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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität, der Plastizität,
des Trockengehaltes einer Lösung od. dgl.
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Sehr häufig tritt in der Technik das Problem auf, die Viskosität,
die Plastizität, den Gehalt einer Lösung an Trockensubstanz oder ähnliche Werte
zu bestimmen. Die bisher für diesen Zweck verwendeten Geräte erfordern im allgemeinen
eine Probeentnahme und anschließend die Bestimmung des betreffenden Wertes, beispielsweise
mit Hilfe eines der bekannten Viskosimeter. Diese Art der Bestimmung hat den Nachteil,
daß diese stets längere Zeit erfordert, und daß sich im Fabrikationsgang bereits
andere Verhältnisse eingestellt haben können, bis das Ergebnis der Messung schließlich
vorliegt. Zudem gestattet dieses Verfahren keine ständige Überwachung der Fabrikation
und vor allem auch nicht eine selbsttätige Anzeige bei einer Uber- oder Unterschreitung
einzuhaltender Werte. Weiterhin ist zur Dlurchführung der Messungen lein geschultes
Personal erforderlich. Es wurden deshalb Durchflußapparate entwickelt, deren Einführung
in die Praxis jedoch an ihren großen Nachteilen scheiterte, die insbesondere in
ihrer Kompliziertheit und in der Möglichkeit einer Verstopfung bestehen, Nachteile
also, welche die Be triebssicherheit dieser Apparate stark in Frage stellen.
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Durch die Erfindung wurden alle diese Nachteile beseitigt, und es
wird ein Gerät geschaffen, das vollig sicher die betreffenden Werte angibt und praktisch
keinerlei Wartung bedarf. Das neue Gerät lerlaubt es, die betreffenden Werte nicht
nur sofort abzulesen, sondern sie auch bei Verwendung eines schreibenden Meßgerätes
laufend m überwachen und somit Rückschlüsse auf den gesamten Ablauf eines Fabrikationsganges
zu ziehen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß einem geschlossenen,
mit einem kompressiblen Medium mindestens teilweise gefüllten System Druckstöße,
vorzugsweise periodisch, zugeführt werden.
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Diese Druckstöße werden auf einen Teil des Systems fortgepflanzt,
der eine nachgiebige Wandung aufweist und in den zu messenden Stoff eintaucht. Die
nachgiebige Wandung wird von den Druckstößen entsprechend der Höhe des Gegendruckes,
die von der Viskosität des Stoffes abhängt und an seinem Druckmesser abgelesen wird,
mehr oder weniger ausgebaucht. Je höher die Viskosität ist, um so größer ist der
Gegendruck. Da z. B. auch d'er Gehalt an Trockensubstanz die Viskosität stark beeinflußt,
ein Problem, das in der Papierindustrie eine große Rolle spielt, kann das Verfahren
auch zur Bestimmung des Trockengehaltes verwendet werden.
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Blei der loben beschriebenen einfachsten Anwendungsform des (erfindungsgemäßen
Verfahrens wird der Wert eines jeden Druckstoßes am Druckmeßgerät abgelesen. Die
Druckstößes können naturgemäß auch periodisch, also in gleichen Zeitabständen erfolgen.
Dabei ist es dann besonders vorteilhaft, wenn der Anschluß des Druckmessers über
ein Rückschlagventil vorgenommen wird. Dladurch wird das durch die Druckstöße aus
dem System verdrängte gasförmige Medium über dem Rückschlagventil angesammelt und
der dort entstehende Druck gemessen. Bei einer solchen Ausführung des Verfahrens
zeigt das Druckmeßgerät den höchsten jeweils erreichten W,ert an.
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Wenn nun beabsichtigt ist, den jeweils herrschenden Wert abzulesen,
so werden die beiden vor und hinter dem Rückschlagventil befindlichen Räume miteinander
verbunden. Diese Verbindungsleitung wird in ihrem Querschnitt so bemessen, daß zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Druckstößen der Druckmesser durch den Rückfluß nur um
einen geringen Betrag absinkt. Auf diese Weise kann der jeweils herrschende Wert
mit einer für die Praxis genügenden Genauigkeit bestimmt werden.
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Zur Übertragung der D-ruckstöße auf das Medium ist außerhalb des
zu messenden Stoffes das Leitungssystem vorteilhaft ebenfalls mit einer elastischen
Wand wersehen, auf welche die Druckgabe erfolgt. Die Genauigkeit kann wesentlich
erhöht werden, wenn die Druckstöße auf die in den zu messenden Stoff eintauchende
nachgiebige Wandung des' Systemes übler eine Flüssigkeit übertragen werden. Um Temperaturschwankungen
im zu messenden Stoff und in der Meßapparatur auszuschalten, die bekanntlich das
Meßergebnis wesentlich beeinflussen würden, sind hierfür Kompensationsmöglichkeiten
geschaffen. Es kann beispielsweise eine Dose vorgesehen sein, deren eine Wandung
aus einem Bimetall besteht, das bei der Erwärmung das Volumen des Systems vergrößert
oder es bei einer Abkühlung verkleinert. Selbstverständlich lassen sich die Temperaturschwankungen
beispielsweise bei elektrischer Druckmessung auch auf elektrischem Wege kompensieren.
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Eine zur Auführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete
Vorrichtung besteht aus zwei mit lelastischen Wandungen versehenen, miteinander
durch eine Rohrleitung verbundene Kammern, die mindestens teilweise mit einem Gas,
z. B. mit Luft, gefüllt sind, und von denen die eine in die zu messende Flüssigkeit
eintaucht und die andere, z. B. über einen von einem Elektromotor angetriebenen
Klöppel, periodische Druckstöße empfängt, wobei die Rohrleitung über ein Rückschlagventil
mit einem Druckmesser verbunden ist. Zur Anzeige des Mittelwertes ist, wie oben
geschildert, das Rückschlagventil mit einer Bohrung versehen, über die ein Druckausgleich
zwischen den vor und hinter dem Ventilkegel vorhandenen Räumen stattfindet und die
derart bemessen ist, daß der Druckausgleich langsamer als die Druckgabe stattfindet.
Um den Druckausgleich gegebenenfalls regulieren zu können, ist es von Vorteil, in
die Druckausgleichsbohrung ein Regelventil einzubauen, das es gestattet, den Rückfluß
des Gases aus dem Raum hinter dem Vertilkegel in denjenigen vor dem Ventilkegel
auf einen bestimmten Wert einzustellen.
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Vorteilhaft sind die Kammern und die zum Druckmesser führende Leitung
so weit mit einer Flüssigkeit gefüllt, daß unterhalb des Rückschlagventils ein Gaspolster
verbleibt. Durch die Verringerung des Gasvolumens im Gesamtsystem wird eine Erhöhung
der Empfindlichkeit der Anlage erzielt.
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Zur Temperaturkompensation kann in die Verbindungsleitung zwischen
den beiden Kammern eine mindestens auf einer Seite durch eine Bimetallmembran abgeschlossene
Kammer eingeschaltet sein.
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Die in den zu messenden Stoff eintauchende Kammer braucht keine feste
Wandung aufzuweisen, sondern kann beispielsweise auch vollständig aus einem elastischen
Werkstoff, z. B. aus Gummi oder aus einem Kunststoff, gebildet sein. Wird die Anlage
in einem strömenden Medium verwendet, so ist es zur Vermeidung von Wirbeln zweckmäßig,
die membran selbst oder die Kammer stromlinienförmig auszubilden. Um die Vorrichtung
zum Auslösen von Alarmsignalen bei Über- oder Unterschreitung gegebener Grenzwerte
oder zur Auslösung von Regelvorgängen benutzen zu können, wird das Druckmeßgerät
zweckmäßig mit Kontakten zur Auslösung derselben ausgestattet.
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In den Figuren ist die Erfindung schematisch an mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 leine Druckmeßanlage ;ohne Rückschlagventil,
Fig.
2 eine Druckmeßanlage mit Rückschlagventil, Fig. 3 eine Druckmeßanlage mit Temperaturkompensierung,
Fig. 4 eine teilweise Draufsicht auf Fig. 3.
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In Fig. 1 ist I leine Kammer, die durch eine Membran 2 abgeschlossen
ist, auf die in Richtung des Pfeiles 3 Druckstöße ausgeübt werden. Diese Druckstöße
werden über das in der Rohrleitung 4 befindliche Gas auf die Kammer 5 übertragen,
die ebenfalls mit einer Membran 6 abgeschlossen ist und die in den zu messenden
Stoff 7 eintaucht. An die Leitung 4 ist die Leitung 8 angeschlossen, die zu dem
Druckmesser 9 führt.
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Wird auf die Membran 2 ein Druckstoß gegeben, so pflanzt sich dieser
über das in dem Rohrsystem 4, 8 befindliche Medium sowohl auf die Kammer 5 als auch
den Druckmesser 9 fort. Je größer der Widerstand gegen die Membran 6 ist, um so
größer ist der Ausschlag des Druckmessers 9.
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Da der Gegendruck gegen die Membran 6 von der Viskosität der Flüssigkeit
7 abhängt, ist der vom Druckmesser 9 angezeigte Druckwert ein Maß für die letztere.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
zunächst in die Leitung 8 ein Rückschlagventil 10 eingebaut, das den durch die Feder
1 1 belasteten Rückschlagkegel 12 aufweist. Es besitzt {eine Umführungsleitung 13,
die das Nadelventil 14 enthält, mit dessen Hilfe der Durchflußquerschnitt der Leitung
13 geregelt werden kann.
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B!ei diesem AusführungsbCeispiel ist ferner die Kamm!er 5 stromlinienförmig
ausgebildet und besteht beispielsweise aus einer Gummiblase. Die Kammern I und 5
sowie das Rohr 4 sind mit einer Flüssigkeit 15 gefüllt. Dler Spiegel 16 derselben
steht in dem Rohr 8 und über ihm befindet sich ein Gaspolster I7, das bei der Druckgabe
und dem dadurch bewirkten Anheben des Ventilkegels 12 teilweise in den oberen Raum
des Rückschlagventils verdrängt wird, so daß der in diesem entstehende Druck am
Druckmesser angezeigt wird.
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Durch die Leitung 13, gedrosselt durch das Nadelventil 14, fließt
lein Teil der über den Ventilkegel 12 gedrückten Luft wieder nach unten. Dieser
Abfluß wird jedoch so geregelt, daß der Druckmesser zwischen zwei Druckstößen nicht
merklich absinkt. Erfolgt beispielsweise die Druckgabe alle Sekunden, -so ist leine
genügend genaue und ruhige Messung gewährleistet.
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Bei der in den Fig. 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsform des
Erfindungsgedankens ist die Meßdose als Wellrohr 18 ausgebildet. In der Leitung
4 befindet sich ferner eine DloseIg, deren Wandung 20 aus Bimetall b!esteht, das
sich entsprechend den Temperaturverhältnissen in der zu messenden Flüssigkeit mehr
oder weniger durchbiegt und dadurch die Temperaturschwankungen in der Flüssigkeit
kompensifert. An Stelle der Kammer 1 der Fig. 1 ist bei dieser Vorrichtung ein Zylinder
21 vorgesehen, in dem ein von einem Exzenter 23 aus angetriebener Kolben 22 periodische
Druckstöße auf das System gibt, in das ebenfalls ein Rückschlagventil 10 in der
gleichen Weise, wie in Fig. 2 dargestellt, eingesetzt ist.