DE2258429A1

DE2258429A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der viskositaet einer fluessigkeit oder der konzentration in einer fluessigkeit fein verteilter feststoffe

Info

Publication number: DE2258429A1
Application number: DE19722258429
Authority: DE
Inventors: Erik Gunnar Attebo; Berth Ulrick Gustafsson
Original assignee: PROJECTUS IND PRODUKTER AB
Current assignee: PROJECTUS IND PRODUKTER AB
Priority date: 1971-12-01
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1973-08-09
Also published as: US3796088A; JPS4864975A; SE366588B; CA971383A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung der Viskosität einer Flüssigkeit oder der Konzentration von in einer Flüssigkeit fein verteilter oder suspendierter Feststoffe. Die Erfindung 1st besonders für die Verwendung bei der Messung der Konzentration von Pulpenfasern in fliessendem Wasser geeignet.

Bekannte Messverfahren für die Konzentration von Pulpenfasern in Wasser sind in vieler Hinsicht beschränkt und nachteilig, sie haben z. B, einen kleinen Messbereich, eine schlechte Ge-

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Po»ti*«ck: Fr«nkfurt/M«fn 67»J

Binki Dresdner Bank AG, Wl«»b«den, Konto-Nr. 27« 807

nauigkeit und eine Empfindlichkeit auf Veränderungen im Druck und der Fließgeschwindigkeit, wenn die Messung beispielsweise bei einer in einem Rohr fliessenden Suspension durchgeführt wird.

Aufgabe der Erfindung 1st es, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur Durchführung von Messungen der eingangs genannten Art zu schaffen, wodurch die vorgenannten Beschränkungen und Nachteile beseitigt sind. In vorteilhafter Weise werden das Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung in grossem Ausmaß nicht von äußeren Störungen beeinflusst, wie z. B. Vibrationen des Rohres oder des Kessels, v/o die Messung durchgeführt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 ein mechanisches Oszillatorsystem unter Darstellung der Grundprinzipien der Erfindung,

Fig. 3 teilweise im Schnitt eine erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung, die in einem Rohr angeordnet ist,

Fig. 4 und 5 Schnittansichten entlang den Linien 4-4 und 5-5 in Fig. 3,

Fig. 6 und 7 teilweise im Schnitt andere Ausfuhrungsformen einer

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erfindungsgemäß aufgebauten Vorrichtung und

Fig. 8, 9 und 10 einen kombinierten Schaltkreis und Blockdiagrarome möglicher Arbeits schaltkreise in einer er findungsgemäßen Vorrichtung.

Die Erfindung basiert auf dem Prinzip, daß ein Messkörper, der in einer Flüssigkeit oder einer Suspension zum Vibrieren gebracht wird, einer Dämpfungskraft unterworfen wird, die in Abhängigkeit von der Viskosität' der Flüssigkeit oder der Konzentration der Feststoffe in der Suspension sich verändert. Durch die Bestimmung der Dämpfung in jedem einzelnen Fall ist es somit möglich, die gesuchte Viskosität oder Konzentration zu berechnen^v. .

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein erfindungsgemäßer Messkörper 1 mit einer Masse m.. in die Flüssigkeit oder Suspension eingegeben, wobei der Körper in einem Federkörper 2 mit der Federnkonstanten k. abgefedert und in' der Flüssigkeit oder Suspension einer viskosen oder zähen Dämpfung mit einem Dämpfungskoeffizienten b_x ausgesetzt ist, und die Masse wird mit Hilfe einer von außen zugeführten Kraft F(t) in x-Richtung zur Vibration gebracht. Wenn die Kraft sinusförmig variiert, F (t) = F_Q öin CJ t, variiert anscheinend der absolute Wert des Verhältnisses zwischen der Vibrationsamplitude und der Kraft - im folgenden Verstärkung genannt - für unterschiedliche Dämpfungsbedingungen. Bei der Resonanzfrequenz des ,Messkörpers und in

Mc₁ ihrer unmittelbaren Nachbarschaft gilt die Beziehung wl =U——Y

. ^ml 3 0 9 8 3 2/ 0-8 2 8

wobei angenommen wird, daß die Masse In₁ auch jenen Teil der Flüssigkeit oder Suspension umfaßt, der in die Oszillatorbewegung gezogen wird und der so klein wie möglich sein sollte, und die Verstärkung hängt hier (Resonanzfrequenz) sehr stark von der Dämpfung ab. Wenn der Messkörper deshalb zu konstanter Vibration mit seiner Resonanzfrequenz und mit konstanter Amplitude gebracht wird, dann variiert die notwendige Kraft, ά. h. die zugeführte Energie, merklich je nach der Dftmpfung und somit auch in Abhängigkeit von der Viskosität der Flüssigkeit oder der Konzentration der Feststoffe in der Suspension. Die Messung der zugeführten Energie gibt deshalb eine Messung der gesuchten Viskosität oder Konzentration. Es ist selbstverständlich auch möglich, den Messkörper bei seiner Resonanzfrequenz in Vibration zu setzen und wenn konstante Energie zugeführt wird, und dann die Vibrationsamplitude zu messen, die dann ein Hase für die gesuchte Viskosität oder Konzentration ist. Es scheint jedoch, daU die erste Alternative vorzuziehen ist, und die Erfindung wird im folgenden deshalb mehr im Hinblick auf diese Ausführungsform beschrieben.

Für die bevorzugte Messung gemäß der Erfindung wird deshalb der Messkörper in die zu prüfende Flüssigkeit oder Suspension eingegeben, wonach der Messkörper mit einer konstanten, vorherbestimmten Amplitude, beispielsweise elektromagnetisch in Vlbration versetzt wird. Die Resonanzfrequenz wird beispielsweise dadurch gesucht, daß man die Frequenz und den Ausgangspegel der Quelle der verwendeten Energie variiert, während man die Amplitude konstant hält, bis eine Stellung mit einem Minimum der zugeführten

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Energie erreicht worden ist. In dieser Stellung herrscht zumindest annäherungsweise Resonanz vor. Der Minimalbetrag der zugeführten Energie schafft jetzt ein Maß für die gesuchte Viskosität oder Konzentration.

Die Vibrationsamplitude des Measkörpers kann dadurch bestimmt werden» daß man die Stellung eines mittleren repräsentativen Teils des Messkörpers 1 oder des Federkörpers 2 abtastet oder daß man den Belastungszustand in einem Teil des Federkörpers abtastet. Diese Stellungsabtastung kann beispielsweise kapazitiv oder magnetisch durchgeführt werden, im letztgenannten Fall beispielsweise durch einen Körper, der mit dem Messkörper verbunden ist und ein magnetisches Hochfrequenzfeld stört, wobei die Störungen dann ermittelt werden. Die Abtastung eines Belastungszustandes kann beispielsweise vermittels piezoelektrischer übertrager oder Drahtbelastungslehren durchgeführt werden.

Um ein genaues Messergebnis zu erhalten, ist es, wie angedeutet, wesentlich, daß der Messkörper derart aufgebaut und in Vibration gebracht ist, daß die kleinstmögliche Menge Flüssigkeit oder Suspension in die Oszillatorbewegung gezogen wird. Der Messkörper sollte deshalb in geeigneter Weise zumindest eine dünne Scheibe oder Fahne aufweisen und in einer Ebene in Vibration gebracht werden, die im wesentlichen parallel zur Hauptebene des Messkörpers ist, d. h. gewöhnlich parallel zu seinen zwei Hauptbegrenzungsoberflächen. Bei der Messung der Viskosität

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einer Flüssigkeit ist die Dämpfung daher hauptsächlich abhängig von den auf die Hauptbegrenzungsoberflächen wirkenden Scherkräften.

Bei der Messung der Konzentration von Festteilchen oder einer Substanz in einer Flüssigkeit ist es wesentlich, daß der Messkörper größtenteils durch Reibung gegen die Teilchen gedlmpft wird und nicht nur durch Wegstoßen dieser Teilchen während seiner Oszillatorbewegung und mißt dann nur die Viskosität der um den Messkörper verbleibenden Flüssigkeit. Erfindungsgemäß ist deshalb der Messkörper so geformt, daß er eine Vielzahl von Kanten aufweist, die die Grenzschicht um den Messkörper herum unterbricht oder aufbricht, wobei diese Kanten im wesentlichen normal zur Vibrationsrichtung verlaufen. Wenn die Messung in einer fliessenden Suspension durchgeführt wird, laufen die Kanten vorzugsweise im wesentlichen parallel zur Strömungerichtung. Die Kanten sollten soweit vom Drehpunkt des Messkörpers*de möglich entfernt angeordnet sein, um das größtmögliche Dämpfmoment zu erhalten.

Charakteristiken der Erfindung ist es auch, daß die Resonanzfrequenz relativ niedrig gehalten wird und die Vibrationsamplitude relativ groß ausgesucht wird. Somit sollte die Resonanzfrequenz nicht ein oder mehrere Kilohertz übersteigen, und die größte Amplitude des Messkörpers sollte in der Größenordnung eines nun sein. Insbesondere wenn eine. Pulpenfasern auf-, weisende Suspension gemessen wird, sollte die Resonanzfrequenz zwischen ungefähr 100 und 1000 Hertz, vorzugsweise etwa

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700 Hertz, sein, so daß die Viskosität der flüssigen Phase im Vergleich zur Wirkung oder Tätigkeit der suspendierten Teilchen unbedeutend ist.

Ein Erfordernist für genaue Messergebnisse in Anbetracht der obigen Ausführungen besteht darin, daß die Feder 2 in Fig. 1 an einer festen Basis oder einem Aufsatz 3 angebracht ist, in Beziehung zu dem die Amplitudenmessung durchgeführt werden kann. Insbesondere bei der industrJaLlen Anwendung kann jedoch nicht immer dafür garantiert werden, daß die Basis 3 vollständig stationär ist, insbesondere nicht,wenn diese aus einem Rohr besteht, das Vibrationen von anderen Maschinen übertragen kann und das sogar durch die Kräfte beeinflusst sein kann, die von der für die Vibration des Messkörpers verwendeten Einrichtung herkommen.

Erfindungsgeraäß können diese Probleme in der Art und Weise ausgeschaltet werden, wie durch die in Fig. 2 gezeigte mechanische Oszillatoranlage gezeigt ist. Hier ist der Messkörper 1 vermittels einer Feder 2 in einem Halterungskörper 4 abgehängt, der eine Masse nw hat und mit Hilfe einer Feder 5 mit einer Federkonstanten k₂ in der Basis oder dem Aufsatz 3 abgefedert ist. Die Bewegung y des Unterstützungskörpers 4 wird durch die Dämpfungskonsfcante b₂ zähflüssig gedämpft. Die Vibrationseinrichtung für den nicht dargestellten Messkörper ist an dem Unterstützungskörper 4 angebracht.

Wenn der UnterStützungskörper 4 so abgehängt ist, daß die Resonanzfrequenz <*> 2 =y des Unterstützungskörpers beachtlich

^m2

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niedriger als die Resonanzfrequenz <*■> l ist, kaiii* <i«r Unterstützungskörper in der Praxis als stationär angesehen werden, selbst wenn äußere Störgrößen 2 vorhanden sind, und die Verstärkung hängt von der Abhängung des Messkörper« 1 ab. Äußere Frequenzen in der Nähe von W 2 können jedoch eine Ablesung auf der Amplitudenmessung geben, t» 2 sollte deshalb so niedrig wie möglich sein, in typischer Weise in der Größenordnung von 1 Hertz. Der Einfluss der äußeren Störgrößen kann aueh dadurch reduziert werden, daß man Filter benutzt, wenn man ein die Grösse der Vibrationsamplitude darstellendes Signal erzeugt. Diese Filter können sowohl Bandpassfilter für Frequenzen des Amplitudensignals entsprechend dem zugeführten Signal für die Vibration als auch Blockfilter für die Frequenzen des Amplitudensignals entsprechend den äußeren Störgrößen der Frequenzen in der Nachbarschaft der Resonanzfrequenz des Stützkörpers aufweisen*

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die nach dem in Flg. 2 gezeigten Prinzip gebaut ist. Die Vorrichtung weist einen Messkörper 10 auf, der vermittels einer Membran 12 in einem Unterstützungskörper 14 abgehängt ist. Der UnterstUtzungskörper 14 seinerseits ist in einem Aufsatz 18 mit Hilfe eines Kautschukringes 16 abgehängt, der sowohl eine Federung als auch Dämpfung gibt. In dem gezeigten Beispiel ist ein Messkörper 10 zur Messung der Konzentration der Festteilchen in einer in einem Rohr 20 fliessenden Suspension angeordnet, wobei der Aufsatz 18 auf einer Rohrverbindung 22 befestigt ist. Wie man sehen kann, schafft der Kautschukring

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dann auch eine Dichtung zwischen der unter Druck in dem Rohr 20 in Richtung des Pfeiles 24 und der umgebenden Atmosphäre fliessenden Suspension.

Zwei Elektromagnete 26 und 27 werden zur Bewegung bzw. Erregung des Messkörpers verwendet, wobei die Magnete auf einer Platte 28 aufgepaßt sind, die an dem Unterstützungskörper 14 angebracht ist und wechselweise den Messkörper 10 mittels eines Erregungskörpers 30 beeinflusst. Der Körper 30 besteht aus einem magnetisch betätigten Metallstreifen, dessen eines Ende an dem Messkörper 10 angebracht ist, wo dieses mit der Membran 12 verbunden ist, und dessen anderes Ende an einer Unterstützung 32 befestigt ist, die auf dem Elektromagnet 27 angebracht ist. Wenn die Elektromagneten wechselweise erregt werden, vibriert deshalb der Messkörper 10, wie durch den Doppelpfeil 34 dargestellt ist, d. h. der Messkörper oszilliert in der Papierebene.

Der Messkörper 10 ist im Mittelpunkt der Kreismembran 12 mit Hilfe einer Schraubenverbindung,angebracht. Entlang seinem Umfang ist die Membran 12 an den Unterstützungskörper 14 mit Hilfe eines Klammarringes 40 angeklammert. Eine Dichtung 42 stellt sicher, daß die Suspension nicht zur anderen Seite der Membran durchlecken kann. Eine Versteifungselement 44 in der Form einer U-Schiene ist auf der Membran 12 so angeordnet, daß der Messkörper 10 nur in einer speziellen Ebene vibrieren kann. Die zwei Enden der U-Schiene sind flach und in.der Ausnehmung im Ring 40, wie man aus Fig. 4 sehen kann, verklemmt.

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Der Messkörper 10 ist fahnenartig geformt und mit einer Mehrzahl sich längs erstreckenden vorspringenden Kanten 46 versehen, die den Messkörper besonders für die Messung der Konzentration von Pulpenfasern in Wasser geeignet machen. Die Kanten 46, die durch die Anordnung von U-Elementen 48 mit Flanschen 49 auf dem scheibenförmigen Hauptteil 50 des Messkörpers 10, wie Fig. 5 zeigt, erhalten werden, treten durch die Grenzschicht hindurch oder springen durch diese vor, die den Messkörper umgibt und durch Reibung gegen die Pulpenfasern eine Dämpfung bewirkt.sowie verhindert, daß die reine Flüssigkeit, d. h. das Wasser, sich um den Messkörper ansammelt, was bedeuten würde, daß nur die Viskosität der flüssigen Phase bestimmt würde.

Auf dem Klemmring 40 sind ein Oichtring 52 aus Kautschuk und ein Stoßabsorber oder eine Schutzeinrichtung 54 für den Messkörper 10 angeordnet. Der Stoßabsorber 54 kannpflugförmig sein und ist fUr die Umlenkung von Ansammlungen von Pulpenfasern beispielsweise von Messkörpern gedacht. Wie durch die gestrichelten Linien bei 55 gezeigt, können die Elektromagneten in einem geeignet angeordneten Deckel eingeschlossen sein, inn-erhalb dessen eine nicht dargestellte Verbindungsanschlußplatte für die notwendigen elektrischen Kabel angeordnet sein kann.

Um die Vibrationsamplitude des Messkörpers 10 au messen, sind ein Paar piezoelektrischer, auf Beanspruchung ansprechende übertrager 56 und 57 an der Rückseite der Membran 12 angehängt. Die übertrager sind bezüglich des Aufsatzes des Messkörpers 10

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in der Membran symmetrisch angeordnet_r und wenn der Messkörper oszilliert, geben diese deshalb Signale gleicher Größe aber entgegengesetzter Polarität. Wie später noch ausgeführt wird_f sind die übertrager 56 und 57 über Leitungen 58 und 59 an einen in Fig, 8 mit 60 bezeichneten Verstärker mit zwei Eingängen angeschlossen, die so angeordnet sind, daß Spannungen mit entgegengesetzter Polarität addiert werden und Spannungen mit derselben Polarität einander auslöschen. Somit beeinflussen Druckschwankungen in der Flüssigkeit oder in der Suspension die Amplitudenmessung nicht.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform einer Schaltung zur Erregung oder Bewegung des Messkörpers 10 gemäß Fig. 3 bei konstanter Vibrationsamplitude. Der Messkörper 10, die Membrane 11, der Betätigungskörper 30 und die Elektromagnete 26 und 27 sind hier in vereinfachter Form gezeigt. Als Beschickung für die Elektromagnete 26 und 27 wird eine Antriebsquelle 62 mit einem Oszillator 63 verwendet, der eine variable Ausgangsfrequenz und einen

Ausgangsverstärker 64 mit" zwei in Gegentakt geschalteten Ausgängen aufweist, die über Leitungen 65 und 66 die entsprechenden Elektromagnete 26 und 27 speisen. Das Ausgangsniveau vom Ausgangsverstärker 64 hängt von der Speisespannung im Kabel 67 ab. Diese Spannung, die somit ein Maß für die zugeführt Energie ist, kann auf einem Anzeiger 68 gelesen werden.

Wie oben beschrieben, sind zwei piezoelektrische übertrager 56 und 57 an den Eingängen des Verstärkers 60 vermittels Kabeln

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58 und 59 angeschlossen. Das Ausgangssignal vom Verstärker 60 ist somit ein Signal mit einer Hauptfrequenz gleich der Frequenz, bei der die Elektromagnete gespeist werden, und einer von der Vibrationsamplitude des Messkörpers abhängigen Größe. Das Signal vom Verstärker 60 läuft durch ein Bandpassfilter

69, in dem alle Frequenzbestandteile, die von den Störgrößen abgeleitet sind, entfernt werden, und einen anderen Verstärker

70, bevor es in einem Gleichrichter 71 gleichgerichtet wird. Die somit erhaltene Gleichspannung ist somit ein Mass für die Größe der Vibrationsamplitude. Um die Vibrationsamplitude konstant zu halten, wird die erhaltene Gleichspannung, die einen realen Wert darstellt, mit einem mit Hilfe eines Potentiometers 72 in einem PI-Regulator 73 gesetzten gewünschten Wert verglichen. Dieser Regulator gibt die Speisespannung an den Ausgang des Verstärkers 64. Der PI-Regulator 73 ändert daher die Speisespannung, bis die Vibrationsamplitude und somit die vom Gleichrichter 71 erhaltene Gleichspannung korrekt sind. Unter der Annahme, daß die eingestellte Frequenz vom Oszillator 63 mit der Resonanzfrequenz des Messkörpers übereinstimmt, ist die Ablesung auf dem Instrument 68 jetzt ein Mass für die gesuchte Viskosität oder Konzentration. Bei einer Vorrichtung gemäß den Fig. 3 und 8 stellte man beispielsweise die Möglichkeit bei ein und demselben Messkörper fest, die Konzentrationen der Pulpenfasern in Wasser von zwischen 0,1 und 6-7% zu messen, wobei die Konzentration der Prozentsatz der trockenen Substanz war. Dies bedeutet, daß fast der gesamte pumpbare Bereich abgedeckt wird.

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Pig. 6 zeigt eine andere Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zur Aufnahme von Messungen in einem Rohr angebracht ist. Der Messkörper 80, der hier nicht in größerer Einzelheil: dargestellt ist, ist federnd in einem äußeren Stahlrohr 82 abgehängt, welches in einem ünterstützungskörper 84 in der Form einer Hülse angebracht ist. Die Hülse ist an einem Aufsatz 88 vermittels eines Kautschukringes 86 abgehängt, der fest am Aufsatz 88 anvulkanisiert und innen mit einer Hülse versehen ist. Der Aufsatz 88 ist auf einer Rohrverbindung 92 befestigt, die auf dem Rohr 90 angeordnet ist. Die Fliessrichtung ist durdiden Pfeil 94 gezeigt. Ein Stoßabsorber 95 ist auch vorn am Messkörper angeordnet.

Die Elekfcromagnete 96 und 97 zur Erregung des Messkörpers 80 sind an einer Anordnung 98 angebracht, die im unteren Teil der Hülse 84 gehalten wird, welche mit einem Schraubgewinde versehen ist, und zwar mit Hilfe einer Mutter 99, so daß die Hülse 87 zur gleichen Zeit auf den Kautschukring 86 gegen einen Flansch 85 auf dent oberen Ende der Hülse 84 aufgeklemmt wird. Die Mutter 99 ist mit öffnungen für ein Anziehwerkzeug versehen.

Der Messkörper 80 wird mit Hilfe eines Betätigungskörpers 100 in der Form eines inneren Rohres aus Weicheisen koaxial zu dem äußeren Rohr betätigt, wobei das obere Ende des inneren Rohres am Messkörper angebracht ist und das untere Ende magnetisch durch die Elektromagnet© 96 und 97 beeinflusst wird.

Für die Amplitudenmessung wird eine zentrale schwache Stange

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102 verwendet, deren oberes Ende an der Verbindung des Messkörpers zu den zwei Rohren 62 und 100 angebracht ist und deren unteres Ende an einer Halterung 104 angebracht ist.

Die in der Stange 102 wegen der Vibrationen des Messkörpers auftretenden bzw. entstehenden Belastungsvibrationen werden mit Hilfe eines piezoelektrischen Übertragers 106 abgetastet, der an der Stange 102 angeklebt 1st, wobei dieser Emitter über ein Kabel 108 an einem Verstärker angeschlossen ist* Abgesehen von der Tatsache, daß dieser Verstärker nur einen Eingang benötigt, kann eine Betriebsschaltung der in Verbindung mit Fig. beschriebenen Art auch hier verwendet werden.

Fig. 7 zeigt eine andere alternative Ausführungsform der Erfindung, die zur Aufnahme von Messungen in einem Rohr eingepaßt ist. Die dargestellt· AusfUhrungsform ist im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform aufgebaut, und eine ausführlichere Beschreibung wird daher für unnötig angesehen. Ein vollständig unterschiedliches Prinzip wird jedoch für die Messung der Amplitude verwendet, d. h. den Einfluss der vibrierenden Metallzunge auf ein hochfrequentes Magnetfeld. Eine Metallzunge 122 ist somit auf dem oberen freien Ende des rohrförmigen Betätigungskörpers 120 angeordnet, so daß sie sich in dem Magnetfeld zwischen einer primären und einer sekundären Wicklung eines Hochfrequenztransformators 124 befindet. Bei der Vibration des Messkörpers vibriert deshalb auch die Metallzunge 122, wie durch den Doppelpfeil 126 gezeigt, und stört somit das Magnetfeld in dem Hochfrequenztransforma-

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tor und gibt die Steigerung zu einem abtastbaren Signal auf seiner Sekundärseite, welches die Vibrationsamplitude des Messkörpers anzeigt, wie man deutlicher in Fig. 9 sieht.

Wie dort in Pig. 9 "schematisch gezeigt, bewegt dbh die auf dem Rohr 12O angepaßte Metallzunge 122 in dem Magnetfluss zwischen einer primären Wicklung 124a und einer sekundären Wicklung 124b in dem Hochfrequenztransformator 124 (Fig. 7).und fängt somit in veränderlichem Ausmaß die Sekundärseite des Transformators von seiner Primärseite ab. Die Primärwicklung 124 a wird durch einen hochstabilen Hochfrequenzoszillator 130 mit einer Frequenz von beispielsweise zwischen 100 und 400 kHz gespeist. Die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung wird in einem Verstärker 132 verstärkt und kann dann zu einem Amplitudendetektor 134 laufen. Das so erhaltene Signal weist eine Gleichspannungskomponente auf, die von der Basisstellung der Zunge zwischen den primären und sekundären Seiten des Transformators abhängt, sowie eine Wechselspannungskomponente mit einer Frequenz, die gleich der doppelten Oszillatorfrequenz ist, und eine Wechselspannungskomponente mit einer Frequenz, die gleich der Vibrationsfrequenz des Messkörpers ist- und eine Amplitude entsprechend derVLbrationsamplitude des Mess— körpers hat. Diese letztere Signalkomponente wird mit Hilfe eines Bandpassfilters 136 ausgefiltert, und in einem Verstärker 138 verstärkt. Das aufdiese Weise erhaltene Signal kann dann die Speisung der Elektromagnete steuern, die den Messkörper in der gleichen Weise wie in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben zum

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Vibrieren bringen.

Das mechanische Resonanzsystem, wie es erfindungsgemäß benutzt wird, hat eine äußerst betonte Resonanzspitze. Es 1st deshalb äußerst wichtig, daß die Elektromagnete tatsächlich mit der korrekten Frequenz gespeist werden und daß mögliche Schwankungen im Oszillator, der Einfluss von Temperaturverändexngen usw. kompensiert werden. In ähnlicher Weise ist es erwünscht, eine automatische Einstellung der Resonanzfrequenz zu erhalten, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung für die kontinuierliche Messung über einen großen Messbereich benutzt werden soll, innerhalb dessen die Resonanzfrequenz sich etwas in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Flüssigkeit oder der Suspension ändert, in der die Messung ausgeführt werden soll. Eine solche Kompensation und/oder Einstellung kann man dadurch erhalten, daß man das oszillierende System einen Frequenz bestimmenden Teil des Antriebsoszillators bilden läßt, ζ, B. in der in Flg. 9 gezeigten Weise. Ein die Vibrationsbewegung des Messkörper darstellendes Signal wird nach dem Verstärker 138 herausgenommen und in einer Verstärkerstufe 140 in Rechteckform umgewandelt. Die erhaltenen Rechteckimpulse werden in eine Differenzlerstufe 142 geführt, die Synchronisierimpulse 143 gibt, wdche den Oszillator 144 synchronisieren, wobei dieser Oszillator 144 ein Multivibrator ist; somit erzeugt die mechanische Bewegung der Anlage Synchronisierimpulse, welche den Oszillator auf die natürliche Frequenz des Systems synchronisieren, vorausgesetzt, daß die Phasenversetzung in der Synchronisationsschleife geeignet gewählt ist;

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Die Synchronisationsstärke kann vermittels Potentiometer 146 eingestellt werden. Es ist somit möglich, den Frequenzbereich zu begrenzen, innerhalb dessen eine Veränderung der Frequenz zugelassen wird. Die unterste Frequenz wird durch die Basisoder Grundeinstellung des Multivibrators bestimmt, und die höchste Frequenz, auf die der Multivibrator synchronisiert werden kann, wird durch die Amplitude der Synchronisiersignale bestimmt, d, h. die Stellung, bei welcher das Potentiometer 146 eingestellt ist.

Obwohl die in den Fig. 8 und 9 gezeigten Schaltungen in erster Linie für die Messung gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet sind, d. h. bei konstanter Vibrationsamplitude, und Ausmessung der zugeführten Energie, können sie leicht für die Messung gemäß der zweiten Ausführungsform angepaßt werden, d, h. bei konstanter Zuführung der Energie und Messung der Vibrationsamplitude. In diesem Falle wird beispielsweise der PI-Regulator 73 durch eine Spannungsquelle mit konstanter Ausgangsspannung ersetzt, und das Messinstrument 68 wird hinter den Verstärker 71 geschaltet.

Fig. 10 zeigt, wie die Schaltung der Fig. 8 für die Messung gegiäß der zweiten Aus führungs form modifiziert werden kann, wobei die Konstantausgangsspannungsquelle 74 an dem Verstärker 64 liegt. Selbstverständlich kann auch die Schaltung der Fig. 9 in derselben Weise kodifiziert werden, ohne daß die Funktion der Frequenzsteuerschaltung 140 bis 146 beeinträchtigt wird.

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Claims

-18-Patentansprüche

1.))Verfahren zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit

oder der Konzentration von in einer Flüssigkeit suspendiertem oder fein verteiltem Festkörper, dadurch gekennzeichnet, daß ein federnd abgehängter vibrationsfähiger Meßkörper in die Flüssigkeit oder Suspension eingegeben v4rd, daß der Meßkörper mit Resonanzfrequenz und konstanter Amplitude in Vibration gebracht wird und daß die erforderliche Energie für die Aufrechterhaltung der Resonanzfrequenz und der konstanten Amplitude gemessen wird, oder daß der Meßkörper in Vibration mit Resonanzfrequenz bei konstanter zugeführter Energie in Vibration gebracht wird und die Vibrationsamplitude gemessen wird, wobei diese Energie oder die Amplitude in Abhängigkeit von dem Dämpfungseffekt der Flüssigkeit oder der Suspension auf den vibrierenden Meßkörper variiert und somit von der Viskosität der Flüssigkeit oder der Konzentration der Feststoffe abhängt.

2.) Verfahren nah Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper in einem Unterstützungskörper federnd abgehängt ist, der seinerseits in einem Aufsatz federnd abgehängt ist und einer viskosen Dämpfung ausgesetzt ist, wobei die Abhängung des Unterstützungskörpers so aufgebaut ist, daß ihre Resonanzfrequenz beachtlich niedriger ist als die Resonanzfrequenz des Meßkörpers, so daß der Einfluß äußerer Störgrößen über den Aufsatz des Unterstützungskörpers im wesentlichen umgangen ist.

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3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper, der zumindest eine Scheibe oder einen zahlenförmigen Hauptteil aufweist, in einer Ebene in Vibration gebracht wird, die im wesentlichen mit der Hauptebene für den Hauptteil zusammenfällt.

4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Meßkörper in eine fließende Flüssigkeit oder Suspension eingegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper in einer Ebene parallel zur Fließrichtung in Vibration gebracht wird.

5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere für die Messung der Konzentration von Pulpenfasern in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Meßkörpers zwischen 100 und 1000 Hertz, vorzugsweise etwa 700 Hertz, liegt.

6.) Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Unterstützungskörpers in der Größenordnung von wenigen Hertz liegt.

7.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Amplitude des Meßkörpers in der Größenordnung von 0,1 bis 1 mm liegt.

8.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper mit Hilfe von Elektro-

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magneten in Vibration gebracht wird, die von einem Oszillator mit variabler Frequenz und variablem Ausgangeniveau gespeist werden.

9.) Verfahren nach Anspruch 8 zur Messung bei konstanter Vibrationsamplitude , dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung der Amplitude ein Signal entsprechend der tatsächlichen Amplitude erzeugt wird, welches in einer Steuerschaltung mit einem Signal verglichen wird, das der gewünschten Amplitude entspricht, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches das Signalniveau vom Oszillator zu den Elektromagneten steuert.

J.O.) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Energiemenge durch die Messung der Amplitude des Steuersignals bestimmt wird.

11.) Vorrichtung zur Messung der Viskosität einer Flüssigkex_ oder der Konzentration von in einer Flüssigkeit suspendierten oder fein verteilten Feststoffen mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Meßkörper (10, 80) aufweist, der federnd in einem Unterstützungskörper (14, 84) abgehängt und in die Flüssigkeit oder Suspension eingebbar ist, ferner eine Einrichtung (26, 27, 62, 56, 57; 96, 97, 106) aufweist, um den Meßkörper in Vibration mit Resonanzfrequenz und mit konstanter Amplitude zu bringen, und Meßkörper (68) für die Messung der Energie aufweist, die erforderlich ist,

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um die Resonanzfrequenz und die konstante Amplitude zu halten, oder eine Einrichtung/ um den Meßkörper mit Resonanzfrequenz und mit konstanter zugeführter Energie in Vibration zu bringen, sowie Meßkörper zur Messung der Vibrationsamplitude, wobei die sich ändernde Energie- oder Amplitude vom Dämpfungseffekt der Flüssigkeit oder Suspendierung auf den vibrierenden Meßkörper (10, 80? abhängt und somit von der Viskosität der Flüssigkeit oder der Konzentration der Feststoffe abhängt.

12.) Vorrichtung nach Anspruch 11 bei der Messung mit konstanter Vibrationsamplitude, dadurch gekennzeichnet, daß Elektromagnete (26, 27; 96, 97) vorgesehen sind, die den Meßkörper (10, 80) durch magnetische Bewegung in die Vibration bringen, und daß ein Oszillator (63, 64) variable Frequenz und variables Ausgangsniveau hat für die Speisung der Elektromagnete und Körper (56, 57; 106) zur Messung der Amplitude der Vibrationen des Meßkörpers.

13.) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (26, 27; 96, 97) den Meßkörper (10; 80) über einen Betätigungskörper (30; 100) beeinflussen, der mit dem Meßkörper in Verbindung steht.

14.) Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (26, 27; 96, 97) auf dem Unterstützungskörper (14, 84) angebracht sind.

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15.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (10) federnd in dem Unterstützungskörper (14) vermittels einer Membran (12) abgehängt ist.

16.) Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Versteifungselement (44) auf der Membran (12) so angeordnet ist, daß der Meßkörper (10) im wesentlichen nur in einer einzigen vorbestimmten Ebene vibrieren kann.

17.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (80) federnd in dem Unterstützungskörper (84) vermittels eines ersten Rohres (82) abgehängt ist, dessen eines Ende mit dem Meßkörper in Verbindung steht und dessen anderes Ende in dem Unterstützungskörper angebracht ist.

18.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskörper aus einem zweiten Rohr (100, 120) besteht, das koaxial zum ersten Rohr (82) angeordnet ist, wobei das eine Ende des Rohres (82) in Verbindung mit dem Meßkörper (80) steht und das andere Ende des Rohres zur magnetischen Betätigung durch die Elektromagnete (96, 97) angeordnet ist.

19.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 15 oder 16/dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenmeßkörper mindestens einen

belastungsempfindlichen Körper (56, 57) aufweist/der auf

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der Membran (12) angeordnet ist.

20.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenmeßkörper mindestens einen belastungsempfind'lichen. Körper (106) aufweist, der auf einer Stange (102) o.dergl. angeordnet ist, deren eines Ende in Verbindung mit dem zweiten Rohr (100) steht und dessen anderes Ende mit dem Unterstützungskörper (84, 98, 104) in Verbindung steht.

21.) Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der belastungsempfindliche Körper (56, 57; 106) ein piezoelektrischer übertrager oder Transduktor ist.

22.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der" Amplitudenmeßkörp'er zumindest eine Metallzunge (122) aufweist, die am anderen Ende des zweiten Rohres (120) angebracht ist und in veränderlichem Ausmaß den magnetischen Fluß zwischen der primären Wicklung (124a) und einer sekundären Wicklung (124b) in einem Hochfrequenztransformator (124) während der Vibration des Meßkörpers abfängt, und daß eine Abtasteinrichtung (132, 134, 136) für die Signalkomponente vorgesehen ist, die in der Sekundärw icklung als Ergebnis hervon entsteht.

23.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (10) zumindest eine Scheibe oder einen fahnenförmigen Hauptteil (50) aufweist und zur

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Vibration in einer Ebene angeordnet ist, die im wesentlichen mit der Hauptebene für den Hauptteil zusammenfällt.

24.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, insbesondere zur Messung der Konzentration von fein verteilten Feststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (10) eine Vielzahl von Kanten (46) aufweist, welche die Grenzschicht unterbrechen und im wesentlichen senkrecht zur Vibrationsrichtung (34) verlaufen.

25.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 23 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (46) durch Seitenflansche (49) gebildet sind, die senkrecht zum Hauptteil (50) vorspringen.

26.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterstützungskörper (14; 84) fedarnd in einem Aufsatzkörper (18, 88) abgehängt ist, und daß die Masse des Aufsatzkörpers und die Federkonstante sowie der Dämpfungskoeffizient der Abhängereinrichtung so ausgewählt sind, daß die Resonanzfrequenz des Aufsatzkörpers im wesentlichen unter der Resonanzfrequenz des Unterstützungskörpers liegt.

27.) Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterstützungskörper (14; 84) in dem Aufsatzkörper (18; 88) mittels Kautschukkörpern (16; 86) abgehängt ist.

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