DE2631124A1 - Messystem - Google Patents

Description

Deutsche ITT Industries GmbH G.L. Schlatter et al 15-12 Hans-Bunte-Str. 19, 7800 Freiburg Dr.Rl/sp

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Meßsystem

Die Priorität der Anmeldung Nr. 602 384 vom 5. August 1975 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bestimmung der Eigenschaft eines Fließstoffes und insbesondere die Bestimmung der Viskosität.

Die bislang eingeführten Viskosimeter besitzen alle eine verhältnismäßig geringe Genauigkeit. Die Erfindung zielt deshalb auf die Schaffung eines Viskosimeters, das eine genaue Bestimmung der Viskosität eines Fließstoffes ermöglicht. Die Aufgabe wird durch die'in'Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

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Die Erfindung beschreibt demnach einen oszillierenden Körper, der in einen Fließstoff eingetaucht wird und der eine verstärkte Rückkopplung besitzt, die einem Treiber eingegeben wird mit einem verstärkten Rückkopplungssignal, das eine Treiberspule mit In-Phase-und Aus-der-Phase-Signalen bei wechselnden Perioden antreibt. Es hat sich dann gezeigt, daß bei einer Oszillationsfrequenz, die direkt proportional f und f, bei zwei wechselnden Perioden ist, die Größe einer Eigenschaft des Fließstoffes, eingeschlossen die Viskosität, dann der folgenden Gleichung entspricht

P = K -*4-^ - B
η

in -der -K und B Konstanten sind.

In Übereinstimmung mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung von ρ in Übereinstimmung mit der obigen Gleichung angegeben .

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich anhand der Beschreibung der beigefügten Zeichnung besser erkennen.

In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Schleppkörpervorrichtung, z. T. im Aufriß,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1,

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Fig..4 eine Teilansicht, teils im Aufriß, die die Befestigung des in Fig. 1 und 2 gezeigten piezoelektrischen Kristalles zeigt,

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch eine mögliche andere Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 ein Blockdiagramm des Systems nach der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Schleppkörpervorrxchtung benutzt wird von der Art, wie sie in den Fig. 1, 2, 3 und 4 oder in Fig. 5 gezeigt wird,

Fig. 7 ein Blockdiagramm des Frequenzverstärkers nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Blockdiagramm des digitalen Phasenschiebers nach Fig. 6,

Fig. 9 eine Graphik einer Reihe von Wellenformen, die für den Betrieb des digitalen Phasenschiebers nach Fig. -8 charakteristisch sind,

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Rückwärtszählers nach Fig. 6 mit einem einstellbaren Frequenzteiler (rate multiplier),

Fig. 11 ein Blockdiagramm, das einen Teil der zwei Register und der Torschaltung aus Fig. 10 zeigt,

Fig. 12 ein Blockdiagramm des Dreieckwellengenerators nach Fig. 6 und

Fig. 13 und 14 Graphiken einer Reihe von Wellenformen, die für den Betriebsablauf des Systems nach der Erfindung, gezeigt in Fig. 6, charakteristisch sind.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Schleppkörpervorrichtung 20 verwendet werden, die aus einem zylindrischen Behälter 21 besteht, der an seinem unteren Ende verschlossen ist, und der am oberen Ende eine Platte 23 mit einer Torsionsfeder 22 aufweist.

Alle Bestandteile, die innerhalb des Behälters 21 zu sehen sind und die von der zylindrischen Innenwand desselben räumlich getrennt sind, können aus einem einzigen Stück eines isotropen Metalls oder anderen Materials hergestellt sein. Es gibt jedoch eine Ausnahme. Der zylindrische Teil oder Schleppkörper 24 besitzt ein Loch 25, in dem der Dauermagnet 26 fixiert ist. Die Lage des Dauermagneten 26 läßt sich aus der Fig. 3 besser erkennen. Eine Scheibe 27 ist mit der Scheibe 23 fest verbunden. Die vier Torsionsstreifen 28, 29, 30 und 31 verbinden die Scheibe 27 mit der Scheibe 28', die ebenfalls an den Torsionsstreifen 28 bis 31 befestigt ist. Die Torsionsstreifen sind auch in Fig. 2 zu erkennen.

Die Bezugsziffer 32 in den Fig. 1 und 2 markiert einen piezoelektrischen Kristall.

A¹ in Fig. 1 stellt den Durchmesser des Schleppkörpers 24 dar. In der gleichen Figur gibt B¹ den Innendurchmesser des Behälters an, dieser ist um einen Betrag von 1,524 mm größer als der Außendurchmesser A'.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Behälter 21 fixiert. Aus Fig. 3 wird deutlich, daß der Dauermagnet 33, der ferromagnetische Kern 34 und die Spule 35, die um den Kern 34 herum angebracht ist, eine bestimmte Stellung gegenüber dem Behälter 21 einnehmen. Die Ach^e des Dauermagneten 33, des Kerns 34 und der Spule 35 ist senkrecht zur vertikalen Achse des Körpers 24 und bildet einen Winkel 0 mit der Achse des Dauermagneten 26 von z, B. 45 °.

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Wie-Fig. 4 zeigt, kann der Kristall 32 auf jede beliebige herkömmliche Weise befestigt sein, er weist die obere Elektrode 36, die untere Elektrode 37 und die Verbindungsschicht 38 auf, die die untere Elektrode 37 an der Scheibe 23 bondet.

An der oberen Elektrode 36 ist die Leitung 39 und an der unteren Elektrode 37 die Leitung 40 befestigt. Beide Leitungen sind auch in Fig. 1 zu erkennen.

Eine mögliche andere Ausbildungsform der Schleppkörpervorrichtung 20 wird in Fig. 5 unter der Bezugsziffer 41 gezeigt. Sie kann mit der Schleppkörperanordnung 20 nach Fig. 1 identisch sein mit der Ausnahme, daß die der Scheibe 23 in den Fig. 5 und 1 entsprechende Scheibe 23' mit der Bohrung 42 versehen ist, in der das Rohr 43 eingedichtet ist. Der Innendurchmesser desselben kann nahezu gleich oder genau gleich sein dem Zwischenraum zwischen den entgegengesetzt angeordneten Bahnen von Torsionsstreifen 28/30 und 29/31. Die Bohrung 42 in der Scheibe 23' in Fig. 5 erstreckt sich ganz durch die Scheibe 27' hindurch.

Die Schleppkörpervorrichtung 41 enthält einen Behälter 21', der mit dem Behälter 21 nach Fig. 1 identisch sein kann bis auf die Bohrung 44 und das darin eingedichtete Rohr 45. Wie Fig. 5 zeigt, kann ein Fließstoff in den Rohren 43 und 45 langsam auf- und abzirkulieren.

Das System nach der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 6 gezeigt, wobei eine Schleppkörpervorrxchtung 20'' zu sehen ist, die mit den in Fig. 1 und 5 gezeigten Vorrichtungen 20 oder 41 identisch sein kann.

Die Vorrichtung 20'' besitzt einen piezoelektrischen Kristall 32' und eine Spule 35', die dem Kristall 32 und der Spule 35 in

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Fig. 1 entsprechen. Die Vorrichtung 2O¹· mit dem Differenzverstärker 46, dem Rechteckwellenwandler 47, dem Frequenzverstärker 52, einem durch 250 teilenden Frequenzteiler 63, entweder einem durch 2 teilenden Frequenzteiler D1 oder einem digitalen Phasenschieber 51, dem elektronischen Schalter 48, einem Dreieckwellengenenerator 49 und einem Leistungsverstärker 50 bildet einen elektrischen Oszillator mit geschlossener Schleife, bei dem die Verstärkung ausreicht, daß der Körper 24 in Fig. 3 zurück und vor rotiert oder um seine vertikale Achse oszilliert, wie Fig. 1 zeigt. Die Spitze-zu-Spitze-Rotation besitzt eine verhältnismäßig schmale Amplitude (vielleicht ca. 1 °) und sobald das obere Ende des Kerns 34 in Fig. 3 positiv wird, sorgt es für eine zusätzliche Anziehung des Südpols des Dauermagneten Der Dauermagnet 26 liefert wiederum eine andauernde Gegenspannung, die seinen Südpol daran hindert oder auch nicht, sich bis zu einer Stellung oder auch noch darüber zu bewegen, die in Fig. 3 gezeigt wird. Wird das obere Ende des Kerns 34 zum Südpol, wirken dieser und die Torsionsfederanordnung 22 dahingehend, daß der Dauermagnet 26 sich in die in Fig. 3 gezeigte Stellung rückbewegt, wobei die Anordnung 22 der nach unten gerichteten Bewegung des Südpols des Dauermagneten 26 Widerstand leistet.

Die Spule 35' in Fig. 6 wird mit· einer richtig phasigen Spannung gespeist, wenn der Schalter 48 sich in einer nichtgezeigten Stellung befindet. Befindet sich der Schalter 48 in der gezeigten Stellung, wird die Spule 35' mit einem Signal gespeist, das um 45 ° der Phase des Ausgangssignals des Verstärkers 46 nachläuft.

Die Phase des Eingangssignals der Spule 35', wenn es dem Ausgangssignal des Verstärkers 46 nachläuft, ist durch den Gebrauch des digitalen Phasenschiebers 51 nach Fig. 6 unabhängig von der Frequenz .

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Der besagte elektromechanische Oszillator wird somit durch ein Rückkopplungssignal ohne Phasenverschiebung Während z. B. einer Sekunde betrieben, und wird mit der besagten Phasenverschiebung während einer anderen Sekunde betrieben. Dies geschieht wechselweise, solange das System in Betrieb ist.

Gegebenenfalls kann das Ausgangssignal des Frequenzverstärkers am Verbindungspunkt 53 als f beschrieben werden, wenn der besagte elektromechanische Oszillator ohne Phasenverschiebung arbeitet. Das Ausgangssignal des Frequenzverstärkers 52 wird als f, angegeben, wenn in der Schleife eine Phasenverschiebung vorhanden ist.

Andere Bauteile des Systems nach Fig. 6 sind ein 1-MHz-Taktgeber 53, die durch 1000 teilenden Frequenzteiler 54 und 55, der durch 2 teilende Frequenzteiler 56, der elektronische Schalter 57, der Inverter 58, die Differenzierschaltung 59, das Flipflop 60, der Zähler 61, das UND-Gatter 62, der durch 250 teilende Frequenzteiler 63, der zweipolige elektronische Schalter 64, der Vorwärts- und Rückwärtszähler 65, die einstellbaren Frequenzteiler 66 und 67, die ' '.-Schaltmatrix 68, der Digitalcomputer 69 mit der Schaltermatrix 70 und dem Anzeiger 71.

Die Frequenzteiler 54 und 55 liegen hintereinander nach dem Ausgang des Taktgebers 53. Das an der Leitung 72 liegende Ausgangssignal von 55 nimmt für 1 s seinen oberen Wert HIGH und für die folgende Sekunde seinen unteren Wert LOW an, d. h. es ist ein langsames Rechtecksignal. Das an der Leitung 72 von 55 liegende Ausgangssignal führt zum Eingang der Invertierschaltung 58, steuert die Stellung des Schalters 64 und die Vorbereitung des Zählers 65, und steuert die unterschiedlichen Oszillationsmoden der Schleife durch Regelung der Stellung des Schalters 48.

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Eine Abweichung beim Betrieb des Systems nach Fig. 6 besteht darin, daß f, größer ist. als f . Das System wird deshalb durch Regelung des Schalters 64 zu einem Kreis geschlossen, damit der Zähler 65 f. eine Sekunde in der Vorwärtsrichtung und f in der Abwärtsrichtung zählt, wenn der Schalter 64 in der nichtgezeigten Stellung ist, wobei in dieser Stellung f dem abwärts gerichteten Eingangssignal des Zählers 65 aufgedrückt ist. Auf diese Weise verkörpert der im Zähler 65 gespeicherte vorbereitete Minimalwert den Unterschied f, und f . Dieser gespeicherte Wert wird dann mit den Impulsen multipliziert, die an dem Ausgang 73 des Schalters auftreten. Der Schalter 57 ist jedoch keine volle Sekunde geschlossen. Seine Schließzeit ist der Periode f (dem reziproken Wert von f ) direkt proportional, sie wird durch das in "O"-Ausgangssignal des Flipflops 60 gesteuert.

Die Invertierschaltung 58 und die Differenzierschaltung 59 stellen das Flipflop 60 auf die fallende Impulskante des Rechtecksignals der Leitung 72 des Frequenzteilers 55. Das ist das Ende der Zeitperiode von f, . 74 stellt einen Verbindungspunkt dar, der am Ausgang des Frequenzverstärkers 52 bei 53 angeschlossen ist. Die Leitung 75 führt von 74 zum Eingang des NAND-Gatters 62. Dieses hat auch einen zweiten Eingang vom "0"-Ausgang des Flipflops 60. Der Zähler 61 zählt dann die f -Impulse und stellt automatisch durch den Rückstellausgang 76 zurück. Gleichzeitig stellt er das Flipflop 60 in den "1"-Zustand.

Der Zähler 61 befindet sich in einem solchen Zählerstand, daß äer Rückstellimpuls in der Ausgangsleitung 76 bis zu einer Sekunde vorher auftritt vor dem Ausgangsimpuls der Differenzierschaltung 59. Der Meßbereich des Instrumentes wird dadurch bestimmt, · welchen Abstand der Zähler 61 zählt. Die FrequenzverSchiebung ist jedoch immer oder nahezu immer ganz gering. Der. Rechteckwellen-. wandler 47 liegt am Verbindungspunkt 77, der zum Eingang des

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Frequenzverstärkers 52 führt. Die Frequenz des am Verbindungspunkt 77 auftretenden Signals kann bei einem Ausgangssignal des Frequenzverstärkers 52 in der Größe von f 200.000 Hz sein. Die Frequenz des am Verbindungspunkt 77 auftretenden Signals kann, wenn f, vorliegt, 202.500 Hz sein.

Der Zähler 61 kann auf den Zählerstand von 100.000, 150.000 oder darüber oder darunter rückgestellt werden, muß jedoch nahe an einem Zählerstand, jedoch etwas darunter, zu liegen kommen, der den Schalter 57 für mehr als eine Sekunde schließt.

Die im Zähler 65 gespeicherte Zahl wird dann mit der Zahl der Impulse multipliziert, die an dem Ausgang 73. des Frequenzteilers während der Schließzeit des Schalters 57 aufscheint.

Die Schaltmatrix 68 verringert zusammen mit dem einstellbaren Frequenzteiler 67 die Zahl der Impulse in der Ausgangsleitung des einstellbaren Frequenzteilers 66, so daß das Ausgangssignal des einstellbaren Frequenzteilers 67 einer Impulszahl entspricht, die gleich ist

Der Faktor B in der Gleichung wird durch den Computer 69 durch Einstellen der Matrix 70 abgezogen. Das Ausgangssignal des Com puters 69 wird in den Anzeiger 71 eingegeben.

Der Frequenzverstärker 52 kann z. B. die Frequenz des Rechteck signals, das am Verbindungspunkt 77 erscheint, mit dem Faktor 1.000 multiplizieren.

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Der Generator 49 kann durch einen Generator ersetzt werden, der
eine Sinuswelle erzeugt. Er kann auch durch eine Reihe anderer
Bauteile ersetzt werden. Der Zweck des Dreieckwellengenerators ist der, einen brauchbaren Grundstrom in der Spule 35' zu bekommen. Dieser wird in Fig. 13 unter i1 gezeigt.

Wie man sieht, dienen die Frequenzteiler 54 und 55 lediglich zur Erzeugung eines zwei Sekunden dauernden Rechtecksignals in der
Ausgangsleitung 72 von 55 bzw. im Ausgang des Taktgebers 53.
Der Frequenzteiler 56 verringert die überflüssig langen Impulsraten am Ausgang des Taktgebers 53, an dem der Frequenzteiler 56 angeschlossen ist, so daß das Eingangssignal in dem einstellbaren Frequenzteiler 66 nicht übermäßig groß ist. Die Taktgeberrate kann verringert werden, auf den Frequenzteiler 56 kann verzichtet werden und die Größe von einem oder beiden der Frequenzteiler 54 und 55 kann gegebenenfalls verringert werden.

In manchen Fällen kann der Zähler 61 vergrößert oder verkleinert werden.

Die Kombination der in Fig. 6 gezeigten Bauteile ist neu. Es sind jedoch nur wenige der einzelnen Teile des Systems nach Fig. 6
per se neu.

Der Frequenzteiler 63 verringert- die unnötig lange Frequenz am
Ausgang des Frequenzverstärkers 52 und liefert ein Eingangssignal für den digitalen Phasenschieber 51.

Die hierin beschriebenen Differenzierschaltungen können alle von der unter 80 in Fig. 8 gezeigten Art sein, die der herkömmlichen Weise entspricht. Der Taktgeber 53 entspricht ebenfalls der herkömmlichen Bauweise, was auch für die Frequenzteiler 54, 55, 56
und 63 gilt.

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Auch die elektronischen Schalter 48, 57 und 64 sowie das Flipflop 60 und der Zähler 61 weisen die herkömmliche Bauweise auf. Dies gilt auch für das UND-Gatter 62 und den Differenzverstärker 46, den Rechteckwellenwandler 47 und den Leistungsverstärker 50 in Fig. 6. Auch für den Frequenzverstärker 52, den Vorwärts-Rückwärtszähler 65, die einstellbaren Frequenzteiler 66 und 67, die Schalt>".matrix 68, den Computer 69, die Schaltmatrix 70 und den Anzeiger 71 sowie die Invertierschaltung 58 gilt das gleiche.

Die einstellbaren Frequenzteiler 66 und 67 können denen nach dem US-Patent Nr. 3 878 374 oder der üblichen Bauweise entsprechen. Das gleiche gilt für die Schaltmatrix 68, den Computer 69, die Schaltmatrix 70 und den Anzeiger 71. D. h. aber, daß alle Bauteile 66, 67, 68, 69, 70 und 71 mit den entsprechenden Bauteilen des US-Patentes Nr. 3 878 374 identisch sind.

Der Zähler 65 kann der herkömmlichen Bauweise entsprechen mit oder ohne Einstellung. Es wird in diesem Zusammenhang auf die zahlreichen reversiblen Zähler im "Handbook of Logic Circuits¹¹ by John D. Lenk, Reston Publishin Company, Inc., Reston, Virginia copyright 1972, verwiesen.

Beim Betrieb des Systems nach Fig. 6, wenn das Signal in der Ausgangsleitung 72 des Frequenzteilers 55 hoch ist, nehmen die Schalter 48, 57 und 64 die gezeigten Stellungen ein. Der Zähler zählt dann vorwärts. Dies beruht darauf, daß der Schalter 48 in der gezeigten Stellung den Ausgang des digitalen Phasenschiebers 51 mit dem Dreiecksignalgenerator 49 verbinden, und f. beim Ausgang des Frequenzverstärkers 52 erscheint und größer ist als

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1st das Signal in der Ausgangsleitung 72 von 55 niedrig, so bewirkt das Ausgangssignal der Invertierschaltung 58, daß die Differenzierschaltung 59 das Flipflop 60 zurückstellt, und das UND-Gatter 62 leitet dann die f -Impulse von der Leitung 75 zum Eingang des Zählers 61. Durch die besagte Rückstellung des Flipflops 60 durch die Differenzierschaltung 59 ist der "O"-Ausgang des Flipflops 60 hoch und die Verbindung 81 zum Schalter 57 schließt diesen. Somit sind zur gleichen Zeit, zu der der Zähler 65 zurückzählt, zwei zu beschreibende Register damit beschäftigt, zu zählen und gleichzeitig zu speichern. Die gespeicherte Differenz zwischen den Frequenzen f, und f wird dann mit den Impulsen multipliziert, die in der Ausgangsleitung 73 des Frequenzteilers 56 aufscheinen und den geschlossenen Schalter 57 passieren, der mit dem Eingang des einstellbaren Fre-.quenzteilers 66 verbunden ist. Die Zahl der dem Eingang des einstellbaren Frequenzteilers 66 eingegebenen Impulse ist dann der Periode, die den reziproken Wert von f darstellt, direkt proportional. In der gezeigten Gleichung wird die Division durch f durch Multiplikation mit der Periode f -ergänzt, diese Periode wird durch die Zahl der Eingangsimpulse des einstellbaren Frequenzteilers 66 bei jeder aufeinanderfolgenden Gruppe verkörpert.

Der Betrieb der Bauteile 67, 68, 69, 70 und 71 wird in dem oben genannten Patent beschrieben.

Wird das System nach Fig. 6 zur Viskositätsanzeige verwendet, so kann diese im Anzeiger 71 abgelesen werden.

Das System nach Fig. 6 wird gegen einen Standard empirisch geeicht. Die Eichung kann mittels des Verfahrens der kleinsten Quadrate erfolgen, oder einfacher und vielleicht weniger genau durch Ablesen des Anzeigers bei Fließstoffen unterschiedlicher Viskosität, Messen von f. und f bei beiden Viskositäten, wobei

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dann zwei übereinstimmende Gleichungen für die unterschiedlichen Viskositäten aufgestellt und die zwei Unbekannten K und B bestimmt werden.

Über die Verwendung von ähnlichen Gleichungen und empirischen Eicheinrichtungen siehe Patentanmeldung P 21 41 397.

Der Frequenzverstärker 52 nach Fig. 6 kann der in Fig. 7 gezeigten Art oder einer anderen üblichen Bauweise entsprechen. Er ist mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 82, einem Rechteckwellenwandler 83, einem durch 1000 teilenden Frequenzteiler sowie einem Phasehdetektor 85 und einem Tiefpaßfilter 86 versehen. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 86 führt über die Leitung 87 zum Eingang von 82. Das Eingangssignal des Frequenzverstärkers 52 wird dem Phasendetektor 85 über die Leitung 88 eingegeben. Das Ausgangssignal wird dem Ausgang des Rechteckwellenwandlers 83 über die Leitung 89 abgenommen.

Der digitale Phasenschieber 51 in Fig. 8 enthält die Invertierschaltung 90, die Differenzierschaltung 80 und den durch 2 teilenden Frequenzteiler 91, die in dieser Reihenfolge angeschlossen sind.

Die Wellenformen der Fig. 9 beziehen sich auf die Fig. 8. Die Wellenform e10 ist das. Ausgangssignal des durch 2 teilenden Frequenzteilers D2 in Fig. 12. Das Produkt aus den durch den Frequenzteiler 91 geteilten Werten und der des Frequenzteilers 63 in Fig. 6 muß gleich 500 sein, da der Frequenzverstärker 52 in Fig. 6 mit 1.000 multipliziert und die Frequenz am Ausgang des Frequenzteilers D2 die gleiche Frequenz sein muß wie die Frequenz der Wellenform, die am Verbindungspunkt 77 auftritt, wenn der Schalter 48 in der in Fig. 6 gezeigten Stellung ist. Das gleiche gilt für die Werte der Frequenzteiler D1 und 63 in Fig. 6. Man

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erkennt, daß das Ausgangssignal e10 um 45 . phasenverschoben ist in Fig. 9, da die Rückflanke der Eingangswelle e6 dazu benutzt wurde, die Führungskante von e10 anzusteuern.

Der Zähler 65 und der einstellbare Frequenzteiler 66 sind auch in Fig. 10 zu sehen. Der Zähler 65 kann der herkömmlichen Bauweise entsprechen, er enthält eine herkömmliche Logikschaltung 92, ein daran angeschlossenes Zählerregister 93, eine Torschaltung daran anschließend und ein herkömmliches Speicherregister 95, das sich an 94 anschließt, 95 ist mit dem einstellbaren Frequenzteiler 66 verbunden.

Der Zähler 65 wird auf die Vorderflanke des Ausgangssignals von 55 in Fig. 6 durch Verbindung mit der Differenzierschaltung 96 rückgestellt. Das Ausgangssignal derselben geht in die logische Schaltung 92 und die Torschaltung 94. In der herkömmlichen Weise dient 94 dazu, den Inhalt des Zählerregisters 93 in das Vorwärtsregister 95 zu übertragen. Die in der Eingangsleitung zum einstellbaren Frequenzteiler 66 vom Schalter 57 aufscheinenden Impulse werden mit der im Register 95 gespeicherten Zahl multipliziert, wie es üblich ist.

Die Übertragung des Inhalts des Registers 93 auf das Register über die Torschaltung 94 wird durch eine Stufe in den Registern 93 und 95 und dem NAND-Gatter in der Torschaltung 94 dargestellt, die den Transfer durchführt.

In Fig. 11 wird das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 96 der Eingangsleitung 97 eingegeben, die zum jeweiligen Eingang der zwei NAND-Gatter 98 und 99 führt, die an den Setz- und Rücksetzeingängen des Flipflops 100 angeschlossen sind. Das NAND-Gatter empfängt ferner ein Eingangssignal vom "0"-Ausgang des Flipflops 101, das NAND-Gatter 99 vom "!"-Ausgang desselben Flipflops.

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Flipflop 101 bedeutet eine Stufe des Registers 93, die der Stufe im Register 95, welche das Flipflop 100 einschließt, entspricht.

.Der Dreiecksignalgenerator 49 in Fig. 12 enthält den elektronischen Schalter 102, der durch das Ausgangssignal des Schalters in Fig. 6 betrieben wird.

In Fig. 12 besitzt das Rechtecksignal einen gesteuerten positiven und negativen Wert, wobei der absolute Wert von beiden Werten nach Einstellung auf die gleiche Höhe, wenn möglich, dem Eingangspunkt 103 einer herkömmlichen Integrierschaltung 104 eingegeben wird, die den Rückkopplungskondensator 105, den Verstärker 106 und den durch das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 116 betriebenen elektronischen Rückstellschalter 107 besitzt. Der Dreiecksignalgenerator 49 besitzt die Eingangsleitung 109 vom Pol des Schalters 48 in Fig. 6 her. In Fig. 12 ist die Leitung 109 zur Regelung der Stellung des Schalters 102 angeordnet, sie bildet einen Verbindungspunkt 110 mit der Leitung 111.

Der Frequenzteiler D2 und die Invertierschaltung 115 und die Differenzierschaltung 116 dienen dazu, die Integrierschaltung 104 auf null zu stellen und eine Verschiebung zu verhindern. Wie zu sehen ist, wird die Integrierschaltung 104 stets zu der Zeit auf null gestellt, in der das Dreiecksignal 113 114 bei 0 V passiert. Das Nullstellen kann auch weniger oft durchgeführt werden. Es kann einmal oder weniger oft für einen Wellenzyklus 113 vorgenommen werden.' Die Invertierschaltung 115 und die Differenzierschaltung 116 liegen an der Leitung 111 zum Rückstellschalter hin. .

In Übereinstimmung mit dem Gesagten werden die Vorder- und Rückflanken jedes Impulses, aufgenommen über die Eingangsleitung 109, durch die Differenzierschaltung 116 bestimmt und die Impulse

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an bestimmten Zeitpunkten werden dazu benutzt, den Schalter 107 zu schließen, wenn die Rückflanken der Impulse in der Eingangsleitung 109 erscheinen.

In Fig. 13 stellt el das Rechtecksignal dar, das an dem Ausgang des Schalters 48 und in der Eingangsleitung 109 des in Fig. 6 und 12 gezeigten Dreiecksignalgenerators 49 erscheint. Befindet sich der Schalter 48 in einer der in Fig. 6 gezeigten Stellungen, ergibt sich die gleiche Wellenform bei e2. Obgleich, wie gezeigt, die Wellenformen (el und e2) keine Zeitübereinstimmung haben können, werden sie so gezeigt, als hätten sie eine, um zu demonstrieren, daß die Wellenform el, die immer am Verbindungspunkt in Fig. 6 45 ° außerhalb der Phase mit dem Ausgangssignal des digitalen Phasenschiebers 51 in Fig. 6 gezeigt und unter e2 in Fig. 13 dargestellt. Man sieht, daß die Wellenform e2 der Wellenform el um 45 ° in Fig. 13 nachläuft.

Wie zuvor dargelegt, besitzt das Ausgangssignal des Schalters 48 in zwei unterschiedlichen Stellungen keine Zeitübereinstimmung, da der Schalter 48 in Fig. 6 nur zu einer bestimmten Zeit eine * Stellung einnehmen kann, was auf der Hand liegt. Die Phasen der zwei unterschiedlichen Ausgangssignale des Schalters 48 an dem Ausgang stehen deshalb nicht in Zusammenhang miteinander. Obgleich die Frequenz des Rechtecksignals am Verbindungspunkt 77 in Fig. stets die gleiche ist, sind es in der Tat die zwei unterschiedlichen Frequenzen an dieser Stelle, durch die die Viskosität bestimmt wird. Die Eigenschaften eines Fließstoffes, nicht nur die Viskosität, können auch auf die gleiche Weise unter Verwendung des Systems nach Fig. 6 bestimmt werden.

Die Zeitgröße C in der Kurve el kann weitgehend dem Zeitabstand eines jeden Impulses der Kurve e2 in Fig. 13 entsprechen, obgleich, wie zuvor erwähnt, ein begrenzter Unterschied wichtig ist, und

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der- zur Bestimmung der Viskosität usw. dient. Die Impulsbreite C kann z. B. 5 ms betragen.

Wenn der Schalter 48 in der Fig. 6 sich in der gezeigten Stellung befindet, stellt el die Kurve dar, die am Verbindungspunkt 77 aufscheint, und e2 die Kurve am Ausgang des Frequenzteilers D2 in Fig. 12. Die Größe F¹, die sich aus dem Vergleich der Kurven el und e2 in Fig. 11 ergibt, entspricht C geteilt durch 4.

Der Strom in Spule 35' kann ähnlich von der Stellung des Schalters 48 unabhängig sein. Er kann z. B. die in Fig. 13 unter .11 gezeigte Form annehmen, wenn der Schalter 48 in der nichtgezeigten Stellung sich befindet.

über die Periode D¹ in Fig. 14 ist e3 die Impulswiederholungsfrequenz des Ausgangssignals des Frequenzverstärkers 52 (f.). Während der Periode E¹ ist e3 das Ausgangssignal des Frequenzverstärkers 52 mit der Impulswiederholungsfrequenz f .

Die unter e4 in Fig. 14 gezeigten Impulse stellen die Impulse der Ausgangssignale des Frequenzteilers 56 aus Fig. 6 dar. Nachdem der Zähler 65 über eine Periode entsprechend der Periode D^f, jedoch davorliegend, vorwärts gezählt hat und während einer Periode, die E¹ entspricht und kurz davorliegt, rückwärts gezählt hat, wird der im Register 93 enthaltene Unterschied in das Register 95 am Beginn der Periode D¹ in Fig. 14 übertragen. Der Zähler 65 zählt dann bei der Frequenz f, vorwärts und die Vervielfachung durch den einstellbaren Frequenzteiler 66 aus Fig. 6 wird nicht vor Beginn der Periode E¹ aus Fig. 14 durchgeführt. Gleichzeitig zählt das £n Fig. 10 zu sehende Register 93 während der Periode E' rückwärts.

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Die Impulse e5 in Fig. 14 verkörpern die Impulse des Ausgangssignals des Schalters 57 aus Fig. 6, die in den Eingang des einstellbaren Frequenztexlers 66 in Fig. 6 gehen. Die Eingangsimpulse des einstellbaren Frequenztexlers 66 nach Fig. 6 kommen in Gruppen, da der Schalter 57 mit Ausnahme einer Periode, die etwas kurzer ist als die in Fig. 14 gezeigte Periode E¹ oder auch wesentlich kürzer sein kann als E¹, nicht geschlossen ist. Die Periode, während der die Impulsgruppe der Impulse e5 in Fig. 14 erzeugt wird, hängt von der Größe des Zählers 61 ab.

Der Ausdruck "Schalter" bedeutet jede Art von Schalter, jedoch vorzugsweise einen elektronischen oder elektrischen Schalter. In der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Ausdruck "Schalter" vorzugsweise ein elektronischer Schalter verstanden.

Die Strömung durch den Behälter 21· in Fig. 5 ist vorzugsweise gedämpft, langsam oder ganz langsam.

Die Anregung der in Fig. 3 gezeigten Spule 35 führt zu einer oszillierenden Rotation des Schleppkörpers 24, es ist zu beachten, daß der Behälter 21 und gegebenenfalls alle darin enthaltenen Bauteile vorzugsweise nicht magnetisch sind bis auf den Dauermagneten 26.

Die eingangs angeführte Gleichung kann zur Bestimmung der Dichte verwendet werden, falls die Viskosität weitgehend oder genau konstant bleibt. In ähnlicher Weise kann es für die Anzeige der Viskosität im Anzeiger 71 nach Fig. 6 wichtig sein, den Fließstoff im Behälter 21 auf einer konstanten Temperatur zu halten, so daß die Dichte ebenfalls konstant bleibt.

Die Torsionsfeder 22 in Fig. 1 kann eine herkömmliche Torsionsfeder sein, ein Torsionsrohr oder ein Torsionsstab.

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Wie bereits erwähnt, kann ein Wert oder können mehrere Werte von einer oder mehreren Eigenschaften eines Fließstoffes an dem Ausgang des Computers 69 in Fig. 6 erscheinen und zusammen mit anderen Komponenten zur Bestimmung anderer Variablen in einem größeren System verwendet werden. Zusätzlich kann das System nach Fig. 6 dazu verwendet werden, die Größe einer Fließstoffeigenschaft am Anzeiger 71 anzugeben, wobei 71 auch durch einen Prozeßregler oder dergleichen ersetzt werden kann. Das gilt unabhängig davon, welche Größe einer Fließstoffeigenschaft durch das Ausgangssignal des Computers 69 verkörpert wird.

Der Ausdruck "Fließstoff¹¹ kann eine Flüssigkeit bedeuten, unabhängig davon, daß die Erfindung auch zur Bestimmung der Fließeigenschaften von einem oder mehreren Gasen geeignet ist.

Es ist auch wichtig zu erwähnen, daß der digitale Phasenschieber aus Fig. 6 ein Schieber ist, der die Phase des Rechtecksignals verschiebt, das am Verbindungspunkt 77 in Fig. 6 aufscheint, unabhängig von der Frequenz desselben.

Die maximale Rotationsbewegung des Schleppkörpers 24 in den Fig. 1 und 3 kann bei 1 ° liegen.

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Claims (6)

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   PATENTANSPRÜCHE

   Meßsystem zur Bestimmung von Fließstoffeigenschaften, insbesondere der Viskosität, bestehend aus: einem elektromechanischen Oszillator, der einen beweglich befestigten Körper enthält, der zumindest teilweise in einen Fließstoff eingetaucht werden kann, einer Meßvorrichtung zur Erzeugung eines periodischen Signals auf die Oszillation des Körpers hin, einer ersten Vorrichtung zum Empfang des genannten Signals, einem elektrischen Treiber zur Oszillation des Körpers, wobei die Vorrichtung einen Verstärker enthält, der ein zweites und drittes periodisches Signal mit einer ersten und einer zweiten Frequenz erzeugt, die der Frequenz des ersten periodischen Signals zu unterschiedlichen Zeitpunkten gleich sind, und wobei der Verstärker das zweite und dritte Signal dem elektrischen Antrieb eingibt, um den Körper zum Schwingen zu bringen unter Ausbildung einer geschlossenen Schleife, wobei ferner die erste Vorrichtung Signale der Frequenzen f und f, erzeugt und das Verstärkungsmaß des Verstärkers ausreicht, daß die Schleife bei einer der ersten oder zweiten Frequenzen oszilliert, wobei die erste Vorrichtung einen Phasenschieber zur Aufnahme eines Signals der besagten Frequenz f, enthält und Signale der zweiten und dritten Periode an den elektrischen Antrieb weitergibt wechselweise zu bestimmten Zeitabschnitten, wobei das zweite periodische Signal in Phase mit dem ersten liegt und das dritte nicht und die zweite Vorrichtung ein Ausgangssignal, ρ gemäß der Gleichung

   η
   erzeugt, in der K und B Konstanten sind.

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2. 2. . Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ρ

   die Viskosität darstellt.
3. 3. Meßsystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinder vorgesehen ist und daß der Körper eine zylindrische Außenfläche besitzt und weitgehend fixiert, jedoch axial drehbar im Winkel der Stellung in dem Hohlzylinder befestigt ist, daß die zylindrische Oberfläche des Körpers nahe an der Innenwand des Zylinders zu liegen kommt.
4. 4. Meßsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper in der besagten fixierten axialen Stellung zum Zylinder durch eine Torsionsfeder aufgehängt ist und die Antriebsvorrichtung über einen Elektromagneten erfolgt.
5. 5. Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber aus einem digitalen Phasenschieber mit einem einpoligen Umschalter besteht mit einem ersten und zweiten Kontakt zur Aufnahme der Signale von der Frequenz f und f, und daß die erste Vorrichtung einen Frequenzverstärker enthält zur Aufnahme eines dem ersten periodischen Signal direkt proportionalen Signals und daß der digitale Phasenschieber an den Frequenzverstärker angeschlossen ist.
6. 6. Meßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der reversible Zähler durch einen zweipoligen umschaltbaren Schalter gebildet wird und daß dieser Schalter an den Ausgang des Frequenzverstärkers angeschlossen ist, so daß das Ausgangssignal des reversiblen Zählers direkt proportional der Differenz (f. - f ) ist, daß ein Taktgeber ein Ausgangs-· signal zum Betrieb des einpoligen und zweipoligen Schalters abgibt, daß ein erstee und zweiter Frequenzteiler in dieser Reihenfolge an den Taktgeber angeschlossen sind, daß ein

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   _ OO —

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   Rücksetzzähler für die f -Impulse und eine Torschaltung an den anderen Ausgang des Taktgebers sich anschließen, um Impulse mit konstanten Frequenzen, die direkt proportional dem reziproken Wert von f sind, dem ersten Eingang des ersten einstellbaren Frequenzteilers zu übertragen, daß dieser an den reversiblen Zähler angeschlossen ist und eine erste Schaltmatrix auf den zweiten einstellbaren Frequenzteiler folgt, um die Konstante K zu setzen, daß ein Digitalcomputer in einer zweiten Schaltmatrix zum Setzen der Konstante B vorhanden ist und der Digitalcomputer und die Anzeigevorrichtung hintereinander an den zweiten einstellbaren Frequenzteiler angeschlossen sind.

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