DE943909C - Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskositaet einer Fluessigkeit - Google Patents

Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskositaet einer Fluessigkeit

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DE943909C
DE943909C DEST8906A DEST008906A DE943909C DE 943909 C DE943909 C DE 943909C DE ST8906 A DEST8906 A DE ST8906A DE ST008906 A DEST008906 A DE ST008906A DE 943909 C DE943909 C DE 943909C
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DEST8906A
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Pieter Willem Hage
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    • G01N11/02Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
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Description

  • Vorriditung zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit von dem Typus, welcher als wesentliche Teile ein offenes Durchflußgefäß enthält und Mittel, mit deren Hilfe Meßimpulse erhalten werden können in Abhängigkeit von Schwankungen der jeweils in dem Durchflußgefäß vorhandenen Flüssigkeitsmenge, welche Meßimpulse sich zum Steuern einer Signal-, Anzeige-, Registrier- oder Regelvorrichtung eignen.
  • Eine solche Vorrichtung eignet sich insonderheit als Teil eines Regelkreises, in dem letzterwähnter Meßimpuls als Signal benutzt wird, wobei in der Regelstrecke eine Flüssigkeit gebildet oder verwendet wird, die eine bestimmte Viskosität aufweisen soll, welche Viskosität gewissen Schwankungen unterliegt.
  • In den Fällen, wo es sich um eine Flüssigkeit handelt, bei der ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Viskosität und spezifischem Gewicht vorliegt, eignet sich eine derartige Vorrichtung zugleich als Teil eines Kreises zum Regeln des spezifischen Gewichts einer Flüssigkeit.
  • Als Beispiele seien hier mehrere Anwendungsbereiche erwähnt, und zwar: bei der Stärkeindustrie zur Reglung des spezifischen Gewichts von Stärke- suspensionen, bei der Kohlen- und Erzwäsche zur Reglung der Wichte einer Waschsuspension, bei der Extraktion viskoser Stoffe oder Stoffe, die viskose Lösungen bilden, bei Polymerisationsvorgängen, bei denen ein flüssiges Produkt gebildet wird, bei der Herstellung von Gemischen von Schmierölen.
  • In einer bekannten Vorrichtung des erwähnten Typus wird die Ffüssigkeit unter einem konstanten Druckabfall kontinuierlich dem offenen Durchflußgefäß zugeleitet, und zwar durch eine Zufuhrleitung, in der solche Strömungsbedingungen vorliegen, daß die durchfließende Flüssigkeitsmenge unter den verschiedenen Meßverhältriissen nicht durch die Viskosität bedingt wird. Die Flüssigkeit tritt über ein Drosselventil aus dem Durchflußgefäß hinaus, so daß die jeweils in dem Durchflußgefäß vorhandene Flüssigkeitsmenge bei ansteigender Viskosität der Flüssigkeit zunimmt. Der Meßimpuls wird bei dieser Vorrichtung den Schwankungen des Gewichts der jeweils in dem Durchflußgefäß vorhandenen Flüssigkeitsmenge entnommen.
  • Erfindungsgemäß wird eine Verbesserung der Vorrichtungen des erwähnten Typus erreicht, indem man in die Zuleitung nach dem Durchflußgefäß einen Strömungswiderstand aufnimmt, dessen Widerstandskoeffizient bei zunehmender Viskosität der Flüssigkeit abnimmt. Dadurch wird erreicht, daß die Menge Flüssigkeit, welche dem Durchflußgefäß zugeleitet wird, bei ansteigender Viskosität der Flüssigkeit zunimmt, was zur Folge hat, daß die Empfindlichkeit der Messung- größer wird.
  • Ähnlich wie bei Anwendung der bekannten Vorrichtungen liegt auch hier die Notwendigkeit vor, über die Zuleitung nach dem Durchflußgefäß, mit Einschließung des erwähnten Strömungswiderstandes, einen konstanten Druckabfall aufrechtzuerhalten.
  • Vorzugsweise wird als Strömungswiderstand, dessen Widerstand bei Steigerung der Viskosität der Flüssigkeit abnimmt, ein Zyklonwiderstand angewandt, d. h. eine Rotationskammer mit einer geschlossenen Umdrehungsfläche als innerer Begrenzung, versehen mit einer oder mehreren Zuleitungen für die Flüssigkeit, die eine solche Form und Richtung aufweisen, daß der eintretenden Flüssigkeit eine tangentiale Bewegungskomponente erteilt wird, und weiterhin mit einer oder mehreren Abfuhröffnungen, die in solcher Weise angebracht sind, daß die Abfuhr der Flüssigkeit in einem Strahl erfolgen kann, der kleiner ist als der Stral; in dem die tangentiale Zufuhr der Flüssigkeit stattfinden kann.
  • Wird durch einen derartigen Zyklonwiderstand eine Flüssigkeit gepreßt, und zwar unter einem solchen Druck, daß die Flüssigkeit kontinuierlich durch sämtliche Abfuhröffnungen die Rotationskammer verläßt, so bildet sich in der Rotationskammer eine Zyklonströmung, das ist eine stationäre rotierende Strömung, in- der die tangentiale Geschwindigkeitskomponente der Flüssigkeit bei. abnehmendem Rotationsstrahl stark zunimmt. Bei zunehmender Viskosität der Flüssigkeit nimmt der Widerstandskoeffizient eines derartigen Zyklonwiderstandes erheblich ab, so daß die Menge Flüssigkeit, welche bei gleichbleibendem Zufuhrdruck durchgelassen wird, schnell großer wird.
  • Kombiniert man einen Zyklonwiderstand mit einem Durchflußgefäß, in dem als Abfuhröffnung eine Drosselöffnung vorgesehen ist, so erzielt man bei der Anwendung eine größere Empfindlichkeit und einen größeren Meßbereich als mit den bekannten Vorrichtungen. Es .ist auch möglich, ein Durchflußgefäß zu verwenden, dessen Abfuhröffnung einen Widerstandskoeffizienten hat, der nicht von .der Viskosität abhängig ist; Dies ist vom besonderer Bedeutung in den Fällen, wo Verstopfungsgefahr besteht, z. B. wenn die zu messende Flüssigkeit eine Suspension ist.
  • Die einfachste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diejenige, wobei der Zyklonwiderstand das äußere Ende der Flüssigkeitszuleitung nach dem Durchflußgefäß bildet. Die Flüssigkeit spritzt dann unmittelbar aus der (den! Abfuhröffnung(en;) des Zyklonwiderstands in das Durchflußgefäß.
  • Wird ein Zyklonwiderstand mit mehr als einer Abfuhröffnung angewandt, z. B. mit zwei Zentral-oder mehreren Tangentialabfuhröffnungen, so empfiehlt es sich, zur Vermeidung eines zu großen Widerstands in der Zuleitung nach dem Durchflußgefäß den Zyklonwiderstand unterhalb des Flüssigkeitsniveaus in das Durchflußgefäß münden zu lassen. Dadurch wird weiterhin eine gedrängte Konstruktion der Vorrichtung erhalten.
  • Vorzugsweise verwendet man einen Zyklonwiderstand, der symmetrisch in bezug auf eine hinsichtlich der Achse senkrechte Fläche ausgeführt und mit zwei einander gegenüberliegenden zentralen Abfuhröffnungeon versehen ist, während die Mittellinien der tangentialen Zufuhrleitungen in der Symmetriefläche liegen. Ein solcher Zyklonwiderstand weist ein minimales Verhältnis zwischen Wandoberfläche und Volumen auf, so daß die Reibung an der Wand, die bei zunehmender Viskosität der Flüssigkeit größer wird und folglich den gewünschten Effekt beeinträchtigt, sich auf ein Mindestmaß beschränkt.
  • Mit Rücksicht auf obenstehende Erwägungen ist die günstigste Form eine zylindrische Kammer mit einer oder mehreren Tangentialzuleitungen und zwei Zentralabfuhröffnungen.
  • Das zu verwendende Durchflußgefäß braucht hinsichtlich der erfindungsgemäßen Anwendung keinen bestimmten Bedingungen zu genügen, abgesehen denn von dem, was oben über die Abfuhröffnung bemerkt wurde. Wohl empfiehlt es sich, falls man eine Suspension oder eine andere Flüssigkeit zu untersuchen hat, aiis der sich ein festes oder viskoses Produkt absetzen kann, ein Durchflußgefäß zu verwenden, bei dem wenigstens der untere Teil eine konische Form aufweist, wobei sich die Abfuhröffnung in der Spitze dieses konischen Teiles befindet. Dadurch wird eine gute Durchströmung der Flüssigkeit gefördert, und die Gefahr, daß eine Verstopfung der Abfuhröffnung auftritt, wird herabgesetzt.
  • Der Meßimpuls kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Weisen hervorgerufen bzw. übertragen werden. So kann der Meßimpuls beispielsweise in an sich bekannter Weise Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels entnommen werden.
  • Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
  • Fig. I zeigt schematisch einen Regelkreis, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung angewandt wird; Fig. 2 zeigt teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht ein in Einzelheiten dargestelltes Bild des Zyklonwiderstands g in Fig. I.
  • In Fig. I ist mit I schematisch ein technischer Prozeß angedeutet, wobei sich eine Flüssigkeit bildet, die eine bestimmte Viskosität aufweisen soll, z. B. eine Eindickvorrichtung für eine Stärkesuspension. Die eingedickte Suspension wird durch eine Leitung 2 abgeführt. Falls die Suspension nicht genügend eingedickt ist und mithin eine zu geringe Viskosität aufweist, kann sie zum größten Teil durch eine mit einem Regelventil 4 versehene Leitung 3 abgeführt werden, wobei sie anschließend über Pumpenbehälter 5, Pumpe 6 und Leitung 7 in den Prozeß I zurückgeleitet vvird.
  • Zum Zweck einer automatischen Reglung des besagten Kreislaufsystems wird ein Teil der durch die Leitung 2 strömenden Suspension abgelassen und mittels einer Pumpe 8 unter einem konstanten Druckabfall einem Zyklonwiderstand 9 zugeleitet.
  • Die Suspension, die den Zyklonwiderstand g verläßt, strömt frei in ein konisches Durchflußgefäß 10 mit fester Drosselöffnung II, um anschließend durch Auffangbehälter 12 und Leitung I3 der Leitung 2 wieder zugeführt zu werden.
  • Zum Hervorrufen eines Impulses, der sich zum Steuern des Regelventils 4 eignet, welchem Impuls die Schwankungen in dem Niveau der jeweils in dem Durchflußgefäß 10 vorhandenen Suspensionsmenge zugrunde liegen sollen, benutzt man ein druckempfindliches Organ I4, das mit einem in dem Durchflußgefäß 10 aufgestellten Tauchrohr 15 in Verbindung steht. Das Regelventil 4 wird durch Preßluft gesteuert, die über einen Regelhahn I6 und eine Leitung 22 der Leitung I7 entzogen wird. Der Druck dieser Preßluft wird durch das druckempfindliche Organ 14 beeinflußt, und zwar mit Hilfe eines Prallplättchens I8, dem gegenüber eine Düse 19 aufgestellt ist. Zur Verbesserung der Wirkung des Tauchrohres 15 wird über einen Regelhahn 20 kontinuierlich Preßluft durch dieses Rohr hindurchgeleitet, welche Preßluft gleichfalls der Leitung I7 entstammt.
  • Wenn die Viskosität der durch die Leitung 2 abgeführten Suspension abnimmt, wird die Menge Suspension, die durch den Zyklonwiderstand 9 strömt, geringer werden, während die Menge Suspension, die durch die Drosselöffnung 11 strömt, zunimmt.
  • Dadurch wird das Niveau der Suspension in dem Durchflußgefäß sinken, was zur Folge hat, daß der Luftdruck in dem Tauchrohr 15 und der Druckkammer 21 des Organs 14 abnimmt. Dies führt eine nach unten gerichtete Bewegung des Prallplättchens r8 herbei, wadurch weniger Luft durch die Düse 19 strömen kann und der Druck in der Leitung 22 gesteigert wird, was wiederum zur Folge hat, daß das Regelventil 4 geöffnet bzw. weiter geöffnet und mithin die erforderliche Rezirkulierung der Suspension bewirkt wird. Bei zunehmender Viskosität der durch die Leitung 2 abgeführten Suspension erfolgt das Umgekehrte.
  • Der in Fig. 2 dargestellte Zyklonwiderstand besteht aus einer zylindrischen Rotationskammer 30, die sich aus zwei mit Schraubengewinde aneinander befestigten Teilen 3I und 32 zusammensetzt. Die Rotationskammer 30 ist mit einer Tangentialzuleitung 34 für die Flüssigkeit, welche Leitung bei 33 in die Kammer einmündet, und weiterhin mit zwei zentralen Abfuhröffnungen 35 und 36 versehen, an die die Abfuhrleitungen 37 und 38 angeschlossen sind.
  • Beispiel Zum Regeln des Eindickverfahrens einer Maisstärkesuspension, bei dem eine Suspension von etwa 190 Be verlangt wurde, verwendete man eine Vorrichtung nach Fig. I mit einem Zyklonwiderstand g nach Fig. 2, der nachstehende Hauptabmessungen aufwies: innerer Durchmesser der Rotationskammer 30 ......... zu zu zu ... zu zu zu zu zu , zu zu zu 60 mm innerer Durchmesser der Zuleitung 34 .... 6 mm Durchmesser der Abfuhröffnungen 35 und 36 4 mm Ein Teil der erzeugten Suspension, die eine Temperatur von 370 C hatte, wurde dem Zyklonwiderstand unter einem konstanten Druck von o,8 atü zugeführt. Je Minute strömen etwa 6 1 einer Suspension von 190 Be durch die Meßvorrichtung. Die Drosselöffnung II des Durchflußgefäßes 10 wies einen Durchmesser von 8 mm auf; während der Messung betrug die Höhe der Flüssigkeit in dem Durchflußgefäß etwa 15 cm. Es wurde eine sehr empfindliche -Regelung erzielt.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit, welche als wesentliche Teile ein offenes Durchflußgefäß enthält und Mittel, mit deren Hilfe ein Meßimpuls zu erhalten ist in Abhängigkeit von Schwankungen der jeweils in dem Durchflußgefäß vorhandenen Flüssigkeitsmenge, dadurch gekennzeichnet, daß in die Flüssigkeitsleitung zum Durchfluß gefäß ein Strömungswiderstand aufgenommen ist, dessen Widerstandskoefflzient bei zunehmender Viskosität der Flüssigkeit abnimmt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand eine Rotationskammer ist, weiterhin Zyklonwiderstand genannt, mit einer geschlossenen Umdrehungsfläche als innererBegrenzung, versehen mit einer oder mehreren Zuleitungen, die eine solche Form und Richtung aufweisen, daß. der eintretenden Flüssigkeit eine tangentiale Bewegungskomponente erteilbar ist, und weiterhin versehen mit einer oder mehreren Abfuhröffnungen, die in solcher Weise angebracht sind, daß die Abfuhr der Flüssigkeit in einem Strahl erfolgt, der kleiner ist als der Strahl, in dem die tangentiale Zufuhr der Flüssigkeit stattfindet.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonwiderstand symmetrisch in bezug auf eine hinsichtlich der Achse senkrechten Fläche ausgeführt und mit zwei einander gegenüberliegenden zentralen Abfuhröffnungen versehen ist, während die Mittellinien der tangentialen Zufuhrleitungen in der Symmetriefläche liegen.
  4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfuhröffnung des Durchflußgefäßes derart dimensioniert ist, daß der Widerstandskoeffizient bei ansteigender V.iskosität der Flüssigkeit zunimmt.
DEST8906A 1953-10-29 1954-10-22 Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskositaet einer Fluessigkeit Expired DE943909C (de)

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