DE4210845A1 - Vorrichtung zur messung der viskositaet einer fluessigkeit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit.

Wie aus dem Stand der Technik gut bekannt, wird im allge­ meinen eine Kapilar-Viskosimeterröhre oder eine Vakuum- Viskosimeterröhre zur Messung bestimmter weniger viskoser Flüssigkeiten verwendet. Nach dem bekannten Anwendungsver­ fahren für Viskosimeter-Röhren werden zur Messung einer Flüssigkeitsviskosität folgende Schritte durchgeführt: manuell wird ein vorgegebenes Volumen einer Probeflüssig­ keit in eine vertikale oder geneigte Kapilarröhre injiziert bzw. eingelassen, das Flüssigkeitsvolumen in der Röhre wird auf einer vorgegebenen Temperatur konstant gehalten, die Durchgangszeit des Flüssigkeitsvolumens wird zwischen zwei Punkten der Röhre gemessen, die relative Viskosität der Flüssigkeit wird durch Vergleich der Durchgangszeit der Probeflüssigkeit mit der einer unter derselben Bedingung gemessenen Probeflüssigkeit bestimmt, und die absoluten und die intrinsischen Viskositäten der Probeflüssigkeit werden basierend auf der gemessenen relativen Viskosität der Probe und der Viskosität der Referenzflüssigkeit erhalten. Das derartige typische Verfahren zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit ist jedoch z. B. aufgrund manuellen Ein­ füllens der Probe in die Röhren u.ä. eher unbequem.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene weitere Visko­ simeter zur Messung von Flüssigkeitsviskositäten bekannt. Zum Beispiel zeigt das US-Patent Nr. 36 04 247 ein automatisches Viskosimeter, welches eine Meßröhre, eine Hüllröhre zur Aufnahme einer transparenten Flüssigkeit und zur Aufrech­ terhaltung einer konstanten Temperatur der Röhre, sowie Einrichtungen zum Füllen der Röhre mit einer zu messenden Probeflüssigkeit und Einrichtungen zur Messung der Durch­ gangszeit der Probeflüssigkeit zwischen zwei Punkten auf­ weist.

US-Patent Nr. 37 13 328 von Choji Aritomi lehrt eine Vor­ richtung zur Messung der Viskosität von trüben (opaken) Flüssigkeiten und von transparenten Flüssigkeiten. Diese Vorrichtung weist ein Viskosimeter auf, das eine Zeitbe­ stimmungsröhre, Mittel zur Messung der Flußzeit der Flüs­ sigkeit durch die Zeitbestimmungsröhre, Mittel zur Entfer­ nung der Flüssigkeit aus dem Viskosimeter und Mittel zum Waschen und Trocknen des Viskosimeters umfaßt.

Die Viskosimeter nach Art der vorstehend erwähnten Patente haben folgende Nachteile: die Viskosität mehrerer Probe­ flüssigkeiten kann in ihnen nicht gleichzeitig gemessen werden. Außerdem erfordert das Einleiten bzw. Injizieren einer Probeflüssigkeit in die herkömmlichen Viskosimeter zusätzliche Sorgfalt, da die Flüssigkeit dem Viskosimeter manuell zugeführt wird.

US-Patent Nr. 39 08 411 offenbart eine Vorrichtung zur Ermittlung des Pegels einer Flüssigkeit in einer transpa­ renten Röhre, die zur Verwendung in kapillarröhrenartigen Viskosimetern geeignet ist.

Nach US-Patent Nr. 37 98 966 ist eine einzige Viskosimeter­ röhre vorgesehen, die Kapillaren verschiedener Größe auf­ weist und die Viskositäten über einen weiten Bereich messen können. Der in diesem Patent beschriebene Meßvorgang wird durch eine große Zahl von Prozessen durchgeführt und erfor­ dert daher eine mühselige und fachmännische Arbeitsweise. Außerdem sind die Herstellungskosten der Vorrichtung rela­ tiv hoch, da sie eher kompliziert strukturiert ist.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur simultanen Messung der jeweiligen Viskosi­ täten mehrerer Probeflüssigkeiten zu schaffen.

Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Es wird eine Vorrichtung zur automatischen Messung der Viskosität einer, insbesonderer mehrerer, Flüssigkeit(en) geschaffen, die eine Probeflüs­ sigkeit automatisch in mehrere Viskosimeterröhren injizie­ ren und aus diesen ableiten kann.

Mit der derartigen Vorrichtung werden weitere vorteilhafte Ziele erreicht: So ergibt sich eine Vorrichtung zur Messung von Viskositä­ ten, die ein automatisches Steuerungs-Ventilsystem auf­ weist, das eine Probeflüssigkeit in mehrere Viskosimeter­ röhren injizieren und aus diesen entfernen kann.

Außerdem wird eine Vorrichtung zur Messung von Viskositäten geschaffen, die Einrichtungen zur simultanen automatischen Reinigung mehrerer Viskosimeterröhren aufweist.

Schließlich wird eine Vorrichtung zur Messung von Viskosi­ täten geschaffen, die für eine Verwendung von Viskosimeter­ röhren verschiedenen Durchmessers ausgelegt ist.

Durch eine Vereinfachung der Strukturen kann die Vorrich­ tung zur Messung von Viskositäten zu relativ geringen Ko­ sten hergestellt werden.

Das obige und andere Ziele der vorliegenden Erfindung wer­ den insbesondere durch eine Vorrichtung zur Messung von Viskositäten erreicht, die folgendes aufweist:
mehrere in einem Bad konstanter Temperatur angebrachte Viskosimeterröhren,
mehrere an die jeweiligen Viskosimeterröhren angeschlossene Gefäße, die zur Aufnahme einer zu messenden Probeflüssig­ keit ausgelegt sind,
Einrichtungen zur Injektion einer vorgegebenen Menge der Probeflüssigkeit in die Viskosimeterröhren,
Einrichtungen zur Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Probe­ flüssigkeit in den Röhren,
Einrichtungen zur Messung des Meniskusses der Probeflüssig­ keit an den auf den Röhren angezeigten Marken und zur Gene­ rierung von Testsignalen,
ein Ventilsystem zur Steuerung der Injektionseinrichtungen bzw. der Bewegungsmittel,
Einrichtungen zum Betrieb (bzw. Antrieb) des Ventilsyste­ mes,
Einrichtungen zur Reaktion auf die Signale der Abtastmittel und zum Steuern der Einrichtungen zum Betrieb des Ventil­ systemes und
Einrichtungen zur Messung der Fließzeit (bzw. Flußzeit) der Flüssigkeit zwischen den zwei Markierungen und zur darauf beruhenden Bestimmung der Viskosität der Flüssigkeit.

In vorteilhafter Weise umfaßt jede der Viskosimeterröhren eine Füllröhre mit einem Kolben, eine an den Grundabschnitt der Füllröhre angeschlossene Meßröhre, die eine Reihe von beabstandeten, miteinander verbundenen oberen, mittleren und unteren Kolben aufweist, sowie eine zwischen den mitt­ leren und den unteren Kolben vorgesehene Kapillarröhre und eine beabstandete Zweigröhre, die sich vom unteren Kolben der Meßröhre nach oben erstreckt. Dabei sind die Röhren parallel zueinander angeordnet sind. Mittels einer Tempera­ tursteuerung wird das Bad auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten.

Das Vorsehen mehrerer Viskosimeterröhren ist besonders vorteilhaft (für die Messung mehrerer Flüssigkeiten); viele Vorteile der Erfindung sind jedoch auch durch eine einzelne Viskosimeterröhre nutzbar. Der Schutzbereich des Anspruches 1 soll daher nicht auf Ausführungsformen mit mehreren Vis­ kosimeterröhren beschränkt sein.

Zusätzlich wird jede der Viskosimeterröhren durch separate, im Bad konstanter Temperatur angebrachte Halterungen getragen bzw. gestützt.

An jedem der Rahmen sind mehrere individuell bzw. unabhän­ gig voneinander nach oben und unten verschiebliche Klammern angebracht, von denen eine den oberen Abschnitt der Meßröh­ re trägt und wobei die verbleibenden Klammern (je) ein Paar zusammengehöriger, lichtempfindlicher (Photo-)Sensoren zur Abtastung des Meniskusses der Probeflüssigkeit aufweisen. Zusätzlich weist jede der Sensorklammern Einrichtungen zur Einstellung des Abstandes zwischen den lichtempfindlichen Photosensoren auf, um die verschiedenen Dimensionen der dazwischen anzuordnenden Viskosimeterröhren auszugleichen bzw. zu kompensieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weitere Vorteile und Ziele der Erfindung deutlich werden. Gleiche Bezugszeichen zeigen gleiche Teile in verschiedenen Ansichten an. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten er­ findungsgemäßen Vorrichtung zur Messung von Vis­ kositäten;

Fig. 2 eine detaillierte Ansicht einer (von mehreren) Ventileinheiten zur Steuerung der Injektion und der Entfernung einer Probeflüssigkeit in und aus mehreren Viskosimeterröhren;

Fig. 3 eine detaillierte Ansicht einer Viskosimeterröhre und eines die Viskosimeterröhre darin tragenden Rahmens gemäß eines bevorzugten Ausführungsbei­ spieles der Erfindung;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 der Fig. 3; und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer der verschieb­ lich auf dem Rahmen der Fig. 3 angeordneten Sen­ sorklammern.

Fig. 1 zeigt eine Viskositäts-Meßvorrichtung 10 nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit mehreren in einem Bad 12 konstanter Temperatur enthaltenen Viskosi­ meterröhren 14. Sie weist ferner eine Sensoreinrichtung 16 zur Bestimmung der Meniskusse von in die jeweiligen Visko­ simeterröhren 14 injizierten Probeflüssigkeiten auf, sowie ein Ventilsystem 17 zur Steuerung des Einleitens bzw. der Injektion und des Entfernens der Probeflüssigkeiten in und aus den Viskosimeterröhren 14. Ferner hat sie einen Be­ triebs- bzw. Antriebskreis 20 zum Betrieb des Ventilsyste­ mes 17 und eine Eingabe-/Ausgabe- (I/O) Steuerung 26, die an die Sensoreinrichtung 16 und den Betriebskreis 20 über jeweilige Leitungen 22 und 24 angeschlossen ist.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt, wird das Bad 12 dazu verwendet, die Proben in den Viskosimeterröhren 14 auf einer vorgegebene Temperatur konstant zu halten, um damit die Viskositäten der Proben genau bzw. gut auszumessen. Im allgemeinen beinhaltet das Bad 12 eine Flüssigkeit wie Wasser. Zusätzlich kann, je nach den zu testenden Probe­ flüssigkeiten, die Temperatur des Bades 12 so eingestellt werden, daß die Probeflüssigkeiten die zur Messung der Viskositäten geeignete Temperatur erreichen. Die Temperatur ist dazu durch eine Temperatursteuerung 13 vorgebbar.

Die Sensoreinrichtung 16 umfaßt mehrere lichtempfindliche ("Photo-") Sensoreinheiten 16a, die wenigstens ein licht­ emittierendes und wenigstens ein lichtempfangendes Element (nicht dargestellt) aufweisen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die I/O-Steuerung 26 über eine Leitung 28 an einen Computer 30 angeschlossen. Die I/O-Steuerung 26 empfängt durch die Leitung 22 Signale von der Sensoreinrichtung 16, welche die Meniskusse der Probe­ flüssigkeiten in den Viskosimeterröhren 14 ermittelt. Die I/O-Steuerung führt die Signale über die Leitung 28 dem Computer 30 zu und führt dem Betriebskreis 20 über die Lei­ tung 24 Steuerungssignale vom Computer 30 zu.

In den Computer 30 sind die zur Messung der Viskositäten der Probeflüssigkeiten erforderlichen Daten einprogram­ miert, z. B. Berechnungsformeln der intrinsischen Viskosi­ täten der Flüssigkeiten, Korrekturkoeffizienten der Visko­ simeterröhren, Konzentrationen der Flüssigkeiten, thermi­ sche Gleichgewichtszeit(en) der Flüssigkeiten im Bad, Meß­ zeiten der Flüssigkeitsviskositäten, Waschzeiten der Visko­ simeterröhren usw..

Das Ventilsystem 17 umfaßt mehrere Magnet(spulen)- bzw. Solenoidventileinheiten 18, die über einzelne Druckluftlei­ tungen 32, 34, 36 an eine Druckluftzufuhrquelle 38 ange­ schlossen sind. Dies wird nachstehend näher beschrieben. Nach Fig. 1 weisen die Leitungen 32, 34 und 36 jeweils Luftregulatoren 40, 42, 44 auf. Diese sind jeweils nahe eines Eintrittsbereiches der Luftzufuhrquelle 38 angeord­ net, die den Druck der den Probeaufnahmegefäßen 118 und Ejektoren 46, 132 zuzuführenden Luft reguliert. Dies wird weiter unten näher beschrieben. Insbesondere ist der Ejek­ tor 46 an der Druckluftleitung 36 hinter dem Luftregulator 44 angeordnet.

Die Viskosimeterröhre 14 nach einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung wird auf der linken Seite der Fig. 3 gezeigt. Die Viskosimeterröhre 14 weist eine Füll­ röhre 50 mit einem Kolben 48 im unteren Abschnitt auf, sowie eine an die Füllröhre 50 in umgebogener Weise, z. B. in U-Form, in deren Bodenbereich angeschlossene Meßröhre 58. Die Meßröhre 58 weist eine Reihe beabstandeter, mit­ einander verbundener oberer, mittlerer und unterer Kolben 52, 54, 56 und eine Kapillarröhre 59 (siehe Fig. 2) auf. Die Kapillarröhre 59 ist zwischen den mittleren und den unteren Kolben 54, 56 vorgesehen. Eine Zweigröhre 60 er­ streckt sich räumlich getrennt vom unteren Kolben 56 der Meßröhre 58 aus nach oben. Die jeweiligen Röhren 50, 58 und 60 sind im allgemeinen parallel zueinander angeordnet.

Oberhalb und unterhalb des mittleren Kolbens 54 der Meßröh­ re 58 sind - jeweils wenigstens eine - obere und mittlere Indikationsmarkierungen 62, 64 vorgesehen. Zwischen diesen Markierungen kann die Durchgangszeit der Flüssigkeit ausge­ messen werden.

Außerdem ist, wie nachfolgend beschrieben, auf oder unter­ halb des unteren Kolbens 56 der Meßröhre 58 wenigstens eine untere Indikationsmarkierung 66 vorgesehen, die beim Inje­ zieren der gewünschten Menge der Probe in die Viskosimeter­ röhre 14 nützlich sein kann. Nach einer anderen Ausfüh­ rungsweise kann die untere Indikationsmarke 66 auf dem Kolben 48 der Füllröhre 50 vorgesehen sein.

Auf der rechten Seite der Fig. 3 ist ein Rahmen 68 darge­ stellt, der zur Aufnahme der Viskosimeterröhre 14 gemäß ei­ nem bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung ausge­ legt ist.

Der Aufnahme- bzw. Tragerahmen 68 weist eine Basis 70 auf, ein Paar gegenüberliegend beabstandeter, vertikaler Säulen 72, die auf der Basis 70 befestigt sind und einen Block 74, der auf der Basis 70 angebracht und zwischen den beiden vertikalen Säulen 72 angeordnet ist. Der Block 74 weist zur Aufnahme des Grundabschnittes der Viskosimeterröhre 14 eine geeignete U-förmige Ausnehmung 76 auf.

Wie am besten der Fig. 4 entnehmbar, weist jede der Säulen 72 eine längliche, vertikale Bohrung 78 und einen relativ engen, mit der Bohrung 78 verbundenen, Kanal 80 auf. Zu­ sätzlich sind an der Innenseite der jeweiligen Säulen 72 jeweils (ab-)gestufte Führungsabschnitte 82 vorgesehen. Au­ ßerdem sind an der Frontoberfläche der jeweilen Säulen 72 längliche, vertikale Führungsschlitze 86 parallel zuein­ ander angeordnet, die mit Bolzen 84 (siehe Fig. 3) in Ein­ griff stehen.

Ein erneuter Blick auf Fig. 3 zeigt, daß mehrere separate, nach oben und unten verschiebliche Klammern 88a, 88b, 88c, 88d auf den Säulen 72 angeordnet sind. Die Klammer 88a, welche den oberen Abschnitt der Meßröhre 58 trägt, ist über den verbleibenden Klammern 88b, 88c, 88d angeordnet. In den verbleibenden Klammern sind jeweils zusammengehörige opti­ sche (Glas-)faserkabel 102a, 102b angeordnet (siehe Fig. 4). Diese Glasfaserkabel 102a, 102b können den Meniskus der Probeflüssigkeit an den Indikationsmarkierungen 62, 64, 66 der Meßröhre 58 bestimmen bzw. ermitteln. Dies wird nach­ stehend beschrieben. Unter bezug auf die Fig. 3, 4 und 5 wird deutlich, daß die jeweiligen Klammern 88a, 88b, 88c, 88d tragende Abschnitte 90 aufweisen, die verschieblich mit den abgestuften Führungsabschnitten 82 der Säulen 72 in Eingriff stehen, sowie vordere und hintere - bevorzugt zueinander parallele - Flansche bzw. Seitenabschnitte 92a, 92b, die sich von den Enden der tragenden Abschnitte 90 (rechtwinklig) nach außen erstrecken. Damit können die mit den tragenden Abschnitten 90 versehenen vorderen und hinte­ ren Flansche 92a, 92b (Zwischen-)räume 94 zur Aufnahme der jeweiligen Träger 72 bilden (siehe Fig. 5).

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist im mittleren Bereich der ober­ sten Klammer 88a ein elastisches Stück 98 angebracht, das eine Furche 96 aufweist, die so ausgelegt ist, daß sie den oberen Abschnitt der Meßröhre 58 aufnehmen und tragen bzw. stützen kann.

Wie am besten aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, weist jede der Sensorklammern 88b, 88c, 88d ein im tragenden Abschnitt 90 ausgebildetes Loch 100 auf, das mit dem Kanal 80 der Säule 72 in Verbindung steht und das im wesentlichen rechtwinklig zum Kanal 80 angeordnet ist. Ein Halter 106 ist verschieb­ lich in jedes der Löcher 100 der jeweiligen tragenden Ab­ schnitte 90 eingeführt. Der Durchmesser des Halters 106 ist bevorzugt kleiner als die Breite des Kanales 80, so daß der Halter 106 bei der Einstellung des Abstandes zwischen den optischen Glasfaserkabeln 102a, 102b leicht durch den Kanal 80 paßt, um die verschiedenen Größen der Viskosimeterröhren 14 zu kompensieren. Dies wird nachstehend beschrieben. Weiterhin sind in die Halter 106 Schraubbolzen 104 einge­ setzt, die Durchgangslöcher 105 aufweisen, welche zur Auf­ nahme der optischen Glasfaserkabel 102a, 102b geeignet sind.

Die jeweiligen optischen Glasfaserkabel 102a, 102b sind an die lichtemittierenden und die lichtempfangenden Elemente (nicht dargestellt) in jeder der lichtempfindlichen Sensor­ einheiten 16a (siehe Fig. 1) angeschlossen, und zwar, wie in Fig. 4 dargestellt, durch die Bohrung 78 und den Kanal 80 der Säule 72.

Wie am besten in Fig. 4 und 5 dargestellt, sind im vorderen Flansch 92a der jeweiligen Klammern 88a, 88b, 88c, 88d mit Gewinde versehene Löcher 108 vorgesehen, die mit den Bolzen 84 in Eingriff stehen, welche die Klammern an den Säulen 72 in einer gewünschten Stellung sichern. Zusätzlich sind im tragenden Abschnitt 90 der Sensorklammern 88b, 88c, 88d mit Gewinde versehene Löcher 112 vorgesehen, die mit Stell­ schrauben 110 in Eingriff stehen, die zum festen Fixieren des Halters 106 in einer geeigneten Stellung am Loch 100 vorgesehen sind.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kön­ nen zur Messung verschiedener Flüssigkeiten entsprechend ausgelegte Viskosimeterröhren verschiedenen Durchmessers verwendet werden. In diesem Zusammenhang soll erwähnt wer­ den, daß - obwohl z. B. jede der Indikationsmarkierungen 62, 64, 66 jeweils in Abhängigkeit von der Größe der Viskosi­ meterröhre variierend auf der Meßröhre 58 angeordnet ist - die optischen Glasfaserkabel 102a, 102b leicht entsprechend den individuellen Indikationsmarkierungen 62, 64, 66 ein­ stellbar sind. Dies ist möglich, da die jeweiligen Sensor­ klammern 88b, 88c, 88d, in welchen die optischen Glasfaser­ kabel angeordnet sind, getrennt voneinander nach oben und nach unten auf der Säule 72 verschieblich sind, und da sie auf der bzw. den Säulen 72 durch die Bolzen 84 an den Stel­ len befestigt sind, die den Markierungen gegenüberliegen.

Desweiteren ist der Abstand zwischen den jeweils zusammen­ gehörigen optischen Glasfaserkabeln 102a, 102b bereits so eingestellt, daß die Variationen des (bzw. im) Durchmes­ ser(s) der Meßröhre 58 durch Bewegung des Halters 106 im Loch 100 in den vorderen und rückwärtigen Richtungen und durch Befestigung desselben an einer gewünschten Stelle durch die Stellschraube 110 kompensierbar sind.

Daher erlaubt es das Aufrechterhalten eines im wesentlichen konstanten Intervalles zwischen den optischen Glasfaserka­ beln 102a, 102b und der Meßröhre 58 der Sensoreinrichtung 16, den Meniskus der Probeflüssigkeit genauer bzw. besser abzutasten. Die Stellschraube 110 kann durch ein geeignetes Werkzeug (nicht dargestellt) gedreht werden.

Auf dem oberen Teil jeder einzelnen Säule 72 bzw. jedes Säulenpaares ist ein Gehäuse 114 angebracht, in dem die Sensoreinrichtung 16 untergebracht ist.

Ein erneuter Blick auf Fig. 1 und Fig. 2 zeigt, daß die jeweiligen Solenoid-Ventileinheiten 18 aus vier Solenoid- bzw. Magnetspulenventilen 18a, 18b, 18c, 18d bestehen, die jeweils 3-Wegventile sind. Der Einfachheit halber soll lediglich eines der Meßsysteme und eine der Solenoid-Ven­ tileinheiten beschrieben werden.

Den einzelnen Solenoidventile 18a, 18b, 18c, 18d kann ein­ zeln bzw. selektiv durch den Antriebskreis 20 Energie zu­ geführt und entzogen oder "zugeschaltet und abgeschaltet" (bzw. im Sinne der Magnettechnik: erregt und aberregt) wer­ den. Der Betriebskreis 20 wird hierzu durch den Computer 30 gesteuert. Das erste Solenoidventil 18a ist über eine Lei­ tung 116 an die erste Druckluftleitung 32 und an das Gefäß 118 angeschlossen. Das Gefäß 118 ist zur Aufnahme der Pro­ beflüssigkeit ausgelegt. Die im Gefäß 118 enthaltene Probe­ flüssigkeit wird der Füllröhre 50 über eine Zufuhrleitung 120 zugeführt.

Wie nachstehend beschrieben, ist ein Eingang bzw. Tor ("port") des zweiten Solenoidventiles 18b stets geschlos­ sen. Ein anderes Tor davon ist über eine Leitung 122 an die Zweigröhre 60 angeschlossen, während das verbleibende Tor dieses Ventiles sich beim atmosphärischen Druck öffnet, wenn das zweite Ventil 18b aberregt ist.

Das dritte Solenoidventil 18c ist an die dritte Druckluft­ leitung 36 und über eine Leitung 124 an einen Puffercontai­ ner bzw. -behälter 126 angeschlossen. Zusätzlich ist der Puffercontainer 126 über eine Leitung 128 an die Meßröhre 58 angeschlossen. Der Puffercontainer 126 dient dazu, eine überfließende Flüssigkeit aus der Meßröhre 58 aufzunehmen und sie wieder abzugeben, die bei fehlerhafter Bedienung der Sensoreinrichtung 16 auftreten kann. Dadurch wird die überfließende Flüssigkeit daran gehindert, das dritte So­ lenoidventil 18c und den Ejektor 46 zu überfluten.

Das vierte Solenoidventil 18d ist über eine Leitung 130 an die zweite Druckluftleitung 34 und an einen Ejektor 132 angeschlossen. Zusätzlich ist der Ejektor 132 über eine Leitung 134 an ein Ableitungs- bzw. Entsorgungsgefäß 136 angeschlossen. Das Ableitungsgefäß 136 ist über eine Drai­ nageleitung 138 an die Füllröhre 50 angeschlossen. Wie am besten in Fig. 2 ersichtlich, erstreckt sich ein Ende der Drainageleitung 138 derart, daß es an den Bodenabschnitt der Füllröhre 50 angrenzt.

In Fig. 2 ist eine der Solenoidventileinheiten 18 eines be­ vorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung detailiert dargestellt. Wie vorstehend beschrieben, weist jedes der jeweiligen Solenoidventile 18a, 18b, 18c, 18d drei Tore (im Sinne verschließbarer Öffnungen) auf. Jedes der Tore R der Ventil öffnet sich beim atmosphärischen Druck, wenn die jeweiligen Ventile aberregt sind. Die Tore I der ersten So­ lenoidventile 18a bzw. die Tore I der vierten Solenoidven­ tile 18d sind an die ersten Druckluftleitungen 32 bzw. an die zweiten Druckluftleitungen 34 angeschlossen. Die Tore O der ersten Solenoidventile 18a bzw. die Tore O der vier­ ten Solenoidventile 18d sind an die Leitungen 116, 130 des die Probe enthaltenen Gefäßes 118 bzw. des Ejektors 132 angeschlossen. Wie vorstehend beschrieben ist das Tor I des zweiten Solenoidventiles 18b stets geschlossen und dessen Tor O an die Leitung 122 der Zweigröhre 60 angeschlossen. Das Tor I des dritten Solenoidventiles 18c ist an den Ejek­ tor 46 angeschlossen und das Tor O davon ist an die Leitung 124 des Puffercontainers 126 angeschlossen.

Anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfin­ dung soll nachstehend der Vorgang einer Messung der Visko­ sität einer Probeflüssigkeit unter bezug auf die beigefüg­ ten Zeichnungen näher beschrieben werden. Dabei sollte klar sein, daß einige oder alle Viskosimeterröhren 14 einzeln oder gemeinsam zum Messen der Viskosität der Probeflüssig­ keit verwendet werden können. In diesem Zusammenhang soll der Einfachheit halber lediglich eines der repräsentativen Meßsysteme beschrieben werden. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Computer 30 ist derart programmiert, daß die Meß- und die Waschvorgänge in geeigneter Weise ausführbar sind.

Vor der Messung der Viskosität der Flüssigkeit wird die ausgewählte Viskosimeterröhre 14 im Rahmen 68 befestigt. Daraufhin werden die jeweiligen Paare optischer Glasfaser­ kabel 102a, 102b entsprechend den Indikationsmarkierungen 62, 64, 66 der Meßröhre 58 mittels individueller Bewegung der Sensorklammern 88b, 88c, 88d auf den Säulen 72 positio­ niert. Danach wird der Rahmen 68 in das Bad 12 eingesetzt.

Nachdem die Probeflüssigkeit dem Gefäß 118 zugeführt wurde, wird im nächsten Schritt der Betriebskreis 20 durch die I/O-Steuerung 26 über den Computer 30 bedient. Da die je­ weiligen Solenoidventile, 18a, 18b, 18c, 18d in diesem einleitenden Stadium aberregt sind, stehen deren Tore O und R miteinander in Verbindung und deren Tore I sind ge­ schlossen. Daher sind die Viskosimeterröhren 14, das die Probe enthaltende Gefäß 118 und das Ableitungsgefäß 136 dem atmosphärischen Druck ausgesetzt.

In darauffolgenden Stadium ist lediglich das erste Soleno­ idventil 18a durch den Betriebskreis 20 erregt. Entsprechend ist das Tor R des ersten Ventiles 18a geschlossen und seine Tore I und O stehen jeweils miteinander in Verbindung. Daher wird der Luftdruck von der Luftdruckquelle 38 über das erste Ventil 18a und die Leitung 116 dem Gefäß 118 zu­ geführt. Als ein Ergebnis des Anliegens des Luftdruckes an dem Gefäß 118 wird die im Gefäß 118 enthaltene Probeflüs­ sigkeit über die Leitung 120 in die Füllröhre 50 geführt. Wenn die Probeflüssigkeit die untere Indikationsmarkierung 66 der Meßröhre 58 erreicht, mißt bzw. erfaßt (im Sinne eines optischen Abtastens) die Sensoreinrichtung 16 mittels der unteren optischen Glasfaserkabel 102a, 102b den Menis­ kus der Probeflüssigkeit an der unteren Markierung 66 und erzeugt ein Signal, welches über die I/O-Steuerung 26 dem Computer 30 zuzuführen ist. Sobald der Computer 30 das Signal der Sensoreinrichtung 16 empfängt, führt er dem Betreiberkreis 20 über die I-O Steuerung 26 ein Steuerungs­ signal zu. Wenn das erste Solenoidventil 18a durch den Betreiberkreis 20 aberregt ist, ist sein Tor I geschlossen, während sein Tor R bei atmosphären Druck geöffnet ist. Als ein Ergebnis des Aberregens des ersten Ventiles 18a wird die Luftzufuhr zum Gefäß 118 abgeschnitten. Das Zuführen der Probeflüssigkeit in die Viskosimeterröhre 14 wird damit sofort gestoppt und die Viskosimeterröhre 14 ist mit der gewünschten Menge der Probe gefüllt.

Vor Beginn der Messung der Probe muß die Probe in der Vis­ kosimeterröhre 14 im Bad 12 auf eine vorgegebene Temperatur gebracht und/oder auf dieser gehalten werden.

Wenn die Probe die vorgegebene Temperatur erreicht, werden die zweiten und dritten Solenoidventile 18b, 18c durch den Betriebskreis 20 erregt. Daher sind die Tore R der zweiten und dritten Solenoidventile 18b, 18c geschlossen, während die Tore I und O jeweils miteinander in Verbindung stehen. Entsprechend wird dem Ejektor 46 durch die dritte Druck­ luftleitung 36 die Druckluft zugeführt, was in der Meßröhre 58 ein Vakuum aufbaut. Die Probeflüssigkeit wird durch das in der Meßröhre 58 erzeugte Vakuum nach oben bewegt. Die Probe steigt so lange durch die Kapillarröhre 59 auf, bis sie einen Punkt unmittelbar über der oberen Indikationsmar­ kierung 62 der Meßröhre 58 - wie programmiert - erreicht. Wenn die Probeflüssigkeit die obere Indikationsmarkierung 62 erreicht, tastet die Sensoreinrichtung 16 den Meniskus der Probe an der oberen Markierung 62 mittels der oberen optischen Glasfaserkabelung 102a, 102b ab und generiert ein Signal, welches über die I/O-Steuerung 26 dem Computer 30 zugeführt wird.

Wenn der Computer 30 das Signal der Sensoreinrichtung 16 empfängt, gibt er ein Steuerungssignal ab, um mit dem Be­ triebskreis 20 über die I/O-Steuerung 26 die zweiten und dritten Solenoidventile 18b, 18c abzuerregen. Die Tore R der zweiten und der dritten Ventile 18b, 18c sind bei dem atmosphären Druck geöffnet, während deren Tore I durch das Aberregen geschlossen sind. Damit wird das Aufsteigen der Probe gestoppt, denn das Vakuum wird in der Meßröhre 58 nicht weiter erhöht. Zusätzlich wird die Füllröhre 50, die Meßröhre 58 und die Zweigröhre 60 mit atmosphärischem Druck beaufschlagt. Als Konsequenz fließt die Probeflüssigkeit durch Gravitation nach unten.

Wenn die Probeflüssigkeit die oberen und die mittleren Indikationsmarkierungen 62, 64 durchläuft bzw. passiert, ertastet die Sensoreinrichtung 16 den Meniskus der Probe­ flüssigkeit an den oberen und mittleren Markierungen 62, 64 und generiert dem Computer 30 zu übertragende Signale. Der Computer 30 empfängt die Signale von der Sensoreinrichtung 16 über die I/O-Steuerung 26 und mißt die Flußzeit des Meniskusses der Probeflüssigkeit zwischen den oberen und den mittleren Markierungen 62, 64. Wie vorstehend beschrie­ ben, berechnet der Computer zusätzlich basierend auf der Flußzeit die Viskosität. Die gemessenen Ergebnisse können durch einen (nicht dargestellten) Drucker in bekannter Weise ausgedruckt werden. Die Viskositätsmessung der Probe wird durch die vorstehend beschriebenen Schritte vervoll­ ständigt.

Falls gewünscht, kann die Probe wiederholt ausgemessen werden, bevor die getestete Probe aus der Viskosimeterröhre 14 entfernt wird.

Nach Vervollständigung der Probenmessung wird die ausgete­ stete Probe aus der Viskosimeterröhre 14 wie nachstehend beschrieben dem Auffangbehälter 136 zugeführt.

Bei der Vervollständigung der Meßung der Probe sind die Viskosimeterröhre 14 und der Auffangbehälter 136, wie vor­ stehend beschrieben, dem atmosphären Druck ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird das vierte Solenoidventil 18d zum Entfernen der getesteten Probe aus der Viskosimeterröhre 14 durch den Betreiberkreis 20 mit Energie erregt. Dadurch stehen die Tore I und O des vierten Ventiles 18d mitein­ ander in Verbindung. Die Druckluft wird somit von der Quel­ le 38 über die zweite Druckluftleitung 34 dem Ejektor 132 zugeführt. Entsprechend wird, da im Ableitungsgefäß 136 durch die Wirkungsweise des Ejektors 132 ein Vakuum erzeugt wird, die in der Viskosimeterröhre enthaltene getestete Probe durch die Drainageleitung 138 in das Ableitungsgefäß 136 entsorgt.

Nach dem Ableiten der gemessenen Probe ist es vorteilhaft, wenn die Viskosimeterröhre 14 gereinigt wird, um sie derart zur Messung der nächsten Probeflüssigkeit vorzubereiten.

Der Waschprozeß entspricht im wesentlichen dem Meßprozeß. Das Gefäß 118 ist mit einem Waschmittel (bzw. Waschagens) gefüllt, nachdem die Probeflüssigkeit daraus entfernt wur­ de. In bestimmten Fällen, z. B. wenn die Probe eine lösliche Komponente enthält, kann die getestete Probe an sich als die Reinigungsflüssigkeit verwendet werden, bevor sie aus der Viskosimeterröhre 14 entfernt wird. Im ersten Wasch­ schritt stehen die Tore I und O des ersten Solenoidventiles 18a miteinander in Verbindung, während die Tore I der ver­ bleibenden Solenoidventile 18b, 18c, 18d durch den Betrieb des Betriebskreises 20 geschlossen sind. Daher wird der Luftdruck durch die Leitungen 32, 116 dem Gefäß 118 zuge­ führt, wodurch die im Gefäß 118 enthaltene Waschflüssigkeit über die Leitung 120 durch die Wirkungsweise des Luft­ druckes in die Füllröhre 50 injiziert wird.

Wie vorstehend beschrieben, tastet die Sensoreinrichtung 16 den Meniskus der Waschflüssigkeit ab, sobald die Waschflüs­ sigkeit die untere Indikationsmarkierung 66 der Meßröhre 58 erreicht. Die Sensoreinrichtung 16 generiert dabei ein Si­ gnal, das durch die I/O-Steuerung 26 zum Computer 30 ge­ sandt wird. Danach sendet der Computer 30 über die I/O-Steuerung 26 ein Steuerungssignal zum Betreiberkreis 20, der das erste Solenoidventil 18a aberregt. Als Konsequenz davon wird das Tor I des ersten Ventils 18a geschlossen und das Injizieren der Waschflüssigkeit in die Viskosimeter­ röhre 14 wird zur selben Zeit gestoppt. Daraufhin wird das dritte Solenoidventil 18c durch den Betreiberkreis 20 er­ regt, wodurch sein Tor I geöffnet wird. Damit wird der Luftdruck über die dritte Luftdruckleitung 36 dem Ejektor 46 zugeführt.

Wie vorstehend beschrieben, bewirkt das durch die Wirkungs­ weise des Ejektors 46 in der Meßröhre 58 hergestellte Vaku­ um eine Aufwärtsbewegung der Waschflüssigkeit. Wenn die Waschflüssigkeit die obere Indikationsmarkierung 62 der Meßröhre 58 erreicht, tastet die Sensoreinrichtung 16 den Meniskus der Waschflüssigkeit an dieser Markierung 62 ab und sendet durch die I/O-Steuerung 26 das entsprechende Signal zum Computer 30. Daraufhin empfängt der Betriebs­ kreis 20 ein Steuerungssignal vom Computer 30 und erregt das dritte Solenoidventil 18c ab, dessen Tor I geschlossen wird. Damit wird, wie vorstehend beschrieben, der Aufbau des Vakuums in der Meßröhre 58 angehalten, wodurch der aufsteigende Betrieb der Waschflüssigkeit gestoppt wird. Zusätzlich wird der Atmosphärendruck der Viskosimeterröhre 14 zugeführt. Als Konsequenz davon fließt die Waschflüssig­ keit aufgrund von Gravitation nach unten und wäscht dabei die Innenseite der Viskosimeterröhre 14.

Falls notwendig, kann die Viskosimeterröhre 14 wiederholt durch Verwendung der in sie injizierten Waschflüssigkeit gewaschen werden. In diesem Falle werden die Waschvorgänge durch Aufsteigen und Abfallenlassen der Waschflüssigkeit in der Meßröhre in der vorstehend beschriebenen Weise wieder­ holt.

Nach dem Waschvorgang wird die Waschflüssigkeit in dersel­ ben Weise wie die Probeflüssigkeit beim Meßvorgang aus der Viskosimeterröhre 14 abgeleitet.

Die vorstehende Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben. Dennoch ist dem Fachmann deutlich, daß gewisse Änderungen und Modi­ fikationen möglich sind, ohne dabei den Bereich und die Idee der Erfindung zu verlassen.

Claims (17)

1. Vorrichtung (10) zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit mit:
mehreren in einem Bad (12) konstanter Temperatur ange­ brachten Viskosimeterröhren (14), wobei jede der Vis­ kosimeterröhren (14) eine Füllröhre (50), eine an einen Bodenabschnitt der Füllröhre (50) angeschlossene Meßröhre (58), die eine Reihe beabstandet miteinander verbundener oberer, mittlerer und unterer Kolben (52, 54, 56) und eine zwischen den mittleren und unteren Kolben (54, 56) vorgesehene Kapillarröhre (59) auf­ weist, und eine sich vom unteren Kolben (56) der Meß­ röhre (58) aus nach oben erstreckende Zweigröhre (60) umfaßt, wobei die Füll-, die Meß- und die Zweigröhren (50, 58, 60) im wesentlichen parallel zueinander ange­ ordnet sind, mit wenigstens einer oberen und wenig­ stens einer mittleren, oberhalb und unterhalb des mittleren Kolbens (54) angeordneten, Indikationsmar­ kierung (62, 64) und mit wenigstens einer auf oder un­ terhalb des unteren Kolbens (56) angeordneten unteren Indikationsmarkierung (66),
mehreren an die jeweiligen Füllröhren (50) über Zu­ fuhrleitungen (120) angeschlossenen Gefäßen (118), die zum Beinhalten einer Probeflüssigkeit ausgelegt sind, Einrichtungen zur Zuführung bzw. zur Injektion der in den Gefäßen (118) enthaltenen Probeflüssigkeit in die jeweiligen Meßröhren (58),
Einrichtungen zur Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Probeflüssigkeit in den Meßröhren (58),
einem Ventilsystem (17) zur Steuerung der Injektions­ einrichtungen und der Bewegungseinrichtungen,
Einrichtungen (20) zum Betreiben des Steuerungsven­ tilsystemes (17),
Einrichtungen (16) zur Erfassung, insbesondere Abta­ stung des Meniskusses der Probeflüssigkeit an den jeweiligen Indikationsmarkierungen (62, 64, 66) der Meßröhren (58) und zur Generierung von Abtast- bzw. Erfassungssignalen,
Einrichtungen (26) zur Reaktion auf die Abtastsignale und zur Steuerung der Betriebseinrichtungen (20) zum Betreiben des Ventilsystemes (17), und
Mitteln (30) zum Empfang der Abtastsignale, zur Mes­ sung der Flußzeit der Probeflüssigkeit zwischen den oberen und mittleren Indikationsmarkierungen (62, 64) der Meßröhren (58) und zur Bestimmung der Viskosität der Probeflüssigkeit anhand der gemessenen Flußzeit.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ein­ richtungen (132) zur Ableitung der Probeflüssigkeit aus den jeweiligen Vikosimeterröhren (14).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungseinrichtung (132) durch das Steue­ rungsventilsystem (17) gesteuert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsventilsystem (17) mehrere Ventil­ einheiten (18) aufweist, die aus einer Gruppe erster bis vierter Solenoidventilen (18a, 18b, 18c, 18d) bestehen, wobei die ersten Solenoidventile (18a) an eine erste Druckluftleitung (32) und an die jeweiligen die Probe enthaltenden Gefäße (118) angeschlossen sind, die zweiten Solenoidventile (18b) an die jewei­ ligen Zweigröhren (60) angeschlossen sind, die dritten Solenoidventile (18c) an eine dritte einen Ejektor (46) aufweisende Druckluftleitung (36) und über jewei­ lige Pufferbehälter (126) an die jeweiligen Meßröhren (58) angeschlossen sind, und die vierten Solenoidven­ tile (18d) an eine zweite Druckluftleitung (34) sowie an Leitungen (130, 134) angeschlossen sind, die zweite Ejektoren (132) aufweisen, welche an jeweilige Ablei­ tungsbehälter (136) angeschlossen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Solenoidventile (18a-d) einzeln durch die Betriebseinrichtungen (20) betreibbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Druckluftleitungen (32, 34, 36) an eine Druckluftquelle (38) angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der jeweiligen Druckluftleitungen (32, 34, 36) an einem Eintrittsbereich der Luft einen Luftregu­ lator (40, 42, 44) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere in dem Bad (12) konstanter Temperatur angebrachte Rahmen (68) aufweist, an denen die jewei­ ligen Viskosimeterröhren sicherbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der jeweiligen Rahmen (68) eine Basis (70) aufweist, sowie ein Paar beabstandet zueinander auf der Basis (70) befestigter Säulen (72), wobei ein Block (74) mit einer U-förmigen Führung (76) zum Ein­ setzen des Grundabschnittes der Viskosimeterröhre (14) auf der Basis (70) angebracht ist, und mehrere ge­ trennt bzw. separat voneinander angeordnete Sätze ver­ schieblich an den Säulen (72) befestigter Klammern (88a-d).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der obersten Klammern (88a) ein elastisches Stück (98) mit einer Ausfurchung oder Nut (96) zur Aufnahme eines oberen Abschnittes der Meßröhre (58) aufweist, wobei in jeder der verbleibenden Klammern (88b-d) ein Paar lichtemittierende- und empfangende optische Faserkabel, insbesondere Glasfaserkabel (102a, 102b) angeordnet ist, die an die Abtasteinrich­ tungen (16) angeschlossen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Säulen (72) Einrichtungen (84, 86) zur individuellen Einstellung jeder der Klammern (88a-d) aufweist, derart, daß jedes Paar der optischen Glasfa­ serkabel (102a, 102b) den jeweiligen Anzeigemarkie­ rungen (62, 64, 66) entspricht und derart, daß das ela­ stische Stück (98) den oberen Abschnitt der Meßröhre (58) stützt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtungen ein Paar vertikaler Führungsschlitze (86) umfassen, die auf einer Seite jeder Säule (72) parallel zueinander angeordnet sind, sowie Bolzen (84), die durch mit Gewinde versehene Löcher (108), die in jeder der Klammern (88a-d) vor­ gesehen sind, in die Führungsschlitze (86) eingreifen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Säulen (72) eine längliche, vertikal ein­ gelassene Bohrung (78) aufweist, sowie einen vertika­ len länglichen Kanal (80), der mit der Bohrung (78) in Verbindung steht und einen gestuften, an den Kanal (80) angrenzenden Führungsabschnitt (82).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Klammern (88a-d) einen tragenden Ab­ schnitt (90) umfaßt, der verschieblich mit mit dem gestuften Abschnitt (82) jeder Säule (72) in Eingriff steht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der tragenden Abschnitte (90) der verblei­ benden Klammern (88b-d) Einrichtungen (100, 106) zur individuellen Einstellung des Abstandes zwischen den zusammengehörigen optischen Glasfaserkabeln (102a, 102b) umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (100, 106) zur Einstellung des Abstandes ein mit dem Kanal (80) senkrecht verbundenes Loch (100) aufweisen, sowie einen verschieblich mit dem Loch (100) in Eingriff stehenden Halter (106) und eine Stellschraube (110) zum Sichern und Lösen des Halters (106) am und vom Loch (100).

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der optischen Glasfaserkabel (102a, 102b) in ein Durchgangsloch (105) eines mit dem Halter (106) drehbar in Eingriff stehenden Schraubbolzens (104) eingesetzt ist.