WO2009037050A1 - Verfahren zur bestimmung und/oder überwachung der viskosität und entsprechende vorrichtung - Google Patents

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WO2009037050A1
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viscosity
medium
oscillatable unit
mechanically oscillatable
determined
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PCT/EP2008/060500
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Sascha D'angelico
Martin Urban
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Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining and / or monitoring at least the viscosity of a medium. Further variables to be determined or monitored are, for example, the fill level or the density of the medium, wherein the medium is, for example, a liquid. Furthermore, the invention relates to a corresponding device for determining and / or monitoring at least the viscosity of a medium. Other process variables such as the level can also be measured with this device.
  • An object of the invention is to provide further methods to determine or monitor the viscosity of a medium with a mechanically oscillatable unit. Another object is to provide a device for viscosity measurement or monitoring, which allows the most accurate measurement possible.
  • the object is achieved in a first variant by a method for determining and / or monitoring at least the viscosity of a medium, wherein at least one mechanically oscillatable unit is excited by an excitation signal to mechanical vibrations, and wherein of the mechanically oscillatable unit mechanical vibrations are received and converted into a received signal, wherein the natural frequency (w 0 ) of the mechanically oscillatable unit and / or the resonance frequency (w res ) of the mechanically oscillatable unit and / or the phase position between the excitation signal and the received signal determined and / or monitored is due to changes in the natural frequency (w 0 ) and / or due to changes in the Resonant frequency (w res ) and / or due to changes in the phase position between the excitation signal and the received signal is concluded on a change in viscosity and / or due to appropriately deposited dependencies of the oscillations of the mechanically oscillatable unit of the viscosity of the medium from the natural frequency (w 0 ) and /
  • the first variant of the method thus provides that of the
  • Vibrations of the mechanically oscillatable unit at least one parameter is determined and / or monitored.
  • the characteristic quantities are in particular the natural frequency (w 0 ), the resonance frequency (w res ) and / or the phase position between the excitation signal and the received signal. These quantities are determined either individually or in combination and evaluated in terms of viscosity. In this case, a change in the parameters is used to detect a change in viscosity or, based on the variables, the viscosity is determined on the basis of stored or stored relationships (characteristics, formulas, algorithms, value pairs, etc.) between the variables and the viscosity.
  • Method provides that disturbances, which in addition to the viscosity of the medium influence at least one parameter of the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit, are kept substantially constant.
  • the vibrations depend not only on the viscosity, but also on the degree of coverage of the mechanically oscillatable unit or on the density of the medium.
  • These disturbances are kept constant here, so that the evaluated variables essentially depend only on the viscosity.
  • the process variables which can usually be measured or monitored with the mechanically oscillatable unit are disturbance variables in determining the viscosity.
  • the disturbance degree of coverage For example, it can be kept constant by measuring with complete coverage of the mechanically oscillatable unit.
  • the density can essentially be kept constant by keeping the temperature constant.
  • the influence of the density on the vibrations can be reduced or eliminated by a corresponding optimization of the geometry of the mechanically oscillatable unit.
  • the effects of changes in density on the vibrations are negligible or no longer available.
  • a measurement is made, for example, with known disturbance variables, ie with known density and known degree of coverage, and in the following measurements - in operation - the viscosity is determined on the basis of this initialization measurement.
  • Method includes that disturbances, which in addition to the viscosity of the medium influence at least one parameter of the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit, are determined, and that the effect of the disturbance and / or a change in the disturbance on at least one characteristic in the determination and / or Monitoring the viscosity of the medium is taken into account.
  • the dependence of the characteristic or the characteristics of the viscosity and at least one disturbance variable is thus known, so that the viscosity can be determined on the basis of the measurement or monitoring of the disturbance variable.
  • An embodiment of the first variant of the method according to the invention provides that the degree of coverage of the mechanically oscillatable unit is determined by the medium and / or monitored. The degree of coverage is thus one of the disturbances.
  • An embodiment of the first variant of the invention Method includes determining and / or monitoring the density of the medium.
  • the density is a disturbance that has to be observed.
  • An embodiment of the first variant of the method according to the invention provides that starting from the degree of coverage of the mechanically oscillatable unit and starting from the density of the medium due to changes in the natural frequency (w 0 ) and / or due to changes in the resonant frequency (w res ) and / or is closed due to changes in the phase angle between the excitation signal and the received signal to a change in viscosity. If the disturbance variables are substantially constant and a parameter is considered which is dependent on the viscosity, it can be concluded from the change in the characteristic variable of the change in viscosity.
  • An embodiment of the first variant of the method according to the invention includes that starting from the degree of coverage of the mechanically oscillatable unit and starting from the density of the medium due to appropriately deposited dependencies of the vibrations of the mechanically oscillatable unit of the viscosity of the medium from the natural frequency (w 0 ) and / or the resonance frequency (w res ) and / or the phase position between the excitation signal and the received signal, the viscosity is determined.
  • the disturbance variables density and level are either kept substantially constant here or the dependence of the parameters of these is known and is calculated as appropriate in the determination of the viscosity due to deposited dependencies between parameters or characteristics of the oscillations and the viscosity.
  • An embodiment of the first variant of the method according to the invention provides that a mechanically oscillatable unit is used, whose vibrations are substantially independent of the density of the medium.
  • Method involves that the natural frequency (w 0 ) of the mechanical oscillatory unit is determined, and that the viscosity of the medium is determined due to at least one deposited relationship between the natural frequency (w 0 ) and the viscosity.
  • Method provides that the resonant frequency (w res ) of the mechanically oscillatable unit is determined, and that the viscosity of the medium is determined due to at least one deposited relationship between the resonant frequency (w res ) and the viscosity.
  • An embodiment of the first variant of the method according to the invention includes that the phase difference between the excitation signal and the received signal at oscillations of the mechanically oscillatable unit with the resonant frequency (w res ) is determined, and that the viscosity of the medium due to at least one deposited relationship between the phase difference and the viscosity is determined.
  • An embodiment of the first variant of the method according to the invention provides that at least one relation between the natural frequency (w 0 ) and the resonance frequency (w res ) of the mechanically oscillatable unit is determined, and that the viscosity of the medium due to at least one deposited relationship between the relation and the viscosity is determined.
  • Method includes that a quotient of the natural frequency (w 0 ) and the resonance frequency (w res ) of the mechanically oscillatable unit is formed, and that the viscosity of the medium is determined due to at least one deposited relationship between the quotient and the viscosity.
  • the invention solves the problem in a second variant by a method for determining and / or monitoring at least the viscosity of a medium, wherein at least one mechanically oscillatable unit is excited by an excitation signal to mechanical vibrations, and wherein of the mechanically oscillatable unit mechanical vibrations are received and converted into a received signal, wherein after the excitation of a vibration of the mechanically oscillatable unit, the Abkling the vibrations of the mechanically oscillatable unit is determined, and wherein due to changes in Abkling s on a change in viscosity is concluded and / or due deposited accordingly Dependencies of the Abkling s the vibrations of the mechanically oscillatory unit of the viscosity of the medium from the determined decay behavior, the viscosity is determined.
  • the two variants according to the invention have in common that they each use the vibration behavior of the mechanically oscillatable unit and its dependence on the viscosity of the medium for determining or monitoring the viscosity of the medium.
  • the mechanically oscillatable unit is permanently excited to oscillate and in the second variant there is a time-limited, but preferably periodically recurring excitation.
  • the invention relates to a device for determining and / or monitoring at least the viscosity of a medium, with at least one mechanically oscillatable unit, and with at least one evaluation unit which acts on the mechanically oscillatable unit with an excitation signal and of the mechanically oscillatable Unit receives a receive signal.
  • the device is characterized in that the mechanically oscillatable unit is designed such that the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit are substantially independent of the density and / or of a change in the density of the medium.
  • the vibrations of the mechanically oscillatable unit are thus essentially independent of the density of the medium, so that this disturbance in the determination or monitoring of the viscosity in the Has no significant impact.
  • the mechanically oscillatable unit is thus flow-optimized or optimized for viscosity measurement or for avoiding the effects of density.
  • the mechanically oscillatable unit has at least one membrane and two forks, wherein the forks are configured substantially cylindrical. On a membrane thus at least two cylinders or tubes are attached.
  • the cross section of the forks is circular, in the form of an oval or elliptical.
  • FIG. 3 dependency of the change in the natural frequency on the viscosity of the medium at a constant density of the medium
  • FIG. 4 Dependence of the change of the resonance frequency on the viscosity of the medium at a constant density of the medium
  • FIG. 6 dependency of the phase of the received signal relative to the excitation signal at the resonant frequency on the viscosity of the medium at a constant density of the medium
  • FIG. 7 dependence of the quotient of resonant frequency and natural frequency on the viscosity of the medium
  • Fig. 8 dependence of the amplitude in the decay of the mechanically oscillatable unit at a constant density of the medium
  • Fig. 9 Dependence of the lehrschen attenuation measure of the viscosity.
  • Fig. 1 the principal measurement method is shown with a mechanically oscillatable unit 1.
  • the mechanically oscillatable unit 1 in this example is a so-called tuning fork.
  • Alternative embodiments are membrane oscillators or so-called rods.
  • the tuning fork shown here is the mechanically oscillatable unit 1 of two forks, which are attached to a membrane.
  • a - not shown here - drive / receive unit On the inside of the membrane is a - not shown here - drive / receive unit, which is, for example, a piezoelectric element.
  • the drive / receiving unit converts, for example, an electrical alternating voltage as an excitation signal into mechanical movements of the membrane and thereby the forks and thus the mechanically oscillatable unit 1 as a whole.
  • the drive / receiving unit also serves to transmit the mechanical vibrations of the mechanically oscillatable unit 1 into an electrical signal, which is also an electrical alternating voltage here. This signal is thus the received signal.
  • the mechanically oscillatable unit 1 is mounted on the wall of the container 3 such that it comes in contact with this at a certain level of the medium 2 or the mechanically oscillatable unit 1 is at a corresponding level of the medium 2 to a certain Degree of the medium 2 covered. In one embodiment, the mechanically oscillatable unit 1 is completely covered by the medium 2.
  • the medium 2 is in particular liquids.
  • process variables of the medium 2 can be determined or can be changes of these process variables monitor.
  • the level can be monitored by the fact that the frequency or the amplitude are reduced when the mechanically oscillatable unit 1 comes into direct contact with the medium 2 or vice versa can from an increase in the amplitude or the frequency thereof be concluded that the medium 2 holds a level below the mechanically oscillatable unit 1.
  • a certain level of the medium 2 ie a certain degree of coverage of the mechanically oscillatable unit 1 by the medium 2 is assumed in most cases.
  • the control of the mechanically oscillatable unit or the evaluation of the measurement signals is carried out here by an evaluation unit 4.
  • this evaluation unit 4 for example, in the form of tables, selected value pairs or in the form of functional relationships, the dependencies of the measured or to be monitored variables of the vibrations of the mechanically oscillatable unit of the viscosity deposited.
  • the density of the medium is measured by the same mechanically oscillatable unit as for the viscosity by adjusting a phase between the excitation and the receive signal, at which the vibrations are substantially independent of the viscosity or a change in viscosity are. That Density and viscosity are measured with a measuring device.
  • the disturbance variables are kept constant, the knowledge about the dependence of a parameter or several characteristics of the oscillations on the viscosity of the medium is sufficient to make statements about the viscosity. If the disturbance variables change and if the disturbance variables are measured, the knowledge about this multi-dimensional dependency is required or the data must be appropriately stored or stored in the evaluation unit 4.
  • Fig. 2 shows the viscosity-dependent behavior of the natural frequency W 0 of the vibrations of the mechanically oscillatable unit. Shown is the dependence of the phase of the vibrations of the received signal relative to the excitation signal as a function of the frequency of the vibrations at a known or fixed density of the medium.
  • the natural frequency W 0 is characterized in that it is the oscillation frequency at which a phase angle of the oscillations and thus of the received signal to the excitation signal of 90 ° is given. This phase of 90 ° is indicated in the figure by the horizontal dash-dotted line. That is, from the intersection of the straight line with the curve results in the present at the respective viscosity of the medium natural frequency W 0 .
  • the individual curves belong to media with the same density but different viscosity.
  • the natural frequency W 0 is determined such that a
  • Frequency range is traversed and that the phases are evaluated.
  • the frequency at which a phase difference of 90 ° occurs is thus the natural frequency W 0 .
  • Another possibility is to set a phase difference of 90 ° and to measure the frequency that accompanies it. This is then the natural frequency W 0 .
  • FIG. 3 again shows in detail the dependence of the change in the natural frequency W 0 on the dynamic viscosity of the medium.
  • the dynamic viscosity describes the viscous behavior of the medium without regard to the density of the medium. Considering the density, the kinematic viscosity would result.
  • the natural frequency W 0 and the resonance frequency w res of the vibrations of the mechanically oscillatable unit are connected to one another via the damping D: n - m .
  • the resonant frequency w res is that frequency at which the amplitude of the oscillations has its local maximum. In the case that no attenuation is given, or that the attenuation is negligible, the resonance frequency w res and the natural frequency W 0 coincide.
  • the natural frequency W 0 can be assumed to be constant and only the damping effect of the viscosity on the vibration system of the mechanically oscillatable unit is measured by the evaluation of the frequency.
  • FIG. 4 shows the dependence of the change in the resonant frequency w res on the dynamic viscosity ⁇ at a constant density p of the medium.
  • the resonant frequency w res is measured in such a way that a certain frequency band is traversed, and that the amplitude is evaluated.
  • the resonance frequency w res also allows the monitoring or, if the values or dependencies are appropriately stored, the determination of the viscosity.
  • a further embodiment of the mechanically oscillatable unit 1 is shown, in which the two forks are round rods.
  • An advantage of these rods is that the vibrations are almost independent of the density of the medium.
  • a geometry of the mechanically oscillatable unit 1 is used in the determination or monitoring of the viscosity, which causes this unit 1 or its oscillations to be density-dependent, it must be assumed either that the density is within a certain range remains constant or the dependence of the vibrations on the density must be known in advance.
  • the membrane is circular here and the forks have a circular cross-section.
  • phase relationships between the excitation signal and the received signal are not equal to 90 °. It can be observed that the phase difference at the resonance frequency w res decreases with increasing viscosity. This dependence or this connection thus also permits a metrological determination or monitoring of the viscosity.
  • the density is a disturbance.
  • Fig. 6 shows such a relationship between the
  • Phase angle at the resonant frequency w res and the dynamic viscosity of the medium It can be seen that in the case of a viscosity of the medium of zero, the phase angle is 90 °.
  • the phase between the received signal and the excitation signal is determined at a known or constant density and at a known or constant degree of coverage in vibrations of the mechanically oscillatable unit with the resonance frequency w res , it may be due to a change in viscosity or to the extent of the viscosity itself getting closed.
  • FIG. 7 shows the relationship between resonance values
  • Natural frequency W 0 of the mechanically oscillatable unit shown as a function of viscosity. Is of the mechanically oscillating unit, both the resonance w res and the natural frequency W 0 is determined, these two measured values can be set in relation to each other. As can be seen from FIG. 7, the evaluation of this quotient also permits the monitoring or determination of the viscosity of the medium.
  • Determination or monitoring of the viscosity presuppose in each case that at least one frequency of the mechanically oscillatable unit or in general of the vibration system is determined or monitored and that the dependence of the respective frequency or the associated phase on the viscosity is used.
  • the following figures introduce a further method, namely the second variant, in which the dependence of the vibration behavior of the vibration system on the viscosity is exploited in another way. In the previous methods it is assumed that the oscillation system is constantly excited to oscillate and that thus vibration parameters are continuously evaluated.
  • FIG. 8 shows the decay behavior of the mechanically oscillatable unit in different media.
  • the oscillatable unit is thereby excited to oscillate and the decrease in amplitude after the single excitation is plotted and evaluated over time.
  • the curves behave depending on the viscosity of the medium. It can be seen that with increasing viscosity, i. With increasing attenuation, the decay behavior also takes place more rapidly, so that in a highly viscous medium the oscillations go to zero faster than in a low-viscosity medium.
  • the transient response can also be evaluated.
  • the system should preferably be operated in resonance to allow the highest possible amplitude and thus a good evaluation.
  • the excitation of the resonant oscillation system is switched off to record or measure the decay behavior, which can be described, for example, by a step function: (l- ⁇ (t)) -Asin (oj-t)
  • the decay curves of the amplitudes A (t) can be described, for example, by an exponential function of the following form:

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung der Viskosität eines Mediums (2), wobei eine mechanisch schwingfähige Einheit (1) ausgehend von einem Anregungssignal zu Schwingungen angeregt wird, und wobei von der Einheit (1) Schwingungen empfangen und in ein Empfangssignal umgewandelt werden, wobei die Eigenfrequenz (w0) und/oder die Resonanzfrequenz (wres) der schwingfähigen Einheit (1) und/oder die Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal bestimmt und/oder überwacht wird, und wobei aufgrund von Änderungen der Eigenfrequenz (w0) und/oder der Resonanzfrequenz (wres) und/oder der Phasenlage auf eine Änderung der Viskosität geschlossen wird und/oder wobei aufgrund entsprechend hinterlegter Abhängigkeiten der Schwingungen von der Viskosität des Mediums aus der Eigenfrequenz (w0) und/oder der Resonanzfrequenz (wres) und/oder der Phasenlage die Viskosität ermittelt wird. In einer zweiten Variante des Verfahrens wird das Abklingverhalten der mechanisch schwingfähigen Einheit ausgewertet. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Viskosität.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung der Viskosität und entsprechende Vorrichtung
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens der Viskosität eines Mediums. Weitere zu bestimmende bzw. zu überwachende Größen sind beispielsweise der Füllstand oder die Dichte des Mediums, wobei es sich bei dem Medium beispielsweise um eine Flüssigkeit handelt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens der Viskosität eines Mediums. Andere Prozessgrößen wie z.B. der Füllstand sind mit dieser Vorrichtung ebenfalls messbar.
[0002] Im Stand der Technik ist es bekannt, mit Hilfe einer mechanisch schwingfähigen Einheit die Viskosität eines Mediums zu bestimmen (siehe z.B. DE 100 50 299).
[0003] Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, weitere Verfahren anzugeben, um mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit die Viskosität eines Mediums zu bestimmen bzw. zu überwachen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Viskositätsmessung bzw. -Überwachung anzugeben, welche eine möglichst genaue Messung erlaubt.
[0004] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer ersten Variante gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens der Viskosität eines Mediums, wobei mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit ausgehend von einem Anregungssignal zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, und wobei von der mechanisch schwingfähigen Einheit mechanische Schwingungen empfangen und in ein Empfangssignal umgewandelt werden, wobei die Eigenfrequenz (w0) der mechanisch schwingfähigen Einheit und/oder die Resonanzfrequenz (wres) der mechanisch schwingfähigen Einheit und/oder die Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal bestimmt und/oder überwacht wird, und wobei aufgrund von Änderungen der Eigenfrequenz (w0) und/oder aufgrund von Änderungen der Resonanzfrequenz (wres) und/oder aufgrund von Änderungen der Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal auf eine Änderung der Viskosität geschlossen wird und/oder wobei aufgrund entsprechend hinterlegter Abhängigkeiten der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit von der Viskosität des Mediums aus der Eigenfrequenz (w0) und/oder der Resonanzfrequenz (wres) und/oder der Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal die Viskosität ermittelt wird.
[0005] Die erste Variante des Verfahrens sieht somit vor, dass von den
Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit mindestens eine Kenngröße bestimmt und/oder überwacht wird. Bei den Kenngrößen handelt es sich hier insbesondere um die Eigenfrequenz (w0), die Resonanzfrequenz (wres) und/oder um die Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal. Diese Größen werden entweder einzeln oder in Kombination bestimmt und ausgewertet in Hinsicht auf die Viskosität. Dabei wird eine Änderung der Kenngrößen herangezogen, um eine Änderung der Viskosität zu erkennen bzw. ausgehend von den Größen wird aufgrund hinterlegter bzw. abgespeicherter Zusammenhänge (Kennlinien, Formeln, Algorithmen, Wertepaare etc.) zwischen den Größen und der Viskosität die Viskosität ermittelt.
[0006] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht vor, dass Störgrößen, welche zusätzlich zur Viskosität des Mediums mindestens eine Kenngröße der mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit beeinflussen, im Wesentlichen konstant gehalten werden. Die Schwingungen hängen nicht nur ab von der Viskosität, sondern auch vom Bedeckungsgrad der mechanisch schwingfähigen Einheit oder von der Dichte des Mediums. Diese Störgrößen werden hier konstant gehalten, so dass die ausgewerteten Größen im Wesentlichen nur von der Viskosität abhängen. D.h. die Prozessgrößen, welche sich mit der mechanisch schwingfähigen Einheit üblicherweise messen bzw. überwachen lassen, sind hier bei der Bestimmung der Viskosität Störgrößen. Die Störgröße Bedeckungsgrad kann beispielsweise konstant gehalten werden, indem bei vollständiger Bedeckung der mechanisch schwingfähigen Einheit gemessen wird. Die Dichte lässt sich im Wesentlichen dadurch konstant halten, dass die Temperatur konstant gehalten wird. Weiterhin kann der Einfluss der Dichte auf die Schwingungen durch eine entsprechende Optimierung der Geometrie der mechanisch schwingfähigen Einheit reduziert bzw. eliminiert werden. Dadurch sind auch die Auswirkungen der Änderungen der Dichte auf die Schwingungen vernachlässigbar bzw. nicht mehr vorhanden. Somit besteht eine Ausgestaltung darin, eine solche mechanisch schwingfähige Einheit zu verwenden bzw. sie derartig in Bezug auf diese Parameter zu optimieren, dass die Störgrößen keine oder nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die für die Bestimmung der Viskosität verwendeten Kenngrößen der Schwingungen haben. In der Anwendung wird beispielsweise eine Messung bei bekannten Störgrößen, d.h. bei bekannter Dichte und bekanntem Bedeckungsgrad vorgenommen und bei den folgenden Messungen - im Betrieb - wird ausgehend von dieser Initialisierungsmessung die Viskosität ermittelt.
[0007] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens beinhaltet, dass Störgrößen, welche zusätzlich zur Viskosität des Mediums mindestens eine Kenngröße der mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit beeinflussen, ermittelt werden, und dass die Auswirkung der Störgröße und/oder einer Änderung der Störgröße auf mindestens eine Kenngröße bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Viskosität des Mediums berücksichtigt wird. In dieser Ausgestaltung ist somit die Abhängigkeit der Kenngröße oder der Kenngrößen von der Viskosität und mindestens einer Störgröße bekannt, so dass aufgrund der Messung bzw. Überwachung der Störgröße die Viskosität bestimmbar ist.
[0008] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Bedeckungsgrad der mechanisch schwingfähigen Einheit durch das Medium bestimmt und/oder überwacht wird. Der Bedeckungsgrad ist somit eine der Störgrößen.
[0009] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die Dichte des Mediums bestimmt und/oder überwacht wird. Hier ist die Dichte eine Störgröße, die es zu beobachten gilt.
[0010] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ausgehend vom Bedeckungsgrad der mechanisch schwingfähigen Einheit und ausgehend von der Dichte des Mediums aufgrund von Änderungen der Eigenfrequenz (w0) und/oder aufgrund von Änderungen der Resonanzfrequenz (wres) und/oder aufgrund von Änderungen der Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal auf eine Änderung der Viskosität geschlossen wird. Sind die Störgrößen im Wesentlichen konstant und wird eine Kenngröße betrachtet, welche abhängig von der Viskosität ist, so kann aus der Änderung der Kenngröße auf die Änderung der Viskosität geschlossen werden.
[0011] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass ausgehend vom Bedeckungsgrad der mechanisch schwingfähigen Einheit und ausgehend von der Dichte des Mediums aufgrund entsprechend hinterlegter Abhängigkeiten der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit von der Viskosität des Mediums aus der Eigenfrequenz (w0) und/oder der Resonanzfrequenz (wres) und/oder der Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal die Viskosität ermittelt wird. Die Störgrößen Dichte und Füllstand werden hier entweder im Wesentlichen konstant gehalten oder die Abhängigkeit der Kenngrößen von diesen ist bekannt und wird passend verrechnet bei der Bestimmung der Viskosität aufgrund hinterlegter Abhängigkeiten zwischen Kenngröße oder Kenngrößen der Schwingungen und der Viskosität.
[0012] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine mechanisch schwingfähige Einheit verwendet wird, deren Schwingungen im Wesentlichen unabhängig von der Dichte des Mediums sind.
[0013] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens beinhaltet, dass die Eigenfrequenz (w0) der mechanisch schwingfähigen Einheit bestimmt wird, und dass die Viskosität des Mediums aufgrund mindestens eines hinterlegten Zusammenhanges zwischen der Eigenfrequenz (w0) und der Viskosität ermittelt wird.
[0014] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht vor, dass die Resonanzfrequenz (wres) der mechanisch schwingfähigen Einheit bestimmt wird, und dass die Viskosität des Mediums aufgrund mindestens eines hinterlegten Zusammenhanges zwischen der Resonanzfrequenz (wres) und der Viskosität ermittelt wird.
[0015] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die Phasendifferenz zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal bei Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit mit der Resonanzfrequenz (wres) bestimmt wird, und dass die Viskosität des Mediums aufgrund mindestens eines hinterlegten Zusammenhanges zwischen der Phasendifferenz und der Viskosität ermittelt wird.
[0016] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mindestens eine Relation zwischen der Eigenfrequenz (w0) und der Resonanzfrequenz (wres) der mechanisch schwingfähigen Einheit bestimmt wird, und dass die Viskosität des Mediums aufgrund mindestens eines hinterlegten Zusammenhanges zwischen der Relation und der Viskosität ermittelt wird.
[0017] Eine Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens beinhaltet, dass ein Quotient aus der Eigenfrequenz (w0) und der Resonanzfrequenz (wres) der mechanisch schwingfähigen Einheit gebildet wird, und dass die Viskosität des Mediums aufgrund mindestens eines hinterlegten Zusammenhanges zwischen dem Quotienten und der Viskosität ermittelt wird.
[0018] Die Erfindung löst die Aufgabe in einer zweiten Variante durch ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens der Viskosität eines Mediums, wobei mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit ausgehend von einem Anregungssignal zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, und wobei von der mechanisch schwingfähigen Einheit mechanische Schwingungen empfangen und in ein Empfangssignal umgewandelt werden, wobei nach dem Anregen einer Schwingung der mechanisch schwingfähigen Einheit das Abklingverhalten der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit ermittelt wird, und wobei aufgrund von Änderungen des Abklingverhaltens auf eine Änderung der Viskosität geschlossen wird und/oder wobei aufgrund entsprechend hinterlegter Abhängigkeiten des Abklingverhaltens der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit von der Viskosität des Mediums aus dem ermittelten Abklingverhalten die Viskosität ermittelt wird.
[0019] Den beiden erfindungsgemäßen Varianten ist gemein, dass sie jeweils das Schwingungsverhalten der mechanisch schwingfähigen Einheit und dessen Abhängigkeit von der Viskosität des Mediums zur Bestimmung bzw. Überwachung der Viskosität des Mediums heranziehen. Bei der ersten Variante wird die mechanisch schwingfähige Einheit permanent zu Schwingungen angeregt und bei der zweiten Variante findet eine zeitlich begrenzte, jedoch vorzugsweise periodisch wiederkehrende Anregung statt.
[0020] Die oben diskutierten Ausgestaltungen bezüglich der Überwachung bzw. Messung und Verarbeitung der Störgrößen gelten entsprechend auch für die zweite Variante.
[0021] Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens der Viskosität eines Mediums, mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit, und mit mindestens einer Auswerteeinheit, welche die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Anregungssignal beaufschlagt und von der mechanisch schwingfähigen Einheit ein Empfangssignal empfängt. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch schwingfähige Einheit derartig ausgestaltet ist, dass die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit im Wesentlich unabhängig von der Dichte und/oder von einer Änderung der Dichte des Mediums sind. Die Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit sind somit im Wesentlichen unabhängig von der Dichte des Mediums, so dass dieser Störgröße bei der Bestimmung bzw. Überwachung der Viskosität im Wesentlichen keine Auswirkungen hat. Die mechanisch schwingfähige Einheit ist somit strömungsoptimiert bzw. auf die Viskositätsmessung bzw. auf die Vermeidung der Effekte der Dichte hin optimiert.
[0022] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die mechanisch schwingfähige Einheit mindestens eine Membran und zwei Gabelzinken aufweist, wobei die Gabelzinken im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet sind. Auf einer Membran sind somit zumindest zwei Zylinder oder Röhren angebracht. Der Querschnitt der Gabelzinken ist dabei kreisförmig, in Form eines Ovals oder elliptisch.
[0023] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
[0024] Fig. 1 : schematische Darstellung einer Messung mit einer Schwinggabel,
[0025] Fig. 2: Abhängigkeit der Eigenfrequenz von der Viskosität des Mediums bei konstanter Dichte des Mediums,
[0026] Fig. 3: Abhängigkeit der Veränderung der Eigenfrequenz von der Viskosität des Mediums bei konstanter Dichte des Mediums,
[0027] Fig. 4: Abhängigkeit der Veränderung der Resonanzfrequenz von der Viskosität des Mediums bei konstanter Dichte des Mediums,
[0028] Fig. 5: schematische Darstellung einer Variante der mechanisch schwingfähigen Einheit,
[0029] Fig. 6: Abhängigkeit der Phase des Empfangssignals relativ zum Anregungssignal bei der Resonanzfrequenz von der Viskosität des Mediums bei konstanter Dichte des Mediums,
[0030] Fig. 7: Abhängigkeit des Quotienten aus Resonanz- und Eigenfrequenz von der Viskosität des Mediums,
[0031] Fig. 8: Abhängigkeit der Amplitude beim Abklingverhalten der mechanisch schwingfähigen Einheit bei konstanter Dichte des Mediums, und
[0032] Fig. 9: Abhängigkeit des lehrschen Dämpfungsmaßes von der Viskosität.
[0033] In der Fig. 1 ist das prinzipielle Messverfahren mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit 1 dargestellt. Bei der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 handelt es sich in diesem Beispiel um eine so genannte Schwinggabel. Alternative Ausgestaltungen sind Membranschwinger oder so genannte Einstäbe. Bei der hier dargestellten Schwinggabel besteht die mechanisch schwingfähige Einheit 1 aus zwei Gabelzinken, welche an einer Membran befestigt sind.
[0034] Auf der Innenseite der Membran befindet sich eine - hier nicht dargestellte - Antriebs-/Empfangseinheit, bei welcher es sich beispielsweise um ein piezoelektrisches Element handelt. Die Antriebs-/Empfangseinheit wandelt beispielsweise eine elektrische Wechselspannung als Anregungssignal in mechanische Bewegungen der Membran und dadurch der Gabelzinken und somit der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 als Ganzes um. Umgekehrt dient die Antriebs-/Empfangseinheit auch der Übertragung der mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 in ein elektrisches Signal, bei welchem es sich hier ebenfalls um eine elektrische Wechselspannung handelt. Dieses Signal ist somit das Empfangssignal.
[0035] Die mechanisch schwingfähige Einheit 1 ist derartig an der Wandung des Behälters 3 angebracht, dass sie bei einem bestimmten Füllstand des Mediums 2 in Kontakt mit diesem kommt bzw. die mechanisch schwingfähige Einheit 1 wird bei einem entsprechenden Füllstand des Mediums 2 zu einem gewissen Grad von dem Medium 2 bedeckt. In einer Ausgestaltung ist die mechanisch schwingfähige Einheit 1 vollständig von dem Medium 2 bedeckt. Bei dem Medium 2 handelt es sich hierbei insbesondere um Flüssigkeiten.
[0036] Aus den Kenngrößen der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 , wie speziellen Frequenzen, Amplitude oder Phasenlage des Empfangssignals relativ zum Anregungssignal, ggf. in Abhängigkeit von der jeweiligen Frequenz, lassen sich Prozessgrößen des Mediums 2 bestimmen bzw. lassen sich Änderungen dieser Prozessgrößen überwachen.
[0037] So lässt sich beispielsweise der Füllstand dadurch überwachen, dass die Frequenz bzw. die Amplitude herabgesetzt werden, wenn die mechanisch schwingfähige Einheit 1 mit dem Medium 2 in direkten Kontakt kommt bzw. umgekehrt kann aus einer Erhöhung der Amplitude bzw. der Frequenz darauf geschlossen werden, dass das Medium 2 einen Füllstand unterhalb der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 innehat. [0038] Für die Bestimmung bzw. Überwachung solcher Prozessgrößen wie Viskosität oder Dichte des Mediums 2 wird in den meisten Fällen ein bestimmter Füllstand des Mediums 2, d.h. ein bestimmter Bedeckungsgrad der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 durch das Medium 2 vorausgesetzt.
[0039] Die Ansteuerung der mechanisch schwingfähigen Einheit bzw. die Auswertung der Messsignale wird hier von einer Auswerteeinheit 4 vorgenommen. In dieser Auswerteeinheit 4 sind beispielsweise auch in Form von Tabellen, ausgesuchten Wertepaaren oder in Form von funktionellen Zusammenhängen die Abhängigkeiten der zu messenden bzw. zu überwachenden Größen der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit von der Viskosität hinterlegt.
[0040] Da Dichte und Füllstand bzw. Bedeckungsgrad bei der Bestimmung bzw. Überwachung der Viskosität Störgrößen sind, werden diese beispielsweise durch die Rahmenbedingungen der Messung konstant gehalten oder es wird beispielsweise durch zusätzliche Messgeräte eine Messung bzw. Überwachung der Störgrößen vorgenommen. In einer alternativen Ausgestaltung wird die Dichte des Mediums durch die gleiche mechanisch schwingfähige Einheit wie für die Viskosität gemessen, indem eine Phase zwischen dem Anregungs- und dem Empfangssignal eingestellt wird, bei welcher die Schwingungen im Wesentlichen unabhängig von der Viskosität bzw. einer Änderung der Viskosität sind. D.h. mit einem Messgerät werden Dichte und Viskosität gemessen. Bei der Konstanthaltung der Störgrößen reicht das Wissen um die Abhängigkeit einer Kenngröße bzw. mehrere Kenngrößen der Schwingungen von der Viskosität des Mediums aus, um Aussagen über die Viskosität zu tätigen. Ändern sich die Störgrößen und werden die Störgrößen gemessen, so ist das Wissen um diese somit mehrdimensionale Abhängigkeit erforderlich bzw. müssen in der Auswerteeinheit 4 die Daten passend hinterlegt bzw. abgespeichert sein.
[0041] Fig. 2 zeigt das viskositätsabhängige Verhalten der Eigenfrequenz W0 der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit. Dargestellt ist die Abhängigkeit der Phase der Schwingungen des Empfangssignals relativ zum Anregungssignal in Abhängigkeit von der Frequenz der Schwingungen bei bekannter bzw. fester Dichte des Mediums. Die Eigenfrequenz W0 ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass es sich um die Schwingungsfrequenz handelt, bei welcher eine Phasenlage der Schwingungen und somit des Empfangssignals zum Anregungssignal von 90° gegeben ist. Diese Phase von 90° ist in der Abbildung durch die horizontale, strich-gepunktete Linie gekennzeichnet. D.h. aus dem Schnittpunkt der Geraden mit der Kurve ergibt sich die bei der jeweiligen Viskosität des Mediums vorliegende Eigenfrequenz W0. Die einzelnen Kurven gehören dabei zu Medien mit gleicher Dichte, aber unterschiedlicher Viskosität.
[0042] Wie deutlich zu erkennen, ist in Abhängigkeit von der Viskosität jeweils eine deutlich andere Eigenfrequenz W0 gegeben. Somit ist es möglich, ausgehend von der Eigenfrequenz W0 bei bekannter Dichte auf die Viskosität zurück zu schließen. In dem Fall, dass nur eine Veränderung der Viskosität erkannt werden soll, reicht es bereits aus, eine Änderung der Eigenfrequenz W0 bei unveränderter Dichte bzw. unverändertem Bedeckungsgrad bzw. sonst allgemein konstant gehaltenen Prozessbedingungen zu detektieren.
[0043] Die Eigenfrequenz W0 wird dabei dergestalt bestimmt, dass ein
Frequenzbereich durchgefahren wird und dass die Phasen ausgewertet werden. Die Frequenz, bei welcher eine Phasendifferenz von 90° auftritt, ist somit die Eigenfrequenz W0. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Phasendifferenz von 90° einzustellen und die Frequenz, welche damit einhergeht zu messen. Dies ist dann die Eigenfrequenz W0.
[0044] In der Fig. 3 ist noch mal detailliert die Abhängigkeit der Änderung der Eigenfrequenz W0 von der dynamischen Viskosität des Mediums dargestellt. Die dynamische Viskosität beschreibt dabei das viskose Verhalten des Mediums ohne Berücksichtigung der Dichte des Mediums. Mit der Betrachtung der Dichte würde sich die kinematische Viskosität ergeben.
[0045] Die Frequenzen der Fig. 3 sind dabei relativ zu der Eigenfrequenz einer beispielsweise in der Fig. 1 gezeigten mechanisch schwingfähigen Einheit bei Schwingungen in Wasser (Dichte = 1 und Viskosität = 1) angegeben. [0046] Die Eigenfrequenz W0 und die Resonanzfrequenz wres der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit sind über die Dämpfung D miteinander verbunden: n - m . Ji _ ? . n∑
[0047] Bei der Resonanzfrequenz wres handelt es sich um diejenige Frequenz, bei welcher die Amplitude der Schwingungen ihr lokales Maximum hat. In dem Falle, dass keine Dämpfung gegeben ist, bzw. dass die Dämpfung vernachlässigbar ist, fallen die Resonanzfrequenz wres und die Eigenfrequenz W0 zusammen.
[0048] Betrachtet man ein nahezu dichteunempfindliches Schwingsystem (vgl. Fig. 5), so kann die Eigenfrequenz W0 als konstant angenommen werden und es wird allein die Dämpfungswirkung der Viskosität auf das Schwingsystem der mechanisch schwingfähigen Einheit durch die Auswertung der Frequenz gemessen.
[0049] Die Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der Änderung der Resonanzfrequenz wres von der dynamischen Viskosität η bei konstanter Dichte p des Mediums. Die Resonanzfrequenz wres wird dabei derartig gemessen, dass ein bestimmtes Frequenzband durchgefahren wird, und dass die Amplitude ausgewertet wird. Somit erlaubt auch die Resonanzfrequenz wres die Überwachung bzw. bei passend hinterlegten Werten bzw. Abhängigkeiten die Ermittlung der Viskosität.
[0050] In der Fig. 5 ist eine weitere Ausgestaltung der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 dargestellt, bei welcher die beiden Gabelzinken Rundstäbe sind. Vorteilhaft an diesen Rundstäben ist, dass die Schwingungen nahezu unabhängig von der Dichte des Mediums sind. In dem Fall, dass bei der Bestimmung bzw. Überwachung der Viskosität eine Geometrie der mechanisch schwingfähigen Einheit 1 verwendet wird, welche dazu führt, dass diese Einheit 1 bzw. deren Schwingungen dichteabhängig sind, muss entweder vorausgesetzt werden, dass die Dichte innerhalb eines gewissen Bereiches konstant bleibt bzw. die Abhängigkeit der Schwingungen von der Dichte muss vorher bekannt sein. Die Membrane ist hier kreisförmig und auch die Gabelzinken weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. [0051] Da sich die Resonanzfrequenz wres und die Eigenfrequenz W0 des Schwingsystems in dem Fall voneinander unterscheiden, dass die Einflüsse durch Viskosität und Dichte nicht vernachlässigbar sind, ergeben sich bei der Resonanzfrequenz wres Phasenbeziehungen zwischen dem Anrege- und dem Empfangssignal ungleich 90°. Es lässt sich beobachten, dass die Phasendifferenz bei der Resonanzfrequenz wres mit zunehmender Viskosität sinkt. Diese Abhängigkeit bzw. dieser Zusammenhang erlaubt somit auch eine messtechnische Bestimmung bzw. Überwachung der Viskosität. Die Dichte ist dabei eine Störgröße.
[0052] Die Fig. 6 zeigt einen solchen Zusammenhang zwischen dem
Phasenwinkel bei der Resonanzfrequenz wres und der dynamischen Viskosität des Mediums. Zu sehen ist, dass in dem Fall einer Viskosität des Mediums von Null der Phasenwinkel 90° beträgt. Wird somit bei bekannter oder konstanter Dichte und bei bekanntem bzw. konstantem Bedeckungsgrad bei Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit mit der Resonanzfrequenz wres die Phase zwischen dem Empfangssignal und dem Anregesignal bestimmt, so kann daraus auf eine Änderung der Viskosität oder auf das Maß der Viskosität selbst geschlossen werden.
[0053] In der Fig. 7 ist das Verhältnis zwischen Resonanz- wres und
Eigenfrequenz W0 der mechanisch schwingfähigen Einheit als Funktion der Viskosität dargestellt. Wird von der mechanisch schwingfähigen Einheit sowohl die Resonanz- wres als auch die Eigenfrequenz W0 bestimmt, so können diese beiden gemessenen Werte zueinander ins Verhältnis gesetzt werden. Wie der Fig. 7 zu entnehmen, erlaubt auch die Auswertung dieses Quotienten die Überwachung bzw. Bestimmung der Viskosität des Mediums.
[0054] Die in den vorhergehenden Abbildungen beschriebenen Verfahren zur
Bestimmung bzw. Überwachung der Viskosität setzen jeweils voraus, dass zumindest eine Frequenz der mechanisch schwingfähigen Einheit bzw. allgemein des Schwingungssystems bestimmt bzw. überwacht wird und dass die Abhängigkeit der jeweiligen Frequenz bzw. der damit einhergehenden Phase von der Viskosität verwendet wird. In den folgenden Abbildungen wird ein weiteres Verfahren, nämlich die zweite Variante vorgestellt, bei welcher die Abhängigkeit des Schwingverhaltens des Schwingungssystems von der Viskosität auf eine andere Art und Weise ausgenutzt wird. Bei den vorhergegangenen Verfahren wird vorausgesetzt, dass das Schwingungssystem ständig zu Schwingungen angeregt wird und dass somit kontinuierlich Schwingungsparameter ausgewertet wird.
[0055] Fig. 8 zeigt das Abklingverhalten der mechanisch schwingfähigen Einheit in unterschiedlichen Medien. Die schwingfähige Einheit wird dabei zu Schwingungen angeregt und die Abnahme der Amplitude nach der einmaligen Anregung wird über die Zeit aufgetragen und ausgewertet. Wie zu erkennen, verhalten sich die Kurven abhängig davon, welche Viskosität das Medium hat. Dabei ist zu erkennen, dass mit zunehmender Viskosität, d.h. mit zunehmender Dämpfung auch das Abklingverhalten schneller stattfindet, so dass in einem hochviskosen Medium die Schwingungen schneller gegen Null gehen als in einem niederviskosen Medium. Alternativ zum Abklingverhalten des Schwingungssystems lässt sich auch das Einschwingverhalten auswerten.
[0056] Zur Ermittlung des Abkling- bzw. des Einschwingverhaltens des
Schwingungssystems sollte das System vorzugsweise in Resonanz betrieben werden, um eine möglichst hohe Amplitude und somit eine gute Auswertung zu ermöglichen. Die Erregung des in Resonanz betriebenen Schwingungssystems wird dabei zur Aufnahme bzw. Messung des Abklingverhaltens ausgeschaltet, was sich beispielsweise durch eine Sprungfunktion beschreiben lässt: (l - σ(t))-A -sin(oj-t)
[0057] Die Abklingkurven der Amplituden A(t) lassen sich dabei beispielsweise durch eine Exponentialfunktion der folgenden Form beschreiben:
1
A{t) = A - e τ = A - e→ t [0058] Solche Kurven zeigt die Fig. 8, bei denen jeweils die Dichte des Mediums gleich bleibt. Die Amplitude ist jeweils prozentual bezogen auf den zuerst gemessenen Amplitudenwert. [0059] Zur Bestimmung der Zeitkonstanten d wird die Zeit ermittelt, bei der die Amplitude auf ca. 36,8%, entspricht 1/e abgefallen ist. In der Fig. 8 ist dabei dieser Schwellenwert durch eine dickere Gerade dargestellt. Es ist zu erkennen, dass mit sinkender Viskosität die Messung bzw. Bestimmung der Abklingzeit und somit die Bestimmung der Abklingkonstante d immer genauer erfolgen kann, da zum einen höhere Amplituden der Schwingungen erwartet werden können und da zum anderen die Abklingzeiten immer größer werden und somit genauer bestimmbar sind. [0060] Im Anschluss an die Bestimmungen der Abklingzeitkonstanten d sieht eine Auswertemöglichkeit vor, diese Konstante d auf die jeweilige Eigenfrequenz W0 des Schwingungssystems zu normieren, um so dass sog. lehrsche Dämpfungsmaß zu erhalten. Dieses lehrsche Dämpfungsmaß ist definiert über: . _ S
[0061] In der Fig. 9 ist die Viskositätsabhängigkeit des lehrschen
Dämpfungsmaßes dargestellt. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass aufgrund des Abklingverhaltens in Abhängigkeit von der Eigenfrequenz W0 die Bestimmung der Viskosität möglich ist. Somit wird zum einen die Eigenfrequenz W0 und zum anderen die Zeitkonstante des Abklingverhaltens bestimmt und beide Größen werden zum lehrschen Dämpfungsmaß verrechnet, wobei der aktuelle bzw. gemessene Wert über den Vergleich mit passend hinterlegten Daten die Bestimmung der Viskosität des Mediums erlaubt. Bezugszeichenliste
Tabelle 1
Figure imgf000016_0001
[0062]

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens der Viskosität eines Mediums (2), wobei mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit (1) ausgehend von einem Anregungssignal zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, und wobei von der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) mechanische
Schwingungen empfangen und in ein Empfangssignal umgewandelt werden, wobei die Eigenfrequenz (w0) der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) und/oder die Resonanzfrequenz (wres) der mechanisch schwingfähigen Einheit
(1) und/oder die Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem
Empfangssignal bestimmt und/oder überwacht wird, und wobei aufgrund von Änderungen der Eigenfrequenz (w0) und/oder aufgrund von Änderungen der Resonanzfrequenz (wres) und/oder aufgrund von
Änderungen der Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem
Empfangssignal auf eine Änderung der Viskosität geschlossen wird und/oder wobei aufgrund entsprechend hinterlegter Abhängigkeiten der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (1 ) von der Viskosität des Mediums aus der Eigenfrequenz (w0) und/oder der Resonanzfrequenz (wres) und/oder der Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal die
Viskosität ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Störgrößen, welche zusätzlich zur Viskosität des Mediums (2) mindestens eine Kenngröße der mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) beeinflussen, im Wesentlichen konstant gehalten werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Störgrößen, welche zusätzlich zur Viskosität des Mediums (2) mindestens eine Kenngröße der mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) beeinflussen, ermittelt werden, und dass die Auswirkung der Störgröße und/oder einer Änderung der Störgröße auf mindestens eine Kenngröße bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Viskosität des Mediums (2) berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bedeckungsgrad der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) durch das Medium (2) bestimmt und/oder überwacht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Mediums (2) bestimmt und/oder überwacht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend vom Bedeckungsgrad der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) und ausgehend von der Dichte des Mediums (2) aufgrund von Änderungen der Eigenfrequenz (w0) und/oder aufgrund von Änderungen der Resonanzfrequenz (wres) und/oder aufgrund von Änderungen der Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal auf eine Änderung der Viskosität geschlossen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend vom Bedeckungsgrad der mechanisch schwingfähigen Einheit und ausgehend von der Dichte des Mediums aufgrund entsprechend hinterlegter Abhängigkeiten der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) von der Viskosität des Mediums aus der Eigenfrequenz (w0) und/oder der Resonanzfrequenz (wres) und/oder der Phasenlage zwischen dem Anregungssignal und dem Empfangssignal die Viskosität ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanisch schwingfähige Einheit (1) verwendet wird, deren Schwingungen im Wesentlichen unabhängig von der Dichte des Mediums sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenfrequenz (w0) der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) bestimmt wird, und dass die Viskosität des Mediums (2) aufgrund mindestens eines hinterlegten
Zusammenhanges zwischen der Eigenfrequenz (w0) und der Viskosität ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz (wres) der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) bestimmt wird, und dass die Viskosität des Mediums (2) aufgrund mindestens eines hinterlegten
Zusammenhanges zwischen der Resonanzfrequenz (wres) und der Viskosität ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasendifferenz zwischen dem Anregungssignal und dem
Empfangssignal bei Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) mit der Resonanzfrequenz (wres) bestimmt wird, und dass die Viskosität des Mediums (2) aufgrund mindestens eines hinterlegten
Zusammenhanges zwischen der Phasendifferenz und der Viskosität ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Relation zwischen der Eigenfrequenz (w0) und der Resonanzfrequenz (wres) der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) bestimmt wird, und dass die Viskosität des Mediums (2) aufgrund mindestens eines hinterlegten Zusammenhanges zwischen der Relation und der Viskosität ermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quotient aus der Eigenfrequenz (w0) und der Resonanzfrequenz (wres
) der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) gebildet wird, und dass die Viskosität des Mediums (2) aufgrund mindestens eines hinterlegten
Zusammenhanges zwischen dem Quotienten und der Viskosität ermittelt wird.
14. Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens der Viskosität eines Mediums (2), wobei mindestens eine mechanisch schwingfähige Einheit (1) ausgehend von einem Anregungssignal zu mechanischen Schwingungen angeregt wird, und wobei von der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) mechanische
Schwingungen empfangen und in ein Empfangssignal umgewandelt werden, wobei nach dem Anregen einer Schwingung der mechanisch schwingfähigen
Einheit (1) das Abklingverhalten der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) ermittelt wird, und wobei aufgrund von Änderungen des Abklingverhaltens auf eine Änderung der
Viskosität geschlossen wird und/oder wobei aufgrund entsprechend hinterlegter Abhängigkeiten des
Abklingverhaltens der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit
(1) von der Viskosität des Mediums aus dem ermittelten Abklingverhalten die
Viskosität ermittelt wird.
15. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens der Viskosität eines Mediums (2), mit mindestens einer mechanisch schwingfähigen Einheit (1), und mit mindestens einer Auswerteeinheit (4), welche die mechanisch schwingfähige Einheit (1) mit einem Anregungssignal beaufschlagt und von der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) ein Empfangssignal empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch schwingfähige Einheit (1) derartig ausgestaltet ist, dass die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit (1) im Wesentlich unabhängig von der Dichte und/oder von einer Änderung der Dichte des Mediums (2) sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch schwingfähige Einheit (1) mindestens eine Membran (5) und zwei Gabelzinken (6) aufweist, wobei die Gabelzinken (6) im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet sind.
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