DE1074882B

DE1074882B - Anordnung zur Bestimmung der mechanischen Konstanten eines nichtfesten Stoffes

Info

Publication number: DE1074882B
Application number: DENDAT1074882D
Authority: DE
Inventors: West Hartford Conn Wilfred Roth und Stanley Robert Rieh (V St A)
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1951-05-22
Publication date: 1960-02-04
Also published as: CH312264A; BE511576A; GB736204A; US2839915A; FR1056690A; NL97153C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung physikalischer Eigenschaften flüssigkeitsartiger Stoffe, insbesondere flüssiger Materialien und dünner Filme. Die Erfindung hat besondere Bedeutung auf dem Gebiet der Yiskosimetrie und schafft ein Gerät zur Bestimmung einer Funktion der Viskosität flüssiger Stoffe und dünner Filme. Sie kann jedoch auch zur Bestimmung anderer wichtiger Eigenschaften derselben dienen.

Es ist für Messungen dieser Art bekannt, einen zum mindesten teilweise in den nicht festen Stoff, dessen Viskosität bestimmt werden soll, eintauchenden länglichen Körper zu verwenden, der in Schwingungen versetzt wird. Eine dieser bekannten Meßanordnungen verwendet einen piezoelektrisch angeregten Körper, der von einem Generator in Resonanzschwingungen versetzt wird. Der piezoelektrische Körper gehört einem Schwingungskreis an und überträgt nach Maßgabe der mechanischen Eigenschaften des nicht festen Stoffes, in welchen er eintaucht, Blind- und Dämpfungswiderstand auf den Schwingungskreis. Unter Anwendung entsprechender Meßmittel werden die so bewirkten Impedanzänderungen des Schwingungskreises festgestellt und dadurch auf die Eigenschaften des nicht festen Stoffes Schlüsse gezogen.

Der in Schwingungen versetzte längliche Körper, welcher in den zu untersuchenden nicht festen Stoff eintaucht, wirkt gemäß der Erfindung mit elektrischmechanischen Übertragungsmitteln zusammen, welche einerseits mit einer Quelle sich wiederholender Stromimpulse verbunden sind und impulsmäßig elastische Schwingungen in dem genannten länglichen Körper erregen, die denselben in der Längsrichtung durchsetzen und die eine beträchtliche Komponente von Scherungsschwingungen in bezug auf das zu untersuchende nicht feste Material aufweisen, wobei die Zeitdauer jedes Impulses kurz ist, verglichen mit der Schwingungsdauer der elastischen Schwingungen, und andererseits die elastischen Schwingungen des in Schwingungen versetzten länglichen Körpers in elektrische Schwingungen umwandeln und eine elektrische Meßvorrichtung steuern, welche die Änderungen der Dämpfung und/oder Frequenz der in dem länglichen Körper erzeugten elastischen Schwingungen mißt.

Die Erfindung sieht vor, den länglichen Körper stoßweiser Erregung zu unterwerfen, wobei zwischen den einzelnen Impulsen genügend Zeit zum Abklingenlassen der Schwingungen bleibt. Die Abklingzeit der Schwingungen steht in direkter Beziehung zur Viskosität, und es genügen zu ihrer Bestimmung bequem zu bedienende und verhältnismäßig einfache Stromkreise. Für einige Anwendungsformen kann man jedoch kontinuierliche Erregung anwenden.

Vorzugsweise werden die mitschwingenden Längen Anordnung zur Bestimmung

der mechanischen Konstanten

eines nicht festen Stoffes

Anmelder:

Bendix Aviation Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 4

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Mai 1951

Wilfred Roth und Stanley Robert Rieh,
West Hartford, Conn. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

des länglichen Körpers so bemessen, daß Resonanzschwingungen durch stoßweise Erregung ohne weiteres hervorgerufen werden können. Falls erwünscht, kann man jedoch den länglichen Körper im Vergleich zu der Wellenlänge der darin wirkenden Schwingungen sehr lang wählen, wodurch er ein resonanzloses Element bildet.

Zum Anzeigen der Dämpfungsschwankungen der Schwingungen im länglichen Körper kann irgendein geeignetes elektrisches Meßgerät dienen. Zwei Formen von Meßgeräten werden bei den Beschreibungsbeispielen erläutert. Bei der einen werden die aus der stoßweise erregten Schwingung in einem Resonanzteil sich ergebenden gedämpften Wellen tatsächlich integriert, und der integrierte Wert wird durch einen geeigneten Anzeigestromkreis gemessen. Soweit die Dämpfung sich entsprechend der Viskosität der zu prüfenden, den schwingenden Körper berührenden Flüssigkeit ändert, ergibt der Meßstromkreis eine Funktion der Viskosität der Flüssigkeit.

Eine weitere bevorzugte Form der Messung mittels Stromkreis bedient sich einer Quelle von stoßweise erregten Schwingungen, deren zeitliche Aufeinanderfolge veränderbar ist. Die in dem mitschwingenden Teil auftretenden gedämpften Schwingungen werden wiederum integriert, und das integrierte Ergebnis dient zur Steuerung der zeitlichen Aufeinanderfolge der Schwingungsstöße, so daß das integrierte Ergebnis

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1 U/4 ÖÖZ

im wesentlichen konstant gehalten wird. Wie noch gezeigt wird, ist die zeitliche Aufeinanderfolge der Impulse (Schwingungsstöße) direkt proportional dem Dämpfungskoeffizienten der gedämpften Welle und steht daher in direkter Beziehung zur Viskosität der Flüssigkeit.

Für den allgemeinen Gebrauch kann das Gerät in Einheiten geeicht werden, die sowohl Viskosität als auch Dichte umfassen, oder in willkürlich gewählten Einheiten. Solche Einheiten genügen für die meisten Anwendungsgebiete, da gewöhnlich nur Vergleichsmessungen erforderlich sind, wo jedoch erforderlich, können bei den Ablesungen geeignete Faktoren in Ansatz gebracht werden, um \^iskositätswerte zu erzielen. In einem bestimmten Anwendungsfall kann das Gerät auf direkte Ablesung der Viskositätsmeßwerte geeicht werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Viskositätsmessung von einfachen oder Newtonschen Flüssigkeiten beschränkt. Sie ist auch nutzbar bei der Messung von physikalischen Eigenschaften von komplexen oder nicht dem Newtonschen Gesetz folgenden Flüssigkeiten einschließlich ihrer \^riskosität, Schubelastizität usw. Diese physikalischen Eigenschaften sind auch in flüssigen Stoffen, wie Mörtel, Kolloiden, in fließenden Zustand gebrachten festen Körpern (feste Teilchen in Gasmedien) usw., vorhanden, und die Erfindung kann ohne weiteres für sie verwendet werden.

In der Kunststoffindustrie ist das Gerät nützlich bei der Bestimmung der Erhärtungsvorgänge bei Harzen. Hierbei wird ein dünner Überzug des Harzes auf der Sonde angebracht, und bei Erwärmung werden Messungen vorgenommen. Während der Polymerisation des Harzes wird dieses immer zähflüssiger, und das Meßgerät gibt immer höhere Ablesungen, wobei die zunehmende Dämpfung sich sowohl aus der erhöhten Viskosität als auch der erhöhten Schubspannungsfestigkeit ergibt. Am Schluß, wenn das Harz erhärtet, fallen die Meßwerte ab, da für ge\vohnlieh nur ein dünner Film benutzt wird. Die Ablesungen (Meßwerte) sind wertvoll für die Kontrolle der Harzzusammensetzung, und zu diesem Zweck erübrigt sich oftmals die Feststellung, welche physikalischen Eigenschaften das Gerät gerade mißt, obwohl sich dies feststellen läßt. Auf diese Weise ist es möglich, zu bestimmen, wann das Harz zu erhärten beginnt, ebenso können physikalische Eigenschaften vor und nach der Erhärtung bestimmt werden.

Das Gerät ist auch von Nutzen bei der Bestimmung der Klebeigenschaften dünner Filme, z. B. von Farben, Klebstoffen usw.

Allgemein ist das Gerät gemäß der Erfindung benutzbar zur Messung der Dämpfungsmerkmale nicht fester Stoffe, die in innige Berührung mit der Sonde gebracht werden können, ferner der Klebeigenschaften von Stoffen, die mit der Sonde in Berührung stehen. Der Begriff »flüssigkeitsartiger Stoff« soll auch derartige nicht feste Stoffe umfassen, zusätzlich zu den oben beschriebenen.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen besser verständlich. Hierin zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sonde nach Linie 1-1 der Fig. 3,

Fig. 2 einen Längsschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine Stirnansicht des Gerätes;

Fig. 4 zeigt die zwecks Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit in einem Gefäß in Stellung gebrachte Sonde; eine Alternativstellung ist in strichpunktierten Linien angedeutet;

Fig. 5 zeigt die Sonde in Stellung zur Messung der Viskosität einer in einem Rohr fließenden Flüssigkeit;

Fig. 6,7 und 8 veranschaulichen zeichnerisch Längsbzw. Torsions- bzw. Schubspannungsschwingungen;

Fig. 9 a und 9b veranschaulichen gedämpfte Schwingungen, wobei die in Fig. 9b stärker gedämpft sind als die in 9a;

Fig. 10 zeigt eine Form der Geräteschaltung zur Messung von Viskositätsänderungen unter Anwendung einer festen Frequenz der Impulsfolge;

Fig. 11 zeigt eine andere Form der Geräteschaltung bei Anwendung einer veränderlichen Frequenz der Impulsfolge;

Fig. 12 veranschaulicht schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Torsionsschwingungen, und

Fig. 13 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer vergleichsweise langen Torsionssonde.

Fig. 1 bis 3 zeigen eine Sonde in der Ausführung mit Resonanzteil, die sich besonders für den pulsierenden Betrieb mit Longitudinalverdichtungsschwingungen eignet. Eine längliche Sonde 10 aus einem Werkstoff mit Magnetostriktionseigenschaften, wie Nickel, ist in seiner Mitte an der Wand 11 an einem Ende eines zylindrischen Behälters 12 befestigt. Die Stirnwand 11 und der Behälter 12 können je nach Art der Anwendung aus entsprechend geeigneten Stoffen bestehen; im vorliegenden Fall sind sie aus einem Metall, wie rostfreiem Stahl, bestehend dargestellt. Die Wahl des Materials hängt von der Art der Flüssigkeiten ab, mit denen es in Berührung kommen soll, ferner von der erforderlichen Gefügefestigkeit und den auftretenden Temperaturen und Drücken.

Übertragungsmittel sind in Form zweier Spulen 13 und 14 vorgesehen, die einen länglichen Metallstreifen (Sonde) 10 innerhalb des Gehäuses 12 umschließen, jedoch von diesem geringen Abstand haben, um Schwingungen im Metallstreifen nicht zu dämpfen. Wie hier gezeigt ist, stellt Spule 13 die Senderspule und Spule 14 die Empfängerspule des Übertragers dar. Für die Enden jeder Spule sind Klemmen 15 vorgesehen. Obwohl hier zwei Spulen gezeigt sind, ist es in vielen Fällen möglich, nur eine Spule zu verwenden und sie für Sendung und Empfang zu verwenden.

Wenn ein Stromstoß an die Übertragerspule 13 gelegt wird, werden durch Magnetostriktionswirkung in dem länglichen Streifen 10 elastische Longitudinalverdichtungswellen erregt. Fig. 6 zeigt einen kurzen Abschnitt des Streifens 10; die Fortpflanzungsrichtung der Wellen längs des Streifens ist durch Pfeil 16 angegeben. Die Schwingungsrichtung der Wellen liegt ebenfalls in Längsrichtung, wie durch Doppelpfeil 17 angedeutet wird.

Die Länge des Streifens 10 ist so gewählt, daß in ihm Resonanzschwingungen bei einer gewünschten Frequenz durch einen an die Spule 13 gelegten Impuls erzeugt werden. In der Zeichnung beträgt die Länge des Streifens 10 die Hälfte der Wellenlänge der Resonanzschwingungen. Die physikalische Länge für eine bestimmte Frequenz hängt natürlich von dem Material ab, aus dem der Streifen gefertigt ist, da das Verhältnis zwischen Frequenz und Wellenlänge durch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit bestimmt wird, die sich bei verschiedenen Materialien ändert.

Es ist vorteilhaft, den Streifen an einer Knotenebene aller ungeraden Harmonischen der Grundresonanzschwingungen zu lagern. Da diese eine Gegenknotenebene für alle geraden Harmonischen darstellt, werden diese rasch gedämpft, wodurch die darauf-

I U

folgende elektrische Siebung erleichtert wird. Bei dem hier gezeigten besonderen Ausführuiigsbeispiel ist der Halbwellenstreifen 10 in seiner Mitte gelagert, um alle geraden Harmonischen auszuscheiden und nur ein geringes Maß Grundenergie auf das Gehäuse übergehen zu lassen.

Fig. 4 und 5 veranschaulichen verschiedene Verwendungsarten der Sonde nach Fig. 1 zur Viskositätsmessung. In Fig. 4 enthält ein Gefäß 31 eine Menge der Flüssigkeit 32, deren Viskosität gemessen werden soll. Das Gehäuse 12 der Sonde ist an einer Gefäßwand 31 angebracht, wobei der nach außen ragende Teil des Sondenstreifens 10 in die Flüssigkeit eingetaucht ist. Dies kann eine dauernde Anbringungsform sein, oder die Sonde kann nach Belieben einsetz- bar und herausnehmbar sein. Die bei 12' gezeigte strichpunktierte Stellung ist eine andere Art, die Sonde in die Flüssigkeit einzusetzen. Es läßt sich im Gefäß eine geeignete Halterung für die Sonde vorsehen, oder die letztere wird von Hand hineingehalten. In diesem Falle ist es zweckmäßig, einen Schirm 33 um die Zuleitungen vorzusehen und ihn im Gehäuse 12' zu befestigen, so daß keine Gefahr besteht, daß Flüssigkeit in Berührung mit den Klemmen 15' kommt. Da das Gehäuse 12 explosionsfest und luftdicht ausgeführt werden kann, besteht auch keine Gefahr von Explosionen oder Bränden infolge der Verwendung der Vorrichtung.

Fig. 5 zeigt die Vorrichtung, wie sie in der Wand 34 einer Rohrleitung angebracht ist, durch welche ständig eine Flüssigkeit 32 fließt. Soweit die Viskositätsmeßwerte direkt abgelesen werden können, ist eine genaue Viskositätskontrolle zu erreichen. Gewünschtenfalls können die Viskositätsablesungen dazu dienen, die zur Zusammensetzung der Flüssigkeit verwendeten Stoffe quantitativ selbsttätig zu steuern oder andere Verfahrensstufen zu überwachen, so daß die Viskosität innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten wird.

Wird die Sonde nach Fig. 1 in Luft oder in einem Vakuum angeordnet, so werden die durch einen Impuls im Streifen 10 bewirkten Schwingungen durch die der Vorrichtung eigene Dämpfung nach und nach schwächer. Die Dämpfung der Schwingungen ist jedoch relativ klein und die Abklingzeit daher relativ lang. Dieser Zustand ist in Fig. 9 a veranschaulicht. Die Wechselwelle 18 stellt die Resonanzschwingungen dar, und deren Amplitude nimmt allmählich mit der Zeit ab. Die Umhüllende der Welle hat die Form einer Exponentialkurve, wie sie durch gestrichelte Linien 19 angedeutet ist. Der Verlauf der Kurve 19 ergibt sich aus

OOZ

kosität erlangt werden. Die hierzu geeignete Geräteschaltung wird später beschrieben.

In vielen Fällen ist es lediglich erforderlich, einen dünnen Film der Flüssigkeit auf den Streifen 10 zu bringen, um einen guten Viskositätsmeßwert zu erhalten. Der dünne Film kann in jeder beliebigen Form angebracht werden, was besonders wertvoll ist, wenn nur kleine Flüssigkeitsmengen verfügbar sind. Auch wenn große Mengen Flüssigkeit zur Verfügung stehen, könnte ein dauernder Einbau aus irgendeinem Grunde nicht erwünscht oder unmöglich sein. Es genügt ein bloßes Eintauchen der Sonde in die Flüssigkeit und Vornahme der Ablesung nach dem Herausziehen.

Die für eine bestimmte Meßgenauigkeit erforderliche Filmdicke kann analytisch bestimmt werden. Für einfache Flüssigkeiten mit geringfügiger Schubelastizität kann die Dämpfung von S chubspannungs wellen in der Flüssigkeit in der Form des folgenden Dämpfungsfaktors ausgedrückt werden:

worin

,—at

(1)

?=die Basis der natürlichen Logarithmen,
α=die Dämpfungskonstante und
i = die Zeit.

Wenn nun das frei aus dem Gehäuse 12 herausragende Ende des Streifens 10 in eine Flüssigkeit getaucht wird, dämpft letztere die Schwingungen, so daß sie schneller abklingen. Dieser Zustand ist in Fig. 9 b veranschaulicht, und man kann ersehen, daß die Umhüllende 19' schneller abfällt. In der oben gegebenen Gleichung ist die Dämpfungskonstante α für die Welle von 9b größer als für 9a. Durch Messung der Dämpfung der Welle im festen Körper, besonders der Dämpfungskonstante α, kann ein Maß für die Visco=Winkelgeschwindigkeit der Welle, g=Dichte der Flüssigkeit, η=Viskosität der Flüssigkeit, 7=zurückgelegter Weg.

Bei Flüssigkeiten, wie Schmieröl, fällt die Amplitude auf 37% bei nur wenigen Tausendstelzentimetern Filmdicke. Ähnliche Gleichungen können abgeleitet werden, um die Schubelastizität zu berücksichtigen, und für eine bestimmte Genauigkeit sind im allgemeinen dickere Filme erforderlich.

Es ist höchst vorteilhaft, wenn die Dämpfung durch Schubspannungswirkung zwischen Streifen 10 und der Flüssigkeit hervorgerufen wird und wenn die Abstrahlung von Verdichtungsenergie in die Flüssigkeit verringert wird, sofern die Schubspannungsdämpfung zur Viskosität in direkter Beziehung steht, während dies bei Verdichtungsstrahlung nicht der Fall ist. In Fig. 6 ist die Schwingungsrichtung der elastischen Longitudinalwellen im Streifen 10 durch den Doppelpfeil 17 angezeigt. Es ist klar, daß die Schwingungen aller vier Seiten des Streifens Schubspannungen in der Flüssigkeit hervorrufen. Jedoch ist die Schwingung in Längsrichtung des Streifens von einer Ausdehnung und Zusammenziehung des Streifens begleitet, wenn sich die Welle diesem entlang ausbreitet. Diese Ausdehnung und Zusammenziehung erfolgt in einer Richtung senkrecht zu den Seiten des Streifens, wie durch die Pfeile 21 und 22 angegeben, so daß Verdichtungsenergie in die Flüssigkeit ausgestrahlt wird.

Um diese Verdichtungsstrahlung auf einen solchen Grad zu reduzieren, daß die Genauigkeit des Gerätes nicht wesentlich beeinflußt wird, ist der Streifen 10 im Verhältnis zur Breite dünn ausgebildet. Der Betrag der Ausdehnung und Zusammenziehung ist proportional zur Dicke des Materials. Dadurch wird die zur Oberseite des Streifens senkrecht gerichtete Ausdehnung, angezeigt durch den Doppelpfeil 21, klein im Vergleich zur Ausdehnung der Streifenkanten, die durch Pfeil 22 angedeutet wird. Obwohl die Oberseiten des Streifens eine relativ große Fläche haben, reduziert so die geringe Ausdehnung in zur Oberseite senkrechter Richtung die Verdichtungsstrahlung aus den Oberseiten auf einen kleinen oder zu vernachlässigenden Betrag. Anderseits haben, obwohl die zu den

Kanten senkrechte Ausdehnung viel größer ist, die Strahlungsflächen kleinen Flächenumfang, so daß die von den Kanten abgestrahlte Verdichtungsenergie ebenfalls auf einen kleinen oder zu vernachlässigenden Wert reduziert wird. Es findet natürlich eine Aus-Strahlung aus dem Ende des Streifens 10 statt, jedoch ist die Endfläche klein genug, daß diese Strahlung vernachlässigt werden kann.

Der Gesamteffekt ist der, daß die Dämpfung des Streifens 10 durch Berührung mit der Flüssigkeit vorwiegend auf Schubspannung zwischen dem festen Körper und der Flüssigkeit beruht.

Die Abmessungen des Streifens 10 sind weitgehend entsprechend dem besonderen Anwendungsfall veränderlich. In einem Gerät, das mit Erfolg eingesetzt wurde, wird ein Streifen von etwa 10 cm Länge, 3 mm Breite und 0,2 mm Dicke verwendet.

Das Verhältnis zwischen Viskosität und Dämpfung der Schwingungen im Streifen 10 der Sonde kann theoretisch entwickelt werden und ist für ein bestimmtes Gerät der Berechnung zugänglich. Im besonderen ist die Amplitudenveränderung der gedämpften Schwingung eine analytische Funktion der Viskosität. Die nachstehende Theorie wird zur Erläuterung dieser Beziehung geboten. Zur Vereinfachung dienten gewisse Voraussetzungen und Annäherungen, die in der Mehrzahl der Fälle zu rechtfertigen sind. Obwohl die gegebene Analyse als richtig angenommen wird, wird doch keineswegs darauf beharrt, und es bleibt die Möglichkeit weiterer Ausarbeitung offen. Die allgemeine Richtigkeit der Analyse wird durch Versuchsergebnisse gestützt.

Bei Flüssigkeiten, bei denen die Schubelastizität zu vernachlässigen ist, läßt sich zeigen, daß die Dämpfung oder der Dämpfungsfaktor für elastische Wellen in einem dünnen Metallstreifen, wie Streifen 10, der über seine ganze Länge in die Flüssigkeit eingetaucht ist, ungefähr

(1)
beträgt, worin elastizität g merklich werden. In diesem Falle ist der Dämpfungsfaktor komplex und wird gleich

.— kt „~at . ο —ißt

_e~kt _ _e

worm

α =

^Si> (4)

k = a + j β, (5)

arctg Q

cos

β-_α.%{Ξψλ,

Q =

O) Ij

α =

ρ ω η \ 2

2 '

(2)

45

ο,,, = Dichte des Metallbandes,
</ = Dicke des Bandes,
0 = Dichte der Flüssigkeit,
iy = Viskosität der Flüssigkeit,
(o = Winkelgeschwindigkeit der Resonanzfrequenz.

Soweit o_m, d und m für ein bestimmtes Gerät Konstanten darstellen, ist

= K ]^!ρη .

(3)

55

K ist eine Konstante, welche die feststehenden Faktoren berücksichtigt.

Es läßt sich ersehen, daß dies ein sehr wünschenswertes \*erhältnis darstellt insoweit, als die Dämpfung eine direkte und analytische Funktion der Viskosität ist (die sich direkt mit deren Quadratwurzel ändert) und die Dichte der Flüssigkeit die einzige weitere Variable ist. Die Dichte einer bestimmten Flüssigkeit wird gewöhnlich für die meisten Messungen konstant oder nahezu konstant sein, und deshalb ist die Dämpfung direkt proportional der Quadratwurzel aus der Viskosität.

Für komplexe Flüssigkeiten, wie hochpolymere Kolloide, Suspensionen, Gele usw., kann die Schub-Diese Gleichungen zeigen, daß für komplexe Flüssigkeiten, bei denen die Schubelastizität nicht vernachlässigt werden kann, Dämpfungs- und Frequenzveränderungen der Schwingungen in Streifen 10 erzielt werden. Der Ausdruck e~^at in Gleichung (4) ist der wahre Dämpfungsfaktor, und der Ausdruck e~^lßt ergibt die Änderung in der Frequenz. Wenn nur die Dämpfung gemessen wird, ergibt sich eine Ablesung, die eine Funktion sowohl der Viskosität als auch der Schubelastizität ist (s. Gleichung 6). Diese Angabe genügt für die meisten praktischen Zwecke. In jenen Fällen jedoch, wo die Trennung von Viskosität und Schubelastizität erwünscht ist, ist es möglich, die Frequenzänderung des Resonanzstreifens 10 zu messen, wenn der Streifen in die Flüssigkeit eingeführt ist. Dann können unter Benutzung der Gleichungen (6) und (7) Viskosität und Schubelastizität getrennt werden.

In der \^rorhergehenden Besprechung von Flüssigkeiten, bei denen die Schubelastizität vernachlässigt werden kann, wurde die Wirkung der Flüssigkeit auf die Dämpfung mit Hilfe der Gleichungen (1) bis (3) entwickelt, und es werden bei der Bestimmung der Viskosität und anderer physikalischer Eigenschaften der Flüssigkeit vorzugsweise Veränderungen in der Dämpfung benutzt. Bei Flüssigkeiten mit merklicher Schubelastizität kann die Dämpfungsmessung durch Messung der Frequenzveränderung, wie zuvor erwähnt, ergänzt werden. Jedoch die obigen Gleichungen (4) bis (8) zeigen für den allgemeineren Fall, daß gewünschtenfalls Messung der Frequenzänderung an Stelle der Dämpfungsänderung vorgenommen werden kann. So läßt sich aus den Gleichungen (7) und (8) ersehen, daß β sowohl von // als auch von g abhängt und zum Anzeigen einer Viskositätsfunktion dienen kann. Bei rein viskosen Flüssigkeiten, wog-sich XuIl nähert, wird Gleichung (7) auf ß—a gebracht. Es läßt sich also bei solchen Flüssigkeiten eine Frequenzverschiebung beobachten, wenn Dämpfung auftritt.

Die Frequenzverschiebung ergibt sich aus der physikalischen Tatsache, daß die eigentliche Fortpflanzungsgeschwindigkeit der elastischen Welle im Resonanzstreifen 10 mit zunehmender \-iskoser Dämpfung verringert wird. Dieser Effekt bewirkt eine Abnahme der Resonanzfrequenz des Streifens. Die Bestimmung der Frequenzänderung bedeutet also eine Messung der Änderung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit, die ihrerseits zur Viskosität in Beziehung steht. Die Änderung in der Frequenz ist jedoch im Vergleich zu derjenigen in der Dämpfung prozentual sehr klein und erfordert viel größere Stabilität und Empfindlichkeit der Meßstromkreise.

Die nachstehend beschriebene Einrichtung mißt die Dämpfung der abklingenden Schwingung und ermög-

licht die Bestimmung von a. Durch Umstellung von Gleichung (2) und unter der Annahme, daß nur die freiliegende Hälfte des Resonanzstreifens 10 von Fig. 1 in die Flüssigkeit eingetaucht ist, ergibt sich die folgende Gleichung:

ρ co

= k' ■

p_{oise f}

Poise.

(10)

Das gilt für den Fall, daß die Schubelastizität vernachlässigt werden kann, und ist in der Praxis das gewöhnlichste. Die Viskosität ändert sich direkt mit dem Quadrat der Dämpfung oder des Dämpfungskoeffizienten a. Wenn direkt die Viskosität in Poise erwünscht ist, kann sie durch Bestimmung der Konstante k' für das benutzte besondere Gerät und Division durch die Dichte erhalten werden.

Ähnliche Ausdrücke lassen sich aus Gleichung (6) für den Fall ableiten, daß die Schubspannungselastizität nicht vernachlässigt werden kann; sie sind natürlich komplizierter. In diesem Fall kann /; in der obigen Gleichung (9) durch folgenden Ausdruck ersetzt werden:

η ι + -,

Δ · COS'

₂ / arctgQ

Es mag erwähnt werden, daß, wenn beträchtliche Schubelastizität vorliegt, es erwünscht ist, zur Erzielung genauer Messungen die Sonde in ein ziemlich großes Flüssigkeitsvolumen einzutauchen. Für Vergleichszwecke genügen jedoch oft kleine Mengen oder dünne Filme.

In Fig. 10 ist eine Schaltung veranschaulicht, die eine feste Frequenz der Impulsfolge erzeugt. Jeder Impuls erzeugt eine Folge von Resonanzschwingungen im länglichen Streifen 10 (Fig. 1), die, wie in Fig. 9a und 9b veranschaulicht, allmählich abklingen. Die Frequenz der Impulsfolge wird vorteilhaft so gewählt, daß die Schwingung auf einen geringfügigen Wert zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen über den Betriebsbereich abklingt, für welchen das Gerät konstruiert ist, obwohl dies nicht in allen Fällen notwendig ist. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel, das mit Erfolg zum Einsatz kam, beträgt die Impulswiederholungsfrequenz 60 pro .Sekunde, und die durch Streifen 10 bestimmte Schwingungsfrequenz beträgt 25 000 Perioden/Sekunde. Selbstverständlich sind die Fig. 9 a und 9 b nur schematisch, da eine sehr große Zahl von Schwingungen in der abklingenden Wellenform auftritt. Die Impulslänge wird vorteilhaft so gewählt, daß ihre Dauer weniger als eine halbe Periode der Resonanzschwingung beträgt, so daß das rasche Entstehen der Schwingungen im Streifen nicht gestört wird. Impulse von einer Mikrosekunde sind mit Erfolg angewendet worden. Elektrische Wellen entsprechend den elastischen Wellen in Streifen 10 werden im Übertrager (Empfängerspule 14 in Fig. 1) erzeugt und haben die in Fig. 9 gezeigte Wellenform. Die aufgenommenen Wellen werden an einen Empfangsstromkreis gelegt, der so zusammengesetzt ist, daß er auf Veränderungen in der Dämpfung der Welle anspricht. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 geschieht dies allgemein durch Integrieren der aufgenommenen Welle und Messung des sich ergebenden Wertes.

Der Impulssender ist im rechten Teil der Fig. 10 dargestellt. Ein Kondensator 41 ist mit der Übertragersendespule 13 in Reihe geschaltet und wird von einer geeigneten Spannungsquelle, die mit B⁺ bezeichnet ist, über Widerstand 42 aufgeladen. Eine gittergesteuerte Gasentladungsröhre 43 ist dem Kondensator und Sendespulenkreis parallel geschaltet, so daß der Kondensator periodisch über die Spule entladen wird und einen Stromimpuls durchläßt. Die Gasentladungsröhre 43 wird durch geeignete Mittel periodisch zum Leiten gebracht. Zweckmäßig wird eine kleine

ίο Wechselspannung von 60 Perioden dem Netz über einen Transformator entnommen und an das Gitter 44 der Röhre gelegt. Gittervorspannung durch Kathodenwiderstand wird aus Quelle B⁺ über die Spannungsteilerwiderstände 45 und 46 erhalten. Letztere ist veränderlich, so daß eine geeignete Betriebsgittervorspannung gewählt werden kann. Ein großer Überbrükkungs- (Abblock-) Kondensator 47 ist dem Widerstand 46 zugeschaltet, um Gitterspannungskonstanz zu gewährleisten.

Wenn die Röhre 43 zündet, passiert ein sehr kurzer Entladungsstromimpuls die Sendespule 13. Die Dauer kann eine Mikrosekunde oder mehr betragen, und es können Amplituden von 1 Ampere oder mehr ohne weiteres erzielt werden.

Die Übertragerempfangsspule 14 ist durch Kondensator 48 auf die Resonanzfrequenz der Schwingungen im länglichen Streifen 10 abgestimmt. Wie zuvor beschrieben, wird durch Befestigung des Streifens 10 an seinem Mittelpunkt die 2. Harmonische gleichzeitig mit höheren geraden Harmonischen eliminiert. Der gezeigte einfache abgestimmte Kreis genügt zur Beseitigung der 3. Harmonischen und höheren ungeraden Harmonischen. Es ist also nur die Grundresonanzfrequenz im Meß Stromkreis wirksam.

Die aufgenommenen Schwingungen werden dann an eine \^Terstärkerröhre 49 gelegt, die hier als hochverstärkende Pentode gezeigt ist. Gittervorspannung wird durch den Kathodenwiderstand 51 und Nebenschlußkondensator 52 geliefert, und das Bremsgitter 53 ist an die Kathode angeschlossen. Anodenspannung wird aus der Quelle B⁺ über den Ladewiderstand 54 erhalten. Betriebsspannung für das Schirmgitter 55 kommt aus der Quelle B⁺ über Widerstand 56 und den Nebenschlußkondensator 57. Das Signal wird an das Steuergitter 58 über Kopplungskondensator 59 und Gitterwiderstand 61 gelegt.

Diese Verstärkerstufe ist so angelegt, daß dadurch mit genügender Linearität die gesamte aufgenommene gedämpfte Schwingung verstärkt wird. Das Ausgangssignal wird auf eine zweite Verstärkerstufe mit der Elektronenröhre 62 gegeben, die hier als Tetrode mit Elektronenstrahlbündelung gezeigt ist und erfaßbare Energiemengen abgeben kann. Der Ausgang der Röhre 49 wird über Kopplungskondensator 64 und Gitterwiderstand 65 an das Steuergitter 63 gelegt. Ein Begrenzungs-Reihenschlußwiderstand 71 ist in den Gitterkreis für später zu beschreibende Zwecke eingeschaltet. Gittervorspannung wird durch den Kathodenwiderstand 66 und Nebenschlußüberbrükkungs-(Abblock-) Kondensator 67 geliefert. Das Schirmgitter 68 ist direkt an die Quelle B⁺ angeschlossen, und die Anode ist über die Drossel 69 an B⁺ angeschlossen.

Die Wechselstromleistung des Verstärkers 62 wird in Nebenschluß über Kondensator 72 auf einen nichtlinearen Widerstand 73 gegeben, der die Anodenladung bildet. Der nichtlineare Widerstand ist hier als kleine Wolframfadenlampe dargestellt, es können jedoch nach Wunsch auch andere Formen von nichtlinearen Widerständen verwendet werden.

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Wenn der längliche Streifen 10 (Fig. 1) nicht in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, bleiben die Schwingungen relativ ungedämpft, und die aufgenommene Schwingung klingt nach Fig. 9 a verhältnismäßig langsam ab. Unter diesen Umständen wird der Lampe 73 die größte Energiemenge zugeführt. Da der Widerstand der Lampe 73 mit der Temperatur zunimmt, wird der höchste Widerstand erzielt, wenn der Streifen 10 sich in Luft befindet.

Wenn anderseits der Streifen 10 in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, klingt die Schwingung nach Fig. 9 b infolge der Viskosität der Flüssigkeit schneller ab. Infolgedessen ist die der Lampe 73 zugeführte Energie geringer und ihr Widerstand niedriger. Daher ist der Widerstand der Lampe eine umgekehrte Funktion der Viskosität der Flüssigkeit.

In erster Linie ist der Widerstand der Lampe 73 eine umgekehrte Funktion des Dämpfungskoeffizienten«, vorausgesetzt, daß die erste Periode der abklingenden Schwingung konstante Amplitude aufweist, wie es für die meisten Anwendungsbereiche zutrifft. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß α die Zerfallsgeschwindigkeit der Schwingung und dadurch die Fläche jeder gedämpften Schwingungsfolge bestimmt. Bei einer feststehenden Zahl von gedämpften Schwingungsfolgen bestimmt α die der Lampe pro Sekunde zugeführte Energie. In einem bestimmten Fall kann die mit α sich ergebende Widerstandsänderung nach Wunsch errechnet werden. Da α eine Funktion der λ iskosität ist, ist der Widerstand der Lampe 73 ebenfalls eine Funktion der Viskosität.

Die Veränderung im Widerstand der Lampe 73 wird angezeigt, indem man einen Gleichstrom durch diese fließen läßt und eine dem Strom proportionale Spannung mißt. Hierzu wird die Lampe 73 in einen Gleichstromkreis mit der Reihenschlußdrossel 74 und einem kleinen Meßwiderstand 75 eingeschlossen. Soweit die Kathodengleichspannung der Röhre 62 auf gleicher Höhe bleibt, ist sie eine bequeme Quelle. Diese Spannung wird an den Hauptstromkreis gelegt.

Ein Voltmeter 77 wird zwischen die obere Klemme des Widerstandes 75 und einen Nullstellkreis mit AA'iderstand 78 und Potentiometer 79 geschaltet. Bei in Luft befindlichem Streifen 10 und Maximalwiderstand der Lampe 73 fließt ein minimaler Gleichstrom durch die Lampe und ihren Reihenschlußmeßwiderstand 75. Der Kontakt 81 auf dem Potentiometer ist so eingestellt, daß das .Meßgerät unter diesen Bedingungen Null anzeigt. Wenn nun der längliche Streifen 10 in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, läßt der verminderte Widerstand der Lampe 73 einen größeren Gleichstromfluß durch den Meßwiderstand 75 zu, und das Meßgerät 77 ergibt eine höhere Ablesung. Je höher die Viskosität der Flüssigkeit, desto niedriger ist der Widerstand der Lampe 73 und desto höher der abgelesene Meßwert.

Wie oben angegeben, ist der Widerstand der Lampe 73 eine umgekehrte Funktion der Viskosität der gemessenen Flüssigkeit. Wird der Widerstand der Drossel 74 und des Meßwiderstandes 75 im Vergleich zu demjenigen der Lampe 73 klein gehalten, so ist die Ablesung am Voltmeter umgekehrt proportional zum Widerstand der Lampe 73. Demzufolge ist der vom Meßgerät angezeigte Wert eine direkte Funktion der Viskosität. Die genaue Funktion kann aus der Kennlinie des nichtlinearen Widerstandes und anderen Variablen des Gerätes festgestellt werden. Wenn natürlich der Widerstand von 74 und 75 abschätzbar ist, kann er bei der Eichung des Meßgerätes 77 berücksichtigt werden.

Für eine Flüssigkeit von bekannter Dichte kann das Meßgerät 77 auf bekannte Viskositätseinheiten geeicht werden und dann direkte Ablesung der Viskositätswerte ermöglichen. Die Meßgerätablesung ist eindeutig und reproduzierbar, außerdem bleibt die Eichung des Gerätes lange Zeit genau. Wird das Instrument bei Flüssigkeiten mit verschiedener Dichte verwendet, kann das Meßgerät 77 so geeicht werden, daß es Viskosität mal Dichte oder andere beliebige

ίο Einheiten anzeigt. Für eine bestimmte Flüssigkeitsdichte können die Meßwerte durch den passenden Faktor verändert werden, um die Viskosität zu erhalten. Für sehr viele industrielle Zwecke, wo es lediglich erforderlich ist, eine bestimmte Flüssigkeit bei bestimmter Viskosität zu halten, oder wo nur Vergleichswerte gesucht werden, genügen relative Ablesungen. Es kann z. B. der Meßwert einer Flüssigkeit von annehmbaren Eigenschaften bestimmt werden und derselbe bei der Prüfung anderer herangezogen werden.

Analog zu der Eichung nach Viskosität mal Dichte kann eine Eichung nach Stok (Viskosität durch Dichte) vorgenommen werden, einer in der Viskosimetrie schon lange benutzten Einheit.

Es erhellt, daß durch die enge Nachbarschaft der Sendespule 13 zur Empfängerspule 14 (Fig. 1) der sehr große Sendeimpuls einen ziemlich großen Impuls in der Empfängerspule induziert. Die Größe dieses Impulses in der Empfängerspule kann das Vielfache der Anfangsamplitude der aufgenommenen Schwingungswelle betragen, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist. Während es möglich ist, die Wirkung dieses Anfangsimpulses auf den Empfangsstromkreis durch Eingangsbegrenzung des Empfängerverstärkers oder durch andere Mittel aufzuheben, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Verstärkerstufen einschließlich Röhren 49 und 62 so zu konstruieren, daß sie den anfangs induzierten Schwingungsimpuls auf einen Wert begrenzen, der den Anfangswert der Resonanzschwingung nicht wesentlich überschreitet. Eine Begrenzung findet in der Röhre 49 dadurch statt, daß diese über Sperrspannung hinaus gebracht wird. Die Zeitkonstante des Kondensators 59 und Widerstandes 61 ist vorteilhafterweise niedrig genug, so daß keine Gefahr der Sperrung besteht, wenn das Gitter momentan auf positiv gebracht ist. Der mit dem Gitter der Röhre 62 in Reihe liegende Widerstand 71 begrenzt das Signal in der positiven Richtung, so daß es den Anfangsteil der Resonanzschwingung nicht wesentlich überschreitet. Diese einfachen Hilfsmittel haben sich in der Praxis als zuverlässig erwiesen, es können jedoch nach Wunsch noch vollkommenere Mittel verwendet werden. Die Verwendung von getrennten Sende- und Empfangsspulen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, ist zuweilen nützlich, wenn beispielsweise mehr Windungen auf der Empfangsspule zur Erhöhung der Empfindlichkeit erwünscht sind. Gewöhnlich kann jedoch für beide Zwecke eine einfache Spule mit der sich dadurch ergebenden Vereinfachung der Sonde verwendet werden.

In Fig. 11 ist eine Geräteschaltung dargestellt, in welcher die Geschwindigkeit der Impulsfolge so wechselt, daß der Durchschnittswert der exponentiell abfallenden Schwingungsamplitudenänderungen konstant gehalten wird. In dieser Form wird die Frequenz der Impulsfolge fast genau proportional der Dämpfungskonstante α. Es ist zuvor gezeigt worden, daß die Viskosität des Fluidums bei einfachen Flüssigkeiten proportional dem Quadrat von α ist. Daher dient eine einfache Messung der Frequenz der Impulsfolge zur Feststellung der Viskosität.

Die Fläche unter einer Exponentialwelle, wie sie bei 19 in Fig. 9 erscheint (die gleichgerichtete und demodulierte Wechselstromvvelle) ist gleich

(11)

-worin E₀=GrOBe der Anfangsamplitude (Umhüllende) des aufgenommenen Signals.

Dies setzt voraus, daß t sich dem Wert Unendlich nähert, was der Fall ist, wenn die Exponentialkurve (der Amplitudenänderung) auf einen vernachlässigbar kleinen Wert fallen kann, ehe der nächste Impuls übertragen wird.

In einem bestimmten Zeitabschnitt, etwa einer Sekunde, finden f Impulse statt und laufen / Exponen- ^1S tial-Hüllkurven ab. Die Fläche unter den Exponentialkurven beträgt also bei Integration über einen

Zeitraum von einer Sekunde

/•■Ed

.Wie noch erläutert

wird, bewirkt die Schaltung nach Fig. 11. daß die integrierte Fläche immer einen konstanten Wert C für alle Bedingungen beibehält. Hieraus ergibt sich

durch Umstellung

C =

α =

f-E₀

f-E₀
C

E₀ und C sind Konstanten oder nahezu Konstanten des Systems, f ist darum im wesentlichen linear mit α verbunden. Dies ist ein sehr brauchbares Ergebnis und wird in dem System nach Fig. 11 mit erhöhter Genauigkeit erreicht.

Der Impulserzeuger mit variabler Frequenz ist auf der rechten Seite der Fig. 11 zu sehen. Ein Kondensator 82 ist in einen Ladestromkreis mit Quelle B⁺, einem Reihenschlußwiderstand 83 und einem steuerbaren veränderlichen Widerstand, der hier die Form einer Pentode 84 annimmt, eingeschaltet. Die Kathode wird durch die Spannungsreglerröhre 85 auf konstantem Gleichstromwert gehalten. Das Schirmgitter ist an B⁺ und das Bremsgitter an die Kathode angeschlossen. Der wirksame Anoden-Kathoden-Widerstand der Röhre 84 wird durch ihr Gitterkathodenpotential und andere innewohnende Eigenschaften gesteuert. Es kann also durch Änderung der an Gitter 86 gelegten Spannung die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 82 gesteuert werden.

Für den Kondensator 82 ist ein Entladestromkreis vorgesehen, der die Sendespule 13 des Übertragers und eine gittergesteuerte Gasentladungsröhre 87 umfaßt, die hier in Tetrodenbauart gezeigt ist. Das Steuergitter 88 der Gasentladungsröhre wird durch einen Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 89 und 91 zwischen B⁺ und Erde, auf einer gewählten positiven Spannung gehalten.

Sofort nach einer Entladung des Kondensators 82 wird das Potential der Kathode 90 der Entladungsröhre stark positiv, und die Röhre wird gesperrt. Wenn sich der Kondensator 82 auflädt, fällt das Potential der Kathode 90 allmählich. Wenn es einen der Gitterspannung nahekommenden Wert erreicht, zündet die Röhre, und ein kurzer Stromimpuls fließt durch die Reihenschluß-Sendespule 13. Diese Stromkreisanordnung bewirkt, daß die Ladung am Kondensator vor seiner Entladung immer eine vorbestimmte feste Spannung erreicht. Demzufolge fließen Stromimpulse von gleichbleibender Amplitude und Dauer durch die Sendespule 13, ungeachtet der Frequenz der Impulsfolge. Letztere wird durch die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 82 bestimmt, und die Ladegeschwindigkeit wird ihrerseits durch Röhre 84 gesteuert.

Mit dem gezeigten Stromkreis kann die Frequenz der Impulsfolge über einen großen Bereich mit ausgezeichneter Stabilität verändert werden. In einem in der Praxis verwendeten Stromkreis, wobei für die Röhre 84 die Type 6 AG 7 und für Röhre 87 Type 2050 verwendet wird, ist eine Frequenzänderung von mehreren tausend Impulsen pro Sekunde bis Null bei einer Spannungsänderung von 5 Volt in der Gitterkathodenspannung von Röhre 84 erreichbar. Durch Verwendung anderer Röhrentypen und Wahl geeigneter Stromkreiskonstanten läßt sich ein beliebiger Frequenzänderungsbereich erzielen.

Aufgenommene Schwingungen aus Spule 14 werden auf einen Verstärker mit Röhren 49 und 62 und zugeordnete Stromkreise gegeben, die den in Fig. 10 gezeigten gleichen und nicht wieder beschrieben zu werden brauchen. In Fig. 11 wird das verstärkte Signal an einen Detektor gelegt, um eine integrierte, dem Durchschnittswert der gleichgerichteten gedämpften Schwingungen proportionale Steuerwelle zu entwickeln. Zu diesem Zweck wird die Ausgangsleistung der Röhre 62 durch einen Kopplungskondensator 92 zu einem Gleichrichter 93 geleitet, der hier als Triode dargestellt ist, bei der Anode und Gitter zur Bildung einer Diode verbunden sind. Der Hochfrequenzschwingkreis des Gleichrichters ist über Kondensator 94 geerdet. Gleichrichter 93 wirkt als Amplitudenbegrenzer, der die positiven Halbperioden der Signale unter den Exponentialkurven der Fig. 9 unterdrückt und nur die negativen Halbperioden beläßt. Diese negativen Halbperioden werden durch eine einfache Widerstand-Kondensator-Schaltung, bestehend aus Widerständen 95, 96, 97 und Kondensator 98, integriert. Die integrierte Steuerwelle wird zwischen Gitter 99 und Kathode 101 der Röhre 102 angelegt.

Wie bisher beschrieben, würde das an Gitter 99 gelegte Signal negativ sein und infolge der hohen Verstärkung in den Röhren 49 und 62 einen relativ großen Wert erreichen. Beispielshalber sei erwähnt, daß bei einer mit Erfolg verwendeten Ausführung die an Gitter 99 gelegte Steuerwelle einen Wert von annähernd — 44VoIt erreichen würde. Zur Erhöhung der Genauigkeit wird eine feste positive Bezugsspannung von der Steuerwelle abgezogen. Die Subtraktion erfolgt zweckmäßig durch Einschaltung des Widerstandes 97 in einem Spannungsteilerkreis mit Widerständen 103 und 104 zwischen B⁺ und Erde. Widerstand 104 liegt im Kathodenkreis der Röhre 102 und dient auch als Ausgangsladewiderstand. Die positive Spannung am Widerstand97 wird vorteilhaft sogewählt, daß sie der negativen Steuerspannung ganz nahe kommt; bei einem Ausführungsbeispiel erreichte sie 40 Volt. Dementsprechend beträgt die zwischen Gitter 99 und Kathode 101 angelegte reine Steuerspannung — 4VoIt.

Der Verstärker 102 ist für hohe Verstärkung konstruiert; bei einem Ausführungsbeispiel beträgt diese 50. Demzufolge beträgt seine Kathodenspannungsänderung 1 Volt für eine Eingangssignaländerung von V₅₀ Volt. Die Kathode ist direkt an Gitter 86 der Steuerröhre 84 für die Frequenz der Impulsfolge angeschlossen.

W^Tie zuvor erwähnt genügt eine relativ kleine Spannungsänderung, wie etwa 5 Volt bei dem angegebenen Ausführungsbeispiel, um die Frequenz der Impulsfolge über ihren gesamten Wirkungsbereich zu ändern. Diese Änderung von 5 Volt kann durch eine ¹Ao-VoIt-

Änderung in der Gitterspannung der Röhre 102 erzielt werden, und hieraus ergibt sich eine V₁₀-VoIt-

Anderung in dem integrierten Signal -. Bei einem

normalen Wert des integrierten Signals von — 44 Volt genügt eine Änderung in dem integrierten Wert von nur ¹A⁰Zo, um die Frequenz der Impulsfolge über ihren gesamten Bereich zu ändern.

Es erhellt daher, daß dieser Kreis den integrierten Wert des aufgenommenen Signals über den gesamten Wirkungsbereich bis innerhalb ¹Ai % konstant hält. Diese Genauigkeit ergibt sich bei Anwendung von hoher Verstärkung und durch Subtraktion eines großen festen Betrages vom integrierten Signal bei Erhalt des reinen Steuersignals. In der Praxis erstreckt sich tatsächlich der volle Wirkungsbereich gewöhnlich von mehreren tausend Hz bis etwa 10 Hz. Dies entspricht einem Zähigkeitsbereich von Null bis 100 000 Centipoise. Es können natürlich geeignete Änderungen vorgenommen werden, um Zähigkeitsmessingen in jedem gewählten Bereich zu erhalten.

E> wurde zuvor dargelegt, daß die Frequenz der Impulsfolge der Dämpfungskonstante « direkt proportional ist, die ihrerseits eine Funktion der Viskosität ist. Um die Frequenz zu messen, wird das Voltmeter 105 an die Verbindung von Kondensator 82 und Widerstand 83 angeschlossen, ferner an einen Justierkreis mit Potentiometer 106 und Widerstand 107 zwischen B~ und Erde. Sofern der Kondensator 82 vor seiner Entladung immer auf ein bestimmtes Potential aufgeladen wird, ist die dem Kondensator für jeden Impuls zugeführte Ladung Q₀ immer dieselbe. Während eines bestimmten Zeitraums, etwa einer Sekunde, beträgt die dem Kondensator zugeführte Gesamtladung / Q₀. Da Ladung pro Zeiteinheit Strom bedeutet, ist der durch Widerstand 83 fließende Strom genau proportional der Wiederholungsfrequenz f, d. h.

(12)

40

Spannung an einem Widerstand ist direkt proportional dem durchfließenden Strom, so daß der durchschnittliche Spannungsabfall am Widerstand 83 ebenfalls der Wiederholungsfrequenz / proportional ist. Das Meßgerät 105 schwankt also direkt entsprechend der Wiederholungsfrequenz. Durch Einstellung des Potentiometers 106 kann das Meßgerät auf Null gebracht werden, ehe der Streifen 10 in die Flüssigkeit getaucht wird. Dann ist die Ablesung am Meßgerät direkt proportional der Frequenz und damit dem Dämpfungsfaktor a.

In einem handelsüblichen Meßgerät für allgemeine Anwendung können mehrere Meßbereiche vorgesehen werden, um genaue Ablesungen zu erzielen. Dies wird ohne weiteres dadurch erreicht, daß dem Meßgerät 105 geeignete Widerstände zugeschaltet werden. Bei Stoffen mit hoher \^riskosität kann die Nulleinstellung 106 so erfolgen, daß das Gerät Null anzeigt, wenn die Sonde mit einem Material von bekannter hoher Viskosität in Berührung kommt, und für größere Meßgeiiauigkeit kann ein empfindlicherer Meßbereich in Anwendung kommen.

Die Eichung kann in der im Zusammenhang mit Fig. 10 beschriebenen Form erfolgen. Falls erforderlich, kann die Proportionalitätskonstante aus den Abmessungen und der Anordnung der Sonde und den Stromkreiskonstanten errechnet werden. In diesem Fall handelt es sich um ein Meßgerät für absolute Viskosität. Wie bei Fig. 10 hervorgehoben wurde, kann für Sendung und Empfang an Stelle der gezeigten getrennten Spulen eine einzelne Übertragerspule verwendet werden.

Im vorstehenden wurde ein Ausführungsbeispiel der Sonde im einzelnen zusammen mit zwei dafür zu verwendenden Schalterarten beschrieben. Sowohl die Sonde als auch die Schaltung sind vielen Abwandlungen zugänglich, um unterschiedlichen Erfordernissen gerecht zu werden. Bestimmte Modifikationen werden nachstehend beschrieben, weitere werden sich dem Fachmann von selbst darbieten.

Während der Resonanzstreifen 10 vorzugsweise eine halbe Wellenlänge lang ausgeführt wird und an seinem Mittelpunkt befestigt ist, können gewünschtenfalls andere Resonanzlängen und Befestigungspunkte in Betracht kommen. Im allgemeinen schwingen die Streifen mit, wenn die positiven und negativen wandernden Wellen, die durch Reflexion an den Enden entstehen, in Phase überlagert werden, ehe sie zu stark gedämpft werden, so daß sich stehende Wellen bilden. Die stehenden Wellen sind sinusförmig und erfordern daher nur die Verstärkung relativ schmaler Bänder, besonders wenn eine bestimmte Frequenz (Grundwelle oder gewählte Harmonische) für Meßzwecke verwendet wird.

Es ist vorteilhaft, den Befestigungspunkt in Knotenlinien der Grundresonanzfrequenz vorzusehen, so daß die Schwingungen nicht beeinträchtigt werden und die Siebung erleichtert wird. Wo Harmonische genügend stark sind, können sie an Stelle der Grundwelle zur Betätigung des Empfängers dienen. In solchem Fall kann ein Knoten der gewünschten Harmonischen als Unterstützung dienen. Die Schwingungsfrequenz kann innerhalb weiter Grenzen gewählt werden. Da die Viskosität von nicht den Newtonschen Gesetzen folgenden Flüssigkeiten mit der Frequenz wechselt, gibt dies die Möglichkeit, dem besonderen Anwendungsfall angepaßte Meßwerte zu erhalten. Die \^rerwendung einer L^Tltraschallfrequenz. wie beschrieben, läßt eine kleine und robuste Ausführung der Sonde zu. Die Verwendung von Stoffen mit Magnetostriktionseigenschaften für den Streifen 10 ermöglicht in einfacher bequemer Weise die Erzeugung von elastischen Verdichtungswellen in diesen. Es kann jedoch ein beliebiges Übertragungsmittel zur Erzeugung der Wellen im Streifen verwendet werden, und dementsprechend kann auch der Werkstoff, aus dem der Streifen hergestellt wird, gewählt werden. In einigen Fällen ist es wünschenswert, einen chemisch inerten Stoff, wie Glas, für den Streifen 10 zu verwenden, wobei elastische Wellen in diesem durch einen an seinem Ende angebrachten piezoelektrischen Kristall oder Material mit Magnetostriktion usw. erzeugt werden könnten.

Wie zuvor erwähnt, ist es möglich, den länglichen festen Körper Torsions- oder Schubspannungsschwingungen ausführen zu lassen. Fig. 7 veranschaulicht ein kurzes Stück eines länglichen Rohres 24 für Torsionsschwingungen, Pfeil 23 zeigt die Fortpflanzungsrichtung längs des Rohrstückes an. Der Doppelpfeil 25 weist die Schwingungsrichtung, die um das Rohr herum verläuft, wodurch Schubspannung in einer berührenden Flüssigkeit hervorgerufen werden kann. An Stelle eines Rohres kann auch ein fester Stab verwendet werden. Bei der Torsionsschwingung im Rohr oder Stab kann auch einige Verdichtungsenergie in die Flüssigkeit oder den fluidartigen Stoff infolge wechselnder Zusammenziehung und Ausdehnung des Rohres oder Stabes mit in dessen Längsrichtung fortschreitender Welle abstrahlen. Diese Verdichtungsstrahlung hat jedoch doppelte Frequenz

und kann ausgesiebt werden. Die Dämpfung der Grundfrequenz infolge Schubspannung mit der Flüssigkeit oder dem fiuidartigen Material kann also ohne wesentliche Beeinträchtigung gemessen werden.

Fig. 8 veranschaulicht ein kurzes Streifenstück 27 ähnlich dem Streifen 10, jedoch unter Anwendung der Schubspannungsschwingung. Pfeil 26 kennzeichnet die Fortpflanzung in Längsrichtung des Streifens und der Doppelpfeil 28 die Schwingungsrichtung, die quer zur Streifenlänge liegt. Wie in Fig. 6 verursacht die Schwingung der Oberseiten des Streifens 27 Schubspannungen in der Flüssigkeit. Die Schwingung der Kanten des Streifens 27 liegt in der durch Pfeil 29 angegebenen Richtung, also normal zu den Kanten, und strahlt Verdichtungsenergie in die Flüssigkeit aus. Dementsprechend werden die Kanten genügend dünn gehalten, um die Strahlung auf ein geringeres oder vernachlässigbar kleines Maß zu reduzieren.

Die Longitudinalverdichtungsschwingung im festen Körper wird für die meisten Anwendungen bevorzugt, da sie weitaus einfacher zu erzeugen ist. Bei der Erzeugung von Schubspannungen ergibt es sich, daß die Richtung der hauptsächlich auftretenden Schwingungen in dem Körper senkrecht zu seinen Kanten verläuft und daß dadurch die Kanten des Körpers Kompressionswellen in die Flüssigkeit abstrahlen. Andererseits steht bei der Longitudinalschwingung im festen Körper die Primärschwingung beider Oberseiten und Kanten im Schubspannungsverhältnis zur Flüssigkeit, und die Ausstrahlung von Verdichtungsenergie in die Flüssigkeit beruht auf der Ausdehnung und Zusammenziehung des festen Körpers, wenn sich die Welle in seiner Längsrichtung fortpflanzt, und ist dadurch eine indirekte Wirkung der Primärschwingung.

Für Verdichtungs- und Schubspannungsschwingungen werden vorzugsweise längliche, im Vergleich zur Breite dünne Streifen verwendet, um die Ausstrahlung von Verdichtungsenergie in die Flüssigkeit zu verringern. Für die Torsionsschwingung werden zylindrische Rohre oder Stäbe bevorzugt. Diese Formen sind besonders vorteilhaft bei der Messung von Flüssigkeiten mit Viskositäten bis zu mehreren hundert Centipoise. Bei Flüssigkeiten von höherer Viskosität können die soeben beschriebenen Formen auch noch verwendet werden und sind bei Meßgeräten für allgemeinen Gebrauch von Vorteil. Bei hochviskosen Flüssigkeiten hat jedoch die Ouerschnittsform des länglichen festen Körpers geringere Bedeutung. Die Viskosität solcher Flüssigkeiten überschreitet gewöhnlich 1000 Centipoise. Daher können für solche Flüssigkeiten auch quadratische oder runde Stäbe oder Rohre usw. im Falle von Verdichtungsund Schubspannungsschwingungen im festen Körper und quadratische oder rechteckige Stäbe oder Rohre für Torsionsschwingungen verwendet werden.

Fig. 12 veranschaulicht eine Art der Erzeugung von Torsionswellen in einem länglichen Stab. Die hier gezeigte Ausführungsform hat einen kurzen Resonanzteil 112, der an seinem Mittelpunkt durch eine Membran 113 gehalten wird. Ein Ende 114 ist in ein Längsmagnetfeld eingetaucht, indem es von einer Spule 115 umgeben ist, die von einer als Batterie 116 bezeichneten geeigneten Kraftquelle erregt wird. Ein Stromimpuls aus einem Generator 117 wird über die Zuleitungen 118 an zwei Punkte 119 gelegt, die in Längsrichtung entlang der Stange 112 angeordnet sind. Infolge wechselseitiger Beeinflussung zwischen dem längsgerichteten Strom und dem längsgerichteten Magnetfeld erfährt das Ende 114 während der Erregung eine Drehung. Dieser Torsionseffekt pflanzt sich längs des Streifens 112 fort und bewirkt darin Torsionsschwingungen. Die Schwingungen klingen exponentiell, je nach der Viskosität der Flüssigkeit, ab, in welche der Stab 112 eingetaucht ist.

Um elektrische Wellen entsprechend den Schwingungen zu erhalten, kann eine zweite Spule 121 um den Stab 112 gelegt und durch eine geeignete Batterie erregt werden, wie gezeigt ist. Voneinander getrennte Punkte auf dem Stab können dann mit dem Empfänger 122 verbunden werden, der auf Änderungen in der Dämpfung der ihm zugeführten Welle anspricht. Um Torsionswellen von genügend großer Amplitude zu erhalten, hat sich gezeigt, daß sehr starke

*5 Ströme über Leitungen 118 zugeführt werden müssen, die etliche hundert Ampere erreichen können. Demzufolge wird die Verwendung von Longitudinalverdichtungswellen bevorzugt, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurden. Trotzdem können Torsionswellen für bestimmte Anwendungszwecke vorteilhaft sein, insbesondere wo die Robustheit von Rohren und Stäben im Vergleich zu dünnen Streifen als Faktor auftritt.

Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Schubspannungsschwingungen sind auf dem Fachgebiet bekannt; entsprechende Einrichtungen brauchen daher hier nicht beschrieben zu werden.

Fig. 13 ist eine schematische Zeichnung, aus der die Verwendung eines relativ langen, langgestreckten festen Körpers 108 mit darauf mit Zwischenraum angeordneten Sende- und Empfangspunkten. Es kann z. B. im Falle von Longitudinalverdichtungswellen bei einem aus Material mit Magnetostriktion bestehenden länglichen Körper 108 die Spule 109 zur Erregung des festen Körpers und Spule 111 als Empfangsspule dienen. Torsions- oder Schubspannungsschwingungen können ebenfalls verwendet werden, während der Querschnitt des länglichen Körpers 108 gemäß den oben angeführten Überlegungen bestimmt wird.

Es ist möglich, die Spule 109 mit einer kontinuierlichen Wechselspannung zu erregen. Die Welle pflanzt sich dann in Längsrichtung des Streifens 108 fort und wird nach Maßgabe ihres Fortschreitens infolge der Dämpfung zwischen Streifen 108 und der Flüssigkeit gedämpft. Das bei 111 empfangene Signal wird daher geringere Amplitude aufweisen als das bei 109 angelegte, und die Amplitude nimmt mit zunehmender Viskosität der Flüssigkeit ab. Dies ergibt dann, wie oben erläutert, ein Maß für die Viskosität. Schubelastizität beeinflußt ebenfalls die Amplitude im Falle einiger Flüssigkeiten und fluidartiger Stoffe, wie im vorstehenden beschrieben wurde.

Ist der Sender so eingerichtet, daß er Schwingungen konstanter Amplitude dem Streifen 108 zuführt, kann das Anzeigeinstrument des Empfängers auf die gewählten Sendebedingungen geeicht werden. Oder es kann die Amplitude des Signals bei 111 mit der Amplitude des Signals bei 109 verglichen und das Instrument entsprechend geeicht werden, so daß Schwankungen in der Sendeenergie die Genauigkeit nicht beeinträchtigen. Andere Arten der Meßanordnung, wie z. B. mit einem Amplitudenvergleich bei 111 mit der Amplitude in einem Vergleichsmedium, können ebenfalls angewendet werden. In allen Fällen wird selbstverständlich die Dämpfung der elastischen Wellen im festen Körper dazu benutzt, die physikalischen Eigenschaften von flüssigen oder fluidartigen Stoffen anzuzeigen und nicht die Dämpfung von Wellen, die in dem betreffenden flüssigen oder fluidartigen Stoff selbst fortgepflanzt werden.

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Bei kontinuierlichen Wellen ist es erwünscht, Reflexwirkungen an den Enden des Streifens 108 zu vermeiden, und dies wird dadurch erreicht, daß der Streifen ausreichend lang ausgeführt wird, so daß elastische Wellen vollständig abgedämpft werden, ehe sie die Enden erreichen, oder durch eine geeignete Begrenzung an den Enden.

Es werden vorzugsweise periodische Impulse bei 109 ausgeübt. Entsprechende Impulse werden bei 111 aufgenommen, deren Amplitude entsprechend der Viskosität der berührenden Flüssigkeit schwankt. In diesem Fall ist es möglich, das Gerät so zu konstruieren, daß Reflexwirkungen an den Enden des Streifens, wie eben besprochen, vermieden werden, so daß für jeden bei 109 ausgesandten Impuls ein Impuls bei 111 empfangen wird. Andererseits ist es auch möglich. Impulse von den Enden aus vervielfacht reflektieren zu lassen, in welchem Fall eine Anzahl getrennter Impulse bei 111 für jeden übertragenen Impuls aufgenommen werden. Die Schwingungsimpulse klingen exponentiell mit der Zeit ab und auch exponentiell mit der im festen Körper zurückgelegten Strecke. Es sind in Wirklichkeit wandernde Wellen, und der Dämpfungsfaktor ist derselbe wie im Falle von stehenden Wellen, die oben für Fig. 1 analysiert wurden. Wenn auch die aufgenommenen Impulse zeitlich nicht gleichmäßigen Abstand voneinander haben mögen, so ist doch ihre Kurve exponentiell (vollkommene Reflexion an den Enden vorausgesetzt), und daraus kann der Dämpfungsfaktor wie oben beschrieben bestimmt werden.

Wie zuvor bei der Besprechung der Resonanz-Streifen nach Fig. 1 usw. bemerkt wurde, ist die Änderung in der Dämpfung von einer Änderung in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit begleitet, wenn ein nichtresonanter Streifen in eine zähe Flüssigkeit eingetaucht wird. So kann eine von ihnen gemessen werden, um die Viskosität oder andere Eigenschaften der Flüssigkeit zu bestimmen, obwohl letztere, wie zuvor angegeben, bevorzugt wird. Ist es erwünscht. Mskosität und Schubelastizität getrennt zu bestimmen, so kann sowohl die Änderung in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit als auch der Dämpfung gemessen werden.

Kurze Resonanzkörper nach Fig. 1 werden längeren, nicht resonanten Körpern nach Fig. 13 vorgezogen. Die mitschwingenden Körper ermöglichen die Konstruktion einer kompakteren Sonde, die leicht in die Flüssigkeit eingeführt und aus dieser herausgenommen werden kann. Das Gerät in Resonanzbauart kann viel leichter für den Einsatz bei hohen Temperaturen und Drücken konstruiert werden. Ferner tritt infolge Geschwindigkeitsverminderung und Schwankungen λόιι α mit o) beim Durchlaufen eines langen Abschnittes nach Fig. 12 in gewissem Ausmaß eine Verzerrung der Wellenform ein. Trotzdem können Ausführungen nach Fig. 12 in bestimmten Anwendungsfällen von Nutzen sein.

Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen werden Gleichstromimpulse zur Erregung verwendet und \orgezogen. Jedoch können gewünschtenfalls kurze Flochfrequenzstöße verwendet werden. Vollständiges Abklingen der durch einen einzelnen Impuls erzeugten Schwingung, ehe der nächste Impuls übertragen wird, wird aus Gründen der Genauigkeit vorgezogen: dies mag jedoch in einigen Fällen nicht erforderlich sein.

Empfängerstromkreise, die eine einfache Meßgerätanzeige geben oder in welchen die Ausgangsleistung unem Registriergerät an Stelle eines Meßgeräts zugeführt wird, werden für industrielle Zwecke bevorzugt. Es ist jedoch auch möglich, die vom Übertrager abgegebene Leistung an einen Oszillographen zu legen, um eine sichtbare Anzeige der Amplitudenabnahme zu erzielen. Die in den Fig. 9 a und 9 b gezeigten Wellenformen sind Beispiele für die Art der Wellenformen, die in einem Oszillographen sichtbar werden; selbstverständlich treten im allgemeinen in jeder abnehmenden Schwingungsfolge \^Tiel mehr Perioden auf, als in der Zeichnung aus Gründen bequemer Darstellung gezeigt sind.

Die Abklinggeschwindigkeit der an der Oberseite am Schirm des Oszillographen sichtbar werdenden Wellenformen kann auf vielerlei Arten bestimmt werden. Wenn beispielsweise der Faktor α gesucht wird, kann die Zeit, welche die Welle für die Abnahme

auf — ihres Anfangswertes benötigt, durch geeignete

Zeitzähler oder durch Zählen der Perioden (Frequenz als bekannt vorausgesetzt) bestimmt werden. Oder es kann die Aufzeichnung des Oszillographen mit Kurven von bekannter Abnahmegeschwindigkeit verglichen werden. Letzteres ist besonders einfach, wenn nur auf die Feststellung ausgegangen wird, ob der unter Beobachtung stehende flüssige oder fluidartige Stoff dieselben physikalischen Eigenschaften hat wie eine gewählte Norm.

Um Änderungen in der Frequenz oder Fortpflanzungsgeschwindigkeit zu bestimmen, können bekannte Instrumentenfornien verwendet werden. Gewünschtenfalls kann man sich eines Oszillographen bedienen, da die L^Tnterbrechungen der aufgenommenen Wellenform an der Nullachse zu verschiedenen Zeitpunkten eintreten, wenn die Frequenz oder die Fortpflanzungsgeschwindigkeit sich ändert.

Im vorstehenden wurden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Eine Anzahl verschiedener Sonden ist geschildert worden, und es können vom Fachmann weitere Einrichtungen gemäß den hier entwickelten Grundsätzen erdacht werden. Während hier zwei Formen der Meßanordnung zur Verwendung mit den Sonden beschrieben wurden, können selbstverständlich nach Wunsch andere Formen zur Anwendung kommen, um den Erfordernissen verschiedener Verwendungszwecke zu begegnen.

Der Einfachheit halber wurde die Beschreibung der Ausführungsbeispiele weitgehend auf die Viskositätsmessung von Flüssigkeiten beschränkt, da dies ein sehr wichtiges Gebiet der Erfindung ist. Jedoch ist das ausführlich beschriebene Gerät selbstverständlich auch nutzbar auf den zu Beginn der Beschreibung angeführten allgemeineren Gebieten (flüssige Stoffe, fluidartige Stoffe, Färb- und andere Filme, härtbare Harze, feste Teilchen in gasförmigen Medien usw.).

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Bestimmung der mechanischen Konstanten eines nicht festen Stoffes, insbesondere der Viskosität einer Flüssigkeit oder eines Flüssigkeitsfilms, bei der ein zum mindesten teilweise in dem nicht festen Stoff angeordneter, in Schwingungen versetzter länglicher Körper Anwendung findet, dadurch gekennzeichnet, daß der in Schwingungen versetzte längliche Körper mit elektrisch-mechanischen Übertragungsmitteln zusammenwirkt, welche einerseits mit einer Quelle sich wiederholender Stromimpulse verbunden sind und impulsmäßig elastische Schwingungen in dem

1 U74

genannten länglichen Körper erregen, die denselben in der Längsrichtung durchsetzen und die eine beträchtliche Komponente von Scherungsschwingungen in bezug auf das zu untersuchende nicht feste Material aufweisen, wobei die Zeitdauer jedes Impulses kurz ist, verglichen mit der Schwingungsdauer der elastischen Schwingungen, und andererseits die elastischen Schwingungen des in Schwingungen versetzten länglichen Körpers in elektrische Schwingungen umwandeln und eine elektrische Meßvorrichtung steuern, welche die Änderungen der Dämpfung und/oder Frequenz der in dem länglichen Körper erzeugten elastischen Schwingungen mißt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch-mechanischen Übertragungsmittel ein erstes Übertragerorgan umfassen, welches impulsmäßige Erregung elastischer Schwingungen in dem länglichen Körper bewirkt, sowie ein zweites Übertragerorgan, welches im Abstand von dem erstgenannten Organ auf dem länglichen Körper angeordnet ist und elektrische Wellen erzeugt, die den elastischen Wellen in dem genannten Körper entsprechen, wobei vorzugsweise die genannten Übertragerorgane aus Spulen bestehen, welche um einen Teil des in Schwingungen versetzten länglichen Körpers gewickelt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des in Schwingungen versetzten länglichen Körpers, der mit dem nicht festen Stoff in Berührung tritt, im Verhältnis zu seiner Breite dünn ist und daß in dem genannten Körper longitudinal elastische Verdichtungswellen erzeugt werden.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Schwingungen versetzte längliche Körper von wesentlich kreisförmigem Querschnitt ist und daß in ihm in der Längsrichtung verlaufende elastische Torsionswellen erregt werden.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulswiederholungsfrequenz so gewählt ist, daß die freien elastischen Schwingungen in dem länglichen Körper während der Pause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen praktisch vollkommen abklingen.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des in Schwingungen versetzten Körpers so gewählt ist, daß durch die anregenden Impulse eine elastische Resonanzschwingung in ihm erregt wird.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in Schwingungen versetzte längliche Körper in der Knotenebene einer ungeraden Harmonischen seiner elastischen Grundschwingung gehaltert ist (Grundschwingung als 1. Harmonische gerechnet).

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Meßkreis so abgestimmt ist, daß er wesentlich nur auf die Grundfrequenz der elastischen Resonanzschwingungen des länglichen Körpers anspricht und einen Verstärker zur Verstärkung der den elastischen Schwingungen entsprechenden elektrischen Schwingungen aufweist und daß ein elektrischer Kreis an den Verstärker angeschlossen ist, welcher eine Meßgröße für den exponentiellen Dämpfungskoeffizienten der elektrischen Schwingungen liefert.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Kreis einerseits ein Integrationsorgan von nichtlinearem Widerstand umfaßt, welchem die Ausgangsenergie des Verstärkers zugeführt wird, dergestalt, daß sich dei Widerstand entsprechend der Dämpfung der genannten elastischen Resonanzschwingung ändert

ίο und andererseits einen Anzeigekreis enthält, welcher auf Änderungen des genannten Widerstandes anspricht und einen Gleichstromzweig, der den genannten nichtlinearen Widerstand und in Serie mil ihm eine im wesentlichen konstante Gleichspannungsquelle enthält, umfaßt, wobei der Anzeigekreis ein Wiedergabeorgan enthält, welches die Änderungen des Gleichstromes durch den genannten nichtlinearen Widerstand zur Anzeige bringt.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Kreis einen von dem Verstärker gespeisten Gleichrichterkreis enthält, welcher eine Gleichstromregelgröße liefert, die sich entsprechend dem mittleren Wert der den elastischen Schwingungen entsprechenden elektrisehen Schwingungen ändert, und daß eine Verbindungsleitung von dem genannten Gleichrichterkreis zu dem Impulsgenerator vorgesehen ist zu dem Zwecke, die Frequenz der Impulsfolge in dem Sinne zu regeln, daß die genannte Gleichstromregelgröße im wesentlichen konstant bleibt und daß der Anzeigekreis auf Änderungen der Frequenz der Impulsfolge anspricht und auf diese Weise eine der Dämpfungskonstante der elektrischen Schwingungen entsprechende Meßgröße liefert.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator einen Kondensator umfaßt, der einerseits mit einem Ladestromkreis zusammenwirkt, welcher einen veränderbaren Widerstand enthält, und andererseits mit einem Entladestromkreis, welcher parallel zu dem Kondensator angeordnet ist und ihn über die elektrisch-mechanischen Übertragungsmittel entlädt, wenn die Spannung an dem Kondensator einen gewissen vorgegebenen Wert erreicht hat, wobei der \-ariable Widerstand über die Stromkreisverbindungen durch die Regelgröße so gesteuert wird, daß die Frequenz der Impulsfolge zunimmt, wenn die Dämpfungskonstante der elekirischen Schwingungen zunimmt.

12. Anordnung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, welche eine Gegenspannung zu der genannten Gleichstromregelgröße liefert, und daß ein Gleichstromverstärker das so veränderte Regelsignal dem Gitter einer Elektronenröhre zuführt, welche den genannten veränderlichen Widerstand bildet, indem die Gitterspannung derselben gesteuert wird und dadurch eine Steuerung des Anoden - Kathoden - Widerstandes der Röhre erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 667 716; USA.-Patentschriften Nr. 2 340 992, 2 518 348, 550052;

Archiv für technisches Messen V 9122-7.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 909 728/271 1.60