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Vorrichtung zur kontinuierlichen Viskositätsmessung Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Viskositätsmessung durch Messung der
Drehmomentabgabe eines in der zu messenden Flüssigkeit befindlichen und von einem
Asynchronmotor angetriebenen Rührkörpers.
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Zur Messung und Kontrolle des Vikositätsverlaufs von Flüssigkeiten,
insbesondere in Rührwerksbehältern, sind eine Reihe verschiedener Meßprinzipien
bekannt.
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Eine Meßmethode besteht in der Ermittlung der Dämpfung von im zu messenden
Medium befindlichen schwingenden Elementen.
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Eine weitere Methode besteht in der Ermittlung der Drehzahl eines
Rührers oder einer der Drehzahl entsprechenden Kenngröße.
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Man hat auch die Stromaufnahme des Antriebsmotors des Rührers bestimmt
und hieraus Rückschlüsse auf die Viskosität des zu messenden Mediums gezogen.
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Aus der DT-PS 950 507 ist es bekannt, zur Bestimmung der Viskosität
die Änderung des Widerstandes eines Gleichstrommotors zu messen Das Viskosimeter
ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des Drehkörpers ein Gleichstrommotor
mit Permanentmagnet, eisenfreiem Anker und Edelsteinlagern, der eine lineare Kennlinie
und einen sicheren Nullpunkt hat, in einer an sich bekannten Brückenschaltung, die
durch eine stabilisierte Gleichspannung gespeist wird, vorgesehen ist.
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Gegenstand der DT-PS 907 834 ist ein elektrisches Viskosimeter, bei
welchem der Widerstand gegen die Bewegung, z.B.
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die Drehung, eines Körpers in der Untersuchungsflüssigkeit auf elektrischem
Wege gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßstrom, durch welchen die
Zähigkeit gemessen wird, ein Kompensationsstrom zugeführt wird, welcher eine Funktion
der Abweichung der von dem Meßstrorn gemessenen Zähigkeit von der Zähigkeit der
Flüssigkeit bei einer Normaltemperatur ist, um dadurch die Messung bei von der Normaltemperatur
abweichender Temperatur der Flüssigkeit zu kompensieren.
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Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Messen der Viskosität
haben den Nachteil, daß sie den zur exakten Bestimmung der Viskosität zu berücksichtigenden
Parametern nicht genügend Rechnung tragen und einzelne Parameter gänzlich vernachlässigen.
Sie haben ferner den Nachteil, daß sie nicht weitgehend universell verwendbar sind.
Gefordert
ist eine Vorrichtung, welche es gestattet, die Viskosität
von Flüssigkeiten möglichst unabhängig von der Art und Größe des die Flüssigkeit
aufnehmenden Behälters zu messen.
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Es ist ferner von besonderer Wichtigkeit, die Messung an Vorrichtungen
durchzuführen, die zum Rühren derartiger Flüssigkeiten in Behältern üblicherweise
verwendet werden, so daß besondere Einrichtungen an den bzw. in den Apparaturen
nicht benötigt werden.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
kontinuierlichen Messung der Viskosität zu finden, welches den zur Ermittlung der
Drehmomentabgabe eines Rührkörpers entsprechenden Parametern Rechnung trägt und
wobei es möglich ist, diese Messungen ohne konstruktive Änderung des Rührwerksbehälters
bzw. des Rührwerksantriebes vorzunehmen.
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Dabei liegt dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere die Aufgabe
zugrunde, diese Drehmomentmessung aus einer korrigierten und systemgerecht modifizierten
Wirkleistungsmessung auf der Primärseite des Antriebsmotors vorzunehmen.
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Hierbei ist neben der aufgenommenen Leistung die Drehzahl und der
Wirkungsgrad der Rührvorrichtung zu berücksichtigen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß a) primärseitig
die Stromstärke i und die Spannung u in an sich bekannter Weise gemessen werden
und mit einem
Analogintegrator die aufgenommene Leistung p entsprechend
der Gleichung
ermittelt und in ein der Leistung p entsprechendes elektrisches Signal umgeformt
wird, von dem ein der Leerlauf leistung entsprechendes Signal subtrahiert wird,
b) ein der Motordrehzahl n entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird, wobei
das der Leerlaufdrehzahl entsprechende Signal ganz oder teilweise unterdrückt wird,
sodann c) in einem Analogdividierer ein dem Quotienten aus Leistung und Drehzahl
entsprechendes Drehmomentsignal erzeugt wird, d) ein dem Wirkungsgrad entsprechendes
Fremdsignal dem erhaltenen Drehmomentsignal überlagert wird und dann e) das resultierende
Signal, gegebenenfalls nach Verstärkung und Glättung, einem,gegebenenfalls registrierenden,Meßgerät
oder einer Regelvorrichtung zugeführt wird.
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In den Analogintegrator werden die gemessenen Spannungen und die Stromstärke
eingegeben. Es ist dem Fachmann dabei klar, daß diese Größen gegebenenfalls durch
Strom- und /oder Spannungswandler den Eingangsbereichen des Analogintegrators anzupassen
sind. Der Analogint'egrator liefert dabei ein Signal, das in dieser Form noch nicht
zu verwerten ist, da
es die bei Leerlauf aufgenommene Leistung als
Fehlergröße mitbeinhaltet. Diese Leerlaufleistung muß zunächst bestimmt werden.
Ein der Leerlaufleistung entsprechendes Signal ist deshalb von dem der Leistung
entsprechenden Signal des Analogintegrators zu subtrahieren.
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Das Drehmoment eines Motors ist gleich der abgegebenen Leistung dividiert
durch die Drehzahl. Die Drehzahl des Rührwerksantriebes kann in beliebiger Weise
gemessen werden, z.B. mit Hilfe eines Tachodynamos in eine elektrische Kenngröße
überführt werden. Bei der Viskositätsmessung ist die zu erwartende Drehzahl geringer
als die Leerlaufdrehzahl.
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Die Leerlaufdrehzahl ist deshalb zu berücksichtigen, indem das der
Leerlaufdrehzahl entsprechende elektrische Signal ganz oder teilweise unterdrückt
wird.
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Es stehen nunmehr zwei Signale zur Verfügung, wobei das eine Signal
der aufgenommenen Leistung p, das zweite Signal der Drehzahl n entspricht. Beide
Signale werden nun einem Analogdividierer zugeführt. Auch hier sind die Signale
der Eingangsempfindlichkeit des Analogdividierers anzupassen.
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In dem Analogdividierer wird nun der Quotient aus aufgenommener Leistung
und Drehzahl in kompensierter und gegebenenfalls angepaßter Form ermittelt.
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Wird aus der aufgenommenen elektrischen Wirkleistung die abgegebene
Leistung ermittelt, ist der Wirkungsgrad zu berücksichtigen,
der
wiederum von Drehzahl und Leistung abhängig ist. Der Wirkungsgrad des Rührwerksantriebes
ist bekannt bzw. kann in an sich bekannter Weise ermittelt werden.
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Ein dem Wirkungsgrad entsprechendes extern erzeugtes elektrisches
Signal wird nun dem im Analogdividierer erhaltenen Drehmomentsignal überlagert.
Das nunmehr erhaltene Signal ist der Viskosität der Flüssigkeit analog.
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Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist es von Vorteil, daß dem Drehmomentsignal
ein Signal überlagert wird, das die Temperaturabhängigkeit der Viskosität im zu
messenden Medium berücksichtigt. Es kann außerdem von Vorteil sein, dem Drehmomentsignal
ein elektrisches Signal zu überlagern, das den Einfluß der Füllhöhe im Rührbehälter
berücksichtigt.
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Dieses Signal kann nun in verschiedener Weise weiterverarbeitet werden.
Das Signal kann einem Meßgerät zugeführt werden, das die Viskosität anzeigt und
gegebenenfalls registriert. Das Signal kann gegebenenfalls zusätzlich einer Regel-
und Steuervorrichtung zugeführt werden. Diese Regel-und Steuervorrichtung kann beispielsweise
die Zudosierung von Lösungsmitteln zur Herabsetzung der Viskosität, eine Erhöhung
oder Erniedrigung der Temperatur der Lösung, die Zugabe von weiteren Produkten und
dergleichen, ermöglichen.
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Auch hier ist es dem Fachmann selbstverständlich, daß das Signal dem
Eingangsbereich des das Signal empfangenden Meß-oder Steuergerätes anzupassen ist.
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Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, das erhaltene Endsignal
zu glätten, um eine auswertbare Anzeige bzw.
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Weiterverarbeitung des Signales zu ermöglichen.
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In der beigefügten Abbildung ist ein Prinzipschaltbild der Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dabei ist mit (1) ein
Rührwerksmotor bezeichnet, der als dreiphasiger Asynchronmotor ausgebildet ist.
Diesem Motor wird über die Leitungen L1, L2 und L3 Strom zugeführt. Mit (2) ist
der Analogintegrator bezeichnet, der über die Leitungen (3), (4) und (5) mit den
Stromzuführungen L1, L2 und L3 verbunden ist, und dem ein der aufgenommenen Stromstärke
entsprechender Strom mit Hilfe des Stromwandlers (6) zugeführt wird. Der Analogintegrator
(2) gibt ein Signal (7) ab, welches in dem Kompensationsglied (8) die Leerlaufleistung
berücksichtigt und gegebenenfalls an den nachgeschalteten Analogdividierer (9) anpaßt.
Mit (10) ist ein Tachodynamo bezeichnet, welcher ein der Drehzahl des Rührwerksantriebes
entsprechendes elektrisches Signal an das Kompensationsglied (11) weitergibt, in
welchem die Leerlaufkompensation und gegebenenfalls die Anpassung des Signals an
den Analogdividierer (9) vorgenommen wird. Der Analogdividierer (9) liefert ein
Signal, welchem in dem Korrekturglied (12) einem Wirkungsgrad entsprechendes Fremdsignal
überlagert wird. Das Signal kann weiterhin entsprechend der Abhängigkeit der Viskosität
von
der Temperatur korrigiert werden. Das so erhaltene Signal wird
im Regelfall nunmehr in dem Verstärker (13) den Meßregistrierungs- und/oder den
Steuer- und Regelvorrichtungen (15) angepaßt. Mit (14) ist das Dämpfungsglied zur
Glättung des erhaltenen Signals bezeichnet.