DE4028807C2

DE4028807C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Änderung im Zustand einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE4028807C2
Application number: DE4028807A
Authority: DE
Inventors: Kazuichi Aoki; Yukihiro Saiki; Katsutoshi Tanno; Yasuhiko Shiinoki; Tomoshige Hori; Kensuke Itoh; Tetsuo Nakamura; Osato Miyawaki
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1990-09-11
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2010-09-12
Also published as: US5056928A; DE4028807A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Zustandsände rung, insbesondere einer Änderung in der Viskosität ei ner Flüssigkeit, welche die sogenannte Hitzdrahtmethode anwendet, wobei solches Verfahren und Vorrichtung z. B. anwendbar ist für die Bestimmung eines Gelatinierungs zeitraumes während einer Gelatinierung von Lebensmittel, Messung einer Viskositätsänderung von Klebstoff, Brei oder dergleichen, Bestimmung der Mikroorganismusdichte von einer Viskositätsänderung infolge einer Prolifera tion des Mikroorganismus während eines Kultivierungspro zesses und für die Bestimmung einer Mikroorganismuspro duktkonzentration oder dergleichen in Relation zu einer Viskositätsänderung derselben.

Hinsichtlich solcher Verfahren und Vorrichtung zum Be stimmen einer Änderung im Zustand einer Flüssigkeit sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden.

Es ist bereits eine Methode zum Messen einer Flüssigkeitsviskosi tät auf der Basis der Messung der Geschwindigkeit, mit der eine Stahlkugel in eine Flüssigkeit fällt, bekannt.

Diese dynamische Methode kann jedoch nicht für die für strukturelle Zerstörung anfällige Flüssigkeit angewendet werden, weil die Stahlkugel gewöhnlich eine starke Kraft auf ein zu messendes Objekt aufbringt. Außerdem erfor dert eine solche Methode eine Probenahme und macht daher eine kontinuierliche Messung unmöglich. Hinzu kommt, daß die Messung in einer erschütterungsfreien Umgebung vorge nommen wird, um sicherzustellen, daß die Messung niemals durch eine durch verschiedene externe Faktoren verursach te Erschütterung beeinflußt wird.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben in der JP 62 185 146 A ein Verfahren zum Bestimmen einer Zustandsänderung wie z. B. der Viskosität einer Flüssigkeit durch Messen einer Änderung in der Wärmeübertragung von einem in die Flüs sigkeit eingetauchten Heizelement offen bart.

Ein solches Verfahren zur Messung ist für ein statisches System am wirksamsten und für einen Zustand der Laminarströmung nützlich. Im prakti schen Gebrauch muß jedoch eine turbulente Strömung gemes sen werden, in der die Notwendigkeit besteht, in einer stabilen Meßumgebung zu bleiben.

Für die Messung einer Flüssigkeit in einem fließenden System sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, wie z. B. das Verfahren, um eine Menge der Flüs sigkeit als Probe zu entnehmen und sodann diese Probe der Flüssigkeit in einem statischen System zu messen; das Verfahren, eine Menge der Flüssigkeit in eine Umgehungsleitung einzuführen, innerhalb der die effektive Messung vorgenommen wird, und das Verfahren, eine Sammelmessung auf der Basis von Meßwerten von ei nem oder mehreren, innerhalb eines Fließsystems vorgese henen Sensoren vorzunehmen. Die auf die Probenahme bauen de Methode ist jedoch empfänglich für die Erzeugung von Mikroorganismen und Schwankungen der Messung je nach der speziellen Position des Systems, in der die besagte Pro benahme stattfindet. Die Methode, die sich der Umgehungs leitung bedient, führt unvermeidbar zu einer Kompliziert heit der Vorrichtung, und es ist häufig schwierig, die Umgehungsleitung auszuwaschen. Und das sich eines oder mehrerer Sensoren bedienende Verfahren erfordert eben falls eine Vorrichtung, die entsprechend kompliziert und zuweilen kostspielig ist, je nach Zahl der effektiv be nutzten Sensoren, und erfordert eine komplexe Analyse der jeweiligen, von diesen Sensoren gelieferten Ausgabe werte.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben in der JP 63 212 840 A ein Verfah ren zum Bestimmen einer Zustandsänderung einer Flüssig keit offenbart, von der eine Menge einen Hitzdrahtsensor umgibt, der in einem Zustand statischer Strömung gehal ten wird, um einen Flüssigkeitszustand angesichts der Tatsache zu messen, daß andernfalls eine turbulente Strö mung um den Sensor herum erzeugt würde, so daß der Wärme übertragungskoeffizient der Flüssigkeit durch eine Ände rung der Strömungsgeschwindigkeit verändert würde.

Mit einem solchen Verfahren des Standes der Technik ist wird der Sensor jedoch einer untolerierbar starken Kraft ausgesetzt, die während der Einleitung der Flüssigkeit in ei nen röhrenförmigen Körper durch einen Kolben aufgebracht wird. Außerdem ist eine solche, zum Stande der Technik gehörende Technik für Flüssigkeiten ungeeignet, bei der sich die Menge der außerhalb des röhrenförmi gen Körpers vorhandenen Flüssigkeit mit dem Verstreichen der Zeit ständig verändert, weil die Messung nur innerhalb des röhrenförmigen Körpers vorgenommen werden kann.

Aus Rev. Sci. Instrum., Vol. Nr. 10, 1978, S. 1462- 1463 ist ein Verfahren und eine zugehörigen Einrichtung bekannt, in der eine Probeflüssigkeit in ein Gefäß ge füllt wird, in der sich ein Thermometer und ein Hitz draht befinden. Der Hitzdraht wird erwärmt und die Tempe ratur am Thermometer wird abgelesen.

Bei dem bekannten Verfahren wird in einer Probeflüssig keit, die sich in einem statischen Zustand befindet, der Übergangszustand der Probeflüssigkeit von Wärmeleitung zu einem Wärmetransport durch Umströmen des Hitzedrahts zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit K benutzt.

Dieser Übergangszustand dauert je nach Abmessung des Hitzdrahtes nur wenige Sekunden. Dieser kurze Übergangs zustand wird zu einer Messung von K benutzt, wobei T_w- T_∞ (T_w = Hitzdrahttemp., T_∞ = Flüssigkeitstemp.) gegen die Zeit aufgetragen werden und K aus der (linearen) Steigung der Kurve errechnet wird.

Dieses Verfahren ist nachteilig nur für Laborversuche und nicht zur Betriebsüberwachung vorgesehen.

Demzufolge besteht ein Zweck der Erfindung darin, eine genaue Bestimmung einer Änderung im Zustand einer Flüs sigkeit selbst dann zustande zu bringen, wenn eine turbu lente Strömung oder andere Bedingungen der Flüssigkeit die Bestimmung sonst schwierig machen würden, indem man einen röhrenförmigen Körper in die Flüssigkeit gibt und einen Zustand der Laminarströmung innerhalb des röhren förmigen Körpers herstellt.

Der vorbeschriebene Zweck wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Zustandsänderung einer Flüssigkeit erreicht, welches die folgenden Arbeits schritte umfaßt:
Einleiten der zu untersuchenden Flüssigkeit in einem röh renförmigen Körper, der einen Hitzdrahtsensor, einen Tem peratursensor zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Laminarströmung in der Flüssigkeit enthält;
Messen der Temperatur des Hitzdrahtsensors durch den Hitzdrahtsensor selbst und Messen der Temperatur der Flüssigkeit innerhalb des röhrenförmigen Körpers, wäh rend die Flüssigkeit in einem Zustand der Laminarströ mung gehalten wird;
Bestimmen einer Änderung im Zustand der Flüssigkeit auf Basis der Temperaturen der Flüssigkeit und des Hitzdraht sensors.

Der vorbeschriebene Zweck wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert, bei der ein Hitzdrahtsensor, ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Flüssig keit und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Laminar strömung in der zu untersuchenden Flüssigkeit in einem röhrenförmigen Körper angebracht sind, die einen Ein tritt und einen Austritt für die zu untersuchende Flüs sigkeit aufweist.

Als Einrichtung wird vorteilhaft ein Laufrad mit geraden Schaufeln oder einer spiraligen Schaufel oder propeller förmigen Schaufeln benutzt.

Mit der Meßeinrichtung einer solchen Anordnung wird durch die Einrichtung eine stabilisierte Laminarströmung erzeugt, so daß die Laminarströmung um die Sensoren he rum aufrechterhalten werden kann, die während der Mes sung innerhalb des röhrenförmigen Körpers angebracht sind, und zwar selbst dann, wenn eine turbulente Strö mung innerhalb des Flüssigkeitsbehälters besteht.

Die Vorrichtung ist zweckmäßig mit einer Antriebsvorrich tung versehen, welche mit der Einrichtung verbunden ist, um die Bewegung der Einrichtung zu jeglichem Standort zu erleichtern, an dem die Bestimmung einer Änderung im Zu stand einer Flüssigkeit vorgenommen werden soll.

Das Laufrad besteht vorteilhaft aus einer spiraligen Schaufel oder propellerförmigen Schaufel, die die Flüs sigkeit axial zum röhrenförmigen Körper vorwärts trei ben, damit die Flüssigkeit in Form einer Laminarströmung gleichmäßig in den röhrenförmigen Körper eingeleitet wer den kann. In diesem Fall können innerhalb des röhrenför migen Körpers geeignete Leitschaufeln vorgesehen werden, die die Flüssigkeit axial zum röhrenförmigen Körper aus richten und dadurch die Erzeugung der Laminarströmung zu verlässiger gestalten.

Das Laufrad kann ebenfalls gerade Schaufeln umfassen, die eine Rotationsströmung innerhalb des röhrenförmigen Körpers um die Achse desselben herum erzeugen und damit sicherstellen, daß eine stabilisierte Messung durchge führt wird.

Innerhalb des röhrenförmigen Körpers sind der Temperatur sensor, der ausschließlich zum Abfühlen einer Temperatur der Flüssigkeit benutzt wird, und der Hitzdrahtsensor an geordnet, der benutzt wird, um eine Temperatur der durch ihn selbst erzeugten Hitze abzufühlen, während dieser Hitzdrahtsensor zur Wärmeerzeugung eingeschaltet ist, so daß eine Zustandsänderung, wie z. B. eine Änderung in der Viskosität der Flüssigkeit auf der Grundlage eines Tempe raturunterschiedes zwischen der Flüssigkeit und dem Hitz drahtsensor ermittelt werden kann.

In diesem Fall können die jeweiligen Sensoren parallel oder senkrecht zu einer Richtung liegen, in der die Flüs sigkeit strömt.

Die vorliegende Erfindung basiert auf einem Verfahren zum Bestimmen einer Änderung im Zustand einer Flüssig keit, indem man die Flüssigkeit in Wärmekontakt mit ei nem Heizelement bringt und die besagte Änderung aus ei nem Unterschied zwischen einer Temperatur der Flüssig keit und einer Temperatur des Heizelementes ermittelt. Wie durch die Erfinder der zur öffentlichen Einsichtnah me ausgelegten japanischen Gebrauchsmustermodell-Anmel dung Nr. 1987-185146 beschrieben, verändert sich eine Scheinviskosität einer Flüssigkeit, während sich ein Zu stand dieser Flüssigkeit ändert. Die Erfindung bedient sich einer Methode, welche die Arbeitsschritte der Mes sung einer Änderung in der Scheinviskosität einer Flüs sigkeit und dadurch der Ermittlung einer Änderung im Zu stand der Flüssigkeit umfaßt, insbesondere in Anbetracht eine Phänomens, daß, während der Wärmeübertragung von dem Hitzdrahtsensor, die eine vorherbestimmte Wärmemenge zur Flüssigkeit erzeugt, sich eine Größe der Wärmeüber tragung ändert und sich eine Temperatur des Hitzdrahtsen sors entsprechend ändert, während sich die Scheinviskosi tät der Flüssigkeit verändert.

Umgekehrt läßt sich anhand der Messung solcher Tempera turänderungen die entsprechende Änderung im Zustand der Flüssigkeit ermitteln. Die Temperaturänderung ist jedoch zu gering für eine Messung mit einer Sollgenauigkeit. Um einen solchen Wert von Änderungen zu vergrößern, wird es bevorzugt, einen Wärmeübertragungskoeffizienten α zu be nutzen, der einen effektiven Fortschritt der Wärmeüber tragung anzeigt.

Der Wärmeübertragungskoeffizient a wird durch eine fol gende Gleichung ausgedrückt:
α = Q/S (Θ_s-Θ_∞
wobei Q = im Heizelement generierter Wärmewert
S = Oberfläche des Heizelementes
Θ_s = Oberflächentemperatur des Heizelementes
Θ_∞ = Temperatur der Umgebungsflüssigkeit.

Wenn eine Änderung in der Flüssigkeitstemperatur gering genug ist, um den im Heizelement generierten Wärmewert als konstant anzusehen, wird ein Temperaturunterschied zwischen dem Heizelement und der Flüssigkeit gemessen, während die Zeit abläuft, und eine Änderung in einem sol chen Temperaturunterschied kann gemessen werden, um eine Änderung im Zustand der Flüssigkeit zu ermitteln.

Wenn eine Änderung in der Flüssigkeit relativ groß ist und sich ein elektrischer Widerstandswert R ändert, wäh rend sich die Flüssigkeitstemperatur entsprechend einer Gleichung
Q = R_i² ändert,
wobei R = elektrischer Widerstandswert des Sensors
i = an den Sensor angelegte elektrische Strom dichte ist,
kann der Wärmewert, der sich sonst infolge der besagten Änderung im elektrischen Widerstandswert ändern würde, konstant gehalten werden, indem man den elektrischen Stromdichtewert i kontrolliert.

Es versteht sich, daß die Oberflächentemperatur (O_s) des Sensors sich leicht aus der Temperatur (O_w) des Hitzdrahtsensors errechnen läßt, wie es in der US-PS Nr. 48 32 504 beschrieben ist.

Es ist auch möglich, eine Konzentration der Flüssigkeit in Wechselbeziehung mit verschiedenen Faktoren, wie z. B. der besagten Temperatur des Hitzdrahtsensors und Änderun gen im Wärmeübertragungskoeffizienten sowie der Viskosi tät der Flüssigkeit zu bestimmen.

Der Zustand der Flüssigkeit ist - neben der Änderung in der Viskosität - ebenfalls abhängig von Änderungen in der Zusammensetzung, der physikalischen Eigenschaft oder der anderen Faktoren der Flüssigkeit. Dementsprechend ist es ebenfalls möglich, eine Änderung im Zustand ver schiedener Flüssigkeiten zu bestimmen, indem man Index werte, die man - neben dem Wärmeübertragungskoeffizien ten - von dem Wärmeausbreitungsvermögen, der Wärmeleit fähigkeit, räumlichen Ausdehnung oder dergleichen erhal ten hat, in Beziehung setzt.

Die obigen und anderen Zwecke der Erfindung ersieht man durch Bezugnahme auf die Beschreibung in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung; in dieser Zeichnung ist

Fig. 1 eine Seitenansicht, welche teilweise im Schnitt eine praktische Ausführungsform der Vorrichtung darstellt, die in Übereinstimmung mit der Erfin dung konstruiert wurde und ein Laufrad als Ein richtung verwendet,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Abb. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht der durch Fig. 1 dargestell ten praktischen Ausführungsform, wobei die inne ren Einzelheiten weggelassen sind,

Fig. 4 eine Seitenansicht der durch Fig. 1 dargestell ten praktischen Ausführungsform in auseinander gezogener Anordnung,

Fig. 5 eine Seitenansicht, die einen Griff in der durch Fig. 1 dargestellten praktischen Ausfüh rungsform zeigt,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, welche eine weite re praktische Ausführungsform des Laufrades dar stellt,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer spiraligen Schaufel als noch eine andere praktische Ausfüh rungsform des Laufrades,

Fig. 8 eine Schnittansicht, die eine propellerförmige Schaufel als eine weitere praktische Ausfüh rungsform des Laufrades darstellt,

Fig. 9 und 10 sind eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht, welche eine praktische Ausführungsform der Meßeinrich tung darstellen, die gemäß der Erfindung kon struiert wurde, wobei eine spiralige Schaufel als Laufrad verwendet wird,

Fig. 11 eine Seitenansicht, welche teilweise im Schnitt eine praktische Ausführungsform der Meßeinrich tung zeigt, die gemäß der Erfindung konstruiert wurde und eine einachsige Exzenterpumpe als Ein richtung verwendet,

Fig. 12A bis 12C sind perspektivische Ansichten, die Methoden darstellen, nach denen die Meßeinrich tungen der Erfindung, die das Laufrad mit spira liger Schaufel oder die einachsige Exzenterpum pe als Einrichtung verwenden, jeweils an einem zugeordneten Flüssigkeitsbehälter montiert wer den können.

Die Erfindung nutzt ein Verfahren zum Bestimmen einer Änderung im Zustand einer Flüssigkeit auf der Basis ei nes Temperaturunterschiedes zwischen dem Heizelement und der Flüssigkeit. Anfangs wird eine praktische Ausfüh rungsform der Erfindung beschrieben, die einen röhrenför migen Körper umfaßt, in dem ein Laufrad vorgesehen ist, um eine Laminarströmung in der Flüssigkeit zu erzeugen, und ein Sensor, der dazu dient, den effektiven Zustand der Flüssigkeit zu ermitteln.

Es wird Bezug genommen auf die Fig. 1 bis 4, die eine erste praktische Ausführungsform der Erfindung darstel len, in der ein Laufrad eines spezifischen Typs verwen det wird. Ein Sensor 12, der als Heizelement dient, und ein Sensor 13, der zum Abfühlen einer Temperatur der Flüssigkeit dient, werden innerhalb eines röhrenförmigen Körpers 11 angebracht und durch eine Halterung 14 mit Bezug auf den röhrenförmigen Körper 11 befestigt. Ein Zuleitungsdraht 15 ist elektrisch an eine Steuereinheit (nicht dargestellt) angeschlossen.

Die Sensoren 12, 13 haben jeweils Frontabschnitte, die als Detektoren 12f, 13f dienen, welche innerhalb eines Führungsabschnittes 11f des röhrenförmigen Körpers 11 an geordnet sind.

Der Führungsabschnitt 11f des röhrenförmigen Körpers 11 hat eine Öffnung 16 in einer Oberfläche am vorderen Ende desselben, durch die eine Flüssigkeit in den röhrenförmi gen Körper 11 eingeleitet wird, um durch die darin be findlichen Sensoren 12, 13 gemessen zu werden. Die Flüs sigkeit, die auf diese Weise in den röhrenförmigen Kör per 11 eingeleitet wurde, wird durch einen Austrittska nal 17 abgelassen.

Ein Greifer 18 ist auf einem unteren Ende des röhrenför migen Körpers 11 montiert. In dieser praktischen Ausfüh rungsform ist der Greifer 18, der aus einem Greifer selbst 18a und einem Griff 18b besteht, so angeordnet, daß der Griff 18b relativ zum Greifer selbst 18a an ei nem Diagonalgelenk 19 anlenkbar gedreht werden kann, um eine winkelige Konfiguration bereitzustellen. Der Grei fer 18 wird durch einen Stopper 20 in dieser Winkelkonfi guration gehalten.

Der eigentliche Greifer 18a enthält einen Elektromotor (nicht gezeigt), während der Griff 18b eine Batterie (nicht dargestellt) enthält, so daß nach Betätigung ei nes Schalters 21 der Elektromotor eingeschaltet wird, um eine Rotationswelle 22 innerhalb des röhrenförmigen Kör pers 11 anzutreiben. Die Rotationswelle 22 ist durch ein Spannfutter 23 an eine Antriebswelle des Elektromotors gekuppelt.

Die Rotationswelle 22 ist auf ihrem Führungsabschnitt mit vier einzelnen geraden Schaufeln 24 derart versehen, daß sie von dem Führungsabschnitt 11f des röhrenförmigen Körpers 11 umgeben wird. Es ist zu beachten, daß diese geraden Schaufeln 24 - wie in Fig. 2 zu sehen - radial innerhalb der Sensoren 12, 13 und daher von Kontakt damit frei angeordnet sind.

Auf diese Weise bewirkt die Betätigung des Schalters 21, daß das Laufrad gedreht wird und eine Rotationsströmung innerhalb des röhrenförmigen Körpers 11 erzeugt und die Flüssigkeit senkrecht gegen die jeweiligen Sensoren 12, 13 getrieben wird. Das Laufrad kann in verschiedenen Konfigurationen ausgeführt sein, und die Richtung der innerhalb des röhrenförmigen Körpers 11 erzeugten Strö mung ist abhängig von der speziellen Konfiguration die ses Laufrades.

Fig. 6 zeigt eine zweite praktische Ausführungsform des Laufrades gemäß der Erfindung bestehend aus drei indivi duellen geraden Schaufeln, die jeweils eine etwas gerin gere Radiallänge aufweisen als der Innendurchmesser des röhrenförmigen Körpers 11 und mit einem Schlitz 25 ge formt sind, um zu verhindern, daß die Schaufel durch die Sensoren 12, 13 berührt wird.

Fig. 7 zeigt eine dritte praktische Ausführungsform des Laufrades gemäß der Erfindung, bestehend aus einer einzi gen spiraligen Schaufel 24, die durch einen Stützhebel 26 an der Rotationswelle 22 befestigt ist. Diese spirali ge Schaufel 24 grenzt einen mittigen freien Raum 27 ab, in dem die Sensoren 12, 13 so vorgesehen sind, daß die spiralige Schaufel 24 gedreht werden kann, ohne durch diese Sensoren 12, 13 berührt zu werden. Alternativ kön nen die Sensoren 12, 13 außerhalb der spiraligen Schau fel 24 angeordnet werden.

Die Rotation dieser spiraligen Schaufel 24 erzeugt eine Strömung der Flüssigkeit, welche durch die in der Ober fläche im vorderen Ende des röhrenförmigen Körpers 11 ge bildete Öffnung 16 in diese hinein und dann axial inner halb des röhrenförmigen Körpers 11 entlang den Sensoren 12, 13 geht.

Fig. 8 veranschaulicht eine vierte praktische Ausfüh rungsform des Laufrades gemäß Erfindung bestehend aus propellerförmigen Schaufeln, die auf dem vorderen Ende der Rotationswelle 22 montiert sind, um die Flüssigkeit in den röhrenförmigen Körper 11 einzuleiten. Desweiteren enthält der Führungsabschnitt 11f des röhrenförmigen Kör pers 11 Leitschaufeln 28, die eine Strömung der durch die propellerförmigen Schaufeln 24 in den röhrenförmigen Körper 11 eingeleiteten Flüssigkeit ausrichten und da durch sicherstellen, daß die Flüssigkeit axial innerhalb des röhrenförmigen Körpers 11 strömt. Die Rotation die ser propellerförmigen Schaufeln 24 bewirkt, daß die Flüssigkeit in den röhrenförmigen Körper 11 eingeleitet wird und dann axial innerhalb des röhrenförmigen Körpers 11 entlang den Sensoren 12, 13 fließt.

Die Meßeinrichtung einschließlich irgendeiner der vorge nannten ersten bis vierten praktischen Ausführungsformen des Laufrades in der Konstruktion gemäß der Erfindung kann in einer nachstehend beschriebenen Weise betrieben werden.

Mit dem Griff 18b des Greifers 18 in einer Hand wird der Führungsabschnitt 11f des röhrenförmigen Körpers 11 in eine Flüssigkeit eingetaucht, wodurch die letztere durch die Öffnung 16 in den röhrenförmigen Körper 11 eingelei tet werden kann, und dann wird der Schalter 21 einge schaltet, um das Laufrad zu drehen, so daß eine Rotations strömung oder eine Axialströmung erzeugt und dadurch die Flüssigkeit senkrecht zu oder parallel mit den Sensoren 12, 13 bewegt wird.

Sodann wird eine Temperatur der Flüssigkeit durch den Flüssigkeits-Temperatursensor 13 gemessen, während die Flüssigkeit von dem Hitzdrahtsensor 12 mit Wärme ver sorgt wird, und eine Änderung im Zustand der Flüssig keit, wie z. B. eine Viskosität, wird anhand eines Tempe raturunterschiedes zwischen dem Hitzdrahtsensor und der den Flüssigkeits-Temperatursensor umgebenden Flüssigkeit ermittelt.

Die jeweiligen Sensoren werden möglichst so angeordnet, daß sie sich entlang oder senkrecht zu einer Richtung er strecken, in der die Flüssigkeit strömt.

Diese mit Antriebsvorrichtung für das Laufrad ausgestat tet, handliche Vorrichtung läßt sich problemlos zu jedem gewünschten Ort bringen, wo ein Zustand der Flüssigkeit ermittelt werden soll, und sie ermöglicht eine stabili sierte Bestimmung durch Erzeugung einer stabilisierten Rotationsströmung oder Axialströmung innerhalb des röh renförmigen Körpers 11 unter der Einwirkung des Laufra des 24.

Dementsprechend ist es möglich, die gewünschte Bestim mung unter Aufrechterhaltung eines Zustandes der Laminar strömung der die Sensoren umgebenden Flüssigkeit selbst dann durchzuführen, wenn eine turbulente Strömung inner halb eines Flüssigkeitsbehälters vorhanden ist.

In der speziellen praktischen Ausführungsform, welche die einzelne spiralige Schaufel der propellerförmige Schaufeln als Laufrad benutzt, enthält der röhrenförmige Körper 11 zweckmäßig darin Leitschaufeln, die eine Strö mung der Flüssigkeit axial zum röhrenförmigen Körper 11 auszurichten, so daß die Laminarströmung weiterhin zuver lässig erzeugt wird.

Die Benutzung des einzeln gerade Schaufeln umfassenden Laufrades ermöglicht die Erzeugung einer stabilisierten Rotationsströmung innerhalb des röhrenförmigen Körpers 11 und ermöglicht dadurch die Realisierung einer zuver lässigen Messung. Das Laufrad kann auch in einer von der hierin dargestellten und beschriebenen Anordnung abwei chenden Anordnung implementiert werden.

Fig. 9 zeigt im Schnitt eine fünfte praktische Ausfüh rungsform der gemäß der Erfindung konstruierten Meßein richtung, die eine spiralige Schaufel als Laufrad verwen det, um eine Laminarströmung der Flüssigkeit innerhalb des röhrenförmigen Körpers zu erzeugen.

Bezugnehmend auf Fig. 9 umfaßt eine Meßeinrichtung 50 einen röhrenförmigen Körper 51 und ist an einen Flüssig keitsbehälter 56 angeschlossen. Ein Hitzdrahtsensor 52 und ein Flüssigkeits-Temperatursensor 53 werden durch eine gemeinsame Sensorhalterung 54 innerhalb des röhren förmigen Körpers 51 parallel zur Achse des röhrenförmi gen Körpers 51 gehalten. Ein Zuleitungsdraht 55 wird durch ein hinteres Ende der Sensorhalterung 54 herausge zogen und elektrisch an eine Steuereinheit (nicht ge zeigt) angeschlossen.

Die Sensorhalterung 54 wird in einen durch eine Wand 56W des Flüssigkeitsbehälters 56 geformten Anschlußkanal 57 eingesetzt und durch einen Klemmring 58 in Stellung ge halten, so daß der röhrenförmige Körper 51 in eine Flüs sigkeit f eingetaucht wird, mit der der Behälter 56 ge füllt worden ist.

Der röhrenförmige Körper 51 ist in seiner vorderen End fläche mit einem Einlaß 60 und neben seinem hinteren En de mit einem Auslaß 61 versehen. Der röhrenförmige Kör per 51 enthält darin eine spiralige Schaufel 62, die sich axial vom röhrenförmigen Körper 51 erstreckt, und die Rotation desselben bewirkt, daß die Flüssigkeit f durch den Einlaß 60 in den röhrenförmigen Körper 51 ein geleitet wird, sodann entlang den Sensoren 52, 53 strömt und durch den Austritt 61 abgelassen wird.

Eine Rotationswelle 63 der spiraligen Schaufel 62 ragt aus einem hinteren Ende einer mechanischen Dichtungsein richtung 64 heraus, die hinter der Sensorhalterung 54 vorgesehen ist, und sie ist an eine Abtriebswelle 67 ei nes Getriebes 66 angeschlossen, das über einen Elektromo tor 65 angetrieben wird.

Die gegenwärtige praktische Ausführungsform ermöglicht es den Sensoren 52, 53, jede Änderung in einem Zustand der Flüssigkeit f zu erkennen, während die spiralige Schaufel 62 die Flüssigkeit f innerhalb des röhrenförmi gen Körpers 51 parallel zu den Sensoren 52, 53 vorwärts treibt.

Selbst wenn in der Flüssigkeit f innerhalb des Flüssig keitsbehälters 56 eine turbulente Strömung erzeugt wird, wird die Strömung mit konstanter Geschwindigkeit inner halb des röhrenförmigen Körpers 51 aufrechterhalten, und daher können Änderungen in der Konzentration, Viskosität und dergleichen der Flüssigkeit f durch einen stabili sierten Messungsprozeß ermittelt werden.

Fig. 11 zeigt eine sechste praktische Ausführungsform, die sich eng an die fünfte praktische Ausführungsform anlehnt und in der der röhrenförmigen Körper 51 an sei nem vorderen Ende mit einer einachsigen Exzenterpumpe 70 ausgestattet ist. Eine zum Antreiben der einachsigen Ex zenterpumpe 70 benutzte Exzenterwelle 71 ist durch eine Kupplung 73 an eine Rotationswelle 72 gekuppelt. Die Ro tationswelle 72 ragt - ebenso wie im Falle der Fig. 9 - aus dem hinteren Ende der mechanischen Dichtungseinrich tung (in Fig. 11 nicht gezeigt) heraus, die hinter der Sensorhalterung 54 vorgesehen ist, und sie ist an die Abtriebswelle des über den Elektromotor angetriebenen Getriebes angeschlossen.

Der Rest des Aufbaus ist mit dem von Fig. 9 identisch.

Auch die durch Fig. 11 dargestellte praktische Ausfüh rungsform gestattet es den Sensoren 52, 53, jede Ände rung zu erkennen, die in einem Zustand der Flüssigkeit f eintritt, während die einachsige Exzenterpumpe 70 die Flüssigkeit f vorwärtstreibt, um innerhalb des röhrenför migen Körpers 51 mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit für den stabilisierten Messungsprozeß zu fließen.

Die Fig. 12A bis 12C sind perspektivische Ansichten, welche die möglichen Methoden veranschaulichen, mit de nen die Meßeinrichtung 10 der Erfindung an einem mit ei ner Flüssigkeit gefüllten System montiert werden kann, wobei ein Zellkultivatortank 80 mit einem Einlaß 81 und einem Ablaß 82 für eine Flüssigkeit f, einem Gaseinlaß 83, einem Gasauslaß 84, einem Rührer 85, einem Beobach tungsfenster 86 usw. - wie in Fig. 12A gezeigt - als spezifisches Beispiel genommen wird. (Diese Bauteile sind in den Fig. 12B und 12C nicht gezeigt).

Fig. 12A zeigt die am Zellkultivatortank 80 in horizon taler Ausrichtung mit Bezug auf den Tank 80 montierte Meßeinrichtung 10;

Fig. 12B zeigt die am Zellkultivatortank 80 mit Ein laß-60-Öffnung am Führungsende der Meßeinrichtung 10 leicht nach unten geneigt montierter Meßeinrichtung 10, und

Fig. 12C zeigt die in einem seitlich vom Zellkultivator tank 80 für die Umwälzung der Flüssigkeit vorgesehenen Bypass 87 montierte Meßeinrichtung.

Die Meßeinrichtung 10 der Erfindung kann ausgewählt in irgendeiner der in den Fig. 12A bis 12C dargestellten Weisen an dem zugeordneten System montiert werden. Außer dem, und zwar selbst dann, wenn es eine turbulente Strö mung der Flüssigkeit innerhalb des Tanks, wie z. B. des Zellkultivatortanks 80 infolge von Agitation der Flüssig keit durch den Rührer 85 gibt, erkennen die Sensoren 52, 53 zuverlässig eine Änderung in einem Zustand der Flüs sigkeit f, wie z. B. eine Änderung in der Konzentration, da die spiralige Schaufel 62 oder die einachsige Exzen terpumpe 70 eine stabilisierte Laminarströmung von kon stanter Geschwindigkeit innerhalb des röhrenförmigen Kör pers 51 erzeugt.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen einer Änderung im Zustand einer Flüssigkeit mit den folgenden Arbeitsschrit ten:
Einleiten der zu untersuchenden Flüssigkeit in einen röhrenförmigen Körper, der einen Hitzdrahtsensor, einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Flüssigkeit und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Laminarströmung in der Flüssigkeit enthält;
Messen der Temperatur des Hitzdrahtsensors durch den Hitzdrahtsensor selbst und Messen der Temperatur der Flüssigkeit innerhalb des röhrenförmigen Körpers, während die Flüssigkeit in einem Zustand der Laminar strömung gehalten wird; Bestimmen einer Änderung im Zustand der Flüssigkeit auf der Basis der Temperatu ren der Flüssigkeit und des Hitzdrahtsensors.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, bei der ein Hitzdrahtsensor (12), ein Tem peratursensor (13) zum Messen der Temperatur der Flüssigkeit und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Laminarströmung in der zu untersuchenden Flüssigkeit in einem röhrenförmigen Körper (11) angebracht sind, der einen Eintritt (16) und Austritt (17) für die zu untersuchende Flüssigkeit aufweist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung ein Laufrad (24) umfaßt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß das Laufrad (24) gerade Schaufeln aufweist, die eine Rotationsströmung um die Achse des röhren förmigen Körpers (11) erzeugen.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß der Hitzdrahtsensor (12) senkrecht zu einer Richtung liegt, in der die Flüssigkeit fließt.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Vorrichtung eine Antriebsvorrichtung aufweist, die mit dem Laufrad (24) verbunden ist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß das Laufrad (24) eine spiralige Schaufel oder propellerförmige Schaufeln umfaßt.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß sich der Hitzdrahtsensor (12) entlang einer Richtung erstreckt, in der die Flüssigkeit fließt.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß innerhalb des röhrenförmigen Körpers (11) Leitschaufeln (28) vorgesehen sind, die dazu dienen, die Strömung der Flüssigkeit axial zum röhrenförmi gen Körper auszurichten.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß sich Hitzdrahtsensor (12) und Temperatursensor (13) entlang einer Richtung, in welcher die Flüssigkeit strömt, er strecken.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die eine Laminarströmung erzeugende Einrich tung eine spiralige Schaufel (62) oder eine einachsi ge Exzenterpumpe (70) umfaßt.