorrichtungen zur Gewinnung von Meßzahlen für die Unterschiede des Drucks bzw. der Strömungsgeschwindigkeit an bzw. in den unterschiedlichen Leitungsabschnitten angeschlossen. Derartige Meßeinrichtungen liefern jedoch, wenn sie mit unterschiedlichen Flüssigkeitsdurchsätzen gefahren werden, keine vergleichbaren Werte.Measuring devices for non-Newtonian liquids are also known from DT-AS 12 37 809, whose consistency is continuously measured. To do this, the liquid flows through it with a constant liquid throughput · a plurality of parallel to one another or one behind the other arranged, turbulence-free flow line sections, which are designed so that in them a course of the flow velocity gradient that differs from section to section in a direction perpendicular to the flow direction lying direction results. These line sections can be either cylindrical or conical being. To the liquid drains that connect to these line sections, as well as to the line sections themselves are measuring devices for obtaining measurement numbers for the differences the pressure or the flow velocity on or in the different line sections connected. However, if they are operated with different liquid throughputs, such measuring devices do not provide any comparable ones Values.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache Meßvorrichtung zu schaffen, die insbesondere keine beweglichen Teile innerhalb der strömenden Flüssigkeit aufweist und darüber hinaus für unterschiedliche Flüssigkeitsdurchsätze geeignet ist.The invention is therefore based on the object of creating a measuring device that is as simple as possible, which in particular has no moving parts within the flowing liquid and above is also suitable for different liquid throughputs.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Erweiterung des Meßrohrs so gewählt ist, daß der durch die innere Reibung der Flüssigkeit hervorgerufene Druckabfall zwischen den beiden Meßstellen durch den gemäß der Bernoullischen-Gleichung gegebenen Druckanstieg innerhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches annähernd kompensiert wird. Dadurch wird lediglich der durch die Rohrreibung bedingte Differenzdruck, der unmittelbar eine Funktion der Viskosität darstellt, wirksam. Somit stellt der Druckabfall zwischen den beiden Meßstellen ein direktes Maß für die Viskosität oder Konsistenz oder Stoffdichte der den Meßgeber durchfließenden Flüssigkeit dar. Die Druckabfallmessung kann bequem mit einem handelsüblichen Differenzdrucktransmitter oder ähnlichen Geräten, wie sie beispielsweise bei der Durchflußmessung mit Blenden oder Venturis verwendet werden, erfolgen.To solve this problem, the invention proposes that the extension of the measuring tube be chosen is that the pressure drop between the two caused by the internal friction of the fluid Measuring points by the pressure increase given according to Bernoulli's equation within a is approximately compensated for in a certain speed range. This just gets through the differential pressure caused by pipe friction, which is a direct function of the viscosity, effective. Thus the pressure drop between the two measuring points is a direct measure of the viscosity or the consistency or consistency of the liquid flowing through the measuring transducer. The pressure drop measurement can be conveniently used with a commercially available differential pressure transmitter or similar devices, such as those used for flow measurement be used with orifices or venturis.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr mehrere Druckstellen aufweist. Dadurch ist es möglich, zur Anpassung an die praktische Auslegung der Meßstrecke die wirksame Länge des Meßgebers zu verändern, so daß mehrere Meßbereiche möglich sind.According to one embodiment of the invention it is provided that the measuring tube has several pressure points. This makes it possible to adapt the effective Change the length of the encoder so that several measuring ranges are possible.

Es ist ferner vorteilhaft, daß das Meßrohr als Teil eines Hauptstromrohrs ausgebildet ist. Diese Ausführungsform hat den ganz erheblichen Vorteil, daß für den Meßgeber keine Abzweigung vom Hauptstromrohr erforderlich ist.It is also advantageous that the measuring tube is designed as part of a main flow tube. This embodiment has the very significant advantage that there is no branching off from the main flow pipe for the transducer is required.

Tn der Zeichnung ist die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher veranschaulicht. Es zeigtIn the drawing, the invention is illustrated in more detail using two exemplary embodiments. It shows

F i g. 1 in schematisch gehaltener Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform des Meßrohrs,F i g. 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of the measuring tube,

F i g. 2 ebenfalls in schematisch gehaltener Schnitt-F i g. 2 also in a schematic sectional

darstellung eine zweite Ausführungsform des Meßrohrs undrepresentation of a second embodiment of the measuring tube and

F i g. 3 eine grafische Darstellung der Druckverhältnisse am Meßgeber.F i g. 3 a graphical representation of the pressure conditions on the measuring transducer.

Gemäß Fig. 1 durchströmt die Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles α zunächst das gerade Rohrstück 2 des im ganzen mit 1 bezeichneten Meßrohrs. An den mit A und B bezeichneten Stellen entsteht ein Differenzdruck, der von der Zähigkeit und der Geschwindigkeit der Flüssigkeit abhängig ist. Nach dem geraden Rohrstück 2 erweitert sich das Rohr konisch in einen Teil 3 und geht dann schließlich in einen wiederum geraden Teil 4 über. Nach dem Bernouiilischen Gesetz entsteht in der Erweiterung 3 eine Druckzunahme, die dem Differenzdruck aus der Zähigkeit und Stoffgeschwind^:3keit entgegenwirkt und an der Meßstelle C gemessen werden kann.According to FIG. 1, the liquid first flows through the straight pipe section 2 of the measuring tube designated as a whole by 1 in the direction of the arrow α. A differential pressure arises at the points marked A and B , which depends on the viscosity and the speed of the liquid. After the straight pipe section 2, the pipe widens conically into a part 3 and then finally merges into another straight part 4. Can be 3keit counteracts and measured at the measuring point ^C: After Bernouiilischen law an increase in pressure that the differential pressure from the toughness and Stoffgeschwind is formed in the extension. 3

Gemäß F i g. 2 besteht das Meßrohr 5, das ebenfalls in Richtung des Pfeiles α von der Flüssigkeit durchströmt wird, aus einem sich konisch erweiternden Rohr 6 mit im Abstand voneinander angeordneten Druckmeßstellen D und E. Die Druckverhältnisse an den Stellen D und E sind die gleichen wie in der F i g. 1 an den Stellen A und C.According to FIG. 2, the measuring tube 5, the α also in the direction of the arrow flows through the liquid from a conically widening tube 6 with spaced-apart pressure measuring points D and E. The pressure conditions at the points D and E are the same as in the F i g. 1 at points A and C.

In der grafischen Darstellung gemäß F i g. 3 wird dargestellt, daß der Differenzdruck zwischen den Stellen A und C bzw. D und E für einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich praktisch nur von der Zähigkeit und nicht von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig ist und somit ein unmittelbares Maß für die angestrebte Messung darstellt.In the graphic representation according to FIG. 3 it is shown that the differential pressure between the points A and C or D and E for a certain speed range is practically dependent only on the viscosity and not on the flow velocity and thus represents a direct measure of the desired measurement.

Nach Biehl (1907, Mitt. Forschungsarbeit, VDI, Heft 44, ZdVdI 1908, S. 1035; 1925, Techn. Mechanik, VDI-Verlag) ist die Widerstandsziffer eines Rohres mit glatter Wandung für beispielsweise eine Rohrleitung NW 100:According to Biehl (1907, Mitt. Forschungsarbeit, VDI, Heft 44, ZdVdI 1908, p. 1035; 1925, Techn. Mechanik, VDI-Verlag) is the resistance figure of a pipe with a smooth wall for, for example, a Pipeline NW 100:

= 0,0126 + 0,0047— .= 0.0126 + 0.0047-.

Es bedeutetIt means

λ die Widerstandsziffer, λ is the resistance figure,

& die Zähigkeit, & the toughness,

ν die Strömungsgeschwindigkeit. ν is the flow velocity.

Die Größe des Differenzdruckes für ein gerades Rohrstück mit der Länge 1, welches mit einem Stoff der Zähigkeit χ durchströmt wird, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit zeigt die Kurve I.The size of the differential pressure for a straight piece of pipe with length 1, which is covered with a substance the viscosity χ is flowed through, depending on the speed, curve I.

Nach dem Bernouiilischen Gesetz steigt der Druck an einer Erweiterung einer Rohrleitung nach der GleichungAccording to Bernouil's law, the pressure increases at an extension of a pipeline after the equation

-fW-Λ.-fW-Λ.

Es bedeutetIt means

AP der Differenzdruck, AP is the differential pressure,

ο die spezifische Masse des Stoffes,ο the specific mass of the substance,

v₂ die Geschwindigkeit vor der Erweiterung,v ₂ the speed before expansion,

v\ die Geschwindigkeit in der Erweiterung. v \ the speed in the extension.

Die Größe des durch die Erweiterung entstehenden Differenzdruckes zeigt die Kurve II.Curve II shows the size of the differential pressure resulting from the expansion.

Die algebraische Summe aus Kurve I und Kurve II wird von Kurve III dargestellt. Man erkennt, daß der Differenzdruck in dem Geschwindigkeitsbereich M—N für die Zähigkeit χ praktisch gleich bleibt.The algebraic sum of curve I and curve II is represented by curve III. It can be seen that the differential pressure in the speed range M - N remains practically the same for the viscosity χ.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for continuous measurement of the viscosity, the consistency or the solids concentration of a liquid, in particular a paper pulp, with a measuring tube through which the liquid can flow, at least along a partial area in the direction of flow, which has two pressure measuring points, one of which is in the area of the the smaller and the other in the area of the larger pipe cross-section, characterized in that the widening of the measuring pipe (V, S) is chosen so that the pressure drop between the two measuring points (A, C; D caused by the internal friction of the liquid) , E) is approximately compensated by the pressure increase given according to Bernoulli's equation within a certain speed range.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring tube (1; S) has several pressure measuring points (A, B, C) .

3. Apparatus according to claim 1 or 2, there- »5, characterized in that the measuring tube (1; 5) is designed as part of a main flow pipe.