DEP0002302BA

DEP0002302BA - Density sensor

Info

Publication number: DEP0002302BA
Authority: DE
Inventors: Robert Zug Amsler
Original assignee: Landis & Gyr AG, Zug (CH)
Publication date: 1951-03-08

Description

Für die kontinuierliche Messung der Dichte von Flüssigkeiten und Mischungen, d.h. zur Messung ihrer Konsistenz, Viskosität oder ihres Mischungsgrades, sind Fühler bekannt geworden, welche auf dem Rotationsprinzip beruhen. Der Fühler besteht beispielsweise aus einem in die Flüssigkeit eintauchenden, mit konstanter Drehzahl rotierenden Fühlkörper, dessen Reaktionsrooment ein Mass für die Flüssigkeitsreibung bildet. Dieses Reaktionsmoment wird bei Dichtefühlern bekannter Art entweder auf mechanischem Weg über einen Kraftverstärker direkt auf das Regelorgan übertragen, oder aber auf elektrischem Weg z.B. in Form einer Phasenlageverschiebung des antreibenden Motors gegenüber einer feststehenden Phasenlage gemessen. For the continuous measurement of the density of liquids and mixtures, i.e. to measure their consistency, viscosity or of their degree of mixing, sensors have become known which are based on the principle of rotation. The feeler exists, for example from a sensor immersed in the liquid, rotating at constant speed, the reaction room of which is a measure for the Forms fluid friction. In the case of density sensors of the known type, this reaction torque is either mechanically via a The power amplifier can be transmitted directly to the control unit, or by electrical means, e.g. in the form of a phase shift of the driving motor measured against a fixed phase position.

Die Uebertragung des Reaktionsmoment β auf mechanischem Wege über Kraftverstärker bringt unvermeidliche Einflüsse der Reibung der Uebertragungsorgane mit sich, was sich in einer gewissen Unempfindlichkeit auswirkt. Die meist durch Zahnräder oder Klinkenräder erfolgende Kupplung der Fühlerausschläge mit dem Kraftverstärker ist der Abnutzung unterworfen und erfordert entsprechende Wartung und entsprechenden Unterhalt. Fühler dieser Art haben des Kraftverstärkers wegen einen relativ grossen Platzbedarf und werden j^b^^^^beaset^igei^AiÄÖs^ÄaöiigeÄ·immobil konstruiert.The transmission of the reaction torque β by mechanical means via power amplifiers brings inevitable influences of friction the organs of transmission with it, which results in a certain insensitivity. Mostly through gears or ratchet wheels the coupling of the sensor deflections with the power amplifier is subject to wear and tear and requires corresponding Maintenance and related upkeep. Because of the force amplifier, sensors of this type take up a relatively large amount of space and are j ^ b ^^^^ beaset ^ igei ^ AiÄÖs ^ ÄaöiigeÄ · immobile constructed.

Fühler mit elektrischer Messung des Reaktionsmoments erfordern relativ komplizierte elektrische Umwandlungs- und Uebertragungsorgane zur Umsetzung der Phasenlageverschiebung in eine verhältnis-11.Mai 1948. CM/w.Sensors with electrical measurement of the reaction torque require relatively complicated electrical conversion and transmission organs for the implementation of the phase shift in a ratio of May 11, 1948. CM / w.

gleiche Drehzahl der Verdünnungswasserpumpe, ausserdem einensame speed of the dilution water pump, plus one

Spezialmotor für deren Antrieb. s , ^ Special motor for their drive. s, ^

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C- -as-vorliegendeft" Erfindung *b4^ in«-DichtefühlerC- -as-present "invention * b4 ^ in" -Density sensor

für die Messung der Dichte (Konsistenz, Viskosität, Mischungsgrad) von Flüssigkeiten und breiartigen Mischungen mit unter dem Einfluss eines Antriebes mit konstanter Drehzahl stehenden* in demfor measuring the density (consistency, viscosity, degree of mixing) of liquids and pasty mixtures with under the influence of a drive with constant speed standing * in the

Messflügels entstehende Reaktionsmoment eine Messfeder spannt und die Verdrehung zwischen Messflügel und Antrieb mechanisch ■jf¹ einen Geber übertragen wird.The reaction torque generated by the measuring blade is tensioned by a measuring spring and the rotation between the measuring blade and drive is mechanically ■ j f ¹ transmitted to an encoder.

Der Geber ist vorzugsweise als elektrischer Geber ausgebildet und überträgt seinerseits den Messwert stetig auf elektrischem Wege auf ein Empfangsgerät, welches zur Fernanzeige, Registrierung oder Regelung, sowie) y^efir^SsmirdieΒ6Γ1·Γ'«ί· dient« Im Falle der Regelung wirkt das Empfangsgerät seinerseits auf ein Regelorgan, z.B. ein Ventil, welches die Dichte der Flüssigkeit beispielsweise durch Wasserzumischung verändert.The transmitter is preferably designed as an electrical transmitter and, for its part, continuously transmits the measured value to an electrical transmitter Paths to a receiving device, which is used for remote display, registration or control, as well as) y ^ efir ^ SsmirdieΒ6Γ1 · Γ '«ί ·« In the case of regulation, the receiving device in turn acts on a regulating device, e.g. a valve, which determines the density of the liquid for example changed by adding water.

In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen;In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically.
Show it;

Fig. 1 das Gerät im Schnitt undFig. 1 shows the device in section and

Fig. 2 eine Ausführungsform eines KupplungsStückes in Draufsicht. Fig. 2 shows an embodiment of a coupling piece in plan view.

In der Fig. 1 bedeutet 1 eine Grundplatte, die auf Säulen 2 bzw. 3 Zwischenbühnen 4? 5 trägt, die zur Unterbringung des Messwerkes dienen, während das Ganze durch eine Schutzhaube 6 geschlossen ist. Eine Messflügelwelle 7 ist in zwei Kugellagern 8, 9 gelagert, die ihrerseits auf einer Hülse 10 gegengelagert sind. Letztere ist mittels zweier Kugellager 11, 12 drehbar in der Grundplatte 1 und der Zwischenbühne 4 gelagert und wird über Ritzel 13, Zahnrad 14 und Ritzel 15, Zahnrad 16 durch einen Motor mit konstanter Drehzahl, z.B. einen Synchronmotor 17, angetrieben. Eine topfförmige Erweiterung 18 des oberen Endes der Hülse 10 enthältIn Fig. 1, 1 means a base plate which is supported on columns 2 or 3 intermediate stages 4? 5 carries, which serve to accommodate the measuring mechanism, while the whole thing is closed by a protective hood 6. A measuring blade shaft 7 is supported in two ball bearings 8, 9, which in turn are counter-supported on a sleeve 10. The latter is rotatably mounted by means of two ball bearings 11, 12 in the base plate 1 and the intermediate stage 4 and is driven via pinion 13, gear 14 and pinion 15, gear 16 by a motor with constant speed, e.g. a synchronous motor 17. A cup-shaped extension 18 of the upper end of the sleeve 10 contains

eine Messfeder 19, deren äusseres Ende mit der tepfförmigen Erweiterung 18 der Hülse 10 und deren inneres Ende mit einer Nabe 20 verbunden ist. Letztere sitzt drehbar auf eiern oberen Ende der Messflügelwelle 7 und ist mit ihr über eine dort fest angeordnete Kugelkupplung 21 verbunden, welche ausschnappt, wenn die Messflügelwelle 7 gegenüber der Hülse 10 über einen gewissen Grad hinaus verdreht wird. !Diese Sicherheitsvorrichtung dient zum Schütze der Messfeder gegen Ueberlastung. Der obere Flansch der Nabe 20 ist als Kurvenscheibe 22 ausgebildet, etwa wie.dies in der Pig, 2 dargestellt worden ist, auf welche^eine an einem Winkelhebel 23 angeordnete Laufrolle 24 abrollt. Der Winkelhebel 23 ist seinerseits auf der topfförmigen Erweiterung 18 der Hülse Iß gelagert und betätigt über ein zentrisch angeordnetes Kugejp und eine Zugstange 26 einen Zeiger 27 und damit einejUeßs® 28 eines elektrischen Messgebers 29· Der Zeiger 27 bestreicht eine Skala 30. Zum Schütze des unteren Kugellagers 11 ist eine Schutzhaube 31 vorgesehen, die an der Grundplatte 1 befestigt ist und durch welche die Messflügelwelle mit Spiel hindurchgeführt ist. Am unteren Ende der Messflügelwelle sitzt der eigentliche Messflügel, welcher beispielsweise als vierblättriger Propeller 36 ausgeführt ist, dessen Blätter so geneigt sind, dass das zu überwachende Medium von unten nach oben gefördert wird. Um den möglichen Verdrehungswinkel zwischen Messflügelwelle und der topfförmigen Erweiterung, die, da sie zur Unterbringung der Messfeder dient, auch als Federgehäuse bezeichnet werden kann, zu begrenzen, weist die linke Seite der Nabe 20 zwei Anschläge 32, 33 auf, zwischen denen ein Fortsatz 34 des Federgehäuses 18 frei beweglich angeordnet ist; Eine Spannfeder 35, die an einer Verlängerung des Zeigers 27 und an der Zwischenbühne 5 angreift, hebt die Totgänge in den Gelenken der Uebertragungseinrichtung auf,a measuring spring 19, the outer end of which is connected to the tapered enlargement 18 of the sleeve 10 and the inner end of which is connected to a hub 20. The latter sits rotatably on the upper end of the measuring blade shaft 7 and is connected to it via a ball coupling 21 fixed there, which snaps out when the measuring blade shaft 7 is rotated to a certain extent relative to the sleeve 10. ! This safety device serves to protect the range spring against overload. The upper flange of the hub 20 is designed as a cam disk 22, roughly as has been shown in Pig, 2, on which a roller 24 arranged on an angle lever 23 rolls. The angle lever 23 is in turn mounted on the pot-shaped extension 18 of the sleeve Iß ge and actuates a pointer 27 and thus a jUeßs® 28 of an electrical transducer 29 via a centrally arranged ball joint and a pull rod 26 The pointer 27 sweeps a scale 30. To protect the Lower ball bearing 11, a protective hood 31 is provided, which is attached to the base plate 1 and through which the measuring blade shaft is passed with play. At the lower end of the measuring vane shaft sits the actual measuring vane, which is designed, for example, as a four-bladed propeller 36, the blades of which are inclined so that the medium to be monitored is conveyed from bottom to top. In order to limit the possible angle of rotation between the measuring blade shaft and the cup-shaped extension, which, since it is used to accommodate the measuring spring, can also be referred to as a spring housing, the left side of the hub 20 has two stops 32, 33, between which an extension 34 the spring housing 18 is arranged to be freely movable; A tension spring 35, which acts on an extension of the pointer 27 and on the intermediate stage 5, removes the backlashes in the joints of the transmission device,

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung beruht auf der fortlaufenden Messung des zur Aufrechterhaltung einer konstanten Drehzahl notwendigen Drehmomentes, welches eine Funktion der Dichte, Konsistenz, Viskosität oder des Mischungsgrades des zu überwachendenThe mode of operation of the arrangement described is based on the continuous measurement of the to maintain a constant Speed required torque, which is a function of the density, consistency, viscosity or the degree of mixing of the to monitoring

Medium ist. Dieses Drehmoment spannt die Messfeder 19 um einen gewissen Winkel vor, welch letzterer über die Kurvenscheibe 22 ■und die Uebertragungeteile 24_S 23, 25, 26 und 28 auf den Messgeber 29 übertragen wird.Medium is. This torque biases the measuring spring 19 by a certain angle before, the latter is transmitted to the encoder 29 via the cam 22 and the ■ Uebertragungeteile 24 _S 23, 25, 26 and 28th

Die beschriebene Einrichtung hat den Vorteil, dass infolge der getroffenen Trennung des antreibenden vom messenden Teil des Fühlers an der Messflügelwelle lediglich die Reibung der Kugellager 8 und 9, sowie der Uebertragungsteile 22, 24, 23» 25, 26 und 28 wirksam ÜS&ä, welche durch entsprechende^Ausbildung der Gelenke als Kugellager, klein gehalten werden). Die geseilte Reibung des Getriebes und des Motors geht nicht in die Messung ein. Ausserdem ist es durch eine einfache Massnahme möglich, auch die auf den messenden Teil wirkenden Reibungen unwirksam zu machen. Zu diesem Zwecke wird der Propeller 36 des Fühlers so ausgeführt, dass dessen Blätter um einen geringen Betrag, ungleich lang sind, dadurch wird das Reaktionsmoment über eine Umdrehung infolge ungleicher Strömung der Flüssigkeit etwas ungleichförmig. Dies hat zur Folge, dass die Winkelgeschwindigkeit der Messwelle bei ;jeder Umdrehung um einen kleinen Betrag schwankt, was den Uebertragungsorganen auf den Messgeber eine hin- und hergehende Bewegung verleiht. Dadurch wird die Haftreibung in allen Gelenken periodisch überwunden und der messende Teil ist durch diese Massnahme praktisch reibungsfrei.The device described has the advantage that due to the separation of the driving from the measuring part of the sensor on the measuring blade shaft, only the friction of the ball bearings 8 and 9 and the transmission parts 22, 24, 23 »25, 26 and 28 are effective corresponding ^ design of the joints as ball bearings, kept small). The roped friction of the gearbox and the motor is not included in the measurement. In addition, it is possible by means of a simple measure to also make the friction acting on the measuring part ineffective. For this purpose, the propeller 36 of the sensor is designed in such a way that its blades are slightly unequal in length, which means that the reaction torque over one revolution becomes somewhat non-uniform as a result of the uneven flow of the liquid. The consequence of this is that the angular speed of the measuring shaft fluctuates by a small amount with each revolution, which gives the transmission elements to the measuring transducer a reciprocating movement. As a result, the static friction in all joints is periodically overcome and the measuring part is practically friction-free as a result of this measure.

Der Propeller fördert von unten nach oben um sein Eintauchen zu gewährleisten. Durch die Tatsache der Förderung fliesst pro Zeiteinheit mehr Flüssigkeit am Fühler vorbei ale ohne Förderung, sodass der Fühler einen besseren Mittelwert misst als ein Fühler ohne Förderung,The propeller promotes from bottom to top to ensure that it is immersed. By the fact of the promotion flows pro A unit of time more liquid bypasses the sensor than without delivery, so that the sensor measures a better mean value than a sensor without funding,

Die Ansprechempfindlichkeit dieses Fühlers ist dementsprechend sehr hoch, was bei seiner Verwendung als Reglerfühler die Regelvorgänge erleichtert und eine schnelle und genaue Regelung ergibt.The sensitivity of this sensor is accordingly very high, which is what happens when it is used as a controller sensor facilitates the control processes and results in a fast and precise control.

Für die Regelzwecke erfolgt die Einstellung auf den gewünschten Sollwert nicht am Fühler selbst, sondern an einemFor control purposes, the desired setpoint is not set on the sensor itself, but on one

besonderen, im Regelgerät eingebauten Einstellgeber, welcher mit dem Messgeber in elektrischer Wirkungsverbindung steht und gemeinsam mit diesem das Regelinatrument beeinflusst.special setting transmitter built into the control unit, which is in electrical functional connection with the measuring transmitter and together with this influences the control instrument.

11. Mai 1943.CM/w.May 11, 1943.CM/w.

Claims

Claims,

1.) Density sensor for measuring the density (consistency, viscosity, degree of mixing) of liquids or pasty Mixtures with? Measuring blades, which are under the influence of a drive at constant speed, rotating in the medium to be monitored, characterized in that the reaction torque resulting from the braking of the measuring blade tensions a measuring spring and the rotation between the measuring blade and the constant drive is mechanically transferred to an encoder,

2.) Density sensor according to claim 1, characterized in that the measuring vane blades are arranged inclined on the measuring vane axis are in such a way that the liquid is conveyed in the axial direction by propeller action.

3.) Density sensor according to claim 1 and 2, characterized in that the measuring vane blades are of dissimilar design so that the vibrating movement of the measuring parts makes static friction and joint play ineffective,

4.) density sensor according to claim 1, characterized in that the measuring blade axis with the measuring spring via a flexible Coupling is connected in such a way that overstressing of the measuring spring is prevented when the reaction torque is too high.

5.) Density sensor according to claim 1 and 4, characterized in that the flexible coupling is designed as a friction coupling is.

6.) density sensor according to claim 1 and 4 »characterized in that the flexible coupling is designed as a bracket coupling«

7.) Density sensor according to claim 1 and 4, characterized in that the one coupling part with the inner end of the measuring spring is connected and designed as a cam whose position is sensed by an angle lever that ssfeder with the outer end of the Me connected and mounted on its second lever arm in the extension of the measuring blade axis a transmission part

is arranged by which the rotation between the cam disc and spring housing is transmitted to the encoder,

8.) Diohtesensor according to claim 1, characterized in that a tension spring is provided, such that backlashes of the Measuring device are ineffective.

9.) density sensor according to claim 1 and 7 »characterized in that the reaction torque except for a transmitter still on a Display device is transmitted.

10.) Density sensor according to claim 1, 7 "and 9, characterized in that the transfer point of the angle lever for the Rotation between the cam and the spring housing is connected to a lever via a pull rod, the axis of which adjusts the encoder and at one end of which the tension spring engages, while its other end forms the pointer of the display device.

May 11, 1948 «Cl / l / w.