DE593024C - Method and device for the continuous display of the viscosity of fluids, e.g. B. of lubricating oils - Google Patents

Description

im.in the.

18 ME?., 193418 ME?., 1934

AUSGEGEBEN AM 23. FEBRUAR 1934ISSUED FEBRUARY 23, 1934

Die Erfindung sucht die Aufgabe zu lösen, die Schmierfähigkeit von Ölen und anderen Flüssigkeiten während des Betriebes dauernd zu überwachen und zu messen. Namentlich bei Kraftfahrzeugen, aber außerdem allgemein bei Kraft- und Arbeitsmaschinen aller Art, ist es von großer Bedeutung, jederzeit an einem Meßinstrument den Grad der Viskosität ablesen und hiernach beurteilen zu können, ob ίο die im Betriebe befindliche Schmierflüssigkeit den Anforderungen der Maschine noch genügt oder ob die Flüssigkeit durch Nachfüllen verbessert oder durch neue Flüssigkeit ersetzt werden muß. Die Wirtschaftlichkeit des Betriebes wird dadurch wesentlich erhöht und unnützer Materialverbrauch, Materialabnutzung oder gar Materialzerstörung vermieden.The invention seeks to solve the problem of the lubricity of oils and others To continuously monitor and measure liquids during operation. Namely in motor vehicles, but also generally in all types of prime movers and machines, it is of great importance to read the degree of viscosity on a measuring instrument at any time and then to be able to assess whether ίο the lubricant in the company still meets the requirements of the machine or whether the liquid improves by refilling or has to be replaced with new fluid. The profitability of the company is thereby significantly increased and useless material consumption, material wear and tear or even material destruction is avoided.

Es ist bekannt, daß man die Viskosität einer Flüssigkeit dadurch messen kann, daß man sie mit gleichbleibender Geschwindigkeit durch eine enge Düse oder Kapillarröhre hindurchdrückt und den Druck vor der Kapillare mißt, der direkt proportional der Viskosität ist. Es wurde schon vorgeschlagen, die Viskosität einer Flüssigkeit nach diesem Verfahren dadurch zu messen, daß man die Flüssigkeit in einen Behälter einfüllt und dann durch einen Kolben 0. dgl. mit gleichbleibender Geschwindigkeit durch die Ausflußdüse hindurchdrückt. Ein kontinuierliches Messen der Viskosität ist mit dieser Einrichtung nicht möglich.It is known that one can measure the viscosity of a liquid by pushes them through a narrow nozzle or capillary tube at a constant speed and measures the pressure in front of the capillary, which is directly proportional to the viscosity. It it has already been proposed to increase the viscosity of a liquid by this method measure that the liquid is poured into a container and then through a plunger 0. Like. Pushes through the outlet nozzle at a constant speed. A continuous measurement of the viscosity is not possible with this device.

Durch die vorliegende Erfindung wird nun eine kontinuierliche Anzeige, die an sich bei der Viskositätsbestimmung nicht neu ist, auch für die oben beschriebene Methode der Viskositätsbestimmung in sehr einfacher Weise ermöglicht und der Einfluß des spezifischen Gewichts der untersuchten Flüssigkeit auf die Genauigkeit der Messung weitgehend ausgeschaltet. Nach der Erfindung wird zur Gleicherhaltung der Strömungsgeschwindigkeit die DruckdifferenzThe present invention now provides a continuous display that is per se in the Viscosity determination is not new, even for the method of viscosity determination described above in a very simple way and the influence of the specific gravity of the examined liquid largely switched off on the accuracy of the measurement. To of the invention, the pressure difference is used to maintain the flow velocity

zwischen — des Druckes in der Leitung vor derbetween - the pressure in the line before the

Verengung und dem ganzen Druck in der Verengung gemessen bzw. gleich erhalten, wenn »:i das Verhältnis der Gesamtreibung in der Verengung zur Teilreibung bis zur Meßstelle in der Verengung ist.Constriction and the total pressure in the constriction measured or obtained equal if »: i the ratio of the total friction in the constriction to the partial friction up to the measuring point in the constriction is.

Es ist an sich bekannt, die Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten oder Gasen durch Gleicherhaltung der Differenz der Drucke vor und in einer Verengung der Leitung zu regeln, indem man den Druck an der einen Meßstelle auf die Oberseite und den Druck an der anderen Meßstelle auf die Unterseite eines Kolbens wirken läßt, der je nach der Größe der Druckdifferenz ein Ventil zur Gleicherhaltung der Druckströmungsmenge mehr oder weniger schließt. Die betreffenden bekannten Vorrichtungen sind jedoch für zähe Flüssigkeiten nicht verwendbar, weil bei zähen Flüssigkeiten infolge der durch die Viskosität entstehenden Reibungsdrücke wesentliche Fehlerquellen auftreten. It is known per se, the flow rate of liquids or gases by maintaining the difference in the pressures in front of and in a narrowing of the line regulate by measuring the pressure at one measuring point on the top and the pressure at the Another measuring point can act on the underside of a piston, depending on the size the pressure difference a valve to maintain the pressure flow rate more or less closes. However, the known devices in question are not for viscous liquids can be used because with viscous liquids significant sources of error occur due to the frictional pressures caused by the viscosity.

Wie nachstehend gezeigt wird, sind solche Fehlerquellen nach der vorliegenden Erfindung vermieden und die Strömungsgeschwindig-As will be shown below, such sources of error are in accordance with the present invention avoided and the flow velocity

keit unabhängig von der Zähigkeit gleichbleibend. constant regardless of toughness.

Es sei nun an Hand der Abb. ι der Zeichnung die Gleichung abgeleitet, aus der es sich ergibt, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit der Druckdifferenz zwischen einem Bruchteil des Druckes in der Leitung a vor der Verengung b und dem ganzen Druck in der Verengung b direkt proportional ist. Zur ίο Vereinfachung sei dabei vorerst angenommen,Let us now derive the equation from Fig. Ι of the drawing, from which it follows that the flow velocity of the liquid is directly related to the pressure difference between a fraction of the pressure in the line a before the constriction b and the entire pressure in the constriction b is proportional. For ίο simplification it is assumed for the time being,

■daß der bestimmte Teil — des Druckes P gerade■ that the definite part - the pressure P just

den Wert — besitze. Gemäß Abb. ι ströme nunthe value - own. According to Fig. Ι now flow

eine Flüssigkeit durch eine Leitung wechselnden Querschnitts. Die Leitung besitze dieMeßstelleni, 2 und 3. Die Querschnitte an den Meßstellen 1 und 3 seien einander gleich, also F₁ = F₃. Dann sind auch die Strömungsgeschwindigkeiten an den Meßstellen 1 und 3 einander gleich, also D₁ = V₃. Die Meßstelle 2 ist an dem verengten Leitungsteil & angeordnet. Nach der sogenannten Kontinuitätsgleichung beträgt die Geschwindigkeit an der Meßstelle 2a liquid through a conduit of varying cross-section. The line has measuring points 1, 2 and 3. The cross-sections at measuring points 1 and 3 are the same, i.e. F ₁ = F ₃ . Then the flow velocities at the measuring points 1 and 3 are also equal to one another, i.e. D ₁ = V ₃ . The measuring point 2 is arranged on the narrowed line part &. According to the so-called continuity equation, the speed at measuring point is 2

ν., — ν-.ν., - ν-.

F₁ F., * F ₁ F., *

(i)(i)

Ist die Flüssigkeit reibungslos, so gilt hinsichtlich der DruckeIf the fluid is smooth, then applies to the prints

P₃ = P₁ bzw. P₁ — P₁ = ο . (2) Nach Toricelli wird die DruckdifferenzP ₃ = P ₁ or P ₁ - P ₁ = ο. (2) According to Toricelli, the pressure difference is

^Pi —^P* = ^Z-S- (ν-ϊ—wf) = 2 ·£--——²-· v\ . (3) ^P i - ^P * = ^Z -S- (ν-ϊ— wf) = 2 · £ --—— ² - · v \. (3)

In dieser Formel bedeutet g das spezifische Gewicht der Flüssigkeit.In this formula, g means the specific weight of the liquid.

Wenn die Flüssigkeit zäh ist, so ändern sich durch den infolge der Reibung entstehenden Druckabfall die Gleichungen (2) und (3). Es wird dannIf the liquid is viscous, it changes due to the friction that arises Pressure drop equations (2) and (3). It will then

undand

P₁-P., =P ₁ -P., =

-Z-V-C₁,., (4) -ZVC ₁ ,., (4)

-O₁ ⁸) +XT-W₁-C_1-2. (5)-O ₁ ⁸ ) + XT-W ₁ -C _1-2 . (5)

In diesen Formeln bedeutet ζ die absolute Viskosität der Flüssigkeit, C₁₁₂ bzw. C₁₃ Konstanten für die Leitungsstücke ι bis 2 bzw. ι bis 3 (bei wirbelfreier Strömung), welche von der Gestalt der betreffenden Leitungsstücke abhängig sind.In these formulas, ζ denotes the absolute viscosity of the liquid, C ₁₁₂ or C ₁₃ constants for line sections ι to 2 or ι to 3 (in the case of eddy-free flow), which are dependent on the shape of the respective line sections.

Wenn für gleiche Reibung in den Leitungsstücken ι bis 2 bzw. 2 bis 3 gesorgt wird, so kann man setzen ίIf the same friction is provided in the line pieces ι to 2 or 2 to 3, so can be set ί

Berücksichtigt man diese Gleichung (6) in den Gleichungen (4) und (5) und setzt man dann die Gleichung (4) in die Gleichung (5) ein, so ergibt sichIf one takes this equation (6) into account in equations (4) and (5) and then sets the Equation (4) into equation (5) results in

Da sich der Leitungsteil c, der die Meßstelle. 3 enthält, am Leitungsende befindet, so istSince the line part c, which is the measuring point. 3 contains, is located at the end of the line, so is

■ P₁ = O. (8)■ P ₁ = O. (8)

Dieser Wert, in Gleichung (4) eingesetzt, ergibtThis value, inserted into equation (4), gives

F₁ —2-W₁-Oj,.,. (9J F ₁ -2-W ₁ -Oj,.,. (9Y

Ferner ergibt sich unter Einsetzung der Gleichung (8) in die Gleichung (7):Furthermore, by substituting equation (8) into equation (7):

η — O \ — X I O 77— " * * ' η - O \ - XI O 77— "* * '

Aus dieser Gleichung (10) ergibt sich deutlich, daß die Druckdifferenz —~ P₂ nicht mehrFrom this equation (10) it is clear that the pressure difference - ~ P _{2 is} no longer

von der Viskosität, sondern nur noch von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig ist. Es ergibt sich daher ohne weiteres, daß die Strömungsgeschwindigkeit gleich erhalten bleibt,depends on the viscosity, but only on the flow velocity. It follows without further ado that the flow velocity remains the same,

wenn die Druckdifferenz — P., gleichen Wertif the pressure difference - P., same value

behält.retains.

Es muß also, wie im folgenden beschrieben wird, zur Konstanthaltung der Strömungsgeschwindigkeit die Druckdifferenz -~ ■—■ P₂ konstant gehalten werden.As will be described below, the pressure difference - ~ ■ - ■ P ₂ must be kept constant in order to keep the flow velocity constant.

Die Messung der Druckdifferenz —_-·- P₂ Measurement of the pressure difference —_- · - P ₂

wird durch zwei an den Meßstellen 1 und 2 angeschlossene Kolben oder Membranen d und e erreicht, die einen Flächeninhalt f_t bzw. /"«. besitzen und auf einen um den Drehpunkt g schwenkbaren doppelarmigen Hebel Ii in einem bestimmten, sogleich zu erläuternden Hebelverhältnis I₁ : I₂ einwirken. Wenn man nämlich die. Größe der Membranquerschnitte f_x und f₂ sowie die wirksamen Hebelarme I₁ und I₂ in einem solchen Verhältnis zueinander wählt, daßis d by two connected at the measuring points 1 and 2, piston or membrane and reaches e, f a surface area _t or / "" own. and a about the fulcrum g pivotable double-armed lever Ii in a particular spot to be explained lever ratio I ₁ : I _2. If one chooses the size of the membrane cross-sections f _x and f ₂ as well as the effective lever arms I ₁ and I ₂ in such a ratio to one another that

fi'h=--f*'hfi'h = - f * 'h («)(«)

wird, so ist das im Sinne des Pfeiles i auf den Hebel h ausgeübte Drehmoment proportional der Druckdifferenz --— —- P₂, wie sich is, the torque exerted on the lever h in the direction of the arrow i is proportional to the pressure difference --— - P ₂ , as

ohne weiteres ergibt, wenn man in das Drehmoment readily results when you look into the torque

die Gleichung (11) einsetzt. Es ist also Ί· fi-h — P»'/2·h proport. -¹ — P₂. (13)the equation (11) is inserted. So it is Ί · fi-h - P »' / 2 · h proport. - ¹ - P ₂ . (13)

Aus der Gleichung (13) ergibt sich, daß dasFrom equation (13) it follows that the

auf den Hebel h ausgeübte Drehmoment im Sinne des Pfeiles i um so größer wird, je größerThe torque exerted on the lever h in the direction of the arrow i becomes greater the greater

die Druckdifferenz —± P₂ wird, und um-the pressure difference becomes - ± P ₂ , and by-

gekehrt. Der Ausschlag am Ende des Hebels h ist also immer der Zu- und Abnahme dieser Druckdifferenz unmittelbar proportional.swept. The deflection at the end of the lever h is therefore always directly proportional to the increase and decrease of this pressure difference.

Diese Abhängigkeit des Ausschlages am Ende des Hebels h von der genannten DruckdifferenzThis dependence of the deflection at the end of the lever h on the mentioned pressure difference

ίο wird gemäß der Erfindung zur Gleicherhaltung der Strömungsgeschwindigkeit- benutzt. Zu diesem Zwecke ist nach Abb. 2 ein in dem Leitungsteil α liegendes Abschlußorgan k durch Lenker in o. dgl. mit dem Hebel h derart verbunden, daß das Abschlußorgan den Durchflußquerschnitt bei steigender Druckdifferenz ρίο is used according to the invention to maintain the flow velocity. For this purpose, as shown in Fig. 2, a closing element k located in the line part α is connected to the lever h by means of a link in the or the like in such a way that the closing element increases the flow cross-section as the pressure difference ρ increases

-^- — P₂ verkleinert und bei fallender Druckdifferenz vergrößert. Das Abschlußorgan k wird derart gebaut, daß es überkompensiert; d. h. die Änderungen des Durchflußquerschnittes nach oben oder unten sind so groß, daß die Druckdifferenz stets auf einem Mittelwert konstant gehalten wird. Nach Gleichung (10) bedeutet aber diese Gleicherhaltung der Druckdifferenz auch die Gleicherhaltung der Strömungsgeschwindigkeit in dem Leitungsteil a. Die Viskosität wird bei der beschriebenen Einrichtung in einfacher Weise durch ein nach Viskositätseinheiten geeichtes, kurz vor der Verengung b im Leitungsteil α angeschlossenes Manometer η gemessen. Da nämlich nach Gleichung (9) P₁ = ζ -V₁- C_L3, so ist bei der oben beschriebenen Gleicherhaltung der Strömungsgeschwindigkeit V₁ - ^ - - P ₂ decreased and increased with decreasing pressure difference. The closing element k is built in such a way that it overcompensates; ie the changes in the flow cross-section upwards or downwards are so great that the pressure difference is always kept constant at a mean value. According to equation (10), however, this maintenance of the pressure difference also means the maintenance of the flow velocity in the line part a. In the device described, the viscosity is measured in a simple manner by a manometer η which is calibrated according to viscosity units and is connected shortly before the constriction b in the line part α. Since, according to equation (9), P ₁ = ζ -V ₁ - C _L3 , when the flow velocity is maintained equal as described above, V ₁

P₁ = proport. ζ. P ₁ = proport. ζ.

(14)(14)

Man hat also mit der Messung des Druckes P₁ durch das Manometer η an der Meßstelle i im Leitungsteil α ein unmittelbares Maß für die Viskosität.With the measurement of the pressure P ₁ by the manometer η at the measuring point i in the line part α, one has a direct measure of the viscosity.

Eine am Hebel h angeordnete Feder 0 dient als Ventilfeder zur Dämpfung der auftretenden Schwingungen.A spring 0 arranged on the lever h serves as a valve spring to dampen the vibrations that occur.

Während in Abb. 2 die Kolben oder Membranen d und e nebeneinander auf der unteren Seite der Leitung angeordnet sind, kann die eine dieser Meßstellen auch, wie es aus Abb. 3 ersichtlich ist, oben und die andere unten angeordnet werden. In Abb. 3 ist die Membrane ^ oben unmittelbar neben der Anschlußstelle des Manometers η angebracht, während sich die Membrane e unten befindet und mit der Verengung b verbunden ist. Bei einer derartigen Anordnung stören sich die beiden Membranen ä und e in ihrer Lage nicht, man kann sie beliebig groß machen, wie es gerade die Gleichung (11) erfordert. Der Drehpunktg desHebelsÄ liegt in diesem Falle auf der rechten Seite der ganzenWhile in Fig. 2 the pistons or diaphragms d and e are arranged side by side on the lower side of the line, one of these measuring points can also, as can be seen from Fig. 3, be arranged above and the other below. In Fig. 3, the membrane ^ is attached immediately next to the connection point of the pressure gauge η , while the membrane e is below and is connected to the constriction b . With such an arrangement, the two membranes a and e do not interfere in their position; they can be made as large as required, just as equation (11) requires. The pivot point g of the lever Ä lies in this case on the right side of the whole

Einrichtung, und die Drücke —_-'-■ und P₂ wirken nach entgegengesetzten Richtungen. Auf diese Weise ergibt sich ein gleiches Drehmoment wie in Abb. 2.Device, and the pressures -_-'- ■ and P ₂ act in opposite directions. This results in the same torque as in Fig. 2.

Die vorstehenden Formeln waren unter der Voraussetzung abgeleitet, daß in den Leitungsstücken ι bis 2 bzw. 2 bis 3 gleiche Reibung vorhanden ist. Wenn man jedoch allgemeinThe above formulas were derived on the assumption that the same friction in line sections ι to 2 and 2 to 3, respectively is available. However, if you generally

die Reibung im Leitungsstück 1 bis 2 — derthe friction in the line piece 1 to 2 - the

Gesamtreibung in dem Leitungsstück 1 bis 3 betragen läßt, so lautet Gleichung (6) allgemeinTotal friction in the line piece can be 1 to 3, so equation (6) reads in general

C₁₃ = Ii-C₁... (6a) C ₁₃ = Ii-C ₁ ... (6a)

Unter Berücksichtigung dieser allgemeinen Gleichung (6a) ergibt sich dann auf Grund von Rechnungen, die vollkommen den oben angegebenen Rechnungen entsprechen, daß —- ■ P,Taking this general equation (6a) into account, we then obtain on the basis of Calculations which completely correspond to the calculations given above, that —- ■ P,

von der Viskosität unabhängig und eine reine Geschwindigkeitsfunktion ist. Man kann also die Gleicherhaltung der Strömungsgeschwindigkeit durch Gleicherhaltung der Druckdifferenzis independent of viscosity and is a pure function of speed. So you can Maintaining the same flow velocity by maintaining the same pressure difference

P 0- P 0-

zwischen einem bestimmten Teil —— des Druk-between a certain part of the print

kes P₁ in der Leitung vor der Verengung b und dem ganzen Druck P₂ in der Verengung δ erzielen. Hierbei bedeutet η das Verhältnis der Gesamtreibung im Leitungsstück 1 bis 3 zur Teilreibung in dem Leitungsstück 1 bis 2.Achieve kes P ₁ in the line before the constriction b and the entire pressure P ₂ in the constriction δ. Here, η means the ratio of the total friction in the line section 1 to 3 to the partial friction in the line section 1 to 2.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur fortlaufenden Anzeige der Viskosität von Flüssigkeiten, z. B. von Schmierölen, durch Messung des Druckes vor einem Leitungsstück, insbesondere einer Kapillare, durch welches der Flüssigkeitsstrom mit gleichbleibender Geschwindigkeit hindurchgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Gleicherhaltung der Strömungsgeschwindigkeit die Druckdifferenz!— P₂) zwischen— des Druk-1. Method for the continuous display of the viscosity of liquids, e.g. B. of lubricating oils, by measuring the pressure upstream of a line section, in particular a capillary, through which the liquid flow is passed at constant speed, characterized in that for the purpose of maintaining the flow speed the pressure difference! - P ₂ ) between the pressure \ η ²J η\ η ² J η kes (P₁) in der Leitung vor der Verengung (δ) und dem ganzen Druck (P₂) in der Verengung gemessen bzw. gleich erhalten wird, wenn 11:1 das Verhältnis der Gesamtreibung in der Verengung (in dem Leitungsteil 1 bis 3) zur Teilreibung bis zur Meßstelle in der Verengung (in dem Leitungsteil 1 bis 2) ist.kes (P ₁ ) in the line before the constriction (δ) and the total pressure (P ₂ ) in the constriction is measured or obtained equal if 11: 1 is the ratio of the total friction in the constriction (in the line part 1 to 3 ) for partial friction up to the measuring point in the constriction (in the line part 1 to 2). 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Druckdifferenz2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that that the measurement of the pressure difference (— P₂) durch zwei an den betreffenden Leitungsstellen (a, b) angeschlossene Kolben oder Membranen (d, e) erreicht wird, die auf einen doppelarmigen Hebel (Ji) in einem solchen Hebelverhältnis (I₁ : L) einwirken,(- P ₂ ) is achieved by two pistons or membranes (d, e ) connected to the relevant line points (a, b) , which act on a double-armed lever (Ji) in such a lever ratio (I ₁ : L) , daß das auf den Hebel ausgeübte Drehmoment proportional der genannten Druckdifferenz wird.that the torque exerted on the lever is proportional to the said pressure difference will. 3, Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem doppelarmigenHebel (A) bewegtes Abschlußorgan(k) bei steigender Druckdifferenz die Durchflußöffnung verkleinert, und umgekehrt, PJ π η 3, device according to claim 2, characterized in that a closure member (k) moved by the double-armed lever (A) reduces the flow opening as the pressure difference increases, and vice versa, PJ π η und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit gleich erhalten wird.and thereby the flow velocity is kept the same. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings