DE2311497C3 - Torsionsschwingungsviskosimeter - Google Patents

Description

Die !Erfindung betrifft ein Torsionsschwingungsviskosimeter nach dem Oberbegriff des Anspruchs I. das insbesondere im Ultraschall-Bereich arbeitet.

Bei einem derartigen bekannten Torsionsschwingungsviskosimeier (J. of Sei. InMr. (J. of Phys. E), Vol. I [1968]. Series 2. S. 383-388) ist die Spule eine Zylinderspule, die um den am flüssigkeiisabgewandten Ende in einer Liämpfungseinrichtunj eingespannten Stab in Form eines harigezogenen Nickelrohrs ähnlich wie die Abnahme-Spule, jedoch gegen diese in Längsrichtung des Stabs versetzt, gewickelt ist. Dabei ist zunächst nachteilig, daß das Rohr in Umfangsrichtiing vormagnetisiert werden muß. indem ein Strom von ca. 2000 A für I ms von einer Kondensatorbank um das Rohr herumgeleitet wird. Weitere Mängel sind, daß das Nickclrohr sich allmählich entmagnetisiert, so daß es jede Woche neu vormagnetisiert werden muß, und ferner verhältnismäßig schwache Erreger-Signale benutzt werden müssen, um eine lineare Beziehung zwischen der abgenommenen Spannung und der mechanischen Bewegung zu erhalten, weshalb auch die an der Abnahme-Spule abgenommenen Signale verhältnismäßig schwach und beträchtlich zu verstärken sind. Außerdem können sich Schwierigkeiten bei der Anwendung dieses. Torsionsschwingung* viskosimeter in explosiven und aggressiven Medien ergeben, da die Spulen freiliegen.

Ein weiterer Nachteil ist die geringe mechanische Festigkeit, vor allem beim Messen in turbulent strömenden Flüssigkeiten, da das Rohr wegen der einseitigen Einspannung nicht genügend abgestütz ist. Schließlich kann das Meßergebnis durch eine elektromagnetische Kopplung zwischen der Erreger-Spule und der Abnahme-Spule verfälscht werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das Torsionsschwingungsviskosimcter der eingangs genannten Art in seiner Handhabung zu vereinfachen und gleichzeitig seine Betriebssicherheit und Meßgenauigkeil zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Anspruches I gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die linteransprüchc angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Torsionsschwmgungsvis-

kosimeter ist insbesondere vorteilhaft, daß cine hohe

ίο Meßgenauigkeit wegen fehlender elektromagnetischer

Kopplung zwischen der Toroidspule als Erreger-Spule

und der Zylinderspule als Abnahme-Spule erzielt ist.

wobei auch die Abstimmung des Torsionsschwingung*- viskosimeter* erleichtert wird, daß die mechanische Festigkeit durch die Zueipunktlagerung de* Stabs

mittel* der beiden Halter erhöht und gleichzeitig durch die*e Halter eine Kapselung des elektrischen Teils des Torsionsschwingungsviskosimeters erreicht wird, so daß es auch in cxplosionsgefährdeten und aggressiven Medien verwendet werden kann, da diese keinen Zutritt zum elektromagnetischen Teil des Torsions*chwingungsviskosimeter* haben.

Ein Ausfiihrungsbeispiei des erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsviskosimeters ist in der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung im Längsschnitt dargestellt.

Das gezeigte Torsionsschwingungsviskosimetcr hat einen Stab 1 aus magneiosiriktivem Material mit einer Länge A/2 entsprechend seiner Torsionswellenlänge, der durch einen Transformator 2 durchgeführt ist, dessen Primärwicklung eine Toroidspule 2 ist. ferner einen unteren Vicrtelwellen-Resunator 3 und einen magnetostriktiven oberen Viertclwellen-Resonalor 4 mit einer Abnahme-Spule 5 sowie ein Gehäuse 6 mit Haltern 7 und 8.

Die Sekundärwicklung des Transformators, dessen Primärwicklung die Toroidspule 2 ist, wird durch den zwischen den beiden Haltern 7 und 8 liegenden Teil des Stabs I, die Haler 7 und 8 selbst sowie den zwischen diesen liegenden I'eil de* Gehäuses 6 gebildet.

Das abgebildete Torsionsschwingungsviskosimeter arbeitet folgendermaßen:

Wenn durch die Toroidspule 2 als Primärwicklung des Transformators ein Gleich- oder Hochfrcqiienz-Stromimpu';; geschickt wird, wird in der Sekundärwindung ein elektrischer Strom induziert, der, da er auch durch den zwischen den beiden Haltern 7 und 8 liegenden Teil des Stabs I in dessen Längsrichtung fließt, ein in zum Stab I azimutales Magnetfeld erzeugt, das im magnetostriktiven Stab-Material eine Torsion erzeugt, und zwar eine Verdrehung um einen Winkel bei einem Gleichimpuls odor eine Hin- und Her-Verdrehung mit der Frequenz des Hochfrequenz-Strom im pul ses.

Der Stromfluß durch die Sekundärwindung des Transformators kann dadurch erklärt werden, daß bei Schicken eines Impulses durch die Toroidspule 2 das in ihr sich aufbauende, zum Stab 1 azimutale, Magnetfeld einen veränderlichen Induktionsfluß innerhalb der durch die Sekundärwindung des Transformators gebildeten Schleife erzeugt, so daß in dieser Sekundärwindung eine Spannung induziert wird, die einen Stromfluß zur Folge hat.

Nach Abschalten des Erregenmpulses in der Toroidspule 2 fürht der untere Vierteiwellen-Resonator 3 gedämpfte Schwingungen aus, deren Dämpfungsdekrement λ durch den mechanischen Oszillator bestimmt ist, dessen Parameter von der Viskosität und der Dichte der den unteren Viertelvellen Resonator 3 umgebenden

3 4

Flüssigkeit abhängen. Für eine New lonsche Flüssigkeit In der Abnahme-Spule 5 entsteht aufgrund dieser

ergibt sich für das Dämpfungsdekrement ν gedämpften Schu ingungen des unteren Endes des Stabs

_x _ /ζ ι .,,„ I b/w. des unteren \ leriekvellen-Resunators 3 eine

mit ~ elektrische Spannung, die der Amplitude der Schwin

K = konstant 5 giingen des oberen Resonators 4 infolge des für sieb

i₍ = Viskosität der Flüssigkeit und bekannten Wiedeniann-i .Ifeki·. proportional ist.
ij = Dichte der Flüssigkeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

faientanspruche:

1. Torsionsschu ingungs\ iskosimeter mit einem Stab aus magnetostriktivem Material, der durch eine ihn umfassende Spule /u Torsionsschu ingungen erregbar ist. dadurch gekciin/eichnei. daß die Spule als Toroidspule (2) und als Primär« ieklung eines Transformators ausgebildet ist, dessen Sekundärwindung aus dem Stab (I), diesen in axialer Richtung zu beiden Seiten der Spule (2) mil dem Gehäuse (6) verbindenden Haltern (7. 8) und dem Gehäuse (6) selbst besteht

2. Viskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Stabes (I) gleich seiner halben Torsionswellenlänge ist.

J. Viskosimeter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichret, daß sich der Stab (I) über mindestens einen der Halter (7. 8) um eine Viert el-Torsions welle η länge erstreckt.

4. Viskosimeter nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnei. daß das Material des der /u messenden Substanz zugewandten, über den zugehörigen Halter (7) vorragenden Teils (3) des Stabes (1) verschieden ist vom übrigen Stabmaterial.