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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität einer bewegten
Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft ein neues und zweckmäßiges Verfahren und eine
solche Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität von Flüssigkeiten im BeweguI<gszustand
und betrifft insbesondere die Bestimmung der Viskosität einer durch eine Rohrleitung
fließenden Flüssigkeit, z. B. in Rohrleitungen von industriellen chemischen Anlagen.
früher war es nötig; zur Bestimmung der Viskosität einer in einer Rohrleitung od.
dgl. bewegten Flüssigkeit eine Probe der Flüssigkeit abzuziehen und sie in den üblichen
Viskositätsmessern auf Viskosität zu prüfen. Dieses übliche Verfahren war aber unvollkommen,
da schnell hintereinander fraglos nur verhältnismäßig wenige solcher Prüfungen auszuführen
waren und darum die Viskosität der strömenden Flüssigkeit niemals mit Sicherheit
erkannt werden konnte, weil sie sich in der Zwischenzeit geändert haben konnte.
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Es ist auch schon ein Vorschlag gemacht worden, amerikanische Patentschrift
2028I86, die Viskosität einer durch eine Rohrleitung strömenden Flüssigkeit dauernd
zu messen. Nach diesem Vorschlag ist an die Leitung, durch welche die Flüssigkeit
unter einem Überdruck gegenüber dem Vorratsbehälter getrieben wird, eine Ableitung
zum Vorratsbehälter angeschlossen. In diese Zweigleitung ist ein Raum eingeschaltet,
in dem mittels einer besonderen Einrichtung ständig ein bestimmter Überdruck gegenüber
dem Vorratsbehälter aufrechterhalten wird. Aus diesem Raum wird die Flüssigkeit
zunächst durch eine Öffnung geführt, die für Viskosität empfindlich ist, und dann
durch
eine andere OffnungÆ die fitr Viskosität unempfindlich ist.
Der in dem Raum zwischen beiden Öffnungen sich einstellende Druck ist ein Maß für
die Viskosität der Flüssigkeit. Diese Einrichtung ist aber nicht für alle Zwecle'geeignet,
weil sie eine Abführung eines Teils der Flussigkeit durch die Zweigleitung und eine
besondere Einrichtung zur Aufrechterhaltung des konstanten Druckes im Meßraum erfordert.
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Gemäß der Erfindung wird die Viskosität in der zur Verbrauchsstelle
fließenden Flüssigkeit selbst bestimmt durch Beobachtung der Einstellung zweier
von der Flüssigkeit beeinflußter IKörper, von denen der eine für Viskosität unempfindlich
und der andere für Viskosität empfindlich ist. Das Verfahren nach der Erfindung
wird in der Weise durchgeführt, daß die Flülssigkeit durch einen oder .mehrere Stromungsmesser
der bekannten Art mit einem leicht konisch erweiterten senkrechten Rohr und Schwimmern,
die entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit gehoben werden, geleitet wird.
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Hierbei werden zwei in der Strömung hintereinanderliegende Schwimmer
verwendet, - deren einer für Änderung der Viskosität unempfindlich ist und' im wesentlichen
nur auf die Strömungsgeschwindigkeit anspricht, während der zweite auf die Strömungsgeschwindigkeit
anspricht und außerdem für Änderungen der Viskosität empfindlich ist.
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Der Unterschied der Einstellung beider Schwimmer ist ein Maß fiir
die Viskosität. Insbesondere besteht die zur Ausführung des Verfahrens benutzte
Vorrichtung aus einem einzigen ,Meßrohr der bezeichneten Art, in welchem beide Schwimmer
übereinanderliegend angeordnet sind.
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Es ist zwar schon ein Meßrohr mit zwei oder mehr übereinanderliegenden
Schwimmern bekannt, amerikanische Patentschrift 2 252 883. Diese Anordnung dient
aber lediglich zur Vergrößerung des meßbaren Geschwindigkeitsbereichs, und die Schwimmer
sind nicht so ausgebildet, daß sie sich gegenüber der Viskosität verschieden verhalten.
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Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung sind in den Zeichnungen
Ausführungsformen derselben dargestellt, -die gegenwärtig bevorzugt werden, weil
es sich in der Praxis gezeigt hat; daß sie befriedigende und zuverlässige Resultate
ergeben, obgleich, wohl verstanden, die verschiedenen Einrichtungen, aus denen die
Erfindung besteht, verschieden ausgebildet und angeordnet sein können und die Erfindung
nicht begrenzt ist durch die hier dargestellten und beschriebenen besonderen Ausbildungen
und Anordnungen der Einrichtungen.
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In den Zeichnungen stellt dar Fig. I einen vertikalen Querschnitt
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 einen waagerechten Querschnitt
in vergrößertem Maßstab generell längs der Linie 2-2 der Fig. I, Fig. 3 einen waagerechten
Querschnitt im gleichen Maßstab wie in Fig. 2 generell längs der Linie 3-3 der Fig.
I, Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen schematisehen Aufriß der Schwimmergruppe
der Fig. I, wobei Teile weggeschnitten sind zur besseren Darstellung der Bauart.
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In den Fig. I bis 4 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
dargestellt, in der ein im folgenden ausführlich beschriebenes Meßrohr vorgesehen
ist, dessen obere und untere Enden 2I und 22, in den Stopfbüchsen 23 und 24 an den
unteren und oberen Rotameterköpfen oder -muffen 25a und 216a flüssigkeitsdich't
befestigt sind mittels unterer und oberer Packungsringe 2;7 und 28 und unterer und
oberer Stopfbüchsenflansche s9 und 30. Die Köpfe 25a und 216s, die getrennt befestigt
sind durch Abstandsbolzen 31, verbinden eine nicht dargestellte senkrechte untere
Einlaß leitung und eine nicht dargestellte senkrechte obere Auslaßleitung.
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Das Meßrohr 20, das im einzelnen Gegenstand einer anderen Erfindung
mit der amerikanischen Priorität vom 15. 5. 1944 ist, ist abwärts verjüngt über
den größten Teil seiner Länge, also vom oberen Ende ,=:t2 bis zum Punkt 43; am unteren
Teil des Rohres 20, also vom Punkt 43' bis zum unteren Ende aI, ist eine zylindrische
innere Bohrüng 44 vorgesehen.
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Mehrere, z. B. drei, gleichmäßig im Kreise angeordnete, nach innen
vorragende axial sich erstreckende Schwimmerführungsrippen 45 sind auf der inneren
Bohrung des genannten Meßrohres 20 vorgesehen. Die Ränder dieser Rippen 45 verlaufen
grundsätzlich parallel zur Achse des Rohres 20 und in unmittelbarer Fortsetzung
der zylindrischen inneren Elohrung +4. Darum sind die Rippen 4)5 verhältnismäßig
ausgeprägt am oberen weiten Ende des Rohres 20 und werden schrittweise weniger ausgeprägt
abwärts längs der konischen Bohrung des Rohres, bis sie im Punkt -43 vollständig
verschwinden.
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Wie im folgenden beschrieben, bilden die Rippen 45 parallele Schwimmerfünrungsschultern
oder -stützen, die zur Zentrierung des Meß-schwimmers längs der Rohrachse dienen.
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In dem Rohr 20 kann ein Hauptschwimmer 56 vorgesehen sein, der im
einzelnen Gegenstand einer älteren Erfindung mit der amerikanischen Priorität vom
15. 5. I94* ist.
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Der Schwimmer 56 hat untere und obere, die Strömung einengende konkave
und konische lMeßköpfe 57 und sß, die sich gegen das untere Einlaßende 21 des MeßrohresE210
öffnen. Diese Köpfe 5i7 und 58 sind verbunden durch einen dünnen Stab 59, der grundsätzlich
in der Schwimmerachse angeordnet ist.
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Die schrägen Ränder 6o und 6I der unteren und oberen Meßköpfe 57
und 58 haben gleichen Durchmesser und laufen dicht an den Rändern der Schwimmerführungsrippen
45 vorbei, wie besonders in Fig. 3 dargestellt ist; der Schwimmer 56 wird dadurch
längs der Achse des Rohres zro geführt.
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Wie in einer anderen Erfindung mit der amerikanischen Priorität vom
15. 5. 1944 offenbart, ist der doppelkonische Meßschwimmer 5S6 grundsätzlich unempfindlich
gegen und unbeeinflußt von Änderungen der Flüssigkeitsviskosität, so daß seine
Lage
im Meßrohr allein durch die Strömungsgröße der im Rohr aufwärts strömenden Flüssigkeit
bestimmt ist.
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Im Meßrohr 21o ist auch ein Hilfsschwimmer 62 angeordnet. Dieser
Hilfsschwimmer 62 ist von der üblichen spitzen Bauart mit einem obersten, die Strömung
einengenden Kopf 63, einem im allgemeinen zylindrischen Körperteil 64 und einem
untersten zugespitzten Schwanzteil6'5 Eine Mehrzahl schräger Kerben 66 kann an dem
Kopf 63 angebracht sein, um den Schwimmer zu zwingen, um seine Achse zu rotieren,
wenn Flüssigkeit an dem Umfang des Kopfes aufwärts vorbeiströmt.
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Der Hilfsschwimmer 6z, der von der dynamisch stabilen, selbstzentrierenden
Art ist, ist empfindlich für und beeinflußt von Änderungen der Fhissigkeitsviskosität.
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So steigt der Hilfsschwimmer 612, wie oben beschrieben, infolge der
vom Viskositätseffekt ausgeübten Hubkraft in dem Meßrohr us höher als der Hauptschwimmer
56.
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Wie in der Fachwelt wohl bekannt ist, muß ein Rotameterschwimmer,
wenn er in einer aufwärts strömenden Flüssigkeit benutzt wird, einen kleinen negativen
Auftrieb haben, d. h., er muß ein etwas größeres spezifisches Gewicht haben, als
die Flüssigkeit. Wenn also keine Flüssigkeitssfrömung vorhanden ist, bleibt der
Schwimmer am unteren Ende des Meßrohres und wird bei Beginn der Strömung entsprechend
der Strömungsgröße gehoben.
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Um den Hilfsschwimmer 612 bei allen meßbaren Strömungsgrößen etwas
iiber dem Hauptschwimmer 56 zu halten, bekommt der Hilfsschwimmervorzugsweise ein
etwas geringeres spezifisches Gewicht als der Hauptschwimmer. D'a die Höhe, zu welcher
der Rotameterschwimmer in einem gegebenen Meßrohr von senkrecht veränderlicher Querschnittsfläche
gehoben wird, von der Größe seines negativen Auftriebs abhängig ist, ist es klar,
daß der leichtere Hilfsschwimmer 62 bei einer gegebenen Strömungsgröße in eine höhere
Lage im Meßrohr 20 gehoben wird als der Hauptschwimmer 5ç6, ungeachtet der Viskositätswirkung
auf den Hilfsschwimmer. Es ist also immer einiger Spielraum zwischen dem Hilfsschwimmer
und dem Hauptschwimmer, so daß keiner von beiden durch den anderen aus seiner richtigen
Lage verdrängt wird.
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Für die beiden Schwimmer sind besondere Skalen 54 und 55 vorgesehen;
die Stellung des einen Schwimmers wird an der einen, diejenige des anderen an der
anderen Skala abgelesen.
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Es ist klar, daß die'D+ifferenz in den Ablesungen der beiden Schwimmer
an ihren zugehörigen Skalen ein Kennzeichen für die Viskosität der strömenden Flüssigkeit
ist und daß Änderungen in dieser Differenz ein aKennzeichen für entsprechende Änderungen
der Viskosität sind.
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Die vorliegende Erfindung kann in anderen besonderen Formen verkörpert
sein, ohne daß ihr Ge-