DE2462095A1

DE2462095A1 - Mess- und regeleinrichtung fuer die konzentration einer emulsion

Info

Publication number: DE2462095A1
Application number: DE19742462095
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1973-06-22
Filing date: 1974-06-21
Publication date: 1976-02-05
Also published as: US3954119A; DE2429899A1; FR2234600A1; FR2234600B1; AU7012374A; DE2429899B2; GB1437851A

Description

Patentanwälte Dipl.- Ing. W. Scherrmann Dr.- Ing. R. Riiger

7300 Esslingen (Neckar), Fabrikstraße 24, Postfach 348

9. September 1975 Telefon

PA 1 Tr. A. rÜkU Stuttgart (0711)35 65 39

35 96 19

9/ R")DQC Telex ' 07256610 smru

~ " *· V V »■* Telegramme Patentschutz

Esslingenneckar

NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA, 1-3, T-chome, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo (Japan)

Meßeinrichtung zur Messung der Konzentration einer Emulsion

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Messung der Konzentration einer Emulsion mit einer mehrteiligen Vorrichtung zur Feststellung der Emulsionskonzentration, die ein der Emulsionskonzentration entsprechendes Ausgangssignal abgibt sowie mit einem dieser Vorrichtung zugeordneten von der Emulsion durchströmten Meßglied.

Eine zum Schmieren einer Walzstrecke verwendete Emulsion besteht aus Palmöl oder einem tierischen Öl oder einem pflanzlichen Öl, das gute Schmiereigenschaften aufweist und mit Wasser vermischt ist. Diese Emulsion wird"in der Regel als "Walzöl" oder "Bohröl" bezeichnet. Da Öl an sich in Wasser unlöslich ist, wird dieses "Walzöl" in der Weise hergestellt, daß ein Emulgatormittel der Öl-Wasser-Mischung beigegeben oder daß die Mischung durch mechanische Bewegung gewaltsam

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emulgiert wird.

Wenn eine Emulsion oder speziell das erwähnte "Walzöl", die bzw. das aus zwei im wesentlichen ineinander unlöslichen Komponenten besteht, einige Minuten lang abstehen lassen wird, trennen sich die beiden Komponenten
schnell voneinander. Das abgetrennte öl schwimmt oben
auf mit dem Ergebnis, daß der in dem emulgierten Zustand verbleibende Ölanteil entsprechend abnimmt, was einen
nachteiligen Einfluß auf die Gestalt, die Oberflächenbeschaffenheit und den allgemeinen Zustand eines Walzproduktes sowie eine Beeinträchtxgung der Walzgeschwindigkeit mit sich bringt, wenn diese Emulsion als sogenanntes "Walzöl" für eine V/alzstrecke benutzt wird. Es ist
deshalb beim Walzen sehr wichtig, in regelmäßigen Zeitabständen die Emulsionskonzentration zu messen und einzuregeln, so daß die Emulsion mit vorbestimmter Konzentration durch eine Zirkulationsleitung strömt.

Außerdem ist die Emulsion wührend der Zirkulation im
allgemeinen einer Alterung und Aushärtung unterworfen.
Auch von diesem Standpunkt aus sollte die Emulsionskonzentration periodisch gemessen und geregelt v/erden.

Ein bekanntes Verfahren zum Messen der Konzentration
einer Emulsion (oder des "Walzöls") besteht darin, daß
eine Probe vorbestimmter Menge der Emulsion entnommen und chemisch analysiert wird.

Das bekannte Meßverfahren läuft wie folgt ab:

Etwa 10 cm konzentrierter Schwefelsäure und konzentrierter Pikrinsäure werden einer Menge von etwa 1OO cm der

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Emulsionsprobe zugesetzt, worauf eine Wärmeeinwirkung bis zu etwa 70° erfolgt. Daraufhin trennt sich die bis zu diesem Zeitpunkt im emulgierten Zustand gehaltene ölige Komponente von dem Wasser, auf dem sie aufschwimmt. Die einzige, in dem oberen Teil der Probe gesammelte Komponente wird herausgenommen, um ihr Volumen zu messen, wodurch die Konzentration des Öles bestimmt wird.

Dieses übliche,mit abgemessenen Proben arbeitende Meßverfahren ist zwar verhältnismäßig einfach durchführbar. Es hat aber den Nachteil, daß selbst ein geübter Fachmann langer als 15 Minuten braucht, um die Messung abzuschließen, wobei er außerdem der Gefahr ausgesetzt ist, bei der Bestimmung des Volumens der abgetrennten öligen Komponente größere Fehler zu machen. Außerdem kann mit diesem bekannten Verfahren nicht die Konzentration einer in einer Zirkulationsleitung strömenden Emulsion unmittelbar gemessen werden, d.h. die Ausführung einer kontinuierlichen Messung ist nicht möglich.

Eine andere übliche Methode zur Messung der Konzentration einer durch eine Zirkulationsleitung strömenden Flüssigkeit besteht darin, die Konzentration der Flüssigkeit aus ihrer Dichte zu bestimmen. Dieses Verfahren wird praktisch derart durchgeführt, daß eine Rohrleitung, die zur herstellung eines Petroleumproduktes dient, mit einem Instrument versehen wird, welches es gestattet, die Dichte einer durch die Rohrleitung strömenden Flüssigkeit zu messen. Andere bekannte Meßverfahren für die Bestimmung der Konzentration einer Flüssigkeit werden beispielsweise derart durchgeführt, daß die mechanischen Resonanzeigenschaften, äie Dielektrizitätskonstante und die Strahlungsdurchlässigkeit einer Flüssigkeit festgestellt werden. Diese Verfahren gestatten zwar ein kontinuierliches Messen der Konzentration

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einer Flüssigkeit, wenn ein entsprechendes Instrument auf eine Rohrleitung aufgesetzt wird.

Keines der erwähnten bekannten Verfahren ist aber dazu geeignet die Konzentration einer Emulsion zu bestimmen, die für die Schmierung bei einer Walzstrecke benutzt wird. Der Grund liegt darin, daß eine für diesen speziellen Zweck eingesetzte Emulsion beträchtliche Anteile feiner Schmutzteilchen und kleiner Eisenkörner enthält und daß die Gegenwart solcher Fremdstoffe zu beachtlichen Meßfehlern Anlaß gibt. Die notwendige Absonderung der Setimutz- und Eisenteilchen mittels eines Filters macht aber die Konzentrationsbestimmung bei der Emulsion für eine Walzstrecke außerordentlich schwierig und zeitraubend. Da die vollständige Entfernung von Schmutz- und Eisenteilchen auch mittels eines Filters sehr schwierig ist, sind die verschiedenen kontinuierlichen Verfahren, die zur Messung der Konzentration einer eine Rohrleitung der petro-chemischen Industrie durchströmenden Flüssigkeit dazu ungeeignet,die Konzentration einer Schmiermittelemulsion zu bestimmen, wie sie in einer Walzstrecke benutzt wird.

Grundsätzlich gleiches gilt für ein aus der US-PS 3 028 bekanntes Verfahren, nach dem die Dichte einer Flüssigkeit auf der Basis der Meßung der akustischen Impedanz der Flüssigkeit festgestellt wird. Das Verfahren arbeitet mit Ultraschallwellen, doch wird die akustische Impedanz einer Flüssigkeit durch Verunreinigungen, wie etwa kleine Eisenteilchen in solchem Maße beeinflußt, daß ein solches Verfahren grundsätzlich nicht für die Konzentrationsmeßung einer Emulsion geeignet ist, bei der von vornherein davon ausgegangen werden muß, daß sie in größerem Maße Verunreinigungen, wie Eisenpulver, enthält.

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Die eingangs erwähnte Methode mittels chemisch analysierter Proben die Konzentration einer Emulsion zu bestimmen, wie sie praktisch bei Walzstrecken Anwendung findet, besteht darin, daß von Hand die Konzentration einer eine Zirkulationsleitung durchströmenden Emulsion durch einen Fachmann in willkürlichen Zeitabschnitten bestimmt wird, d.h. nach dem Verfahren abgeteilter Proben. Dieses mit abgeteilten Proben arbeitende Verfahren weist aber Schwierigkeiten hinsichtlich der Aufrechterhaltung der gewünschten Emulsionskonzentration auf; es gestattet es nicht, einen stabilen Betrieb einer Walzstrecke zu gewährleisten und Walzprodukte höchster Qualität zu erzeugen. Außerdem erfordert dieses Probenverfahren viel menschliche Arbeitskraft und Zeit, was entsprechend hohe Kosten für das Produkt und eine Herabsetzung der Leistung der Walzstrecke bedeutet. Aus diesen Gründen besteht ein großes Bedürfnis nach einer Meßeinrichtung, die es gestattet, periodisch und automatisch die Konzentration einer kontinuierlich weiterströmenden Emulsion zu messen und damit die Voraussetzung für eine automatische Regelung dieser Konzentration auf einen vorbestimmten Wert zu schaffen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Meßeinrichtung für die Konzentration einer Emulsion zu schaffen, die insbesondere bei Verunreinigungen etwa in Gestalt von Eisenteilchen enthaltenden Emulsionen eingesetzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs genannte Meßeinrichtung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet .

Bei der neuen Meßeinrichtung geschieht die Messung der Konzentration der Emulsion nach dem Grundprinzip des Aussendens von Ultraschallwellen in eine ein Meßrohr durchströmende Emulsion sowie der Bestimmung der Geschwindigkeit, mit der die Ultraschallwellen sich in der Emulsion ausbreiten, worauf

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die Konzentration aus dieser £usbreitungsgeschwindigkeit bestimmt wird. Unter "Ultraschallwellen" werden hierbei Ultraschallwellen einer Frequenz von 1-Megahertz-Einheiten verstanden.

Die Feststellung der Emulsionskonzentration mit der entsprechenden Vorrichtung der neuen Meßeinrichtung hat den Vorteil, daß sie im wesentlichen frei von Einflüssen ist, die von Verunreinigungen, beispielsweise Schmutz und Eisenteilchen herrühren, welche in der Emulsion enthalten sind; die Vorrichtung gibt immer die tatsächliche Konzentration der Emulsion an. Außerdem werden Meßfehler, die von Temperaturänderungen herrühren automatisch in der Vorrichtung zur Feststellung der Emulsionkonzentration ausgeglichen, so daß ein Ausgangssignal sich ergibt, das die tatsächliche Konzentration der Emulsion angibt.

Der Ultraschallwellensender und -empfänger brauchen nicht an der Wand des Meßrohres befestigt zu sein. So können bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung der Ultraschallwellensender und -empfänger auf einem rechteckigen Rahmen angeordnet sein. Dieser Rahmen ist mit einer Platte zur Reflektion der ausgesendeten Ultraschallwellen ausgerüstet, wodurch die Länge des Weges festgelegt ist, über den sich die Ultraschallwellen von dem Sender zu dem Empfänger durch die Emulsion ausbreiten. Dieser Trägerrahmen wird in eine ein Meßrohr durchströmende Emulsion eingeführt, wenn es darum geht, die Konzentration der in dem Rohr befindlichen Emulsion zu messen. Soll die Konzentration in einem Emulsionstank gemessen werden, so kann der Trägerrahmen einfach dort eingebracht v/erden.

Die neue Meßeinrichtung gestattet es somit, die Konzentration einer Emulsion automatisch und periodisch bei kontinuierlich weiterströmender Emulsion zu messen, wobei insbesondere ein Einsatz für die Konzentrationsmessung

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einer Emulsion möglich ist, die für die Schmierung in einer Walzstrecke verwendet wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Wirkungsgrad der diese Emulsion benutzenden Maschinen zu erhöhen und die hohe Qualität der mechanisch behandelten Produkte zu gewährleisten.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Feststellung der Emulsionskonzentration einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Temperaturabhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen im Wasser (gestrichelt) und im öl (ausgezogen dargestellt), und zwar in den Komponenten allein,

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Temperaturabhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in der Emulsion,

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Umstandes, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen, die proportional sich mit der Konzentration einer Emulsion ändert, mittels der erfindungsgemässen Meßeinrichtung genau bestimmt werden kann, ohne daß ein nennenswerter Einfluß durch die in der Emulsion enthaltenen Verunreinigungen gegeben ist,

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Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung zur Feststellung der Emulsionskonzentration nach Fig. 1, in perspektivischer Teildarstellung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Gesamtanordnung der Emulsionszirkulationsleitung einer Walzstrecke sowie einer Meßeinrichtung gemäß der Erfindung, die mit der Zirkulationsleitung zusammenwirkt,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Emulsionskonzentrationsmeßeinrichtung gemäß der Erfindung in einer anderen Ausführungsform im Zusammenhang mit der Emulsionszirkulationsleitung einer Walzstrecke,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung für eine Meßeinrichtung nach Fig. 6 oder Fig. 7,

Fig. 9 eine Meßeinrichtung gemäß der Erfindung in einer weiteren Aus fi3hrungs form, bei der die Vorrichtung zur Feststellung der Emulsionskonzentration an einer Rohrleitung zur Messung der Konzentration der Emulsion sitzt,

Fig. 10 die Vorrichtung zur Feststellung der Emulsionskonzentration nach Fig. 9, in einer Teildarstellung,

Fig. 11 das Meßrohr der Vorrichtung nach Fig. 10, geschnitten längs der Linie 11-11 der Fig. 10, in der Draufsicht,

Fig. 12 ein Meßrohr der Vorrichtung nach Fig. 1O, mit einer abgewandelten Vorrichtung zur Erzeugung einer Wirbelströmung in einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt,

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Fig. 13 das Meßrohr nach Fig. 12, geschnitten länqs der Linie 13-13 der Fig. 12, in der Draufsicht und

Fig. 14 ein Diagramm zur Veranschaulichung der zeitabhängigen Meßergebnisse der Emulsionskonzentration, wie sie einerseits mittels der Vorrichtung und dem Meßrohr nach Fig. 9 und andererseits nach einem bekannten Verfahren erzielt vmrden.

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In Fig. 1 bildet das Meßrohr 1 einer Vorrichtung zur Feststellung der Konzentration einer Emulsion einen Teil einer Zirkulationsleitung einer Schmiermittelemulsion, die als sogenanntes "Bohröl oder Walzöl" benutzt wird.

Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung besteht das Meßrohr 1 aus einem 6 mm dicken Kohlenstoffstahl-Rohr, dessen Außendurchmesser 216,3 mm beträgt. Das Meßrohr 1 kann aber auch getrennt in Gestalt einer eigenen Meßleitung 66 vorgesehen sein, wie sie bei einer später beschriebenen Ausführungsform der Erfindung benutzt wird.

Durch das Meßrohr 1 strömt eine zu untersuchende Flüssigkeit oder Emulsion 2. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit, mit der sich Ultraschallwellen in der Emulsion 2 ausbreiten als Basisfaktor zur Bestimmung des Anteils der öligen Komponente der Emulsion 2 oder deren Konzentration durch eine in Fig. 1 in einem gestrichelten Kasten enthaltene Meßvorrichtung 3 für die Geschwindigkeit von Ultraschallwellen bestimmt.

Ein Ultraschallwellensender 4 und -empfänger 5 sind an der Außenwand des Meßrohres 1 mittels eines geeigneten Klebstoffes, beispielsweise eines Epoxyharzklebers, befestigt. Um ein stärkeres Haften des Senders und des Empfängers 4 bzw. 5 zu gewährleisten wird empfohlen, diese Elemente mittels eines geeigneten Bandes ortsfest zu fixieren. Der Ultraschallwellensender 4 besteht aus einem an sich bekannten elektroakustischen Wandler, der beispielsweise aus Bleizirkonat oder Quarz hergestellt ist. Der Ultraschallwellenempfänger 5 besteht seinerseits aus einem an sich bekannten elektroakustischen Wandler, der beispielsweise ebenso wie der Ultraschallwellensender 4 aus Bleizirkonat oder Quarz hergestellt und in einem vorbestimmten Abstand von dem Sender an dem Meßrohr 1 befestigt ist. Beim Empfang von von dem Sender 4 herrührenden Ultraschallwellen gibt der Ultraschallwellenempfänger 5 ein elektrisches Signal ab. Ein Signal-

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ORfGJNAL INSPECTED ~ " ~

wandler 6 der Ultraschallwellengeschwindigkeitsmeßvorrichtung 3 ist ein Impulsgenerator, der dem Ultraschallwellensender 4 ein elektrisches Signal zuführen kann, durch das das Aussenden von Ultraschallwellen ausgelöst wird. Ein Signalempfänger 5 der Ultraschallwellengeschwindigkeitsmeßvorrichtung 3 verstärkt das von dem Ultraschallwellenempfänger 5 abgegebene elektrische Signal. Mit dem Signalsender 6 und dem Signalempfänger 7 ist.eine Synchronisationsschaltung 8 der Vorrichtung 3 elektrisch verbunden, die beim Empfang eines elektrischen Signales von dem Signalempfänger 7 ein elektrisches Befehlsimpulssignal an den Signalsender 6 abgibt und außerdem ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen entspricht. Ein aus einer Integrationsschältung bestehender Digital-Analog-Umsetzer (D-A-Konverter) 9 ist an die Synchronisationsschaltung .8 angeschlossen; er setzt die von der Integrationsschaltung 8 in Gestalt eines Freguenzsignals abgegebene Ausgangsgröße in ein Spannungssignal um. Der Digital-Analog-Umsetzer 9 ist mit einer Temperaturkompensationsschaltung 10 eines noch zu beschreibenden Aufbaus verbunden, die ihrerseits über einen Meßwandler 12 an einem Temperaturfühler 11 angeschlossen ist, der an dem Meßrohr 1 befestigt ist. Der Temperaturfühler 11 liefert der Temperaturkompensationsschaltung 10 ein der Temperatur der Emulsion 2 entsprechendes elektrisches Signal. Die Temperaturkompensationsschaltung 10 korrigiert solche Fehler in der gemessenen Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Emulsion 2, die durch Temperaturänderungen hervorgerufen sind; sie erzeugt ein Ausgangssignal 13, welches genau der tatsächlichen Konzentration der Emulsion 2 entspricht und das ein bestimmter Spannungswert ist. Das Ausgangssignal wird einer noch zu beschreibenden Steuervorrichtung zugeleitet, die die Konzentration der Emulsion 2 beeinflußt.

Der Ultraschallsender 6, der Ultraschallempfänger 7, die Sychronisationsschaltung 8 und der Digital-Analog-Umsetzer 9, die gemeinsam die Ultraschallwellengeschwindigkeitsmeß-

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vorrichtung 3 bilden, sind an sich bekannt und deshalb
lediglich in Gestalt von Kästchen in Fig. 1 angedeutet.
Der erwähnte Temperaturfühler 11 besteht aus

beispielsweise einer Platin-Widerstandsthermometerzelle. Der Meßwertwandler 12 verstärkt kleine Änderungen des Widerstandes und der Spannung, die von Temperaturänderungen herrühren, welche von dem Temperaturfühler 11 festgestellt werden; er gibt sodann ein der verstärkten Spannung entsprechendes Signal an die Temperaturkompensationsschaltung 10 ab.

Eine Emulsion, deren Konzentration durch die beschriebene Vorrichtung festgestellt werden kann, ist nicht auf solche Emulsionen beschränkt, wie sie zum Schmieren bei Walzstrassen verwendet wird. Der Ausdruck "Emulsion" wird hier ganz allgemein für eine Mischflüssigkeit benutzt, die aus einer Anzahl von Komponenten besteht. Dementsprechend fällt auch eine sogenannte Suspension unter eine "Emulsion" im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Im folgenden wird die Messung der Konzentration einer Emulsion unter Verwendung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration beschrieben (die bei der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform mit 41 bezeichnet ist).

Zupächst wird auf das Diagramm nach Fig. 2 Bezug genommen, welches den gemessenen Zusammenhang zwischen den verschiedenen Temperaturen t des zu einer Emulsion vermischten Öles und Wassers und der Geschwindigkeit ν zeigt, mit der sich Ultraschallwellen durch die einzelnen Komponenten bei diesen Temperaturen ausbreiten.

Das Wasser ist Trinkwasser, während das öl Rindertalg ist. Das Diagramm nach Fig. 2 zeigt, daß die Ultraschallwellen bei der gleichen Temperatur sich durch das öl (wie mit
einer ausgezogenen Linie dargestellt) wesentlich langsamer als durch das Wasser (gestrichelt dargestellt) ausbreiten,

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wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen im öl eine wesentlich größere Temperaturabhängigkeit aufweist als im Wasser.

Das Diagramm nach Fig. 3 gibt die Ergebnisse von Versuchen wieder, die der Erfinder über den Zusammenhang zwischen den verschiedenen Temperaturen t einer Schmiermittelemulsion, die als sogenanntes Bohröl oder Walzschmiermittel beim Kaltwalzen verwendet wird und der Geschwindigkeit ν von sich durch diese Emulsion bei den genannten Temperaturen ausbreitenden Ultraschallwellen. Das Diagramm zeigt, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit ν der Ultraschallwellen sich von etwa 15,35 m/Sek. bis etwa 15,50 m/Sek. in einem Temperaturbereich t einer Emulsion von 45 - 60° C ändert.

Von dem Ultraschallwellensender 4 der Fig. 1 ausgesendete Schallwellen treffen zunächst auf die Innenwand des Meßrohres T; sie werden sodann dort zu dem Ultraschallwellenempfänger 5 reflektiert, wie dies in Fig. 1 mit gestrichelten, jeweils eine Pfeilrichtung tragenden Linien angedeutet ist. Der Ultraschallwellenempfänger 5 leitet ein kleines empfangenes Signal dem Signalempfänger 7 zu, der seinerseits dieses schwache Signal verstärkt und der Synchronisationsschaltung 8 einspeist. Bei Empfang dieses verstärkten Signales gibt die Synchronisationsschaltung 8 sofort ein Befehlssignal an den Signalsender 6 ab, der seinerseits ein Ausgangssignal für den Ultraschallwellensender 4 liefert, so daß der Ultraschallwellensender 4 von neuem Ultraschallwellen in die Emulsion aussendet.

Wie oben erwähnt, wandern die Ultraschallwellen von dem Ultraschallwellensender 4 zu dem Ultraschallwellenempfänger 5, wobei ein von dem Ultraschallwellenempfänger 5 erzeugtes elektrisches Signal wiederholt auf einem Weg abgegeben wird, der aus dem Signalempfänger 7 der Synchronisationsschaltung 8 dem Signalsender 6 und dem Ultraschallwellensender 4 besteht. Die für einen Sendezyklus erforderliche Zeit, d.h. die Periode to der übertragung kann wie folgt ausgedrückt

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werden:

1 ¹^

Darin bedeuten:

ν = die Geschwindigkeit der sich durch ein Medium ausbreitenden Ultraschallwellen

X, = die Verzögerungszeit bei der übertragung eines elektrischen Signales über den obengenannten Schaltkreis

1 = die Länge des von den Ultraschallwellen von dem Sender zu dem Empfänger 5 zurückgelegten Weges.

Die Frequenz eines Signales, das der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen entspricht und das von der Synchronisationsschaltung 8 dem Digital-Analog-Umsetzer 9 zugeführt wird, kann deshalb wie folgt angegeben werden:

f - ^X - ^v

to 1 +

In diesem Falle ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit ν von Ultraschallwellen in Abhängigkeit von der Konzentration eines Mediums oder der Emulsion 2. Da die Frequenz des erwähnten Signales von der Synchronisationsschaltung 8 sich mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit ν ändert, ist es möglich, die Konzentration der Emulsion 2 aus dieser sich ändernden Frequenz zu bestimmen. Die Frequenz f eines Ausgangssignales der Synchronisationsschaltung 8 wird durch den Digital-Analog-Umsetzer 9 in einen Spannungswert umgesetzt, welcher der Temperaturkompensationsschaltung 10 zugeführt wird, der ausserdem ein Signal eingespeist wird, welches der Temperatur der Emulsion 2 entspricht und von dem Meßwandler 12 in Gestalt eines kennzeichnenden Spannungswertes abgegeben wird.

Dieser Spannungswert korrigiert deshalb jenen Wert, in den die Frequenz f umgesetzt worden ist.

Wird in dem Diagramm nach Fig. 3, in dem die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in dem Bereich von 45 - 60° C in Abhängigkeit von der Temperatur der Emulsion 2 dargestellt ist, die Ausbreitungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Konzentrationsänderung der Emulsion 2 dargestellt, so liegen diese Emulsionsänderungen zwischen O und 5 % im Falle der ersten Ausführungsform. Da die richtige Konzentration einer für Walzzwecke benutzten Emulsion praktisch bei etwa 5 % gewählt wird, ergibt die erv/ähnte, von der Temperaturänderung herrührende Änderung der Emulsionskonzentration einen ziemlich großen Einfluß, womit es unerläßlich wird, bei der Messung der Emulsionskonzentration eine Temperaturkompensation vorzunehmen.

Die Temperaturkompensationsschaltung 10 der ersten Ausführungsform enthält eine arithmetische Recheneinheit, welche die folgende Operation " durchführt:

Vc = aVt + bVf + cVt² + dVt Vf (1)

hierin bedeuten:

Vc = ein Spannungswert, der der Emulsionskonzentration entspricht und durch Berechnung der Gleichung (1) erhalten wird

Vf = ein Spannungswert entsprechend der Frequenz f

Vt = ein Spannungswert, jeweils entsprechend einer Temperatur

a,b,c,d = konstant, wie er beispielsweise durch die Art des verwendeten Öles und den jeweiligen Schaltungsaufbau gegeben ist, wobei die genauen Werte dieser Konstanten durch ein statistisches, mathematisches

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Verfahren, wie einer Regression analysis gewonnen werden.

Genau genommen kann Vc durch die Formel einer Linearkombination angegeben werden, die aus neun Termen besteht:

Vt² Vf², Vt² Vf, Vt Vf², Vt², Vf², Vt Vf, Vt, Vf und einer Konstanten.

Eine arithmetische Recheneinheit, die eine solche genaue Rechenoperation durchführt, ist zwar für die Erfindung brauchbar; sie ist jedoch für den praktischen Einsatz in der Regel zu teuer. Wenn auch Vc durch eine lineare Näherungsformel angegeben kann, so ist diese Formel doch hinsichtlich der Meßgenauigkeit trotz des einfachen Schaltungsaufbaues und der niedrigeren Kosten beschränkt; sie ist demgemäß für das erfindungsgemäße Meßsystem nicht brauchbar. Außerdem kann eine die Rechenoperation nach der Gleichung (1) ausführende Schaltung aus einer Analog-Schaltung aufgebaut sein, die aus einer Kombination einer Quadrierungsschaltung, einer Multikationsschaltung und einer Additions-Subtaktionsschaltung besteht. Der konkrete Aufbau dieser Analog-Schaltung ist an sich bekannt.

Ergebnisse von Versuchen, die mit der obenbeschriebenen Vorrichtung zur Feststellung der Konzentration einer Emulsion durchgeführt woreden waren, sind in dem Diagramm nach Fig. 4 dargestellt. Bei all diesen Versuchen wurden die Messungen in einem Rohr einer Zirkulationsleitung durchgeführt, durch welches eine Emulsion zum Schmieren einer Walzstrecke strömen lassen wurde. Die Versuche wurden so durchgeführt, daß die Konzentration einer Emulsion oder von Bohröl und das Maß der darin als Verunreinigungen enthaltenen feinen Eisenpulverteilchen verändert wurden. Es wurden Eisenpulver in dem Bereich von 50 - 150 Mikron Teilchengröße in drei Mengen verwendet: 120, 534 und 1210 mg/1, wie es in Fig. 4

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durch einen schwarzen Punkt, einen weißen Kreis ο oder ein Dreieck angegeben ist. Bei allen Versuchen wurde die Temperatur der Emulsion auf 50 +0,3° C gehalten. Die Konzentration c und die Ausgangsgröße Vf des Digital-Analog-Umsetzers 9 - ■ sind auf der Ordinate aufgetragen. Die Konzentration der Emulsion wurde durch eine chemische Analyse festgestellt. Fig. 4 zeigt, daß die Ausgangsgröße Vf und die Konzentration c in einer gegenseitigen Abhängigkeit stehen, die durch eine Gleichung mit einem quadratischen Glied ausgedrückt werden kann und daß außerdem diese Abhängigkeit von dem Gehalt an Eisenpulver als Verunreinigungen kaum beeinflußt wird. Die Messung der Konzentration einer Emulsion mittels einer neuen Vorrichtung machten deshalb die Verwendung eines Filters zur Entfernung von Verunreinigungen, wie Eisenpulverteilchen in einem Rohr in der Nähe der Meßstelle unnötig.

Bei der vorstehenden Ausführungsform waren der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger 4 bzw. 5 an der gleichen Seite der Außenwand des Meßrohres 1 befestigt. Von dem Sender 4 ausgesendete Ultraschallwellen trafen deshalb zunächst auf die Innenwand des Meßrohres 1 auf, von wo sie zu dem Empfänger 5 reflektiert wurden. Es ist aber auch möglich, den Sender und den Empfänger 4 bzw. 5 an einander gegenüberliegenden Stellen der Außenwand des Meßrohres 1 anzuordnen, so daß die Ultraschallwellen linear von dem Sender 4 zu dem Empfänger 5 laufen, ohne eine Reflektion zu erfahren.

Zusätzlich zu der erwähnten Anordnung kann die Anordnung auch derart getroffen werden, daß der Ultraschallsender und -empfänger 4 bzw. 5 in einer durch das Meßrohr 1 strömenden Emulsion in der Weise untergetaucht sind, daß sie an einem rechteckigen Rahmen 14 befestigt sind, der bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung benutzt wird.

Wie aus Fig. 5 zu ersehen, wird der rechteckige Rahmen 14 in das strich-punktiert angedeutete Meßrohr eingefügt.

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Der Ultraschallwellensender und -empfänger 4 bzw. 5 sind in einer vollständig wasserdichten Ausführung in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand an einer der parallelen Längsseiten des Rahmens 14 befestigt. Die gegenüberliegende Längsseite ist in der Mitte mit einem Ultraschallwellenreflektor 14a ausgebildet. Die Ultraschallwellen, die von dem Sender 4 ausgesendet werden, laufen durch die Emulsion, treffen auf den Reflektor 14a auf und werden sodann zu dem Empfänger 5 reflektiert, wobei sie einem Weg folgen, der in Fig. 5 gestrichelt mit eingefügten Pfeilspitzen dargestellt ist. Der von den Ultraschallwellen durchmessene Weg weist eine feste Länge auf, weil die Wellen immer der mit Pfeilen angegebenen Richtung folgen, so daß sich eine genaue Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen in Abhängigkeit von der Emulsionskonzentration ergibt. Durch die Anwendung des Rahmens 14,der für eine feste Länge des von den Ultraschallwellen durchlaufenen Weges ausgelegt ist, läßt sich die Konzentration der Emulsion bestimmen, wobei der Ultraschallwellensender und -empfänger 4 bzw. 5 in dem Meßrohr 1 liegen. Der Trägerrahmen 14 kann aber nicht nur in das Meßrohr 1, sondern auch in einem Emulsionstank eingebracht werden, womit sich auch die Konzentration der in dem Tank befindlichen Emulsion bestimmen läßt.

Bei der neuen Vorrichtung zur Feststellung der Konzentration einer Emulsion wird ein der Geschwindigkeit der sich in der Emulsion ausbreitenden Ultraschallwellen entsprechendes Signal in Gestalt eines kennzeichnenden Frequenzsignales erzeugt. Erfindungsgemäß ist aber auch ein anderes Verfahren zur Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen möglich, bei dem die Ausbreitungsgeschwindigkeit aus der Zeit bestimmt wird, die die Wellen benötigen, um von dem Sender 4 zu dem Empfänger 5 durch die Emulsion zu laufen; ein Verfahren, das vom Fachmann leicht ausführbar ist.

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Fig. 6 veranschaulicht die gesamte Anordnung der Emulsions-Zirkulationsleitung einer Walzstrecke, wobei dieser Zirkulationsleitung eine erfindungsgemäße Einrichtung zugeordnet ist, um die Konzentration der Emulsionen zu messen und sie auf einen richtigen Wert einzustellen. Im folgenden soll zunächst kurz eine Walzstrecke und die Zirkulationsleitung einer Emulsion beschrieben werden, was beides an sich bekannt ist.

Eine mit einer Schmiermittelemulsion versorgte Walzstrecke

20 weist fünf Tandemwalzgerüste für das Kaltwalzen auf. Ein zu walzendes Stahlband 22 wird beim Walzen in der Pfeilrichtung jeweils zwischen zwei Reihen von Walzen 21 durchgeführt, die im oberen und unteren Teil der Walzstrecke 20 angeordnet sind. Aus einer Anzahl von Düsen 23 wird eine Emulsion in einen Zwischenraum zwischen dem Stahlband 22 und der oberen und unteren Reihe von Walzen 21 eingespritzt.

Die Düsen 2 3 sind oberhalb und unterhalb des Stahlstreifens

22 zwischen horizontal jeweils benachbarten Walzen 21 angeordnet. Jeder Düse 2 3 wird über die noch zu beschreibende Zirkulationsleitung aus einem Emulsionstank 24 kommende Emulsion zugeführt.

Die in dem Emulsionstank 2 4 befindliche Emulsion wird jeder Düse 23 durch ein Zufuhrrohr 25, eine Pumpe 26, ein Speiserohr 27, einen Filter 28 und einen Kühler 29 in dieser Reihenfolge zugeleitet. Nach Gebrauch fällt die aus den Düsen

23 ausgestossene Emulsion in flache Aufnahmebehälter 30, die unterhalb der die untere Walzenreihe bildenden Walzen

21 angeordnet sind. Die in den Aufnahmebehältern 30 gesammelte Emulsion ist im allgemeinen mit Verunreinigungen, wie Schmutz und feinen Eisenstaubteilchen durchsetzt, die während des WalζVorganges hineingebracht worden sind. Die Aufnahmebehälter 30 sind am Boden jeweils mit Ablaßkanälen versehen, die gemeinsam mit einer Sammelleitung 31 in Verbindung stehen, die ihrerseits an einen Tank 32 für verschmutzte Emulsion angeschlossen ist. Die verschmutzte Emulsion wird damit unter Schwerkraftwirkung in dem Tank 32 über

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die Ablaßkanäle und die Sammelleitung 31 gesammelt. In dem Tank 32 werden Verunreinigungen, wie Schmutz und Eisenpulverteilchen sowie eine ölschicht, welche fremde ölarten enthält und gemeinhin als "Schaum" bezeichnet wird, in den oberen Teil der aufgefangenen Emulsion überführt. Von diesen schwimmenden Abfallmaterialien wird der Schaum in einen Schlammtank 33 abgepumpt. Der Rest der verschmutzten Emulsion wird über ein Filter 35 und ein Rohr 34 in den Emulsionstank 2 4 zurückgeführt. Das Filter 35 entfernt die Verunreinigungen, wie Schmutz und Eisenpulverteilchen, die noch in der Emulsion zurückgeblieben waren. Die erwähnte Zirkulationsleitung ist mit einer Reihe von Ventilen versehen, die an sich bekannt sind und deshalb nicht weiter beschrieben werden.

Die Emulsion wird kontinuierlich über die Zirkulationsleitung der erwähnten Vorrichtung einem Emulsionsverbraucher 36 oder einer mit Emulsion versorgten Walzstrecke zugeführt, der bzw. die in Fig. 6 mit einem strichpunktierten Kasten umgeben ist. Bei der Zirkulation nimmt die Emulsion stetig in der Menge und der Konzentration ab. Der Emulsionstank 24 ist deshalb mit Mitteln zur Ergänzung der Emulsion ausgerüstet Zu diesem Zweck ist der Emulsionstank 2 4 über ein Rohr 37 an einen Wassertank 38 und über ein Rohr 39 an einen öltank 40 angeschlossen.

Im folgenden werden der Mechanismus und der Betrieb einer Einrichtung zur Feststellung der Konzentration einer Emulsion beschrieben, die durch die Walzenstrecke und die Zirkulationsleitung der allgemeinen Anlage strömt.

Die Vorrichtung 41 zur Bestimmung der Emulsionskonzentration der Ausführungsform nach Fig. 6 entspricht dem Meßrohr 1 der ersten Ausführungsform nach Fig. 1; sie ist an das Auslaßrohr 25 des Emulsionstankes 2 4 oder ein anderes davon abzweigendes Rohr angeschlossen, wenn auch in Fig. 6 lediglich das Auslaßrohr 25 angedeutet ist. Wie sich aus der Beschreibung der Fig. 1 ergibt,wird von der Vorrichtung 41 ein 509886/0767

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der Konzentration der durch das Auslaßrohr 25 strömenden Emulsion entsprechendes Ausgangssignal 13 einer Konzentrationsrege !vorrichtung 42 in Gestalt eines Spannungswertes zugeführt, wie es gestrichelt angedeutet ist (Fig. 7). Die Konzentrationsregelvorrichtung 42 ist an noch zu beschreibene EIN-AUS-Ventile 43, 44 angeschlossen. Ein EINAUS -Ventil 43 liegt in einer Leitung 37, über die Wasser von dem Wassertank 3 8 dem Emulsionstank 2 4 zuführbar ist, während das andere EIN-AUS-Ventil 4 4 in einer Rohrleitung liegt, über die öl von dem Öltank 40 in den Emulsionstank eingeführt werden. Die Konzentrationsregelvorrichtung vergleicht die Emulsionskonzentration, wie sie durch das Ausgangssignal 13 angegeben wird, mit einem einer vorbestimmten Emulsionskonzentration entsprechenden Sollwert und steuert die beiden EIN-AUS-Ventile 43, 44 entsprechend der zwischen den beiden Konzentrationen vorhandenen Differenz, womit die durch die Leitungen 37, 39 zugeführte Wasser- und ölmenge derart eingeregelt wird, daß sich wieder die richtige Konzentration der in dem Emulsionstank 2 4 befindlichen Emulsion ergibt. Die Konzentrationsregelvorrichtung 42 und die beiden EIN-AUS-Ventile 43, 44 bilden gemeinsam eine Regeleinheit für die Konzentration einer Emulsion.

Fig. 8 veranschaulicht den konkreten Aufbau der Regelvorrichtung 42, wie sie in dieser Konzentrationsregeleinheit benutzt ist. Diese Regelvorrichtung 42 besteht aus einer Sollwerteinstellschaltung 45, einer Vergleichsschaltung 46, einer Zeitgeberschaltung 47, einer Halteschaltung 48 und einer Vorrichtung 49 zur Umwandlung eines elektrischen Signales in einen pneumatischen Druck.

Die Sollwerteinstellschaltung 45 ist z. B. ein Potentiometer. Bei der erfindungsgemäßen Sollwerteinstellschaltung wird die richtige Konzentration einer Emulsion in Prozent angegeben, wobei der obere Sollwert der Emulsionskonzentration auf (a + 0,5) % und der untere Sollwert auf (a - 0,5) %

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eingestellt werden. Das bedeutet, daß ein Wert von (a + 0,5 ) % als zulässiger Bereich für die Soll-Emulsionskonzentration genommen wird.

Die Vergleichsschaltung 46 ist beispielsweise eine Schmidt-Trigger-Schaltung. Diese Schaltung 46 vergleicht den gemessenen Wert einer Emulsionskonzentration, wie er durch das der Schaltung 46 eingespeiste Ausgangssignal gegeben ist mit dem Sollwert der Emulsionskonzentration, wie er von der Sollwerteinstellschaltung 45 herrührt. Wenn der gemessene Wert aus dem Sollwertbereich von (a +0,5) % herausfällt, so gibt sie ein elektrisches Signal an die Halteschaltung 48 ab. Diese Halteschaltung besteht z. B. aus einem elektrischen Zeitgeber, welcher, wenn der gemessene Wert der Emulsionskonzentration unter den unteren Sollwert abfällt ein elektrisches Signal 50 abgibt, das durch eine gestrichelte Linie angegeben ist und über eine das elektrische Signal in einem pneumatischen Druck umsetzende Signalwandlervorrichtung 49 (Fig. 8) zu dem EIN-AUS-Ventil 44 gelangt, das geöffnet wird, um während einer vorbestimmten Zeitspanne von beispielsweise 40 Sekunden Öl aus dem öltank 40 in den Emulsionstank 2 4 einzuführen. Sowie der gemessene Wert der Emulsionskonzentration über den oberen Sollwert ansteigt, gibt die Halteschaltung 48 ein elektrisches Signal 51 ab,dasdurch eine gestrichelte Linie angedeutet ist und über die Signalwandlervorrichtung 49 zu dem EIN-AUS-Ventil 43 gelangt, das geöffnet wird, so daß während einer vorbestimmten Zeitspanne von beispielsweise 80 Sekunden Wasser aus dem Wassertank 3 8 in den Emulsionstank 2 4 eingeleitet wird.

Die Zeitgeberschaltung 47 besteht aus einem Uhrwerk und einem Relais; sie bewirkt, daß die auf dem Meßwert beruhende Regelung der Emulsionskonzentration in einem vorbestimmten Zeitintervall ausgeführt wird. Die Zeitgeberschaltung 47 gibt in einem Intervall von beispielsweise 20 Minuten ein elektrisches

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Signal an die Halteschaltung 48 ab. Lediglich bei Empfang dieses Signales gibt die Halteschaltung 48 ein Ausgangssignal an die EIN-AUS-Ventile 43, 44 zur Regelung der Emulsionskonzentration ab. Weil die Ventile 43, 44 pneumatisch betätigt sind, liegt die erwähnte Signalwandlervorrichtung 49 zwischen der Halteschaltung 48 und den Ventilen 43, 44.

Der Grund dafür, daß der Sollwert der Emulsionskonzentration in einem vorbestimmten Bereich liegend gewählt wird, besteht darin, daß bei in diesem Bereich liegendem, gemessenem Wert der Emulsionskonzentration die EIN-AUS-Ventile 43, 44 in jedem Sinne unwirksam sind, so daß eine sonst mögliche wiederholte Betätigung oder die Anregung einer Pendelung,beispielsweise durch Störsignale verhütet wird, die von der Vorrichtung 41 zur Bestimmung der Emulsionskonzentration abgegeben werden. Der vorbestimmte Sollwertbereich wirkt somit als ünempfindlichkeitsbereich für die Verhütung eines Pendeins der EIN-AUS-Ventile 43, 44.

Versuche mit einer Emulsionsregeleinheit, die mit der Regelvorrichtung 42 der oben erwähnten Art ausgerüstet war, ergaben die folgenden Ergebnisse:

Die automatische Regelung der Emulsionskonzentration unter Verwendung der erfindungsgemäßen Regeleinheit wurde unter Bedingungen durchgeführt, bei denen die Menge der in dem Tank 2 4 enthaltenen Emulsion auf etwa 80.000 Liter festgelegt war, während der Außendurchmesser eines zwischen dem Tank 24 und einer Pumpe 26 liegenden Rohres 25 457 mm betrug. Die Strömungsgeschwindigkeit der Emulsion in dem Meßrohr lag bei etwa 10.000 Liter/mm, der Außendurchmesser eines Meßzweigrohres betrug 100 nun, die Speisegeschwindigkeit von öl bzw. Wasser betrug etwa 300 Liter/Min., während der Sollwert der Emulsionskonzentration bei 4 % lag. Die Versuche zeigten, daß während eines kontinuierlichen WaIzvorganges die gemessene Konzentration der Emulsion + 15 % des Sollwertes nicht überstieg oder daß die Abweichung -

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*^ A b 2 Ü y b

umgewandelt in eine entsprechende Konzentration - + 0, 6 % betrug. Bei den Versuchen wurde ein von dem Rohr 25 abgehendes Zweigrohr für die Messung benutzt. Selbstverständlich ist es möglich.stattdessen auch das Rohr 25 selbst für die Messung zu verwenden.

Die Versuche zeigten, daß die erfindungsgemäße Emulsionskonzentrationsregelung eine wirkungsvolle Emulsionskonzentration gewährleistet, und zwar ohne daß zur Analyse für die Messung der Konzentration oder zur Ergänzung von Wasser oder öl menschliche Arbeitskraft benötigt wurde, während außerdem der Walzvorgang selbst verbessert und Walzprodukte gleichmäßiger Qualität erzielt wurden.

Fig. 7 veranschaulicht eine gegenüber Fig. 6 abgewandelte Ausführungsform, bei der die Vorrichtung 41 zur Feststellung der Emulsionskonzentration und die Regeleinheit für die Zirkulationsleitung einer Emulsion eingerichtet sind. Ein wesentlicher Unterschied zwischen den Anordnungen nach den Figuren 7 und 6 besteht darin, daß in Fig. 7 ein Rohrmischer 52 in der Zufuhrleitung 27 der Walzstrecke 36 liegt, der an die Wasserleitung 37 und die Ölleitung 39 angeschlossen ist und daß die Vorrichtung 41 zur Feststellung der Emulsionskonzentration an der Zufuhrleitung 2 7 und nicht an der Auslaßleitung 2 5 des Emulsionstankes 2 4 sitzt. Ansonsten ist die Anordnung nach Fig. 7 die gleiche wie in Fig. 6, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, so daß sich eine weitere Beschreibung insoweit erübrigt. Die Anordnung nach Fig. 7 ist insoweit vorteilhaft als jene nach Fig. 6 als die Regeleinheit weniger Zeit zur Regelung der Konzentration einer durch die Zirkulationsleitung strömenden Emulsion benötigt, d.h., daß sie die Regelung in schnellerer Abhängigkeit von der gemessenen Emulsionskonzentration bewirkt und daß die Zusatzwasser- oder -ölmenge, die dem ein kleineres Volumen als der Emulsionstank 24 nach Fig. 6 aufweisenden Rohrmischer 52 zugeführt wird,auf jeweils etwa 100 Liter/Min, verringert werden kann.

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Die Anordnung des Rohrmischers 52 in der Auslaßleitung des Emulsionstankes 2 4, .wie sie in Fig. 7 vorgesehen ist, verbessert den Walzvorgang und gestattet es, menschliche Arbeitskraft einzusparen. Auch die Anordnung nach Fig. 6 kann aber offensichtlich das Ziel der Erfindung erreichen.

In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Vorrichtung 41 zur Feststellung der Emulsionskonzentration an einer getrennt vorgesehenen eigenen Meßrohrleitung und nicht an der Zirkulationsleitung einer Emulsion sitzt.

Der Emulsionstank 24 weist einen Inhalt von etwa 50 bis 15Om auf und enthält ein Rührwerk 60. Das Rührwerk 60 besteht aus einem axial durchströmten Propeller 61, wie er beispielsweise als Schiffspropeller oder Turbinenlaufrad benutzt wird, einer den Propeller 61 tragenden umlaufenden Welle 62 und einem Leitrohr 63, das den Propeller 61 und die umlaufende Welle 62 umgibt. Das Leitrohr 63 ist in seinem oberen und unteren Bereich mit einer Reihe von durchgehenden Schlitzen 63a versehen, die axial bezüglich des Leitrohres 63 verlaufen und längs dessen Umfang angeordnet sind. Der Propeller 61 saugt Emulsion durch die oberen Schlitze 63a in das Leitrohr 63 ein und drückt die Emulsion durch die unteren Schlitze 63a wieder nach außen, wodurch eine kräftige Vermischung des in dem Emulsionstank 2 4 enthaltenen Wassers und Öles zu einer homogenen Emulsion geschieht. Eine an der rechten Seite des Emulsionstankes 24 angeschlossene Rohrleitung wird ausschließlich für die Messung der Konzentration der Emulsion benützt. Diese Rohrleitung enthält Probe- oder Saugrohre 64a, 64b, 64c, eine Probenrückführleitung 65 und ein Meßrohr 66, das zwischen dem Saugrohr 64a und dem Rückführrohr 65 liegt. Das Meßrohr 66 ist mit einer Vorrichtung zur Bestimmung der Emulsionskonzentration der gleichen Art ausgerüstet, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Das Meßrohr 66 entspricht dem Meßrohr 1 der Fig. 1. In Fig. 9

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ist die Vorrichtung 41 in einem gestrichelten Kästchen veranschaulicht. Die einzelnen Elemente der Vorrichtung 41, nämlich die Ultraschallwellengeschwindigkeitsmeßvorrichtung 3, der ültraschallwellensender 4, der Ultraschallwellenempfänger 5/ der Temperaturfühler 11 und der Meßwertwandler 12 entsprechen den gleichen Elementen wie in Fig. 1, so daß sich ihre Beschreibung erübrigt.

Das Saugrohr 64a ist mit einem Regelventil 67 versehen. Zwischen den Saugrohren 64a, 64b liegt eine Schaumabführvorrichtung 68. Zwischen die Saugrohre 6 4b, 64c ist eine Pumpe 69 eingefügt. Die Saugrohre 64b, 64c sind mit Ventilen 70, 71 versehen, die auf der Saug- bzw. Druckseite der Pumpe 69 liegen. Das Saugrohr 64c ist einenends an das untere Ende des Meßrohres 66 angeschlossen.

Ein Ende des Rückführrohres 65 ist mit dem oberen Ende des Meßrohres 66 verbunden, während das andere Ende des Rückführrohres 65 über die obere öffnung des Emulsionstankes 2 in die Emulsion eingeführt ist. In dem Rückführrohr 65 liegt ein Ventil 72.

Die Abschäumvorrichtung 68 enthält einen kleinen Tank 73, in dem ein Rührwerkspropeller 74 sitzt; außerdem ist ein Filter 75 am oberen Ende des Saugrohres 6 4a vorgesehen, während oberhalb des kleinen Tankes 73 ein Niveauregler 76 angeordnet ist. Der Tank 73 hat einen Inhalt von etwa 50 Liter; er nimmt zeitweilig die von dem Saugrohr 6 4a herangeführte Emulsion auf. Das Filter 75 besteht aus einem Stahlsieb oder -gewebe von etwa 60 Maschen. Das Filter 75 entfernt die in der Emulsion enthaltenen zahlreichen Luftblasen, bevor die Emulsion über das Saugrohr 64a in den Tank 73 eingebracht wird, so daß in den Tank 73 lediglich eine von Luftblasen völlig freie Emulsion eingeleitet und die Strömungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird, mit der die Emulsion in den Tank 31 eingeführt wird. Die letztgenannte Funktion des Filters 75 gewährleistet, daß die Emulsion in

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dem Tank 73 eine beruhigte Oberfläche aufweist, womit die Möglichkeit der Bildung von neuen Luftblasen ausgeschaltet wird.

Der Rührwerkspropeller 74 in dem Tank 73 läuft so langsam um, daß er nur die Trennung der öligen Komponente der Emulsion von der wässrigen Komponente verhütet und die gleichmäßige Konzentration der Emulsion damit aufrechterhält. Der Niveauregler 76 ist elektrisch mit dem Regelventil verbunden, das er in dem Sinne beeinflußt, daß die Niveauhöhe der Emulsion in dem Tank 73 konstant gehalten wird.

Die Vorrichtung 41 zur Bestimmung der Emulsionskonzentration, die an dem Meßrohr 76 sitzt, schickt Ultraschallwellen durch die das Rohr 66 durchströmende Emulsion hindurch und bestimmt damit die Konzentration der Emulsion aus der Geschwindigkeit der sich durch die Emulsion ausbreitenden Ultraschallwellen, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 schon erläutert worden ist.

In der Nähe des unteren Endes des Meßrohres 66 oder strömungsaufwärts davon ist eine Wirbelstromerzeugungsvorrichtung 77 vorgesehen, die zwei Düsen 78 aufweist, welche den Mantel des Meßrohres 66 achssymmetrisch durchdringen. Die beiden Düsen 78 sind über zwei Zweigleitungen 79, in denen Ventile 80 liegen, an das Saugrohr 64c angeschlossen. Wie aus Fig. 10 zu ersehen, durchdringen die Düsen 78 den Mantel des Meßrohres 66 in einer bezüglich der Achse des Meßrohres 66 nach oben geneigten Lage, wobei ihre offenen Enden schräg nach oben gerichtet sind. Die sich gegenüberliegenden offenen Enden des Düsenpaares 78 sind, wie aus Fig. 11 zu entnehmen, in der Nähe der Tangente der inneren Umfangswand des Meßrohres 66 so angeordnet, daß sie die Emulsion längs dieser Umfangswand in jeweils entgegengesetzter Richtung wie durch Pfeile angegeben, ejizieren. Die beiden von dem Saugrohr 64c abgezweigten Emulsionsströme werden durch die Zweigleitungen

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geleitet und aus den offenen Enden der Düsen 78 in das Meßrohr eingespritzt. Diese Zweigströme werden mit dem am unteren Ende unmittelbar in das Meßrohr 66 eingeleiteten Hauptemulsionsstrom vermischt, wobei sich eine Wirbelströmung einstellt, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist, die eine Entmischung der öligen Komponente von der wässrigen Komponente und ein Festsitzen der öligen Komponente an der Innenwand des Meßrohres 66 verhütet bzw. an der Innenwand des Meßrohres bereits abgelagerte ölige Komponenten wieder abkratzt, womit eine gleichmäßige Konzentration der Emulsion erzielt wird. Die Anordnung der Wirbelstromerzeugungsvorrichtung 77 strömungsaufwärts des Meßrohres unmittelbar vor der Stelle, an der die Emulsionskonzentration bestimmt wird, gewährleistet, daß die Vorrichtung 41 die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen oder die Emulsionskonzentration genau mißt.

In Fig. 14 sind in Abhängigkeit der Zeit die Ergebnisse der Messung von Unterschieden der Emulsionskonzentration dargestellt, welche sich zwischen dem Fall, in dem die Wirbelstromerzeugungsvorrichtung 77 an das Meßrohr 66 angeschlossen war und dem Fall ergaben, in dem die Messung nach dem bekannten Verfahren durchgeführt wurde. Dieser Versuch wurde angestellt, um herauszufinden, wie die Emulsionskonzentration bei dem Walzbetrieb zeitabhängig langsam abnimmt, wenn kein Wasser oder öl ergänzt wird. Da die Emulsionszentration sich lediglich mit der Zeit änderte, wurde angenommen, daß die Konzentration sehr langsam abfallen würde. Wie jedoch aus Fig. 14 zu ersehen, ergab das bekannte Verfahren bemerkenswert große Abweichungen bei der Messung, was bedeutet, daß das Verfahren sehr unstabil war, während die erfindungsgemäße Meßeinrichtung richtig die für langsamen, zeitabhängigen Aänderungen der Emulsionskonzentration angab.

Wenn auch in den Fig. 10, 11 lediglich ein Düsenpaar 78 angedeutet ist, so ist die Zahl der Düsen im Rahmen der Erfindung doch nicht auf zwei beschränkt.

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Die Fig. 12, 13 zeigen eine andere Ausführungsform einer Wirbelstromerzeugungsvorrichtung 77. Bei dieser Ausführungsform sind die erwähnten Düsen 78 durch eine Anzahl schräger Prallplatten 81 ersetzt. Die vier Prallplatten 81, die in Fig. 13 dargestellt sind, sind rechtwinklig zu der Innenwand des Meßrohres 66 um einen vorbestimmten Winkel gegenüber der Achse des Meßrohres 66 geneigt angeordnet. Die Prallplatten 81 sind geringfügig strömungsaufwärts der Stelle vorgesehen, an der die Vorrichtung 41 die Bestimmung der Emulsionskonzentration durchführt. Eine vom bodenseitigen Ende des Meßrohres 66 nach oben steigende Emulsion gelangt somit in einen Wirbelstrom zwischen den schrägliegenden Prallplatten 81 hindurch zu der Meßstelle, wodurch ein Festhaften einer etwa abgetrennten öligen Komponente der Emulsion an der Innenwand des Meßrohres 66 verhütet und demgemäß eine sehr genaue stabile Messung der Emulsionskonzentration gewährleistet werden.

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Claims

1. Meßeinrichtung zur Messung der Konzentration einer Emulsion mit einer mehrteiligen Vorrichtung zur Feststellung der Emulsionkonzentration, die ein der Emulsionskonzentration entsprechendes Ausgangssignal abgibt sowie mit einem dieser Vorrichtung zugeordneten, von der Emulsion durchströmten Meßglied, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (41) zur Feststellung der Emulsionskonzentration einen Ultraschallwellen in die das Meßglied (1) durchströmende Emulsion aussendenden Ultraschallwellensender (4) und einen Ultraschallwellen aus der Emulsion empfangenden Ultraschallwellenempfänger (5) sowie eine Einrichtung (8) zur Erzeugung eines für die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen in der Emulsion kennzeichnenden elektrischen Signales in Abhängigkeit von einem von dem Ultraschallwellenempfänger (5) abgegebenen elektrischen Signales aufweist und eine die Temperatur der das Meßglied

(I) durchströmenden Emulsion feststellende Einrichtung

(II) vorhanden ist, die ein dieser Temperatur entsprechendes elektrisches Signal abgibt, das gemeinsam mit dem von der Ausbreitxingsgeschwindigkeit-Signalerzeugungseinrichtung (8) abgegebenen Signal einer Temperaturkompensationseinrichtung (10) zugeführt wird, die das der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen entsprechende Signal korrigiert und ein davon abgeleitetes, der tatsächlichen Emulsionskonzentration entsprechendes Signal abgibt.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwellensender (4) und der Ultraschallwellenempfänger (5) in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand an dem Meßglied (1) sitzen.

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3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (41) zur Feststellung der Emulsionskonzentration einen den Ultraschallwellensender (4) und den Ultraschallwellenempfänger (5) im vorbestimmten gegenseitigen Abstand in einer das Meßglied (1) durchströmenden Emulsion haltenden Träger (14) aufweist und ein die von dem Ultraschallwellensender (4) zu dem Ultraschallwellenempfänger (5) ausgesandten Ultraschallwellen reflektierender Reflektor (14a) vorhanden ist, durch den die Länge des von dem Ultraschallv/ellensender (4) zu dem Ultraschallwellenempfänger (5) von den Ultraschallwellen durchlaufenen Weges auf einen festen Wert eingestellt ist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (14) ein rechteckiger Rahmen mit zumindest zwei Seitenwänden ist und der Ultraschallwellenempfänger (4) und der Ultraschallwellensender (5) an einer dieser Seitenwände in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand befestigt sind und daß der Reflektor eine im wesentlichen in der Mitte der anderen Seitenwand einstückig ausgebildete Reflektorplatte (14a) ist.

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