DE69314780T2

DE69314780T2 - Verbesserter viskosimeter für sanitäre anwendungen

Info

Publication number: DE69314780T2
Application number: DE69314780T
Authority: DE
Inventors: Paul Kalotay; Cleve Craig Brainerd Van
Original assignee: Micro Motion Inc
Current assignee: Micro Motion Inc
Priority date: 1992-03-20
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2013-03-20
Also published as: JP3068190B2; DE69314780D1; EP0631662A1; US5359881A; EP0631662B1; HK1003247A1; CA2117688A1; JPH07506183A; CA2117688C; AU3931193A; WO1993019348A3; WO1993019348A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft die Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung und eines Verfahrens zum Messen der Viskosität von Fluiden, die durch ein Strömungsrohr fließen. Die Erfindung betrifft ferner die Bereitstellung eines Viskosimeters nach dem Coriolis-Effekt. Die Erfindung betrifft des weiteren die Bereitstellung eines Viskosimeters, dessen innere Kanäle ohne weiteres gereinigt werden können, so daß es für Anwendungen geeignet ist, die strenge, hygienische Anforderungen haben.

Angabe des Problems

Viskosimeter werden gegenwärtige zum Messen der Viskosität verschiedener Arten von Fluiden verwendet, z.B. von Gelen, Schmierölen und anderen Materialien, die durch ein Rohr eine Leitung fließen können. Eine Anzahl bestehender Verfahren wird bei diesen Vorrichtungen zum Messen der Viskosität von Fluid verwendet. Einem solchen Verfahren liegt das Stoke'sche Gesetz zugrunde, wo die Bewegungsgröße einer steifen Kugel durch ein Fluid proportional zu der Viskosität des Fluids ist. Dieses Verfahren schließt die Bewegung einer heruntergefallenen oder rollenden Kugel durch das Fluid ein.
Ein anderes Verfahren schließt die Verwendung der Hagen-Poiseuille'schen Gleichung für laminare Fluide ein, d.h. Fluide mit einer niedrigen Reynold-Zahl (weniger als 2000) und Fluide mit Newton'schen Eigenschaften. Die Viskosität des fließenden Fluids, wie sie durch die Hagen-Poiseuille Gleichung bestimmt wird, ist der Druckänderung des Fluids proportional, wenn es durch ein Rohr hindurchfließt, sowie der Volumensdurchsatz des Fluids. Viskositätsmeßeinrichtungen nach dem Stand der Technik, die die Hagen-Poiseuille Gleichung verwenden, messen typischerweise den Druckunterschied, der durch die Fluidströmung an zwei bestimmten Stellen des Rohrs hervorgerufen wird, durch das das Fluid fließt. Der Volumendurchsatz des Fluids ist entweder bereits bekannt, oder wird durch einen Durchsatzmesser gemessen. Die Viskosität wird dann aus dem gemessenen Differenzdruck und dem Volumendurchsatz bestimmt, der aus dem Massendurchsatz und der gemessenen Dichte berechnet wird.
Diese Art Viskosimeter messen die Materialviskosität on-line und verlangen typischerweise entweder eine Strömungsablenkung zu einem Druckwandler oder das Hervorstehen eines Druckmeßfühlers in die Fluidströmung. Dies kann verschiedene Schwierigkeiten bewirken, einschließlich von Schwierigkeiten in bezug auf die Hygiene bei Messungen des Fluids, Schwierigkeiten bei Strömungsstörungen, die kritisch werden können, wenn versucht wird, relativ niedrige Druckabfälle mit großer Genauigkeit zu messen, von Schwierigkeiten zum Verbinden mit Ablenkrohren, was zu unkontrollierbaren Versetzungen führt, und von Schwierigkeiten bei den Kosten und der Komplexität der Instrumentierung, die für diese Viskosimeter verlangt wird.
Viele Viskosimeteranwendungen verlangen strenge, hygienische Bedingungen der Vorrichtungskanäle, durch die das Fluid fließt. Diese hygienischen Anforderungen sind häufig schwierig zu erfüllen und sind auf die Endbearbeitung der inneren Oberflächen der Viskosimeter gerichtet, auf die innere Oberflächenqualität, die Arten der verwendeten Verbindungen und die Fähigkeit, die Viskosimetervorrichtung zu reinigen. Eine zusätzliche Anforderung ist häufig, daß die Strömungsrohre der Viskosimeter fähig sein müssen, vor Ort und ohne Zerlegung gereinigt zu werden. Wenn die Fluidzusammensetzung von einem Material zu einem anderen geändert wird, muß die Strömungsrohrstruktur gereinigt werden, um das frühere Material zu entfernen, indem mit Dampf, Lösungsmitteln oder Prozeßfluiden gespült wird. Bei den Viskosimetern nach dem Stand der Technik verlangt dies häufig, daß die Viskosimetervorrichtung abgelassen und unter Druck gespült wird. Selbst dann können die Viskosimeter noch nicht die schärfsten Hygieneanforderungen erfüllen. Ein Versagen, zufriedenstellend die Viskosimetervorrichtung zu reinigen, kann Gesundheitsschäden bewirken und ganze Chargen von Materialien zu hohen Kosten der Verfahrensbedienungsperson verunreinigen.
US Patent 3,465,573 offenbart in schematischer Form die Vorrichtung für die laufende Messung der Konsistenz eines flüssigen Produkts. Die Vorrichtung umfaßt ein Paar paralleler Rohrsysteme, von denen sich ein Abschnitt durch eine schematisch dargestellte, rechteckförmige Struktur (24) erstreckt, die eine Differenzdruck-Meßeinrichtung einschließt, die ein Membranelement verwendet. Es wird auch Bezug genommen auf einen Artikel mit dem Titel "Advances in Instrumentation", Bd. 46, Nr. 2, 31. Oktober 1991, Research Triangle Park, U.S., Seiten 1029-1039, Kalotay, u.a., "On-line Measurement With Coriolis Flow Mass Flow Meters". Diese Artikel offenbart in Fig. 3 einen Differenzdruckwandler, der zwischen getrennten Abschnitten einer Leitung verbunden ist, die durch ein Massendurchsatzmesser verbunden sind. Die Differenzdruckrnessung wird bei dem Massendurchsatzmesser verwendet, die Viskosität der durch die Leitung fließenden Materialien zu bestimmen. DE-A-2622375 zeigt in Fig. 2 einen Viskositätsmesser mit einer Differenzdruck-Messeinrichtung, die mit zwei voneinander beabstandeten Abschnitten eines geraden Rohres verbunden ist, durch die Material hindurchfließt Fig. 10 dieser Druckschrift zeigt eine Differenzdruck-Meßeinrichtung, die zwischen getrennten Armen eines U-förmigen Strömungsrohrs verbunden ist. Die Darstellung beider Fig. 1 und 10 ist vollständig schematisch statt konstruktiv. FR-A-2559907 offenbart in schematischer Form ein rechteckförmiges Element, das ein Paar Druckbestimmungseinrichtungen zwischen getrennten Abschnitten einer Leitung für den Zweck einschließt, die Viskosität des durch die Leitung und die rechteckförmige Struktur hindurchfließenden Materials zu messen. WO-91/14167 offenbart in schematsicher Form eine Struktur zum Messen der Viskosität unter Verwendung des Differenzdrucks quer zu einem U-Rohr (3) mittels eines Wandlers (4) der Messung des Materials, das durch das Strömungsrohr (3) hindurchfließt.
Frühere Versuche, hygienische Viskosimeter zu schaffen, die diese genauen, hygienischen Anforderungen erfüllen, verwendeten häufig einen Druckwandler, der eine Membran hat, die das fließende Material berührt, indem sie sich über die innere Oberfläche der Strömungsrohroberfläche hinaus erstreckte, die das fließende Material enthält. Diese Membranen sind im allgemeinen unwirksam, es sei denn, sie sind im wesentlichen flach. Aufgrund des kreisförmigen Querschnitts der Strömungsrohre ändert die Verwendung flacher Membranen, die sich über die innere Oberfläche der Strömungsrohre hinaus erstrecken, die wirksame Form der inneren Querschnittsfläche der Strömungsrohre. Dies macht die Vorrichtung schwierig, ohne Zerlegung zu reinigen, und erzeugt eine Verunreinigung auf der stromabwärtigen Seite der Membran. Sie ändert auch das Geschwindigkeitsprofil des fließenden Materials. Dies beeinflußt den Fluiddruck und die Genauigkeit der Viskositätsmessung.
Zusammengefaßt sind die Viskositätsmeßvorrichtungen nach dem Stand der Technik relativ komplex und verlangen häufig zusätzliche Verrohrung und Meßfühler. Ein Problem besteht auch darin, daß viele dieser Vorrichtungen unhygienisch sind und nicht ohne weiteres gereinigt werden können. Sie verwenden auch Meßfühler, die in die inneren Kammern hervorstehen, die das fließende Material enthalten, und sind somit nicht für on-line Messungen fähig, ohne die Strömung der Fluide durch ein Strömungsrohr zu stören.

Lösung des Problems

Diese und andere Probleme werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, die ein verbessertes Viskosimeter für die on-line Viskositätsmessung eines durch ein Rohr oder eine Leitung fließenden Fluids liefert.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Viskosimeter, das die Fluidströmung in dem Strömungsrohr selbst bei relativ geringem Druck nicht stört. Die vorliegende Erfindung verlangt auch keine Abzweigung der Strömung des gemessenen Fluids.
Die vorliegende Erfindung schafft verbesserte, hygienische Bedingungen des gemessenen Fluids, da die Vorrichtung, die diese Erfindung verkörpert, ohne weiteres gereinigt werden kann. Dies wird durch die Bereitstellung eines Druckmeßfühlers ausgeführt, der nicht in die inneren Kammern hervorsteht, die das strömende Fluid enthalten. Dies verringert Turbulenzen und erhöht die Genauigkeit der Viskositätsmessungen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine relativ einfache Einrichtung, die keine komplizierte Vorrichtung oder Verrohrung des gemessen Fluids verlangt.
Die vorliegende Erfindung ist als eine Erweiterungseinrichtung verwendbar, oder kann einheitlich mit eingebauten Durchflußmessern gemacht werden.
Genauer gesagt wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität eines fließenden Materials geschaffen, wobei die genannte Vorrichtung umfaßt:
Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität eines strömenden Materials, wobei die genannte Vorrichtung umfaßt:
Eine Strömungsrohreinrichtung die einen ersten Strömungskanal zum Transportieren des von einem ersten Abschnitt einer Leitung erhaltenen Materials;
die genannte Strömungsrohreinrichtung umfaßt des weiteren einen zweiten Strömungskanal der in Reihe mit dem genannten ersten Strömungskanal zum Transportieren des genannten Material von der genannten Strömungsrohreinrichtung zu einem zweiten Abschnitt einer Leitung verbunden ist;
eine Wandeinrichtung die den genannten ersten und zweiten Strömungskanal voneinander trennt;
jeder der genannten Strömungskanäle hat über eine bestimmte axiale Länge von ihm eine im wesentlichen flache, innere Oberfläche;
Öffnungen in der genannten Trennwandeinrichtung oder in anderen Wänden der genannten Strömungsrohreinrichtung, wobei sich die genannten Öffnungen in den genannten im wesentlichen flachen, inneren Oberflächen der genannten Strömungskanäle befinden;
eine Differenzdruckerfassungseinrichtung, die wenigstens teilweise innerhalb der genannten Öffnungen zum Messen des Differenzdrucks aufgenommen ist, der durch die Materialströmung zwischen dem genannten ersten Strömungskanal und dem genannten zweiten Strömungskanal erzeugt wird;
die genannte Differenzdruckerfassungseinrichtung weist ein Paar Druckerfassungsmembranen auf, von denen jede in einer genannten Öffnung in einem entsprechenden des genannten ersten und zweiten Strömungskanals angebracht ist, wobei ihre Oberfläche im wesentlichen plan zu der genannten im wesentlichen flachen, inneren Oberfläche des Strömungskanals ist, so daß eine glatte Oberfläche für die Materialströmung in den genannten Strömungskanälen geliefert wird; und
eine Einrichtung, die auf die genannte Messung des genannten Differenzdrucks zum Bestimmen der Viskosität des genannten Materials reagiert.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Bestimmen der Viskosität eines fließenden Materials, wobei die Vorrichtung der Erfindung verwendet wird.
Bei einer möglichen bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform ist das Viskosimeter einheitlich mit einem Coriolis-Effekt-Massendurchsatzmesser. Der Durchsatzmesser schließt eine Verzweigung ein, die zwei getrennte Gußteile aufweist, von denen jedes einen darin gebildeten Strömungskanal hat. Ein Einlaßströmungskanal in einem Gußteil nimmt eine im wesentlichen abgeflachte, rechteckige Form an, wenn sich der Strömungskanal durch das Gußteil hindurch krümmt. Dies liefert eine (relativ) flache, innere Oberfläche ausreichender Abmessungen, um ein ΔP Meßfühler an einem Mittelpunktsbereich des Gußteils aufzunehmen. Das zweite Gußteil hat einen Auslaßströmungskanal ähnlich dem Einlaßströmungskanal und eine ähnlich glatte, innere Oberfläche. Zwei parallele Strömungsrohre werden an der Verzweigung angebracht und mit den Strömungskanälen der Gußteile verbunden. Eine Ansteuerspule ist an den strömungsrohren befestigt, um die Strömungsrohr zum Schwingen zu bringen. Die Meßfühlerspulen sind relativ zu den. Strömungsrohren angeordnet, um auf deren Bewegung zu reagieren, die durch die Kombination der Schwingungsanregung der Strömungsrohre und das durch die Strömungsrohre hindurchfließende Fluid bewirkt wird. Ausgangssignale der Meßfühler werden verarbeitet, um den Massendurchsatz des Fluids zu bestimmen, das durch die schwingenden Strömungsrohre hindurch geht. Der Zeitunterschied (Δt) zwischen einer Meßfühlerspule, die eine vorbestimmte Ebene kreuzt, und einer anderen Meßfühlerspule, die die gleiche vorbestimmte Ebene kreuzt, steht mit dem Fluidmassendurchsatz in Beziehung. Ein Temperaturfühler ist auch an den Strömungsrohren angebracht, um die Temperatur der Strömungsrohre zu messen.
Ein Differenzdruckwandler ist zwischen den zwei Gußteilen angeordnet, wobei die Membranen des Differenzdruckwandlers im wesentlichen plan zu den flachen, inneren Oberflächen der Strömungskanäle von jedem Gußteil angeordnet sind. Die Wandlermembranen erfassen den Differenzdruck des Fluids, der erzeugt wird, wenn es von dem Einlaßkanal des einen Gußteils durch die zwei Strömungsrohre hindurch zu dem Auslaßkanal des zweiten Flußteils fließt.
Ein Signal, das diesem erfaßten Differenzdruck entspricht, wird zu einer Prozeßsteuerung zusammen mit Signalen übertragen, die den Massendurchsatz und die Temperatur des gemessenen Materials darstellen. Die Ausgangssignale des Druckwandlers werden bei einer bevorzugten Ausführungsform durch ein Mehrpunkt-Kommunikationsnetz übertragen, das eine bidirektionale Kommunikation zwischen den Wandlern und der Prozeßsteuerung erlaubt. Die Dichte des Fluids wird aus den Informationen bestimmt, die durch den Massendurchsatzrnesser erzeugt werden. Die Informationen über den Massendurchsatz, die Dichte und den Differenzdruck werden dann verwendet, die Viskosität des Fluids gemäß einer Gleichung auf der Grundlage der Hagen-Poiseuille-Gleichung zu bestimmen.
In einer anderen möglichen, beispielhaften Ausführungsform ist eine Adapter-Viskosimeterstruktur vorgesehen, die mit bestehenden Durchflußmessern oder anderen Durchflußeinrichtungen verbunden werden kann. Der Körper der Adapter-Viskosimeterstruktur hat zwei parallele, benachbarte Strömungskanäle. Die Strömungskanäle sind so konstruiert, daß sie eine runde Querschnittsfläche an jedem Ende der Adapterstruktur und eine rechteckförmige Querschnittsfläche an dem Mittelpunkt der Adapterstruktur haben. Dieser rechteckige Abschnitt von jedem Kanal hat eine flache, innere Oberfläche, in der ein Loch gebildet ist, das sich zu der flachen, inneren Oberfläche des anderen Kanals erstreckt. Ein Differenzdruckwandler ist in dem Lochbereich zwischen den Strömungskanälen so angebracht, daß die Membranen des Elements im wesentlichen plan zu der flachen, inneren Oberfläche von jedem Strömungskanal sind. Die Membranen übertragen den Druck des Fluids, das durch jeden Kanal fließt, zu dem Differenzdruckelement. Ein Signal, das den erfaßten Differenzdruck darstellt, wird zu der Prozeßsteuerungsvorrichtung übertragen, die auch den Massendurchsatz und die Dichte des Fluids von der Durchflußmesservorrichtung erhält, mit der sie verbunden ist. Die Viskosität des fließenden Materials wird dann unter Verwendung dieser Variablen berechnet.
In einer anderen möglichen, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Viskosimeterstruktur vorgesehen, die mit der ersten Ausführungsform etwas ähnlich mit der Ausnahme ist, daß der Differenzwandler extern an einer flachen Oberfläche des Durchflußmessergußteils befestigt ist. Ein erstes Loch ist in einem flachen Abschnitt des Gußteils gebildet, das den Einlaßkanal enthält, und ein zweites Loch ist in dem Abschnitt des Gußteils gebildet, das den zweiten Kanal enthält. Jedes Loch erstreckt sich von der flachen Oberfläche zu einer inneren, flachen Oberfläche der zwei Kanäle. Die Kanäle haben eine flache, innere Oberfläche in der Nähe der Löcher. Die Löcher umfassen eine Öffnung in dem Gußteil und stellen eine innere Oberfläche von jedem strömungskanal dar. Die zwei Membranen des externen Druckwandlers sind mit einem beabstandeten Abstand voneinander so angeordnet, daß sie zu dem Abstand der Löcher auf der äußeren, flachen Oberfläche des Gußteils passen. Der Rest von jedem Kanal kann im wesentlichen kreisförmig mit der Ausnahme des Abschnitts von jedem Kanal sein, mit dem die schwingenden Strömungsrohre verbunden sind.
Der äußere Druckwandler und seine Membranen sind mit irgendwelchen geeigneten Mitteln befestigt, so daß die Membranen die Löcher überdecken und zu den inneren Oberflächen der zwei Strömungskanäle plan sind. Dies stellt sicher, daß die Membranen nicht über die flachen, inneren Oberflächen der Strömungskanäle hinaus hervorstehen. Die Membranen bilden dadurch eine durchgehende, glatte Oberfläche für das fließende Material. Der Wandler hat Ausgangsleiter, die ein Signal übertragen, das den Differenzdruck zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal des Gußteils darstellt. Dieses Signal wird zu der gleichen Prozeßsteuerungsschaltung übertragen, wie es vorhergehend für die Ausführungsform beschrieben worden ist, bei der der Druckwandler innerhalb des Strömungsrohrgußteils ist.
Die Ausführungsform, die den außen befestigen Druckwandler verwendet, ist bei vielen Installationen gegenüber der ersten Ausführungsform vorteilhaft, die einen innen befestigten Wandler verwendet. Der außen befestigte Wandler wird bevorzugt, da der Wandler im Fall einer Fehlfunktion ohne weiteres repariert oder ausgetauscht werden kann. Dies vermeidet die Notwendigkeit einer vollständigen Zerlegung des Strömungsrohrgußteils wie in dem Fall bei der Ausführungsform, bei der der Differenzdruckwandler innerhalb des Strömungsrohrgußteils ist.
Bei einer anderen möglichen, beispielhaften Ausführungsform ist eine Adapter-Viskosimeterstruktur vorgesehen, die mit bestehenden Durchflußmessern oder anderen Durchflußeinrichtungen verbunden werden kann. Der Körper der Adapter-Viskosimeterstruktur hat zwei innere, parallele Strömungskanäle, die kreisförmige Querschnittsflächen an ihren Enden und eine rechteckige Querschnittsfläche in ihrem mittleren Abschnitt haben. Dieser mittlere Abschnitt von jedem Kanal hat ein in dem Körper gebildetes Loch. Das Loch umfaßt die innere Oberfläche von jedem Strömungskanal. Ein Differenzdruckwandler ist über die zwei Löcher angebracht, wobei der Wandler zwei Membranen hat, die mit einer Strecke beabstandet sind, die dem Abstand zwischen den zwei Löchern entspricht. Die Druckerfassungsrnembranen des angebrachten Wandlers überdecken die Löcher und sind zu der flachen, inneren Oberfläche von jedem Strömungskanal plan. Die Membranen stehen nicht über die flache, innere Oberfläche hervor und stören deshalb die Strömung des gemessenen Fluids nicht. Die Membranen übertragen den Druck des Fluids, das durch jeden Kanal fließt, zu dem Differenzdruckelement. Ein Signal, das diesen erfaßten Differenzdruck darstellt, wird zu der vorhergehend beschriebenen Prozeßsteuerungsvorrichtung übertragen, die auch den Massendurchsatz, die Dichte und andere verlangte Informationen erhält, so daß die Viskosität des fließenden Materials unter Verwendung dieser Variablen berechnet werden kann.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der ins einzelne gehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform offensichtlich, die in Verbindung mit den Zeichnungen genommen wird.

Kurze Beschreibung der zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer möglichen, bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die einheitlich mit einem Durchflußmesser kombiniert ist;
Fig. 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Durchsatzmessers der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Gußteils der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine Einzelansicht der inneren Befestigung des Differenzdruckelements der Ausführungsform der Fig.
Fig. 5 ist eine Einzelansicht des Trägers des Differenzdruckelements 70 der Fig. 4;
Fig. 6 ist ein Schaltungsschema des Differenzdruckelements der Fig. 4;
Fig. 7 ist ein Schema einer möglichen, bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 ist ein Schema einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist ein Schema einer anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11 ist eine Draufsicht auf das Element der Fig. 10;
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht der alternativen Ausführungsform, die entlang der Linie 12-12 der Fig. 10 genommen ist;
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 13-13 der Fig. 11 genommen ist;
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht die entlang der Linie 14-14 der Fig. 11 genommen ist;
Fig. 15 ist eine perspektivisch Ansicht einer anderen alternativen, strukturellen Ausführungsforrn der Erfindung;
Fig. 16 ist eine Ansicht der Ausführungsform der Fig. 15, wobei der Differenzdruckwandler entfernt ist;
Fig. 17 ist eine Unteransicht des Differenzdruckwandlers der Fig. 15;
Fig. 18 ist eine Ansicht einer anderen möglichen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 19 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 19-19 der Fig. 18 genommen ist;
Fig. 20 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Abschnitts der Strömungskanäle 40 und 50 des Gußteils 1530 der Fig. 16;
Fig. 21 ist eine Draufsicht auf einen Block 1801 der Fig. 18, wobei der Differenzdruckwandler 1504 entfernt ist; und
Fig. 22 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 22-22 der Fig. 21 genommen ist.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im einzelnen

Das Viskosimeter der vorliegenden Erfindung liefert eine Viskositätsmessung, ohne das Strömungsprofil des strömenden Materials zu stören. Dies ist wichtig, nicht nur weil die Ganzheit des Strömungsmaterials aufrechterhalten wird, was häufig äußerst notwendig ist, sondern auch, weil Störungen bei der Strömung andere Messungen in dem Strömungsrohr ändern und eine Kavitation und andere unerwünschte Strömungseigenschaften bewirken können.
Das strömende Material wird hier als ein Fluid bezeichnet, wobei es sich aber versteht, daß die vorliegende Erfindung Anwendung bei anderen Materialien einschließlich von Gasen, Schlämmen und Ähnlichem haben kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Viskosimeter, das innen in einem Coriolis-Effekt-Massendurchsatzmesser angebracht ist. Coriolis-Effekt-Durchflußmesser und deren Arbeitsweise sind gut bekannt und sind in den US Patenten 4,187,421; 4,491,025 und 4,853,890 geoffenbart, die alle auf den Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen sind. Im allgemeinen haben Coriolis-Effekt-Massendurchsatzmesser eine oder zwei parallele Strömungsleitungen, die mit einem Verzweigungskörper verbunden sind. Beide Strömungsleitungen werden durch einen Treiber in Schwingungen versetzt, um einen Rotationsbezugsrahmen zu erzeugen. Wenn Fluid durch die schwingenden Leitungen fließt, bewirken die sich ergebenden Coriolis-Kräfte Unterschiede zwischen der Schwingungsbewegung der zwei Strömungsrohre. Eine Möglichkeit, diese Unterschiede zu messen, ist Δt zwischen einem Punkt eines Strömungsrohrs, das eine vorbestimmte Ebene kreuzt, und einem anderen Punkt bei dem Rohr zu messen, das die gleiche Ebene kreuzt. Dieses Δt ist der Masse des Fluids proportional, das durch die Leitungen fließt.
Ein solcher Coriolis-Effekt-Massendurchsatzmesser 10 ist in Fig. 1 dargestellt, als daß er zwei freitragend befestigte Strömungsrohre 12, 14 hat, die ausgewählt und an einem Verzweigungskörper 30 so angebracht sind, daß sie im wesentlichen identische Federkonstanten und Trägheitsmomente um ihre entsprechenden Biegeachsen W-W und W'-W' haben. Eine Treiberspule und ein Magnet 16 sind an einem Mittelpunktbereich zwischen dem oberen Abschnitt 130 und 130' der Strömungsrohre 12, 14 angebracht, um die Strömungsrohre 12, 14 um die Achsen W-W und W'-W' in Schwingungen zu versetzen. Ein linker Meßfühler 18 und ein rechter Meßfühler 20 sind nahe den entsprechenden Enden des oberen Abschnitts 130, 130' der Strömungsrohre 12, 14 befestigt, um die Bewegung der Strömungsrohre 12, 14 zu erfassen. Dieses Erfassen kann entweder gemacht werden, indem die Bewegung der Enden 135, 136 der Strömungsrohre durch ihren Nulldurchgang hindurch gemessen wird, oder indem die Bewegungsgeschwindigkeit der Strömungsrohre gemessen wird. Die Strömungsrohre 12 und 14 haben linke Seitenarme 131 und 131' und rechte Seitenarme 134 und 134'. Die Seitenarme konvergieren zu einander bei den Verzweigungselementen 120 und 120'. Verstrebungselemente 140R und 140L dienen dazu, die Achsen W und W' festzulegen, um die jedes Strömungsrohr schwingt, wenn der Treiber 16 über den Weg 156 erregt wird.
Eine Temperaturerfassungseinrichtung 22 ist an dem Seitenarm 131 des Strömungsrohrs 14 angebracht, um die Temperatur des Strömungsrohrs und die angenäherte Temperatur des strömenden Fluids zu messen. Diese Temperaturinformation wird verwendet, Änderungen bei der Federkonstanten der Strömungsrohre zu bestimmen. Die Treiberspule 16, die Meßfühler 18, 20 und die Temperaturerfassungseinrichtung 22 sind mit dem Massendurchsatzübertrager 24 über die Wege 156, 157 und 158 verbunden. Der Massendurchsatzübertrager 24 kann einen Mikroprozessor einschließen, der die von den Meßfühlern 18, 20 und 22 erhaltenen Signale verarbeitet, um den Massendurchsatz des Fluids zu bestimmen, das durch den Durchflußmesser 10 hindurchfließt, sowie andere Messungen, wie Dichte und Temperatur. Der Massendurchsatzübertrager 24 wendet ein Treibersignal über den Weg 156 an, um die Spule 16 anzusteuern, um die Rohr 12 und 14 nahe ihrer natürlichen Frequenz in Schwingung zu versetzen.
Der Verzweigungskörper 30 ist aus zwei trennbaren Gußteilen 150, 150' gebildet, wie es in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Das Durchflußmessergußteil 30 ist an einer Zufuhrleitung und einer Auslaßleitung (nicht gezeigt) durch Flansche 103, 103' befestigbar. Der Verzweigungskörper 30 lenkt die Materialströmung von der Zufuhrleitung in die Strömungsrohre 12, 14 und dann zurück in die Leitung.
Wenn das Messergußteil 30, das die Flansche 103 und 103' hat, die Löcher 102 aufweisen, über das Einlaßende 104 und das Auslaßende 104' mit einem Leitungssystem (nicht gezeigt) verbunden ist, das das zu messende Prozeßrnaterial führt, tritt das Material in das Gußteil 30 durch eine Einlaßöffnung 101 in dem Flansch 103 des Einlaßendes 104 der Verzweigung 30 ein und wird durch einen Kanal 40 (Fig. 2), der einen sich nach und nach ändernden Querschnitt in dem Gußteil 150 hat, mit den Strömungsrohren 12, 14 verbunden. Das Material wird aufgeteilt und durch den Block 120 zu den linken Armen 131 und 131' des Strömungsrohrs 14 bzw. 12 gelenkt. Das Material fließt dann durch die Rohrelemente 130, 130' und durch die rechten Seitenarme 134 und 134' hindurch und wird zu einem einzigen Strom in dem Strömungsrohrbefestigungsblock 120' zusammengeführt. Das Fluid wird danach zu einem Kanal 50 in dem Auslaßgußteil 150' gelenkt und dann zu dem Auslaßverzweigungselement 110'. In dem Auslaßgußteil 150' fließt das Material durch einen Durchlaßkanal 50 hindurch, der einen sich ähnlich nach und nach ändernden Querschnitt hat, zu dem Kanal 40 des Einlaßgußteils 150. Das Auslaßende 104' ist durch den Flansch 103', der Bolzenlöcher 102' aufweist, mit dem Leitungssystem (nicht gezeigt) verbunden.
Die Gußteile 150, 150' sind im wesentlichen identisch und sind miteinander verbunden, um den Verzweigungskörpergußteil 30 zu bilden. Der Gußteil 150 (Fig. 2) schließt einen inneren Strömungskanal 40 ein, der einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt an dem Einlaß 42 hat. Die kreisförmige Querschnittsform des Strömungskanals 40 nach seinem gekrümmten Abschnitt 44 beginnt, sich abzuflachen, bis sie im wesentlichen rechteckig an ihrem mittleren Abschnittsbereich der Wand 46 ist. Der Strömungskanal 40 teilt sich dann an seinem Abschnitt 48 in zwei getrennte Strömungskanäle zur Verbindung mit den Seitenarmen 131 und 131' der Strömungsrohre 12, 14 auf. Das Abflachen der Querschnittsform des Strömungskanals 40 an dem Mittelabschnitt 46 führt zwei Funktionen aus. Erstens, das fließende Fluid ist im wesentlichen laminar an der Trennung des Strömungskanals in zwei Wege. Zweitens, die innere (rechte) Seite des Mittelabschnitts 46 ist im wesentlichen flach.
Das Gußteil 150' ist im wesentlichen identisch mit dem Gußteil 150, so daß die Seitenarmen 134 und 134' der Strömungsrohre 12, 14 zu einem einzigen Strömungskanal 50 konvergieren, der eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsform an seinem mittleren Abschnitt der Wand 52 hat. Die Form des Strömungskanals 50 beginnt an seinem gekrümmten Bereich 54 kreisförmig zu werden und nimmt eine kreisförmige Querschnittsform an seinem Auslaß 56 an.
Das Gußteil 150' schließt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, einen Hohlraum 60 ein, der nahe seinem mittleren Abschnitt 52 gebildet ist und ein Loch 62 aufweist, das sich durch seinen Mittelabschnitt 52 erstreckt. Ein Drahtkanal 64 erstreckt sich von dem oberen Abschnitt des Hohlraums 60 nach oben durch den oberen Abschnitt des äußeren des Gußteils 150' über das Element 120' hindurch. Dieser Kanal 64 nimmt Leiter 72 des Differenzdruckwandlers 70 auf, wie es im wesentlichen beschrieben worden ist.
Das Druckteil 150 (Fig. 4) schließt einen Hohlraum 61 ähnlich dem Hohlraum 60 des Gußteils 150' ein. Das Loch 68 erstreckt sich durch das Gußteil 150 in seinem Mittelpunktsabschnitt 56. Die Gußteile 150, 150' werden zusammengebaut und durch geeignete Mittel in gut bekannter Weise befestigt.
Wie es in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, ist der Differenzdruckwandler 70 in den Löchern 62, 68 der Hohlräume 60, 61 der zusammengebauten Gußteile 150, 150' angeordnet. Das Differenzdruckelement 70, das mehr im einzelnen unten erörtert ist, schließt ein Kabel 72 ein, das sich nach aufwärts durch den Drahtkanal 64 (Fig. 2 und 3) hindurch und weiter zu dem Massendurchsatzübersetzer 24 erstreckt. Rostfreie Stahlmembranen 80, 82 des Druckelements 70 sind in den Löchern 62, 68 (Fig. 4) angeordnet, daß sie im wesentlichen plan zu den flachen Oberflächen 46, 52 der Strömungskanäle 46, 52 der Strömungskanäle 40, 50 (Fig. 2) der Gußteile 150, 150' sind. Geformte Dichtungen 81, 83 liefern eine dichte Befestigung zwischen den Membranen 80, 82 und den Gußteilen 150, 150', um sicherzustellen, daß es kein Materialleck um die Membranen 80, 82 des Differenzdruckelements 70 herum und den Wänden 46, 52 der Gußteile 150, 150' gibt, und so daß es keine Vertiefungen oder Toträume gibt, Turbulenzen in diesem Bereich zu erzeugen.
Das Differenzdruckelement 70 schließt einen Raum ein, der zwischen jeder rostfreien Stahlmembran 80, 82 und den aktiven Druckabschnitten 92 (Fig. 5) des Druckelements 70 gebildet ist. Diese Räume sind mit Siliconöl oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit gefüllt, um den auf die rostfreien Stahlmembranen 80, 82 angewendeten Druck auf das Element 92 des Differenzdruckelements 70 zu übertragen. Dies hält den Fühler in großer Nähe zu dem Prozeßfluid aufrecht. Das Differenzdruckelement 70 ist bei der bevorzugten Ausführungsform ein Halbleiterdruckmeßfühler, wie das MOROLA Differenzdruckelement ZD MPX2200D M8822. Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, enthält das Differenzdruckelement 70 ein Siliciumsubstrat 90, das Widerstandsabscheidungen 92 hat, die darauf in einem Widerstandsmuster gebildet sind. Der Differenzdruck wird zwischen dem Fluid, das durch den Strömungskanal 40 des Gußteils 150 fließt, und dem Fluid erzeugt, das durch den Strömungskanal 50 des Gußteils 150' fließt. Dieser Differenzdruck bewirkt eine Biegung des Substrats 90, um eine Widerstandsänderung bei dem Differenzdruckelement 70 zu erzeugen. Verformungen des Substrats 90 aufgrund des Differenzdrucks ändern die Widerstände der Widerstandsmuster.
Die Schaltung des Differenzdruckelements 70 der Fig. 5 ist in Fig. 6 gezeigt. Diese Schaltung schließt einen Widerstand 102 und einen Widerstand 104 ein. Der Widerstand 102 ist an seinen Enden mit Leitern 72A und 72D verbunden, die eine Quelle eines Energiepotentials VE und Masse zuführen. Der Widerstand 104 ist an seinen Enden mit den Leitern 72B und 72C verbunden, die sich zu einem Paar von Ausgangsanschlüssen erstrecken, über denen eine Ausgangsspannung VΔP erscheint, die den Differenzdruck über das Druckelement 70 wiedergibt. Der Widerstand 104 ist innerhalb des elektrischen Feldes angeordnet, das durch den Widerstand 102 erzeugt wird, wenn er durch das Potential VE mit Energie versorgt wird. Die Größe des elektrischen Feldes, das in den Widerstand 104 induziert wird, ändert sich gemäß dem Differenzdruck, der auf die Membranen auf den zwei Seiten des Elements 70 ausgeübt wird. Mit anderen Worten wendet der Widerstand 104 eine Ausgangsspannung an die Leiter 72b und 72c an, die dem Differenzdruck über die zwei Seiten des Elements 70 proportional ist. Diese Differenzausgangsspannung zeigt den Differenzdruck an, der von den zwei Seiten des Drukkelements 70 gesehen wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann diese Ausgangsspannung VΔP durch die verbundenen Schaltungselemente und Vorrichtungen verwendet werden, um die Viskosität des Materials zu berechnen, das durch die zwei Rohre hindurchfließt, mit denen das Differenzdruckelement 70 zusammenarbeitet.
Das Viskosimeter 10 (Fig. 1) kann in einer Zufuhrleitung eingebaut werden, wie einer industriellen Pipeline. Die Fluidströmung von der Zufuhrleitung (nicht gezeigt) wird über den Einlaß 41 (Fig. 2) zu dem Einlaßströmungskanal 40 in dem Verzweigungsgußteil 150 geleitet. Wenn sich die Fluidströmung dem Mittelabschnitt 46 des Kanals 40 nähert, hat der Strömungskanal 40 eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsform. Die Strömung berührt in diesem Bereich die Membran 80, die im wesentlichen plan zu der flachen Oberfläche 46 des Strömungskanals 40 ist. Diese Berührung des Fluids gegen die Membran 80 wendet ein Druck auf die linke Seite des Differenzdruckelements 70 an. Die Materialströmung fährt durch das Gußteil 150 und das Element 120 fort, wenn sich der Strömungskanal 40 in zwei Rohre 12, 14 aufteilt.
Die Rückströmung von den Rohren 12 und 14 tritt in das Element 120' des Verzweigungsgußteils 150' ein. Der Kanal 50 erhält diese Rückströmung. Der Kanal 50 konvergiert und hat eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsform an seinem Mittelpunktabschnitt 52. Die Rückfluidströmung geht über die Membran 82 hinweg, die den Rückfluiddruck auf der rechten Seite des Differenzdruckelements 70 erhält. Die Fluidströmung fährt durch den Rückführkanal 50 fort, der eine kreisförmige Querschnittsform an seinem Austrittsabschnitt 54 annimmt und tritt in die Zufuhrleitung an seinem Auslaß 56 (Fig. 2) wieder ein.
Der Massendurchsatz des Fluids wird bestimmt, indem die Zeitverzögerung zwischen den Strömungsrohrbewegungen in bezug auf eine vorbestimmte Ebene gemessen wird, wenn die Strömungsrohre durch die Treiberspule 16 in Schwingung versetzt werden. Diese Messung wird durch die Meßfühler 18, 20 gemacht.
Signale von der Temperaturerfassungeinrichtung 22 und den Meßfühlern 18, 20 werden auf den Massendurchsatzübertager 24 (Fig. 1) übertragen, der die Signale verarbeitet, um den Massendurchsatz, die Dichte und die Rohrtemperatur zu bestimmen. Signale von dem Differenzdruckelement 70 werden zu dem Prozessor über den Weg 72 übertragen. Diese Signale werden von dem Massendurchsatzübertrager 24 zusammen mit dem bestimmten Massendurchsatz und der Dichte des Fluids verwendet, um die Viskosität des Fluids zu berechnen.
Das Folgende beschreibt mehrere Ausführungsformen, durch die die Ausgangsspannung VΔP des Differenzdruckelements 70 verwendet werden kann, um Viskositätsinformationen für das durch die Strömungsrohrvorrichtung fließende Material zu erzeugen, die mit der Differenzdruckerfassungseinrichtung 70 verbunden ist. Eine erste Ausführungsform ist in Fig. 7 gezeigt, die einen Massendurchsatzmesser 10, eine Differenzdruckerfassungseinrichtung 70, einen Massendurchsatzübertrager 24, einen Personalcomputer 703 und eine Digitalisierungseinrichtung 704 zusammen mit Leitern umfaßt, die die verschiedenen Elemente miteinander verbinden.
Der Massendurchsatzübertrager 24 wendet ein Treibersignal 156 auf den Massendurchsatzrnesser 10 an. Er erhält auch von dem Massendurchsatzmesser 10 das Signal 157 von dem linken Meßfühler 18, das Signal 158 von dem rechten Meßfühler 20 und das Signal 159 von der Temperaturerfassungseinrichtung 22. Aus diesen Signalen berechnet der Massendurchsatzübertrager 24 den Massendurchsatz, die Dichte und andere wichtige Informationen, die sich auf das durch die Rohre des Massendurchsatzmessers 10 fließenden Materials beziehen. Die Einzelheiten des Massendurchsatzübertragers 24 sind auf dem Gebiet gut bekannt und können irgendeine Anzahl von im Lager vorhandenen Produkten umfassen, die von Micro Motion, Inc. Boulder, Colorado hergestellt werden. Solche Produkte haben die Modellnummern RFT 9712 und RFT 9739 von Micro Motion.
Das Differenzdrucksignal VΔP wird durch das Element 70 erzeugt und über den Weg 72 an die Digitalisierungseinrichtung 704 gegeben, die das analoge Signal 72 digitalisiert und es über den Weg 712 auf den Personalcomputer 703 anwendet. Der Personalcomputer erhält auch die Massendurchsatzinformationen von dem Massendurchsatzübertrager 24 über den Weg 713 und die Dichteinformationen über den Weg 714. Aus diesen Informationen führt der Personalcomputer 703 die notwendigen Berechnungen durch, um die folgende Gleichung zu lösen, um die Viskosität des Materials zu berechnen, das in den Strörnungsrohren fließt, die mit dem Differenzdruckelement 70 verbunden sind. Diese Gleichung basiert auf der Hagen-Poiseuille-Gleichung:
µ = Viskosität des Fluids
K = eine für das einzelne Meter bestimmte Konstante
ΔP = Differenzdruck
= Dichte des Fluids
Massendurchsatz des Fluids
Diese Gleichung wird gelöst, wenn ein Benutzer am Personalcomputer den Wert für das Element K in der obigen Gleichung bestimmt und eingibt.
Fig. 8 zeigt eine zweite, mögliche, alternative Anordnung zum Berechnen der Viskositätsinformationen. Fig. 8 offenbart einen Massendurchsatzmesser 10, der in Fig. 1 gezeigt ist, zusammen mit einem Differenzdruckerfassungswandler 70, einem Massendurchsatzübertrager 24, einem Multiplexer 804, zusammen mit Leitern, die diese verschiedenen Elemente miteinander verbinden. Der Massendurchsatzübertrager 24 wendet ein Treibersignal auf den Weg 156 an und erhält von dem Massendurchsatzmesser 10 ein linkes Meßfühlersignal 157 und ein rechtes Meßfühlersignal 158. Ein Temperatursignal wird über den Weg 159 auf eine Gruppe der Eingänge des Multiplexers 804 angelegt, während das ΔP Druckdifferenzsignal 72 des Elements 70 auf den anderen Eingang des Multiplexers 804 gegeben wird. Der Betriebszustand des Multiplexer 817 wird durch die MPX Multiplexersteuerung 805 des Massendurchsatzübertragers 24 über den Weg 817 gesteuert. Der Ausgang des Multiplexers 804 wird über den Weg 818 an den Massendurchsatzübertrager 24 gegeben.
Die Betriebsposition des Multiplexer 804 wird mit einer verlangten Rate durch den Massendurchsatzübertrager 24 über den Weg 817 umgeschaltet, so daß der Ausgang 818 des Multiplexers alternativ mit dem Temperatursignal 159 zu einem Zeitpunkt und zu anderen Zeiten mit dem Differenzdrucksignal auf dem Weg 72 verbunden ist. Mit diesen zwei Signalen, die alternativ als Eingänge dem Massendurchsatzübertrager 24 zugeführt werden, führt der Weg 818 zu einer Zeit Temperaturinformationen dem Massendurchsatzübertrager 24 zu, und während der anderen Zeiten führt er Differenzdruckinformationen zu. Der Massendurchsatzübertrager 24 reagiert in herkömmlich gut bekannter Weise, wenn das Leiterpaar 818 Temperaturinformationen zuführt, um den Massendurchsatz, die Dichte und andere Informationen zu berechnen, die sich auf das innerhalb des Massendurchsatzmessers 10 fließende Material beziehen.
Zu anderen Zeiten, wenn der Massendurchsatzübertrager 24 Differenzdruckinformationen von dem Weg 818 erhält, verwendet er diese Informationen und die vorgenannte Gleichung, um Viskositätsinformationen für das in den Rohren des Massendurchsatzrnessers 10 fließende Material abzuleiten. Diese Viskosität und andere Informationen werden, wenn es erwünscht ist, über den Weg 819 auf eine geeignete Verwendungseinrichtung (nicht gezeigt) angewendet. Bei der Ausführungsform der Fig. 8 ist der Massendurchsatzübertrager 24 programmiert, die verlangte Information über die Konstante zu liefern, die die Größe K in der oben erörterten Gleichung darstellt. Der Massendurchsatzübertrager kann eine Einrichtung Modell 9739 von Micro Motion, Inc. sein.
Eine Ausführungsform, die eine noch andere mögliche Ausführungsform darstellt, ist in Fig. 9 geoffenbart. Diese Ausführungsform umfaßt einen Massendurchsatzmesser 10, einen Differenzdruckwandler 70, einen Massendurchsatzübertrager 24, eine Verwendungseinrichtung 903, einen Differenzdruckübertrager 904, eine Stromversorgung 918 und Leiter, die diese verschiedenen Elemente miteinander verbinden. Diese Ausführungsform verwendet die gut bekannte 4-20 mA (Milliampere) Analogsignalübermittlung, die mit einer Frequenzurntastungs-Signalübertragung (FSK) kombiniert ist, um Informationen zwischen gewissen dieser Elementen zu übertragen, wie es nachfolgend beschrieben ist. Dieses System verwendet, was als eine HART (über Autobahn adressierbarer Fernübertrager) Signalübertragung bekannt ist.
Die Treiberspule 16 erhält ein Treibersignal über den Weg 156 von dem Element 902. Signale von den Meßfühlern 18 und 20 und von der Temperaturerfassungseinrichtung 22 werden über die Wege 157, 158 und 159 zu dem Massendurchsatzübertrager 24 übertragen. Der Massendurchsatzübertrager 24, der eine Einrichtung Modell 9739 von Micro Motion, Inc. sein kann, schließt einen Mikroprozessor ein, der diese Signale erhält und Massendurchsatzinformationen und Dichteinformationen in bezug auf das Material in den Strömungsrohren erzeugt. Diese Informationen werden über Leiter 912 und 913 auf die Verwendungseinrichtung 903 angewendet, die eine Anzeigeeinheit umfassen kann oder ein Prozeßsteuersystem umfassen kann, das die von dem Massendurchsatzübertrager 24 erzeugten Informationen verwendet, einen industriellen Prozeß zu steuern. Diese Signale werden über ein Signalübermittlungssystem vom Typ mit der Industrienorm 4-20 mA übertragen.
Der Differenzdruckwandler 70 erzeugt ein Signal, das den Differenzdruck darstellt, und wendet es über den Weg 72 auf den Übertrager 904 an, der diese Information digitalisiert und ein Signal, das den gemessenen Differenzdruck in digitaler FSK- Form darstellt, über die Leiter 916 und 917 an. Der ΔP Übertrager 904 und der Massendurchsatzübertrager 24 verwenden beide eine 4-20 mA Analogsignalübertragung und Frequenzumtastung, um miteinander zu kommunizieren. Insbesondere überträgt der ΔP Übertrager 904 das digitalisierte ΔP Signal über die Frequenzumtastungssignalübertragung über die Wege 916 und 917 zu dem Massendurchsatzübertrager 24. Der Massendurchsatzübertrager 24 erhält diese ΔP Information und verwendet sie in der Formel
µ = Viskosität des Fluids
K = eine für das einzelne Meter bestimmte Konstante
ΔP = Differenzdruck
= Dichte des Fluids
= Massendurchsatz des Fluids (2)
um die Viskosität des Fluids zu berechnen, das in den Rohren 12 und 14 fließt. Nachdem diese Information berechnet worden ist, überträgt der Massendurchsatzübertrager 24 die erzeugte Viskositätsinformation über die Wege 914 und 916 in der Form eines 4-20 mA Signals zu der Verwendungseinrichtung 903.
Die Verwendung der 4-20 mA Signalübertragung zusammen mit der Frequenzurntastübertragung wird gemäß der gut bekannten Mehranschluß-Mulitplexnetztechnik gemacht, wobei der über eine Multiplexleitung adressierbare Fernwandler verwendet wird (das HART Protokoll, entwickelt von Rosemount Incorporated und beschrieben in Rosemount Smart Familiy Product Data Sheet 2695 mit dem Titel The HART Smart Communication Protocol). Dieses Protokoll ermöglicht die Verwendung einer bidirektionalen, digitalen Kommunikation über die 4-20 mA Prozeßsteuersignalschleifen, ohne das Prozeßsteuersignal zu unterbrechen. Dies wird mittels der gut bekannten Frequenzumtastungstechnik auf der Grundlage der Bell 202A Kommunikationsnorm gemacht.
Das HART Protokoll wird weiter in einer Druckschrift von Romilly Bowden vom Januar 1991 mit dem Copyright von 1991 für Rosemount AG beschrieben. Diese Druckschrift, die hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird, beschreibt im einzelnen die Einzelheiten eines Systems, das das HART Protokoll verkörpert. Es versteht sich, daß das HART Protokoll, die Frequenzumtastungssignalübertragung sowie das 4-20 mA Signalübertragungsprotokoll auf dem Gebiet gut bekannt sind und keinerlei Bereiche der vorliegenden Erfindung umfassen und deshalb nicht weiter hier beschrieben sind.
Unabhängig von der verwendeten Prozeßsteuerschaltung wird die gemessene Viskosität in der gleichen Weise berechnet, wobei eine Abänderung der Hagen-Poiseuille-Gleichung verwendet wird. Gemäß der Hagen-Poiseuille-Gleichung
Q = Volumendurchsatz
ΔP = Differenzdruck zwischen zwei Strömungsstellen
a = Querschnittsfläche des Strömungsrohrs
µ = Viskosität des Fluids
l = Abstand zwischen den zwei Strörnungsstellen (3)
Diese Gleichung wird umgeändert, um die Viskosität des Fluids zu bestimmen, gemäß:
µ = Viskosität des Fluids
K = eine für das einzelne Meter bestimmte Konstante
ΔP = Differenzdruck
= Dichte des Fluids
= Massendurchsatz des Fluids (4)
Deshalb kann, indem der Differenzdruck innerhalb des Durchsatzmessers 10 gemessen und die Massendurchsatzmessung und die Dichtemessung von dem Durchflußmeter verwendet wird, die Fluidviskosität bestimmt werden.
Eine große Anzahl von gemessenen Fluiden zeigen Newton'sche Eigenschaften, so daß die obigen Berechnungen genau sind. Jedoch kann bei Fluiden ohne Newton'sche Eigenschaften das obige Verfahren nur mit einem schmalen Abschnitt des Arbeitsbereiches des Viskosimeters verwendet werden. Andere Lösungen zum Messen von Fluiden ohne Newton'sche Eigenschaften schließen ein, das besondere Fluid zu kennzeichnen, das gemessen wird, oder die herrschende Scherrate-Viskositäts-Gleichung durch externe Berechnungen oder in einer speziell ausgelegten elektronischen Anordnung festzulegen.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 10-14 dargestellt. Diese Ausführungsform umfaßt einen Adapter 1000, der konstruiert ist, daß er bei bestehenden Durchflußmessern nachgerüstet werden kann, oder in Verbindung mit anderen Durchflußmessern verwendet oder in Situationen verwendet werden kann, wo der Durchsatz bereits bekannt ist. Der Adapter 1000 schließt zwei parallele Strömungskanäle 1001, 1002 ein. Der Hohlraum 1003 (Fig. 11) ist zwischen den Kanälen 1001, 1002 gebildet, um das Differenzdruckelement 70 aufzunehmen, das oben beschrieben worden ist, vgl. Fig. 11. Die Strömungskanäle 1001, 1002 haben beide kreisförmige Querschnittsformen an ihren Einlaß- und Auslaßabschnitten (Fig. 13) und einen rechteckigen Mittelabschnitt 1004 (Fig. 14) in der Nähe des Hohlraums 1003. Die Querschnittsfläche des rechteckigen Abschnitts 1004 der Kanäle 1001, 1002 ist identisch mit der Einlaß- und Auslaßquerschnittsfläche. Dies liefert eine laminare Strömung mit unveränderter Geschwindigkeit über die Membranen 80, 82 des Differenzdruckelements 70. Rostfreie Stahlmembranen 80, 82 sind plan zu den flachen Oberflächen der Strömungskanäle 1001, 1002 (Fig. 12) bei deren Mittelabschnittsbereichen. Dichtungen 81, 83 dichten die Membranen 80, 82 und das Differenzdruckelement 70 gegenüber Lecken ab und schließen auch Vertiefungen und Turbulenzen in der Fluidströmung aus.
Der Einlaßabschnitt 1006 (Fig. 12) des Strömungskanals 1001 kann an einer Versorgungsleitung befestigt werden, oder, wenn die Versorgungsleitung einen größeren Durchmesser hat, dann an einem Zweig mit einem kleineren Durchmesser, der bei der Versorgungsleitung abgezweigt wird. Der Auslaßabschnitt 1007 des Strömungskanals 1001 ist an einem Einlaß eines bestehenden Durchflußmessers oder sonst an einem Adapter befestigt, um die Strömung zurück zu dem Strömungskanal 1002 zu lenken. Der Einlaßabschnitt 1008 des Strömungskanals 1002 ist an dem Auslaßabschnitt des bestehenden Durchflußmessers angebracht. Der Auslaßabschnitt 1009 des Strömungskanals 1002 ist an der Versorgungsleitung oder der Abzweigung (nicht gezeigt) befestigt.
Die Prozeßsteuerschaltung für die Adaptereinrichtung 300 ist ähnlich einer der Prozeßsteuerschaltungsausführungsformen, die oben erörtert worden sind. Die Arbeitsweise der Adaptereinrichtung 1000 ist ähnlich dem oben beschriebenen einheitlichen Viskosimeter. Die Fluidströmung erstreckt sich durch den Strömungskanal 1001 über die Membrane 80 in einen bestehenden Durchflußmesser oder in eine Durchflußeinrichtung. Die Strömung erstreckt sich dann aus dem Durchflußmesser oder der Durchflußeinrichtung heraus und in den Kanal 1002 und über die Membrane 82, wie es durch die Pfeile (Fig. 12) angegeben ist. Das Differenzdruckelement 70 erfaßt den Differenzdruck zwischen den Kanälen 1001, 1002 und überträgt ein Signal, das diesem gemessen Differenzdruck entspricht, über eines der beschriebenen Prozeßsteuersysteme oder durch andere bekannte Prozeßsteuersysteme. Beispielsweise kann das Differenzdrucksignal durch ein HART Mehrpunktnetz zusammen mit einem anderen Signal, wie einem Temperatursignal, verwendet werden. Das besondere Prozeßsteuersystem, das mit der Adaptereinrichtung 100 verwendet wird, hängt von der bestehenden Durchflußeinrichtung ab, an der die Adaptereinrichtung montiert ist. Da das Differenzdrucksignal, das von der Adaptereinrichtung erzeugt wird, in der Form einer Gleichspannung ist, kann eine Vielzahl von Prozeßsteuersystemen, die auf dem Gebiet bekannt sind, verwendet werden. Jedenfalls wird entweder ein Volurnendurchsatz oder ein Massendurchsatz mit einer Dichtemessung bestimmt und dem geeigneten Prozeßsteuersystem zugeführt. Dies ermöglicht, daß die Viskosität auf der Grundlage der oben beschriebenen Berechnung bestimmt wird.
Die Fig. 15, 16 und 17 offenbaren eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Differenzdruckwandler 1504 außerhalb eines Gehäuses, ähnlich dem der Fig. 1, angebracht ist. In der Fig. 1 ist der Differenzdruckwandler 70 (Fig. 2) zwischen einem Einlaßkanal 40 und einem Auslaßkanal 50 innerhalb des Gußteils 30 angeordnet. Das Gußteil 1530 (Fig. 15 und 16) ist dem Gußteil 30 der Fig. 1 ähnlich, aber ist angepaßt, einen äußeren Differenzdruckwandler 1504 aufzunehmen. Das Gußteil 1530 enthält einen Einlaß 104, einen Flansch 103, Löcher 102, eine Eingangsverzweigung 110, einen Flansch 34, einen linken Gußteilabschnitt 150 und ein Verzweigungselement 120, das eine Oberfläche 121 aufweist, mit der die Seitenarme 131, 131' der Strömungsrohre 12, 14 verbunden sind. Das Übrige der Strömungsrohre und des Treibers 16, der Meßfühler 18, 20 und des Temperaturelements 22 sind in Fig. 15 nicht gezeigt, da sie mit denen der Fig. 1 identisch sind. Der rechte Seitenabschnitt 150' des Gußteils 1530 hat entsprechende Elemente auf dem linken Abschnitt 150, die in einer entsprechenden Weise mit einem Apostroph (') bezeichnet sind, das jeder solchen entsprechenden Zahl folgt, d.h., Gußteilabschnitt 150'.
Der Einlaßkanal 40 des Gußteils 1530 ist in Fig. 16 gezeigt und erstreckt sich von der Einlaßverzweigung 110, durch den linksseitigen Gußteilabschnitt 150 zu dem linken Verzweigungselement 20, mit dem die linken Seitenarme 131, 131' der Strömungsrohre 12, 14 verbunden sind. Die Fig. 16 zeigt auch den Auslaßströmungskanal 50, der sich von dem rechten Verzweigungselernent 120' durch den rechtsseitigen Gußteilabschnitt 150' zu dem Verzweigungselement 110' an dem Auslaßabschnitt des Gußteils 1530 erstreckt. Das Gußteil 1530 hat einen flachen Vorderabschnitt 1511, der beiden Gußteilelementen 150 und 150' gemein ist, die den Einlaßkanal 40 und den Auslaßkanal 50 enthalten. Der vordere Gußteilabschnitt 1511 umfaßt eine flache, glatte Oberfläche, die eine glatte Bodenfläche des Differenzdruckwandlers 1504 aufnehmen kann. In der Fig. 16 hat die flache Oberfläche 1511 Löcher 1602 und 1603, die sich durch das Gußteil zu dem Einlaßkanal 40 und dem Auslaßkanal 50 erstrekken.
Die Löcher 1602 und 1603 sind eine Strecke voneinander beabstandet, die dem Abstand zwischen zwei Druckerfassungsmembranen 1701 und 1702 an der Bodenfläche 1706 (Fig. 17) der Basis 1506 des Differenzdruckwandlers 1504 entspricht. Die Fig. 17 ist eine Unteransicht des Differenzdruckwandlerelements 1504. Der Boden der Basis 1504 enthält die zwei Membranen 1701 und 1702, die von Dichtungen 1703 und 1704 umgeben sind. Die Membranen sind angepaßt, zu den Löchern 1602 und 1603 der Gußteiloberfläche 1511 in Ausrichtung zu sein, wenn die Basis 1506 mittels der Löcher 1507 und geeigneter Befestigungsschrauben an der flachen Oberfläche 1511 des Gußteils 1530 befestigt ist.
In Fig. 15 umfaßt der Differenzdruckwandler 1504 die Basis 1506, das kreisförmige Element 1508, das kreisförmige Element 1509 zusammen mit Leitern 1511, die sich zu dem Massendurchsatzübertrager 24 erstrecken. Der Differenzdruckwandler 1504 ist im einzelnen hier nicht gezeigt, da er ein im Handel erhältliches Element ist und den Differenzdruckübertrager von Rosemount Smart Family Model Nr. 3051C umfassen kann. Wenn der Wandler 1504 auf der Gußteiloberfläche 1511 angebracht wird, sind seine Membranen 1701 und 1702 zu den Löchern 1602 und 1603 ausgerichtet, so daß die Membranen 1701 und 1702 zu den inneren Oberflächen der Strömungskanäle 40 und 50 plan sind. Die Membranen stehen nicht in die Kanäle hervor oder stören die Strömung des Fluids in diesen Kanälen.
Der Differenzdruckwandler 1504 und seine Membranen 1701 und 1702 überwachen die Drücke in den Strörnungskanälen 40 und 50 und übertragen Signale über Leiter 72, die den Differenzdruck zwischen den zwei Strömungskanälen darstellen. Diese Signale werden über die Leiter 72 zu dem Massendurchsatzübertrager 24 der Fig. 1 fortgesetzt. Der Massendurchsatzübertrager 24 arbeitet, wie es für Fig. 1 beschrieben worden ist, und erhält Signale von dem linken Meßfühler 18, dem rechten Meßfühler 20 und der Temperaturerfassungseinrichtung 22. Der Massendurchsatzübertrager 24 wendet auch Treibersignale an das Treiberelement 16 an. Die Elemente 16, 18, 20 und 22 sind in den Fig. 15 und 16 nicht gezeigt, da sie mit denen in Fig. 1 gezeigten identisch sind.
In den Fig. 15 und 16 hat der Strömungskanal 40 an seinem Einlaßabschnitt bei der Einlaßverzweigung 110 einen kreisförmigen Querschnitt. Jedoch ändert sich der Einlaßkanal 40 in seiner Ausgestaltung, so daß er im wesentlichen eine rechteckige Querschnittsausgestaltung in seinem Mittelabschnitt 46 (Fig. 16) in der Nähe des Loches 1602 wird. Dies ist in Fig. 20 gezeigt, wo der rechteckige Querschnittsabschnitt des Kanals 40 eine obere Seite hat, die sich durch die Wand des Gußteils 1530 in der Nähe des Loches 1602 erstreckt. Somit überdecken, wenn der Druckwandler 1504 an der flachen Oberfläche 1511 des Gußteils 1530 befestigt wird, seine Membranen 1701 und 1702 die Löcher 1602 und 1603, so daß seine Membranen mit der oberen Oberfläche der Einlaßkanäle 40 und 50 (Fig. 20) plan sind. Dies ermöglicht, daß der Druck des strömenden Fluids gemessen wird, ohne das Fluidströmungsmuster zu stören.
Die Ausführungsform der Fig. 15 mit ihrer außen befestigten Differenzdruckerfassungseinrichtung 1530 kann häufig gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1 vorteilhaft sein, wo die Differenzdruckerfassungseinrichtung 70 innerhalb des Gußteils 30 ist. Die außen befestigte Differenzdruckerfassungseinrichtung 1504 erleichtert die Wartung, wenn Schwierigkeiten auftreten. In solchen Fällen kann die Differenzdruckerfassungseinrichtung 1504 von dem Gußteil 1530 abgeschraubt und mit einem minimalen Aufwand repariert oder ersetzt werden. Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform müssen die getrennten Hälften 150 und 150' des Gußteils 30 getrennt werden, um Zugang zu der Differenzdruckerfassungseinrichtung 70 zu erlangen. Dies ist zeitaufwendig und teuer verglichen mit der Zeit, die benötigt wird, die außen befestigte Differenzdruckerfassungseinrichtung 1504 der Fig. 15 zu reparieren oder auszutauschen.
Eine noch andere alternative Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 18, 19, 21 und 22 dargestellt. Diese Ausführungsform umfaßt eine extern befestigte Differenzdruckerfassungseinrichtung 1504 und einen Adapter 1801 (Fig. 18), der ausgelegt ist, bei bestehenden Durchflußmessern nachgerüstet zu werden, oder in Verbindung mit anderen Durchflußmessern verwendet zu werden oder in Situationen verwendet zu werden, in denen der Durchsatz bereits bekannt ist. Der Adapter 1801 enthält zwei parallele Strömungskanäle 1802 und 1803. Der Adapter hat auch Löcher 2101 und 2102 (Fig. 21) an seiner oberen Oberfläche 1805, die eine Seite der Strömungskanäle 1802 und 1803 in dem mittleren Abschnitt des Gußteils umfassen, wie es in Fig. 19 gezeigt ist. Die Membranen 1701 und 1702 der Differenzdruckerfassungseinrichtung 1504 überdecken, wie es in Verbindung mit der Ausführungsform der Fig. 15 beschrieben worden ist, die Löcher 2101 und 2102 und berühren das Fluid, das in jedem der Kanäle 1802 und 1803 fließt.
Die Strömungskanäle 1802 und 1803 haben eine kreisförmige Querschnittsform an ihrem Einlaß- und Auslaßabschnitt (Fig. 18) und einen rechteckigen Mittelabschnittsquerschnitt in der Nähe der Löcher 2101 und 2102 (Fig. 22). Die Querschnittsfläche des rechteckigen Abschnitts des Kanals ist identisch mit der kreisförmigen Einlaß- und Auslaßquerschnittsfläche. Dies liefert eine laminare Strömung mit unveränderter Geschwindigkeit über die Membranen 1702 und 1703 der Differenzdruckerfassungseinrichtung 1504. Die rostfreien Stahlmembranen 1702 und 1703 sind mit dem flachen, oberen Abschnitt der Strömungskanäle plan, wie es in Fig. 19 für die Membranen 1702 und den Kanal 1803 gezeigt ist. Dichtungen 1703 und 1704 (Fig. 17) dichten die Membranen 1702 und 1703 und das Differenzdruckelement 1504 gegenüber Lecken ab.
Der Einlaßabschnitt 1804 des Strömungskanals 1802 und 1803 kann an einer geeigneten Leitung befestigt werden. Der Auslaßabschnitt 1806 des Strömungskanals 1803 ist angepaßt, mit einem Einlaß des bestehenden Durchflußmessers oder sonst mit einem Adapter verbunden zu werden, um die Strömung zurück zu dem Kanal 1802 zu leiten. Die Strömungskanäle 1802 und 1803 sind in der in Fig. 19 für den Kanal 1803 ausgebildeten Weise ausgestaltet. Der Einlaß der Kanäle 1802 und 1803 hat eine kreisförmige Querschnittsfläche (Fig. 18) und eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsfläche 2201 und 2202 (Fig. 22) an ihrem Mittelabschnitt in der Nähe der Löcher 2101 und 2102. Der Auslaßabschnitt der Strömungskanäle ist kreisförmig und kann mit einem bestehenden Durchflußmesser oder einer anderen Struktur oder sonstwie durch eine geeignete Verbindung zurück zu dem Auslaßende des Strömungskanals 1803 zurückgeführt werden.
In der Fig. 19 sind die rostfreien Stahlmembranen 1701 und 1702 an der oberen Oberfläche des Adapterelements 1801 derart angebracht, daß sie die Löcher 2101 und 2102 in den Strömungskanälen 1802 und 1803 überdecken und zu der oberen, inneren Oberfläche der im wesentlichen flachen, oberen, inneren Oberfläche der Strömungskanäle in der Nähe der Löcher 2101 und 2102 plan sind.
Zusammengefaßt, es wird ein Viskosimeter durch die vorliegende Erfindung entweder als ein einstückiges Viskosimeter oder als eine Adaptereinrichtung zur Verwendung bei bestehenden Durchflußmessern oder Durchflußeinrichtungen geschaffen. Das Viskosimeter der vorliegenden Erfindung liefert in jeder Ausführungsform eine on-line Messung der Fluidviskosität bei strengen, hygienischen Anwendungen. Die vorliegende Erfindung liefert ein Viskositätssignal, das ohne weiteres an die meisten Prozeßsteuersysteme angepaßt wird.
Es soll ausdrücklich verstanden werden, daß die beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen nur zum Zweck der Erläuterung angegeben sind und es nicht gemeint ist, den Bereich des beanspruchten, erfindungsgemäßen Konzepts zu beschränken. Andere Ausführungsformen und Abänderungen werden als innerhalb des Bereiches der beanspruchten Erfindung betrachtet.

Claims

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität eines strömenden Materials, wobei die genannte Vorrichtung umfaßt:

eine Strömungsrohreinrichtung (30; 100; 1530; 1801), die einen ersten Strömungskanal (40; 1001; 40; 1802) zum Transportieren des von einem ersten Abschnitt einer Leitung erhaltenen Materials;

die genannte Strömungsrohreinrichtung umfaßt des weiteren einen zweiten Strömungskanal (50; 1002; 50; 1803), der in Reihe mit dem genannten ersten Strömungskanal zum Transportieren des genannten Material von der genannten Strömungsrohreinrichtung zu einem zweiten Abschnitt einer Leitung verbunden ist;

eine Wandeinrichtung (46, 52), die den genannten ersten und zweiten Strömungskanal voneinander trennt;

jeder der genannten Strömungskanäle hat über eine bestimmte axiale Länge von ihm eine im wesentlichen flache, innere Oberfläche;

Öffnungen (62, 68; 1003; 1602, 1603; 2101, 2102) in der genannten Trennwandeinrichtung oder in anderen Wänden der genannten Strömungsrohreinrichtung, wobei sich die genannten Öffnungen in den genannten im wesentlichen flachen, inneren Oberflächen der genannten Strömungskanäle befinden;

eine Differenzdruckerfassungseinrichtung (70; 1504), die wenigstens teilweise innerhalb der genannten Öffnungen zum Messen des Differenzdrucks aufgenommen ist, der durch die Materialströmung zwischen dem genannten ersten Strömungskanal und dem genannten zweiten Strömungskanal erzeugt wird;

die genannte Differenzdruckerfassungseinrichtung weist ein Paar Druckerfassungsmembranen (80, 82; 1701, 1702) auf, von denen jede in einer genannten Öffnung in einem entsprechenden des genannten ersten und zweiten Strömungskanals angebracht ist, wobei ihre Oberfläche im wesentlichen plan zu der genannten im wesentlichen flachen, inneren Oberfläche des Strömungskanals ist, so daß eine glatte Oberfläche für die Materialströmung in den genannten Strömungskanälen geliefert wird; und

eine Einrichtung (24, 703; 24), die auf die genannte Messung des genannten Differenzdrucks zum Bestimmen der Viskosität des genannten Materials reagiert.

2. Die Vorrichtung des Anspruchs 1, worin die genannte Strörnungsrohreinrichtung einen ersten und einen zweiten Körperabschnitt (150, 150') umfaßt, die den genannten ersten bzw. zweiten Strömungskanal (40, 50) enthalten;

eine Wand (46) des genannten ersten Körperabschnitts und eine Wand (52) des genannten zweiten Körperabschnitts aneinandergrenzend und parallel zueinander angeordnet sind;

die genannten Öffnungen durch eine Öffnung (62, 68) festgelegt sind, die sich von dem Inneren des genannten ersten Körperabschnitts durch jede der genannten Wände zu dem Inneren des genannten zweiten Körperabschnitts erstreckt;

und die genannte Differenzdruckerfassungseinrichtung (70) in der genannten Öffnung angeordnet ist.

3. Die Vorrichtung des Anspruchs 1 oder Anspruchs 2,

die einen Coriolis-Effekt-Strömungsmesser (10) zum Messen des Massendurchsatzes des genannten Materials durch die genannte Leitung einschließt, wobei der genannte Coriolis-Effekt-Durchflußmesser umfaßt:

eine erste und zweite Meßrohreinrichtung (12, 14), durch die beide das genannte Material hindurch zwischen dem genannten ersten und dem zweiten Strömungskanal (40, 50) fließt;

eine Treibereinrichtung (16), um flexible Abschnitte (130, 130') der genannten ersten und zweiten Meßrohreinrichtung in Schwingung zu versetzen;

eine Bewegungserfassungseinrichtung (18, 20), die auf die Bewegung der genannten flexiblen Abschnitte der genannten ersten und zweiten Meßrohreinrichtung reagiert, die durch den Coriolis-Effekt des genannten fließenden Materials bewirkt wird, während die genannten flexiblen Abschnitte der genannten ersten und zweiten Meßrohreinrichtung schwingen, um ein der genannten Bewegung entsprechendes Signal zu erzeugen;

eine Einrichtung (24) zum Bestimmen des Massendurchsatzes des genannten Materials in Reaktion auf die genannte Erzeugung des genannten Signals;

eine Einrichtung (24) zum Bestimmen der Dichte des genannten Materials in Reaktion auf die genannte Bestimmung des Massendurchsatzes; und

eine Einrichtung zum Übertragen von Signalen, die den genannten bestimmten Durchsatz und der genannten bestimmten Dichte entsprechen, zu der genannten Viskositätsbestimmungseinrichtung (703), worin die genannte Viskosität unter Verwendung des genannten bestimmten Massendurchsatzes und der genannten bestimmten Dichte und der genannten Messung des genannten Differenzdrucks bestimmt wird.

4. Die Vorrichtung des Anspruchs 1, worin die genannte Strömungsrohreinrichtung einen Adapter (1000) umfaßt, der zwischen den genannten Abschnitten der genannten Leitung und einem Durchflußmesser zum Erzeugen von Informationen zum Bestimmen der genannten Viskosität des genannten Materials verbunden ist, das durch die genannte Leitung fließt, und die genannte Differenzdruckerfassungseinrichtung (70) in einer Öffnung (1003) zwischen dem genannten ersten und zweiten Strömungskanal (1001, 1002) durch den genannten Adapter angebracht ist.

5. Die Vorrichtung des Anspruchs 2, worin der genannte erste und zweite Körperabschnitt (150, 150') getrennte Gußteile sind, die aneinander befestigt sind.

6. Die Vorrichtung des Anspruchs 1, worin die genannte Vorrichtung einschließt:

eine Einrichtung (10, 24) zum Bestimmen des Massendurchsatzes des genannten Materials in der genannten Strömungsrohreinrichtung; und

eine Einrichtung (703) zum Verwenden der genannten Massendurchsatzmessung bei der genannten Viskositätsbestimmung.

7. Die Vorrichtung des Anspruchs 1, worin die genannte Strömungsrohreinrichtung einen Adapter (1801) umfaßt, der eine im wesentlichen flache, äußere Oberfläche (1805) auf seiner Seite hat; und ein Paar Öffnungen (2101, 2102) in der genannten im wesentlichen flachen, äußeren Oberfläche (1805), wobei sich jede Öffnung zu einem verschiedenen des genannten ersten und zweiten Strömungskanals (1802, 1803) durch den genannten Adapter hindurch öffnet;

und worin die genannte Differenzdruckerfassungseinrichtung (1504) außerhalb des genannten Adapters ist und eine im wesentlichen flache, äußere Oberfläche hat, die an der genannten im wesentlichen flachen Oberfläche (1805) des genannten Adapters befestigt ist, so daß die genannten Membranen (1701, 1702) der genannten Differenzdruckerfassungseinrichtung die genannten Öffnungen (2101, 2102) überdecken und im wesentlichen zu der genannten im wesentlichen flachen, inneren Oberfläche von jedem der genannten Strömungskanäle plan sind.

8. Die Vorrichtung des Anspruchs 4, worin der genannte Adapter (1000) ein erstes, trennbares Gußteil und ein zweites, trennbares Gußteil umfaßt, die aneinander befestigt sind, wobei jedes Gußteil eine Öffnung hat, die zu der Öffnung des anderen Gußteils ausgerichtet ist, um die Öffnung (1003) zu bilden, in der die genannte Differenzdruckerfassungseinrichtung (70) angebracht ist.

9. Die Vorrichtung des Anspruchs 1, worin die genannte Strömungsrohreinrichtung ein Gußteil (1530) umfaßt, das den genannten ersten und zweiten Strömungskanal (40, 50) enthält und eine im wesentlichen flachen Fläche (1511) auf einer äußeren Oberfläche des genannten Gußteils hat, wobei sich die Öffnungen (1602, 1603) in der genannten im wesentlichen flachen Fläche befinden und in das genannte Gußteil zu der genannten im wesentlichen flachen, inneren Oberfläche von jedem der genannten Strömungskanäle erstrecken;

und worin die genannte Differenzdruckerfassungseinrichtung (1504) eine im wesentlichen flache Oberfläche (1706) hat und an dem genannten Gußteil befestigt ist, so daß die im wesentlichen flache Oberfläche (1706) der genannten Differenzdruckerfassungseinrichtung gegen die im wesentlichen flache Fläche (1511) des genannten Gußteils stößt und die genannten Membranen (1701, 1702) der genannten Differenzdruckerfassungseinrichtung die genannten Öffnungen (1602, 1603) überdecken und im wesentlichen zu der genannten im wesentlichen flachen, inneren Oberfläche von jedem der genannten Strömungskanäle plan sind.

10. Die Vorrichtung des Anspruchs 1, worin die genannte Differenzdruckerfassungseinrichtung (70) eine Halbleiter- Differenzdruckelementeinrichtung (90, 92) umfaßt, die ein erstes und ein zweites Druckerfassungselement zum Erfassen des genannten Differenzdrucks aufweist.

11. Die Vorrichtung des Anspruchs 1, worin die genannte Vorrichtung eine Einrichtung (72) zum Übertragen eines Signals von der genannten Differenzdruckerfassungseinrichtung (70) zu der genannten Einrichtung (24) zum Bestimmen der genannten Viskositt in Reaktion auf die genannte gemessene Druckdifferenz umfaßt, wobei die genannte Übertragungseinrichtung ein bidirektionales Kommunikationsnetz zwischen der genannten Erfassungseinrichtung und der genannten Bestimmungseinrichtung umfaßt.

12. Die Vorrichtung des Anspruchs 1, worin die genannte Vorrichtung einschließt:

eine Einrichtung (10, 24) zum Bestimmen des Massendurchsatzes des genannten Materials in der genannten Strömungsrohreinrichtung;

eine Einrichtung (713) zum Übertragen eines Signals, das den genannten bestimmten Massendurchsatz darstellt, zu der genannten Einrichtung (703) zum Bestimmen der genannten Viskosität;

eine Einrichtung (22) zum Messen der Temperatur des genannten Materials; und

eine Einrichtung (159, 24, 72) zum Übertragen eines Signals, das den genannten Differenzdruck und die genannte gemessene Temperatur darstellt, zu der Viskositätsbestimmungseinrichtung, wobei die genannte Einrichtung zum Bestimmen der Viskosität wirksam ist, die genannte Massendurchsatzbestimmung und die genannte gemessene Temperatur bei der genannten Viskositätsbestimmung zu verwenden.

13. Verfahren zum Bestimmen des Viskosität eines fließenden Materials, das umfaßt, das Material durch eine Vorrichtung hindurch, wie sie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12 festgelegt ist, zu transportieren, und die Viskosität des Materials unter Verwendung der Messung des Differenzdrucks durch die genannte Differenzdruckerfassungseinrichtung (70; 1504) zu bestimmen.

14. Das Verfahren des Anspruchs 13, unter Verwendung der in Anspruch 3 festgelegten Vorrichtung, um den Massendurchsatz und die Dichte des genannten Materials zu bestimmen, und wobei die Viskosität des genannten Materials aus der genannten Messung des Differenzdrucks und der genannten Bestimmung des genannten Massendurchsatzes und der genannten Dichte bestimmt wird.

15. Das Verfahren des Anspruchs 13, worin das genannte Verfahren einschließt, den Massendurchsatz des Materials zur Verwendung bei der Bestimmung der genannten Viskosität zu bestimmen.

16. Das Verfahren des Anspruchs 13, worin das genannte Verfahren die Schritte einschließt:

Bestimmen des Massendurchsatzes des genannten Materials;

Übertragen eines Signals, das den genannten bestimmten Massendurchsatz darstellt, zu der genannten Einrichtung zum Bestimmen der genannten Viskosität;

Messen der Temperatur des genannten Materials; und

Übertragen von Signalen, die den genannten Differenzdruck und die genannte gemessene Temperatur darstellen, zu der genannten Einrichtung zum Bestimmen der genannten Viskosität.

17. Das Verfahren des Anspruchs 13 unter Verwendung der Vorrichtung, wie sie in irgendeinem der Ansprüche 1, 2, 4, 5 und 7 bis 11 festgelegt ist, worin die genannte Strömungsrohreinrichtung mit einem Coriolis-Effekt-Massendurchsatzmesser zum Bestimmen des Massendurchsatzes des genannten Materials verbunden ist, und der genannte Massendurchsatz beim Bestimmen der genannten Viskosität verwendet wird.