DE3612659C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Viskosität eines Mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Viskosität eines Mediums, wobei eine in einer Meßzone für das Medium angeordnete Meßplatte verwendet ist, die als ein Meßwertaufnehmer zwischen zwei Endstellungen verschwenkbar ist.

Beim Messen der Viskosität von thixotropen Medien, wie beispielsweise Beschichtungsmassen, Zuckerlösungen, Koh­ leschlämmen, Leim und Farblösungen sowie anderen vergleich­ baren Medien einer entsprechenden Viskosität, ergeben sich dadurch die häufigsten Meßfehler, daß am Ort des maßgebli­ chen Meßwertaufnehmers relative Bewegungskomponenten einer derart großen Schnelligkeit erzeugt werden, daß das zu mes­ sende Medium in der unmittelbaren Nähe des Meßwertaufnehmers eine Veränderung seiner Viskosität erfährt und damit durch den Meßwertaufnehmer mit geeigneten Korrekturgrößen zu kor­ rigierende Meßwerte aufgenommen werden.

Mit der durch die Patentansprüchen 1 bzw. 6 gekennzeichneten Erfindung wird deshalb die Aufgabe einer präziseren Meßwerterfassung für die Vis­ kosität insbesondere solcher thixotropischer Medien ge­ löst.

Aus der US-PS 3 734 119 ist eine Meßvorrichtung zum Messen der Viskosität eines Fluids mittels eines elektromagnetisch zwischen zwei Endstellungen verschwenkbaren, in das Fluid ständig eingetauchten Paddels bekannt, bei welcher die Frequenz des Paddels als Maß für die Viskosität des Fluids digital oder analog ausgewertet wird. Das freie Ende des Paddels ist dabei mit einem Steuermagneten bestückt und innerhalb eines mit dem Gehäuse der Meßvorrichtung ausgebildeten Meßspaltes angeordnet, der die beiden Endstellungen mit zwei Steuerspulen ergibt, die in den Steuerkreis des elektromagnetischen Antriebssystems des Paddels eingeschaltet sind. Das elektromagnetische Antriebs­ system ist mit einer Erregerspule ausgebildet, deren Pole bezüglich eines Antriebsmagneten wirksam sind, welcher an dem Paddel nahe seines endseitigen Schwenklagers angeordnet ist.

Aus der US-PS 3 474 663 ist eine vergleichbare Vorrichtung zum Messen der Viskosität eines Fluids bekannt, die sich lediglich in der Anordnung der Steuer- und Antriebsmagneten des elektro­ magnetischen Antriebssystems in Bezug auf das dabei auch zwischen den Enden vorgesehene Schwenklager eines vergleich­ baren Paddels unterscheidet.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfol­ gend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht der Meßvorrichtung, wobei eine die Meßplatte betreffende Einzelheit auch vergrößert dargestellt ist,

Fig. 2 und 3 Schemadarstellungen einer bei der Meßvorrichtung gemäß Fig. 1 ver­ wendeten Zeitmeßeinrichtung und

Fig. 4 eine Draufsicht der Meßvorrichtung gemäß Fig. 1.

Die in der Zeichnung gezeigte Meßvorrichtung umfaßt ein eine Meßzone bildendes Meßrohr 1, in welches eine Meßplatte 2 vorsteht. Die Meßplatte 2 weist eine zwischen zwei Endstel­ lungen A und B Verschwenkbare Anordnung bezüglich eines Schwenk­ lagers 5 auf, das in einer durch einen O-Dichtungsring 21 statisch abgedichteten Durchtrittsöffnung eines Gehäuses 13 der Meßvorrichtung angeordnet ist. An dem Gehäuse 13 ist das Meßrohr 1 starr befestigt sowie weiterhin zwei Seiten­ wände 3 und 4, die an ihren dem freien Ende 6 der Meßplatte 2 nahen Enden durch ein Querstück 7 miteinander verbunden sind. Durch die Seitenwände 3 und 4 werden zwei bezüglich der Meßplatte 2 wirksame Druckräume erhalten, welche dem Verdrän­ gen und Ansaugen des in seiner Viskosität zu messenden Medi­ ums in Abhängigkeit von der Schwenkrichtung der Meßplatte dienen.

Die Meßplatte 2 ist an ihrem in das Gehäuse 13 reichenden Ende mit einem Antriebspleuel 8 verbunden, an dessen an­ triebsseitig freiem Ende 10 die Erregerspule 20 eines elek­ tromagnetischen Antriebssystems 9 angeordnet ist. Die Erre­ gerspule 20 arbeitet mit einem fest angeordneten Magnetkern 14 derart, daß die Meßplatte 2 zwischen den Endstellungen A und B um ihr Schwenklager 5 verschwenkt wird. Bei diesem Verschwenken der Meßplatte 2 beispielsweise in Richtung der Endstellung A wird dann das in dem Meßrohr 1 befindliche Medium aus dem bezüglich der Seitenwand 3 wirksamen Druckraum verdrängt, während gleich­ zeitig neues Medium in den bezüglich der anderen Seitenwand 4 wirksamen Druckraum angesaugt wird. Aus diesen in den bei­ den Druckräumen unterschiedlichen Zuständen ergibt sich folglich eine Scherkraft, deren Größe von der Viskosität des Mediums abhängig ist. Um diese Scherkraft für eine entsprechende Meßgenauigkeit der Viskosität mög­ lichst genau zu erfassen, ist das elektromagnetische An­ triebssystem 9 für die Übertragung einer konstanten An­ triebskraft an die Meßplatte 2 ausgebildet. Außerdem wird die Meßplatte zwischen den beiden Endstellungen A und B nur intermittierend mit einer Frequenz zwischen 1 ,0 und 0,2 Hz verschwenkt, um jede Sekunde bzw. alle fünf Sekun­ den jeweils nur eine Verschwenkung der Meßplatte 2 resp. ihres freien Endes 6 zwischen den beiden Endstellungen A und B zu erhalten.

Diese einmalige Verschwenkung der Meßplatte 2 während jeder Sekunde bzw. in Zeitabständen von fünf Sekunden wird mittels einer Zeitmeßeinrichtung gemessen, die mit einer im Schwenkweg eines Richtstrahlunterbrechers 11 an­ geordneten Lesegabel 12 gebildet ist. Der Richtstrahlunter­ brecher 11 ist am freien Ende 10 des Antriebspleuels 8 befestigt und für eine Durchquerung des Luftspalts 15 der Lesegabel 12 vorgesehen, an welcher zu beiden Seiten des Luftspalts 15 eine Infrarot-LED-Diode 16 und eine De­ tektor-Diode 17 angeordnet sind. Diese mit dem Richtstrahl­ unterbrecher 11, der Lesegabel 12 und den beiden Dioden 16 und 17 gebildete Zeitmeßeinrichtung kann beispielsweise der­ art mit einer elektronischen Auswerteschaltung verbunden sein, daß für die während fünf aufeinanderfolgender Schwenk­ bewegungen der Meßplatte 2 ermittelten Meßzeiten eine Mittel­ wert gebildet wird, der dann für jede neue Verschwenkung der Meßplatte durch eine Addition der neuen Meßzeit und eine gleichzeitige Subtraktion der Meßzeit für die allererste Verschwenkung fortgebildet wird. Zur Begrenzung der Schwenk­ bewegung der Meßplatte 2 zwischen ihren beiden Endstellungen A und B sind noch zwei Begrenzungsanschläge 18 und 19 vorgesehen, die an der Verbindungsstelle des Antriebspleuels 8 mit der Meßplatte 2 angeordnet sind.

Die Zeitmessung ergibt noch die mit einer entsprechenden Ausbildung des Richtstrahlunterbrechers 11 erhaltene Besonderheit, daß nur eine Teilstrecke etwa 60% des gesamten Schwenkweges der Meßplatte ausgewertet wird. Diese Teilstrecke betrifft den zwischen den beiden Endstellungen A und B befindlichen Bewegungsbereich der Meßplatte 2. Durch diese Beschränkung des Meßbereichs für die Zeitmessung wird ein bei der Annäherung an die beiden Endstellungen A und B verstärkt auftretendes eigenelastisches Verhalten des freien Endes 6 der Meßplatte 2 korrigiert. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn das freie Ende der Meßplatte 2 beispielsweise etwa 100 mm von dem Schwenklager 5 beabstandet ist und die Meßplatte eine Breite von etwa 65 mm aufweist, um einen Meßwertaufnehmer zu erhalten, der eine korrekte Meßgröße für die Viskosität des Mediums lie­ fert, das durch das Meßrohr 1 der Meßvorrichtung hindurch­ geführt wird. Dabei kann die Zeitmeßeinrichtung derart aus­ gebildet sein, daß sie Ausgangssignale zwischen 0 und 20 mA oder zwischen 4 und 20 mA liefert, wobei diese Ausgangs­ signale dann von der Viskosität des mit der Meßvorrichtung gemessenen Mediums abhängig sind.

Claims (10)

1. Verfahren zum Messen der Viskosität eines Mediums mittels einer Meßplatte, die in einer für das Medium vorgesehenen Meßzone zwischen zwei Endstellungen verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßplatte (2) zwischen den zwei Endstellungen (A, B) intermittierend durch Kräfte verschwenkt wird, die mit einer konstanten Größe elektromagnetisch erzeugt werden, wobei die beiden Endstellungen in bezug auf zwei für die Meßzone vorgesehene Seitenwän­ de (3, 4) eingehalten werden, deren Hauptebene sich vor­ zugsweise parallel zu und in der gleichen Richtung wie die Hauptebene der Meßplatte (2) erstreckt, um für das zu messende Medium zwei im Schwenkweg der Meßplatte (2) befindliche Druckräume bereit zu stellen, unter deren Vermittlung eine zu der Viskosität des Mediums proportionale Scherkraft erzeugt wird, sobald das Medium aus wenigstens einem der beiden Druckräume verdrängt und gleichzeitig neu­ es Medium in den anderen Druckraum angesaugt wird, und wo­ bei eine Zeitmessung für die Bewegung des freien Endes (6) der Meßplatte (2) zwischen den beiden Endstellungen (A-B; B-A) zur Ermittlung einer zu der Schwerkraft proportionalen Zeit durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmessung nur während eines etwa 60% betreffenden Teils der gesamten Schwenkbewegung der Meßplatte (2) durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmessung nur während eines zwischen den beiden Endstellungen (A,B) befindlichen Bewegungsbereichs der Meßplatte (2) durchge­ führt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßplatte (2) intermittierend mit einer Frequenz zwischen 1 ,0 und 0,2 Hz verschwenkt wird, wobei die Verschwenkung bezüg­ lich eines Schwenklagers (5) vorgenommen wird, das sich zwischen dem freien Ende (6) der Meßplatte (2) und dem antriebsseitig freien Ende (10) eines durch das elektro­ magnetische System (9) beweglichen Antriebspleuels (8) befindet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßplatte (2) in einer zu ihrer Hauptebene rechtwinkligen Ebene ver­ schwenkt wird.

6. Vorrichtung zum Messen der Viskosität eines Mediums mittels des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Meß­ platte, die in einer für das Medium vorgesehenen Meßzone verschwenkbar angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein elektromagnetisches System (9), das für ein durch ein Antriebspleuel (8) vermitteltes Verschwenken der Meßplatte (2) intermittierend mit einer Frequenz zwischen 1,0 und 0,2 Hz und mit einer konstanten Antriebs­ kraft während jeder Verschwenkung zwischen den beiden End­ stellungen (A,B) eingerichtet ist, die bezüglich zwei­ er Seitenwände (3,4) der Meßzone vorgegeben sind, deren Hauptebene sich parallel und in der glei­ chen Richtung wie die Hauptebene der Meßplatte erstreckt, und eine Zeitmeßeinrichtung, die für eine Messung der Zeit vorgesehen ist, welche von der Meßplatte (2) für eine Teilstrecke ihres Schwenkweges (A-B; B-A) benötigt wird, um mit der ermittelten Meßzeit eine zu der Viskosi­ tät des Mediums proportionale Scherkraft zu ermitteln, die beim Verdrängen des Mediums aus der Meßzone oder seinem Ansaugen in die Meßzone auftritt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro­ magnetische System (9) mit einem an einem Gehäuse (13) der Meß­ vorrichtung befestigten Magnetanker (14) und einer an dem Antriebspleuel (8) befestigen Erreger­ spule (20) gebildet ist, wobei das Antriebspleuel (8) mit der ein mit­ telseitiges Schwenklager (5) aufweisenden Meßplatte (2) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeß­ einrichtung mit einer im Schwenkweg eines Richtstrahl­ unterbrechers (11) der Meßplatte (2) ortsfest angeordne­ ten Lesegabel (12) gebildet ist, an welcher zu beiden Seiten ihres Luftspaltes (15) eine den Richtstrahl lie­ fernde Infrarot-LED-Diode (16) und eine den Richtstrahl empfangende Detektor-Diode (17) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenwände (3,4) mit dem Gehäuse (13) der Meßvorrichtung starr verbunden sind und an ihren dem freien Ende (6) der Meßplatte (2) nahen Enden eine innerhalb eines Meßrohres (1) befindliche Verbindung durch ein Querstück (7) auf­ weisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenk­ lager (5) der Meßplatte (2) in einer mittels eines O- Dichtungsringes statisch abgedichteten Durchtrittsöff­ nung des Gehäuses (13) angeordnet ist.