DE820814C

DE820814C - Density sensor

Info

Publication number: DE820814C
Application number: DE1949820814D
Authority: DE
Inventors: Robert Amsler
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1948-05-18
Filing date: 1949-03-23
Publication date: 1951-11-12
Also published as: CH263697A

Description

Diditefühler Für die kontinuierliche Messung der Dichte von Fliissigkeiten und Mischungen, d. h. zur Messung ihrer Konsistenz, Viskosität oder ihres Mischungsgrades, sind Fühler bekanntgeworden, welche auf dem Rotationsprineip beruhen. Der Fühler besteht heispielsweise aus einem in die Flüssigkeit eintauchenden, mit konstanter Drehzahl rotierenden Fiihlkörper, dessen Reaktionsmoment ein Maß für die Flüssigkeitsreibung bildet. Dieses Reaktion moment wird bei Dichtefühlern bekannter Art entweder auf mechanischen Wege über einen Kraftverstärker direkt auf das Regelorgan übertragen, oder aber auf elektrischen Wege z. B. in Form einer Phasenlageverschiebung des antreibenden Motors gegenüber einer feststehenden Phasenlage gemessen.Didite feeler For the continuous measurement of the density of liquids and mixtures, d. H. to measure their consistency, viscosity or their degree of mixing, feelers have become known which are based on the rotation principle. The feeler consists, for example, of one immersed in the liquid with a constant Rotating speed of the filter element, the moment of reaction of which is a measure of the fluid friction forms. This reaction moment is either on density sensors of known type transfer mechanical paths directly to the control element via a force amplifier, or by electrical means z. B. in the form of a phase shift of the driving Motor measured against a fixed phase position.

Die Übertragung des Reaktionsmoments auf mechanischem Wege über Kraftverstärker bringt unvermeidliche Einflüsse der Reibung der Übertragungsorgane mit sich, was sich in einer gewissen Unempfindlichkeit auswirkt.. Die meist durch Zahnräder oder Klinkenräder erfolgende Kupplung der Fühlerausschläge mit dem Kraftverstärker ist der Abnutzung unterworfen und erfordert entsprechende Wartung und entsprechenden Unterhaut. Fühler dieser Art haben des Kraftverstärkers wegen einen relativ großen Platzbedarf und werden immobil konstruiert. The transmission of the reaction torque by mechanical means via power amplifiers brings with it inevitable influences of friction of the transmission organs, what affects itself in a certain insensitivity .. Most of the time by gears or The ratchet wheels coupling the sensor deflections with the power amplifier subject to wear and tear and requires appropriate maintenance and appropriate Subcutaneous tissue. Sensors of this type have a relatively large size because of the power amplifier Space requirements and are constructed to be immobile.

Fühler mit elektrischer Messung des Reaktuionsmoments erfordern relativ komplizierte elektrische Umw-an.dlllngs- und Übertragungsorgane zur Umsetzung der Phasenlageverschiebung in eine verhältnisgleiche Drehzahl der Verdünnungswasserpumpe, außerdem einen Spezialmotor für deren Antrieb. Sensors with electrical measurement of the reaction torque require relative Complicated electrical Umw-an.dlllngs- and transmission organs to implement the Phase shift in a proportional speed of the dilution water pump, also a special motor for their drive.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dichtefühler für die Messung der Dichte (Konsistenz, Viskosität, M ischungsgrad) von Flüssigkeiten und breiartigen Mischungen mit unter dem Einfluß eines Antriebes mit konstanter Drehzahl stehendem, in dem zu überavachenden Medium drehendem Meßflügel. Das Wesen der Erfindung ist darin zu erblicken, daß das durch die Abbremsung des Meßflügels entstehende Reaktionsmoment eine Meßfeder spannt und die Verdrehung zwischen Meßflügel und Antrieb mechanisch auf einen Geber übertragen wird. The present invention relates to a density sensor for measurement the density (consistency, viscosity, degree of mixing) of liquids and pasty Mixes with under the influence of a drive with constant Speed of stationary measuring blade rotating in the medium to be monitored. The essence of the invention can be seen in the fact that this is achieved by the braking of the measuring blade resulting reaction torque tensions a measuring spring and the rotation between the measuring blade and drive is mechanically transmitted to an encoder.

Der Geber ist vorzugsweise als elektrischer Geber ausgebildet und überträgt seinerseits den Meßwert stetig auf elektrischem Wege auf ein Empfangsgerät, welches zur Fernanzeige Registrierung oder Regelung sowie zu mehreren dieser Zwecke dient. The transmitter is preferably designed as an electrical transmitter and For its part, it continuously transmits the measured value electrically to a receiving device, which for remote display registration or regulation as well as for several of these purposes serves.

Im Falle der Regelung wirkt das Empfangsgerät seinerseits auf ein Regelorgan, z. B. ein Ventil, welches die Dichte der Flüssigkeit beispielsweise durch Wasserzuinischung verändert.In the case of regulation, the receiving device acts on its part Regulating body, e.g. B. a valve which the density of the liquid for example changed by adding water.

In der Zeichnung ist schematisch ein Ausfii'hrungsbeispiel der Erfindung dargestellt. An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing shown.

Es zeigt Fig. I das Gerät im Schnitt und Fig. 2 eine AusfüXhrungisform eines Kupplungsstückes in Draufsicht. FIG. 1 shows the device in section and FIG. 2 shows an embodiment of a coupling piece in plan view.

In der Fig. I bedeutet I eine Grundplatte, die auf Säulen 2 bzw. 3 Zwischenbühnen 4, 5 trägt, die zur Unterbringung des Meßwerkes dienen, während das Ganze durch eine Schutzhaube 6 geschlossen ist. In Fig. I, I means a base plate which is supported on pillars 2 and 3 intermediate stages 4, 5, which are used to accommodate the measuring mechanism, while the whole is closed by a protective hood 6.

Eine Meßflügelwelle 7 ist in zwei Kugellagern 8, 9 gelagert, die ihrerseits auf einer Hülse 10 gegengelagert sind. Letztere ist mittels zweier Kugellager II, I2 drehbar in der Grundplatte I und der Zwischenbühne 4 gelagert und wird über Ritzel I3, Zahnrad 14 und Ritzel 15, Zahnrad I6 durch einen Motor mit konstanter Drehzahl, z. B. einen Syn chronmotor 17, angetrieben. Eine topfförmige Erweiterung 18 des aberen Endes der Hülse IO enthält eine Meßfeder 19, deren äußeres Ende mit der topfförmigen Erweiterung I8 der Hülse IO und deren inneres Ende mit einer Nabe 20 verbunden ist.A measuring blade shaft 7 is mounted in two ball bearings 8, 9, which in turn are counter-supported on a sleeve 10. The latter is by means of two ball bearings II, I2 rotatably mounted in the base plate I and the intermediate stage 4 and is via pinion I3, gear 14 and pinion 15, gear I6 by a constant speed motor, z. B. a Syn chronmotor 17 driven. A pot-shaped extension 18 of the But the end of the sleeve IO contains a measuring spring 19, the outer end of which with the cup-shaped Extension I8 of the sleeve IO and the inner end of which is connected to a hub 20.

Letztere sitzt drehbar auf dem oberen Ende der Meßflügelwelle 7 und ist mit ihr über eine dort fest angeordnete Kugelkupplung 21 verbundene welche aus schnappt, wenn die Meßflügelwelle 7 gegenüber der Hülse lo über einen gewissen Grad hinaus verdreht wird. Diese Sicherheitsvorrichtung dient zum Schutze der Meßfeder gegen Überlastung.The latter sits rotatably on the upper end of the measuring blade shaft 7 and is connected to it via a ball coupling 21 which is fixedly arranged there snaps when the measuring blade shaft 7 relative to the sleeve lo over a certain degree is twisted out. This safety device serves to protect the range spring against overload.

Der obere Flansch der Nabe 20 ist als Kurvenscheibe 22 ausgebildet, etwa wie dies in der Fig. 2 dargestellt worden ist, auf welcher eine an! einem Winkelhebel 23 angeordnete Laufrolle 24 abrollt.The upper flange of the hub 20 is designed as a cam disk 22, roughly as shown in Fig. 2, on which one to! an angle lever 23 arranged roller 24 rolls.

Der Winkelhebel 23 ist seinerseits auf der topfförmigen Erweiterung s8 der Hülse 10 gelagert und betätigt über ein zentrisch angeordnetes Kugelgelenk 25 und eine Zugstange 26 ei'nen Zeiger 27 und damit eine Welle 28 eines elektrischen Meßgebers 29. Der Zeiger 27 bestreicht eine Skala 30.The angle lever 23 is in turn on the pot-shaped extension s8 of the sleeve 10 is supported and actuated via a centrally arranged ball joint 25 and a pull rod 26 ei'nen pointer 27 and thus a shaft 28 of an electrical Measuring transducer 29. The pointer 27 sweeps a scale 30.

Zum Schutze des unteren Kugellagers II ist eine Schutzhaube 31 vorgesehen, die an der Grundplatte 1 befestigt ist und durch welche die Meßflügelwelle mit Spiel hindurchgeführt ist. Am unteren Ende der Meßfiügelwelle sitzt der eigentliche Meßflügel, welcher beispielsweise als vierblättriger Propeller 36 ausgeführt ist, dessen Blätter so geneigt sind, daß das zu überwachende Medium von unten nach oben gefördert wird. Um den möglichen Verdrehungswinkel zwischen Meßflügelwelle und der topfförmigen Erweiterung, die, da sie zur Unterbringung der Meßfeder dient. auch als Federgehäuse bezeichnet werden kann, zu begrenzen, weist die linke Seite der Nahe 20 zwei Anschläge 32, 33 auf, zwischen denen ein Fortsatz 34 des F,edergehåuses 18 frei beweglich angeordnet ist.A protective hood 31 is provided to protect the lower ball bearing II, which is attached to the base plate 1 and through which the measuring blade shaft with play is passed through. The actual measuring wing is located at the lower end of the measuring wing, which is designed, for example, as a four-bladed propeller 36, the blades of which are inclined so that the medium to be monitored is conveyed from bottom to top. About the possible angle of rotation between the measuring blade shaft and the cup-shaped Extension, because it serves to accommodate the measuring spring. also as a spring housing The left side of the near 20 has two stops 32, 33, between which an extension 34 of the F, edergehåuses 18 can move freely is arranged.

Eine Spannfeder 35, die an einer Verlängerung des Zeigers 27 nd an der Zwischenbülhne 5 angreift, hebt die Totgänge in den Gelenken der Übertragungseinrichtung auf.A tension spring 35 attached to an extension of the pointer 27 nd the intermediate platform 5 engages, lifts the backlashes in the joints of the transmission device on.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung beruht auf der fortlaufenden Messung des zur Aufrechterhaltung einer konstanten Drehzahl notwendigen Drehmoments, welches eine Funktion der Dichte, Konsistenz, Viskosität oder des Mischungsgrades des zu überwachenden Mediums ist. Dieses Drehmoment spannt die Meßfeder 19 um einen gewissen Winkel vor, welch letzterer über die Kurvenscheibe 22 und die Übertragungsteile 24, 23, 25, 26 und 28 auf den Meßgeber 29 übertragen wird. The mode of operation of the arrangement described is based on the continuous Measurement of the torque required to maintain a constant speed, which is a function of density, consistency, viscosity or degree of mixing of the medium to be monitored. This torque tensions the measuring spring 19 by one before certain angle, which the latter via the cam 22 and the transmission parts 24, 23, 25, 26 and 28 is transmitted to the encoder 29.

Die beschriebene Einrichtung hat den Vorteil, daß infolge der getroffenen Trennung des antreibenden vom messenden Teil des Fühlers an der Meßflügelwelle lediglich die Reibung der Kugellager 8 und g sowie der ilhertragungsteile 22, 24, 23, 25, 26 und 28 winksam ist, welche durch entsprechende Ausbildung der Gelenke als Kugellager klein gehalten werden kann. Die gesamte Reibung des Getriebes und des Motors geht nicht in die Messung ein. Außerdem ist es durch eine einfache Maßnalhme möglich. auch die auf den messenden Teil wirkenden Reibungen unwirksam zu machen. Zu diesem Zwecke wird der Propeller 36 des Fühler so ausgeführt, daß dessen Blätter um einen geringen Betrag ungleich lang sind, dadurch wird das Reaktionsmoment über eine Umdrehung infolge ungleicher Strömung der Flüssigkeit etwas ungleichförmig. Dies hat zur Folge, daß die Winkelgeschwindigkeit der Meßwelle bei jeder Umdrehung um einen kleinen Betrag schwankt, was den Übertragungsorganen auf den Meßgeber eine hin und her gehende Bewegung verleiht. Dadurch wird die Haftreibung in allen Gelenken periodisch überwunden und der messende Teil ist durch diese Maßnahme praktisch reibungsfrei. The device described has the advantage that as a result of the taken Separation of the driving from the measuring part of the sensor on the measuring blade shaft only the friction of the ball bearings 8 and g as well as the transmission parts 22, 24, 23, 25, 26 and 28 is winksam, which by appropriate training of the joints as ball bearings can be kept small. All of the friction of the gearbox and the engine goes not included in the measurement. It is also possible through a simple measure. also to make the friction acting on the measuring part ineffective. To this Purpose of the propeller 36 of the sensor is carried out so that its blades around a small amount are of unequal length, thereby the reaction torque is over one revolution somewhat uneven due to the uneven flow of the liquid. As a consequence, that the angular velocity of the measuring shaft decreases by a small amount with each revolution Amount fluctuates, what the transmission organs on the measuring transducer a going back and forth Gives movement. This periodically overcomes the static friction in all joints and the measuring part is practically frictionless due to this measure.

Der Propeller fördert von unten nach oben, um sein Eintauchen zu gewährleisten. Durch die Tatsache der Förderung fließt je Zeiteinheit mehr Flüssigkeit am Fühler vorbei als ohne Förderung, so daß der Fühler einen besseren Mittelwert mißt als ein Fühler ohne Förderung. The propeller promotes from bottom to top in order to be immersed guarantee. Due to the fact of the pumping, more liquid flows per unit of time past the sensor than without conveying, so that the sensor has a better mean value measures as a feeler without support.

Die Ansprechempfindlichkeit dieses Fühlers ist dementsprechend sehr hoch, was bei seiner Verwendung als Reglerfühler die Regelvorgänge erleichtert und eine schnelle lund genaue Regelung ergibt. The sensitivity of this sensor is accordingly very high high, which when used as a controller sensor facilitates the control processes and results in a fast and precise regulation.

Für die Regelzwecke erfolgt die Einstellung auf den gewünschten Sollwert nicht am Fühler selbst, sondern an einem besonderen, im Regelgerät eingebauten Einstellgeber, welcher mit dem Meßgeber in elektrischer Wirkungsverbindung steht und gemeinsam mit diesem das Regelinstrument beeinflußt. For control purposes, the setting is made to the desired setpoint not on the sensor itself, but on a special setting transmitter built into the control unit, which one with the transducer is in electrical functional connection and together with this influences the control instrument.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Density sensor for measuring the density (consistency, Viscosity, degree of mixing) of liquids or pasty mixtures with under the influence of a constant-speed drive in which to be monitored Medium rotating measuring blade, characterized in that the braking The reaction torque generated by the measuring blade is tensioned by a measuring spring and the rotation Mechanically transmitted to an encoder between the measuring blade and the constant drive will.

2. Density sensor according to claim I, characterized in that the Measuring vane blades are arranged inclined to the measuring vane axis, in such a way that by Propeller effect the liquid is conveyed in the axial direction.

3. Density sensor according to claim and 2, characterized in that the measuring vane blades are designed unevenly, so that by vibrating Movement of the measuring parts, static friction and joint play become ineffective.

4. Dichteflihler according to claim 1, characterized in that the The measuring blade axis is connected to the closing spring via a flexible coupling, in such a way that the measuring spring is prevented from being overstressed if the reaction torque is too high will.

5. Density sensor according to claim I and 4, characterized in that the flexible coupling is designed as a friction coupling.

6. Density sensor according to claim I and 4, characterized in that the flexible coupling is designed as a ball coupling.

7. Density sensor according to claim I and 4, characterized in that the a coupling part connected to the inner end of the measuring spring and used as a cam plate is formed, the position of which is sensed by an angle lever with the outer end the measuring spring is mounted connected and on its second lever arm in the extension the measuring blade axis a transfer point is arranged, from which the rotation is transmitted to the encoder between the cam and the spring housing.

8. density sensor according to claim 1, characterized in that a Tension spring is provided such that backlashes of the measuring device are ineffective.

9. density sensor according to claim I and 7, characterized in that the reaction moment is transmitted to a display device in addition to a transmitter will.

IO. Density sensor according to Claims 1, 7 and 9, characterized in that that the transmission point of the angle lever for the rotation between the cam and the spring housing is connected via a pull rod to a lever, the axis of which adjusted the encoder and at one end of which the tension spring engages, be against the other end forms the pointer of the display device.