Verfahren und Einrichtung zum kontinuierlichen Messen und Anzeigen der
Viscosität von Flüssigkeit
Zum laboratoriumsmässigen Messen der Viscosität von Flüssigkeiten benützt man seit langem Auslaufbecher, beispielsweise sogenannte Fordbecher, die unten mit einer Auslaufdüse versehen sind. Durch diese Auslaufdüse vermag pro Zeiteinheit eine Flüssigkeitsmenge auszulaufen, die mit steigendem Druck, das heisst mit steigendem Pegelstand der Flüssigkeit im Auslaufbecher und mit abnehmendem Durchlaufwiderstand der Auslaufdüse, das heisst mit grösserem Querschnitt und kleineren Länge derselben, zunimmt und im übrigen von der Viscosität der Flüssigkeit etwa umgekehrt proportional abhängt.
Unter Verwendung derartiger Auslaufbecher wird bisher die Viscosität von Flüssigkeiten laboratoriumsmässig an Proben gemessen, indem man die Zeit für die Entleerung des zu einem vorbestimmten Ausgangspegelstand gefüllten Auslaufbechers bis zu einem vorbestimmten niedrigen Pegelstand misst.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun darin zu erblicken, die Viscosität von Flüssigkeiten mit einfachen Mitteln kontinuierlich objektiv messen und anzeigen zu können und damit die Voraussetzung für eine kontinuierliche Regelung der Viscosität auf einen vorbestimmten Sollwert zu schaffen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum kontinuierlichen Messen und Anzeigen der Viscosität einer Flüssigkeit unter Verwendung eines Auslaufbechers ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Auslaufbecher dauernd pro Zeiteinheit eine vorbestimmte und konstante Menge der Flüssigkeit gefördert wird und dass die sich einstellende, von der Viscosität der Flüssigkeit abhängige Pegelhöhe der Flüssigkeit im Auslaufbecher zurViscositätsanzeige ausgewertet wird.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen über einem Vorratsbehälter für die Flüssigkeit angeordneten Auslaufbecher, eine Fördervorrichtung zum dauernden Fördern einer zeitlich konstanten vorbestimmten Flüssigkeitsmenge in den Auslaufbecher und eine Vorrichtung zum Anzeigen des jeweiligen Pegelstandes der Flüssigkeit im Auslaufbecher.
Zur Anzeige und zum Auswerten des jeweiligen Pegelstandes im Auslaufbecher sind verschiedenartige, bekannte Hilfsmittel verwendbar. So können z. B. die Vertikalbewegungen an Schwimmern direkt an einer vorzugsweise in Viscositätsgraden geeichten Skala abgelesen werden oder über Gestänge auf den Zeiger eines Messwerkes übertragen werden. Dabei können elektrische Kontakte von entsprechenden Steuerkreisen für Ventile so angeordnet werden, dass jeweils bei Erreichung eines vorbestimmten Pegelstandes die Zuleitung einer Verdünnerkomponente zur Flüssigkeit im Vorratsbehälter selbsttätig ausgelöst wird und nach Absinken des Pegelstandes auf einen vorbestimmten tieferen Stand das betreffende Ventil wieder geschlossen wird.
Der Pegelstand im Auslaufbecher kann auch dadurch gemessen werden, dass Druckluft durch ein Tauchrohr in den Auslaufbecher eingeleitet wird und der sich einstellende Druck als Mass für den momentanen Pegelstand und damit für die Viscosität der Flüssigkeit angezeigt bzw. zur Betätigung von Steuerschaltern über druckempfindliche Organe zwecks selbsttätiger Regelung der Viscosität ausgewertet wird.
Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Einrichtungen zum kontinuierlichen Messen und Anzeigen der Viscosität einer Flüssigkeit sind in der Zeich- nung schematisch dargestellt.
Gemäss Fig. 1 ist über einer Wanne 1, die als Vorratsbehälter für eine bezüglich ihrer Viscosität zu beobachtende Flüssigkeit F dient, ein Auslaufbecher 2 an sich bekannter Ausbildung montiert.
Eine auswechselbare Auslaufdüse 20 bestimmt den Widerstand, welche das Auslaufen der Flüssigkeit mehr oder weniger behindert. Eine Pumpe 3 mit volumetrisch konstanter, weitgehend von der Viscosität der Flüssigkeit unabhängiger Förderleistung, z. B. eine mit konstanter Drehzahl angetriebene Zahnradpumpe, saugt aus der Wanne 1 Flüssigkeit und fördert sie über die Leitung 30 in den Auslaufbecher 2. An ihrer Stelle könnte auch ein Schöpfwerk benützt werden. Wesentlich ist, dass dauernd pro Zeiteinheit eine konstante Flüssigkeitsmenge in den Auslaufbecher gefördert wird.
Der sich im Gleichgewichtszustand einstellende Pegelstand kann als Mass für die Viscosität der Flüssigkeit ausgewertet werden. Er lässt sich gemäss Fig. 1 mit Hilfe eines Schwimmers 4 an einer feststehenden Skala 5 ablesen, die in Viscositätsgraden geeicht sein kann. Dabei wird allerdings die Skala nicht linear, sondern etwa quadratisch sein. Die Schwimmerbewegungen können natürlich auch über Hebelgestänge auf einen Drehzeiger übertragen werden, wobei bekannte Massnahmen eine Linearisierung der Viscositätsanzeige erlauben. Um eine Anzeigevorrichtung gemäss Fig. 1 in eine Regelungsvorrichtung umzuwandeln, können an der Skala 5 zwei elektrische Schalter so angeordnet werden, dass der eine bei einem bestimmten niedrigen und der andere bei einem bestimmten höheren Pegelstand betätigt wird.
Diese Schalter können einen Steuerstromkreis für ein Ventil in einer Zuleitung für eine Verdünnerflüssigkeit beherrschen, derart, dass beim Überschrei- ten des vorgesehenen Maximalpegelstandes Verdünnerflüssigkeit zugemischt wird und beim Unterschreiten des Maximalpegelstandes dieser Zustrom von Verdünnerflüssigkeit unterbrochen wird.
Gemäss Fig. 2 sind drei Auslaufbecher 21, 22, 23, in der Weise hintereinander angeordnet, dass jeweils beim Überlaufen des ersten Bechers 21, dem wie nach Fig. 1 über die Pumpe 3 dauernd eine zeitlich konstante Flüssigkeitsmenge zugeführt wird, die überlaufende Flüssigkeit in den zweiten Auslaufbecher 22 fliesst usw. Die drei Becher enthalten je einen Schwimmer 41, 42, 43, deren Stand an je einer zugeordneten Skala 51, 52, 53 ablesbar ist. Es ist möglich, die Bewegungen der drei Schwimmer auf ein einziges Anzeigewerk zu koppeln.
Gemäss Fig. 2 ist den Becher 21, 22 noch je ein zweiter Schwimmmer 61 bzw. 62 zugeordnet, der mit je einem Schliessorgan 71 bzw. 72 für die betreffende Auslaufdüse verbunden sind, derart, dass bei Überschreitung eines bestimmten Maximalpegelstandes im Becher 21 dessen Auslaufdüse verschlossen wird und ebenfalls die Auslaufdüse des Bechers 22 verschlossen wird, wenn der Pegelstand im Becher 22 einen vorbestimmten Maximalstand erreicht hat. Unter der Voraussetzung, dass die Auslaufdüse des zweiten Bechers 22 einen grösseren Innendurchmesser als diejenige des ersten Bechers 21 und einen kleineren Durchmesser als diejenige des dritten Bechers 23 hat, ergibt sich dadurch eine selbständige Umschaltung des Messbereiches.
Solange die Flüssigkeit einen bestimmten Viscositätsgrad nicht erreicht, genügt die Skala 51 zur Anzeige; einem Zwischenbereich ist die Skala 52 und einem höchsten Viscositätsbereich ist die Skala 53 zugeordnet. Es wäre auch möglich, auf die Schliessung der Auslaufdüsen beim tlberlau- fen eines Bechers zu verzichten, wodurch sich andere Massverhältnisse zwischen den Pegelständen und den Skalenstrecken ergeben.
In Fig. 3 ist dargestellt, wie der Pegelstand in einem Auslaufbecher 2 auf andere Weise angezeigt werden kann. Ein Hahn 81 zwischen einer Druckluftleitung 80 und einem Rohr 82 wird so weit geöffnet, dass Luft aus dem in den Becher eintauchenden Rohrende 820 austreten kann. Auf der anderen Seite des Rohres 82 ist ein Quecksilbermanometer 83 und bzw. ein Zeigermanometer 84 angeschlossen, an welchem sich der Pegelstand P bzw. die Viscosität der Flüssigkeit ablesen lässt.
Method and device for continuously measuring and displaying the
Viscosity of liquid
For a laboratory measurement of the viscosity of liquids, flow cups have long been used, for example so-called Ford cups, which are provided with an outlet nozzle at the bottom. Through this outlet nozzle, an amount of liquid can run out per unit of time, which increases with increasing pressure, i.e. with increasing level of the liquid in the flow cup and with decreasing flow resistance of the outlet nozzle, i.e. with a larger cross-section and smaller length of the same, and also increases with the viscosity of the liquid roughly inversely proportional.
Using such flow cups, the viscosity of liquids has been measured on samples in the laboratory by measuring the time for emptying the flow cup, which has been filled to a predetermined starting level, down to a predetermined low level.
The aim of the present invention is to be able to continuously and objectively measure and display the viscosity of liquids with simple means and thus to create the prerequisite for continuous regulation of the viscosity to a predetermined target value.
The method according to the invention for continuously measuring and displaying the viscosity of a liquid using a flow cup is characterized in that a predetermined and constant amount of the liquid is continuously conveyed into the flow cup per unit of time and that the level that occurs, which is dependent on the viscosity of the liquid Liquid in the flow cup is evaluated for the viscosity display.
The device according to the invention for carrying out this method is characterized by a flow cup arranged above a storage container for the liquid, a conveying device for continuously conveying a time-constant, predetermined amount of liquid into the flow cup and a device for displaying the respective level of the liquid in the flow cup.
Various known aids can be used to display and evaluate the respective water level in the flow cup. So z. B. the vertical movements of floats can be read directly on a scale, preferably calibrated in viscosity degrees, or transferred to the pointer of a measuring mechanism via a linkage. Electrical contacts of corresponding control circuits for valves can be arranged in such a way that when a predetermined level is reached, the supply of a diluent component to the liquid in the storage container is triggered automatically and the valve in question is closed again when the level drops to a predetermined lower level.
The level in the flow cup can also be measured by introducing compressed air through a dip tube into the flow cup and displaying the resulting pressure as a measure for the current level and thus the viscosity of the liquid or for actuating control switches via pressure-sensitive organs for the purpose of automatic operation Regulation of the viscosity is evaluated.
Exemplary embodiments of devices according to the invention for continuously measuring and displaying the viscosity of a liquid are shown schematically in the drawing.
According to FIG. 1, a flow cup 2 of known design is mounted above a tub 1, which serves as a storage container for a liquid F to be observed with regard to its viscosity.
An exchangeable outlet nozzle 20 determines the resistance, which more or less hinders the discharge of the liquid. A pump 3 with a volumetrically constant, largely independent of the viscosity of the liquid delivery rate, z. B. a gear pump driven at a constant speed, sucks liquid from the tub 1 and conveys it via the line 30 into the flow cup 2. In its place, a pumping mechanism could also be used. It is essential that a constant amount of liquid is continuously conveyed into the flow cup per unit of time.
The level that is established in the equilibrium state can be evaluated as a measure of the viscosity of the liquid. According to FIG. 1, it can be read off with the aid of a float 4 on a fixed scale 5, which can be calibrated in viscosity degrees. However, the scale will not be linear, but roughly square. The swimmer movements can of course also be transmitted to a rotary pointer via lever linkages, with known measures allowing the viscosity display to be linearized. In order to convert a display device according to FIG. 1 into a control device, two electrical switches can be arranged on the scale 5 in such a way that one is actuated at a certain low level and the other at a certain higher level.
These switches can control a control circuit for a valve in a supply line for a diluting liquid, in such a way that when the intended maximum level is exceeded, the diluting liquid is added and when the maximum level is not reached, this inflow of diluting liquid is interrupted.
According to FIG. 2, three outflow cups 21, 22, 23 are arranged one behind the other in such a way that when the first cup 21 overflows, to which, as in FIG. 1, a constant amount of liquid is continuously supplied via the pump 3, the overflowing liquid in the second flow cup 22 flows, etc. The three cups each contain a float 41, 42, 43, the level of which can be read on an associated scale 51, 52, 53. It is possible to link the movements of the three swimmers to a single indicator.
According to FIG. 2, the cups 21, 22 are each assigned a second float 61 or 62, which are each connected to a closing element 71 or 72 for the outlet nozzle in question, so that when a certain maximum level in the cup 21 is exceeded, its outlet nozzle is closed and also the outlet nozzle of the cup 22 is closed when the level in the cup 22 has reached a predetermined maximum level. Provided that the outlet nozzle of the second cup 22 has a larger inside diameter than that of the first cup 21 and a smaller diameter than that of the third cup 23, this results in an independent switching of the measuring range.
As long as the liquid does not reach a certain degree of viscosity, the scale 51 is sufficient for display; The scale 52 is assigned to an intermediate area and the scale 53 is assigned to a highest viscosity area. It would also be possible to forego the closing of the outlet nozzles when a cup overflows, which results in different dimensional relationships between the water levels and the scale sections.
In Fig. 3 it is shown how the level in a flow cup 2 can be displayed in another way. A cock 81 between a compressed air line 80 and a pipe 82 is opened so wide that air can escape from the pipe end 820 immersed in the cup. On the other side of the tube 82, a mercury manometer 83 and / or a pointer manometer 84 is connected, on which the level P or the viscosity of the liquid can be read.