专利名称：用于确定液体粘度的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定液体粘度的方法以及一种用于实施该方法的装置。
背景技术：
在流体技术中人们将下述现象称为卡门涡街(KSra^nsche Wirbelstraik)，即将一种物体设置在流体中，沿着流动方向在该物体之后形成逆向的涡流。如果这种物体被以较慢的速度绕流(anstr6men)，则流体在雷诺数较小的情况下层流。随着速度的增加(较高的雷诺数)，首先形成静止的涡流，该涡流在流速继续增加时分离，并在物体之后形成所谓的涡街。涡流的分离频率可以通过取决于物体形状的斯特劳哈尔数(Strouhalzahl)来确定。由于分离频率与流速的线性关系，该物理效应用于非磨蚀的低粘度的介质的流量测量。这种测量装置已知为涡流流量计。
这种涡流流量计例如在EP 1 434 034 Al中有所记载。这种涡流流量计特别是使用在环流管路系统中，它可以安装在管路本身中，或者也可以安装在产生循环的泵中。这种测量装置通常由伸入到流体中的物体(即所谓的障碍物)和以合适的距离设置在该物体之后的传感器(通常是压力传感器、特别是压差传感器)构成。这些部件在当今可以成本低廉地制造，且可高精度地确定流速。
就这种管路环流而言，如其例如用在供热装置、太阳能设备、车辆的冷却水环流等之中，通常测量流速是不够的。在现代系统中，所有对于运行而言所必不可少的系统参数都尽可能持续且可靠地被检测。
发明内容
因此，本发明的目的在于，特别是利用尽可能少改动的涡流流量测量装置来检测其它对于设备运行至关重要的参数。根据本发明，所述目的通过在权利要求1中所述的特征得以实现。实现所述目的的关于装置的解决方案通过在权利要求9中所述的特征得以实现。本发明的有益的改型在从属权利要求、随后的说明和附图中阐述。
本发明的方法用于确定液体的粘度。就本发明的方法而言，在引导液体的管道中设置伸到该管道中并在绕流时产生涡流的物体，其中采用测量技术检测至少一个沿着流动方向在物体之后形成的涡流，并确定管道中首次出现
涡流或者恰好还会出现涡流时的流速，然后所确定的流速用于测定(Mal3)穿流液体的粘度。
用于实施本发明的方法的装置结构设置有用于插入到管路中的测量装置，该测量装置具有物体和与该物体相间隔设置的压力传感器或优选压差传感器、以及用于改变管路中的流速的装置、和电子控制和分析装置，利用该控制和分析装置一方面可以控制管路中的流速，另一方面可以分析用于确定管路中的液体粘度的压力传感器信号特别是压差传感器信号。
因此本发明的基本构思是，以极少的改动赋予涡流测量装置另一种用途，即粘度测量。已令人意想不到地表明，在一定的范围内，在物体之后恰好形成涡流或者在速度下降时恰好还会出现这种涡流时的流速之间的明确关系是用于测定穿流液体粘度，从而在同时检测速度的情况下可以直接得到关于液体的粘度的结论。
本发明的方法可以有益地利用一种涡流流量测量装置来实施，但并不局限于此，而是必要时也可以利用来自其它源(Quelle)的管路中的流速信号。特别有益的是，本发明的方法与涡流测量装置相关联，由此对于该涡流测量装置而言，可以利用一个测量装置同时检测穿流介质的流速和粘度。因此有益地，通过产生具有上升或者下降速度的流动，来确定首次出现涡流或恰好还会出现涡流时的流速。利用上升的或下降的流速来确定首次出现涡流(上升的流速)或恰好还会出现涡流(下降的流速)时的位置。
最好利用如下的测量装置来确定首次出现涡流或恰好还会出现涡流时的流速，即该测量装置检测在管道中沿着流出方向在物体之后形成的涡流的频率并由此确定有关流速。这种频率检测可以通过设置在那里的压力传感器来进行，但最好通过设置在涡流区域中的压差传感器来进行频率检测，该压差传感器例如通常安装在管路或泵中。这种压差传感器在当今成本低廉且稳定性高。
除了对频率进行检测之外，有益地还对穿流液体的温度进行检测，以在 确定粘度时进行考虑。尽管视应用而定借助首次形成涡流或恰好还会出现涡 流时的流速来确定粘度就足够了，但特别是在穿流液体具有变化的温度或者 具有高精度需求时，考虑穿流介质的温度是有益的。
如果液体例如由水和乙二醇构成，则对于载热液体而言例如通常是此种 情况，如在机动车、太阳能集热器等中，则根据本发明的一种有益的改进， 可以借助液体的粘度，必要时考虑其温度，来确定水的乙二醇含量和/或液体 的凝固点。因此还可以利用通常的涡流流量计采用简单的方式快速且无需在 系统中产生干扰地来确定防冻保护是否足够。乙二醇在此仅仅示例性地说明 多种可与水或其它液体混合的物质。
如果管道由一种被离心泵加载的管路构成(对于热交换设备而言通常就 是此种情况)，则该离心泵可以有益地为了确定粘度而以上升的或下降的转 速来进行控制，这特别是对于现代的转速可变的离心泵而言无需大的技术成 本即可实现。
如果无论某种原因对泵的这种控制总是无法实现，则根据本发明的方法 的一种替代的设计，可以设置用于限制或打开管路横截面的装置，以便由此 确定首次出现涡流或恰好还会出现涡流时的流速，从而检测粘度。管道于是 可以由被任一压力源加载的管路构成，该压力源可能是蓄压器或者也可以是 离心泵，其中该离心泵的转速不可控制或者其控制并不适合于前述方法。
本发明的方法通过如下相应的装置来实施，该装置的大部分部件已存在 于已知的设备中。因此，用于插入到管路中的测量装置通常已经集成在泵侧， 或者以通过相应地插入到管路中的测量模块的方式而存在，用以确定流速， 其中该测量装置具有物体和与该物体相间隔设置的压差传感器。这种具有障 碍物和与该障碍物相间隔地沿着流出方向设置的压力计或压差计的涡流测 量装置属于现有技术。为了改变管路中的流速，这通常可以利用可相应控制 的阀装置或可控制转速的泵来实现，通常需要一种电子控制装置，该电子控 制装置例如可以由微处理器构成，使得该微处理器根据软件执行这种控制功 能。另外还需要一种电子分析装置，该电子分析装置用于分析压力信号或压 差信号以确定流速，并由此确定管路中的液体粘度，这也可以采用简单的方
6式在微处理器中根据软件执行。本发明的装置因此通常可以利用本来就存在 的或可以低廉的成本提供的部件来构造。
此外，该测量装置有益地还具有温度传感器，以便提高粘度确定的精度。 这种温度传感器通常安装在现代的压差传感器中，至少对于涡流测量装置而 言该温度传感器实际上属于现有技术。
如果为了改变流速而有益地使用可控制转速的离心泵，则特别有益的 是，该测量装置构成离心泵的一部分。于是进一步特别有益的是，电子控制 和分析装置的至少一部分或者最好整个电子控制和分析装置都设置在离心 泵马达的接线盒或电气箱中，因为这样整个装置都可以集成在泵机组中，从 而本发明的装置实际上无需附加的安装措施而通过安装相应的泵机组即可 集成到已有的设备中。
如果为了控制流速而使用可控制的节流阀，则测量装置最好设置在阀装 置内，控制和分析装置也是一样，从而对于该结构改型而言也可以产生紧凑 的无需附加的技术措施即可操纵的结构单元。
下面借助附图中所示的实施例详细说明本发明。图中示出 图1为沿着马达的端侧观察的具有集成的用于粘度检测的装置的离心泵 机组的非常简化的视图2为根据图1的离心泵机组的侧视图3为带有涡流测量装置的管路区段的放大的示意性剖视图；和 图4为曲线图，其示出在三种不同温度下恰好还会形成涡流时的流速与 水中的乙二醇含量的关系。
具体实施例方式
图1和图2中所示的离心泵机组具有直列式离心泵1，该离心泵的泵壳 体2具有通向泵的抽吸口的抽吸侧接头3以及与其同轴设置的压力侧接头4。 离心泵l由电马达5驱动，该马达5的转速可以通过设置在马达壳体一侧的 电气接线盒6控制，在该电气接线盒中设有变频器。相应的控制装置7以数 字的电子控制装置的形式设置在接线盒6中。在与抽吸接管3连接的位于泵侧的抽吸管路8中设有涡流测量装置，该涡流测量装置的详细结构借助图3示出。
具有垂直于流动方向lO设置的物体ll的套筒9插入到抽吸管路8中，
物体ll对于穿流来说构成障碍。物体ll如下设置和设计绕流时沿着流动
方向IO在物体之后形成逆向涡流，亦即所谓的卡门涡街。为了检测该涡流， 沿着流动方向10在物体11之后相间隔地设有传感器体12，传感器体12通 过O形环13被密封在抽吸管路8的内凹中，并且传感器体12通过在套筒9 中的通孔形状匹配地保持在套筒9中，该通孔同心地设置在O形环13之后。 传感器体12被构造成可以单一方式(einhdtlich)操纵的部件，且包括在 其环流区域中的压差传感器14，利用该压差传感器可检测在物体11之后形 成的涡流的频率；以及用于检测穿流液体的温度的温度传感器15。设置在传 感器体12中的传感器14和15通过数据线16与马达的电气接线盒6中的电 子分析装置17连接。
可替代地，借助图3所示的在抽吸管路8中的测量装置也可以设置在任 一管路区段中，同样，电子分析装置17以及电子控制装置7的部件也可这 样，而不必构成泵机组的一部分。
前述装置以如下方式运行在流速足够的情况下，通过抽吸管路8流入 离心泵1的液体在物体11上激起涡流，通过在物体11后相间隔设置的压差 传感器14检测该涡流，其检测结果在考虑了温度传感器15所确定的温度的 情况下被输送给电子分析装置17，电子分析装置17借助这些数据确定流速， 就这种涡流测量装置而言，此点已属于现有技术。
借助控制装置7，必要时自动地以一定间隔或者在获得相应控制指令的 情况下以从零或较低的速度起上升的转速来控制离心泵1的电马达5。在此， 在电子分析装置17中除了温度传感器15测得的温度之外还要特别地监视压 差传感器14的信号。 一旦该传感器产生频率信号，就会在电子分析装置17 中检测到该频率信号。在物体11之后首次形成可被传感器14检测的涡流时 产生所确定的最低的频率信号。因为该涡流首次形成时的速度取决于液体的 粘度并且另外还取决于液体的温度，所以可以在电子分析装置17中通过与 事先存储的值进行比较来确定所输送的液体的粘度。
借助图4示出了，沿着流动方向10在物体11之后的首次涡流形成是如何与液体的温度以及粘度相关联地产生的。但根据图4的视图就此点而言更 进了一步，因为它并未直接说明粘度，而是说明了基于水的液体的乙二醇的 百分比含量。因此在存储由根据图4的曲线图已知的与温度相关的初始值的 情况下，利用电子分析装置17通过前述测量可以直接确定水的乙二醇含量， 并由此例如确定凝固点。
这种已知的传感器体12因此通过电子控制装置7和电子分析装置17被 赋予另一种功能，即根据要使用前述参数中的哪一个，来确定所输送的介质 的粘度、或者介质的乙二醇含量、或者穿流介质的凝固点。不考虑这些，通 过传感器体12还可以检测介质的速度和温度。
替代地或附加地，通过电子控制装置7，不仅可以控制具有从零起上升 的转速的马达5，而且可以控制具有除了零之外的或者下降的转速的马达5， 其中前述涡流形成恰好不再进行，以便确定相对于粘度确定而言所必需的最 小流速，在该流速下，在物体11之后恰好还会出现涡流。附图标记列表
1一 离心泵
2一泵壳体
3一抽吸侧接头
4一压力侧接头
5一 电马达
6一电气接线盒
7一电子控制装置
8一抽吸管路
9一套筒
10一 流动方向
11一 物体
12一传感器体
13一 O形环
14一压差传感器
15一温度传感器
16一数据线
17一电子分析装置
10
权利要求
1. 一种用于确定液体粘度的方法，其中在引导液体的管道中设置伸到该管道中并在绕流时产生涡流的物体，其中采用测量技术检测至少一个沿着流动方向在该物体之后形成的涡流，由此确定所述管道中首次出现涡流或者恰好还会出现涡流时的流速，其中该流速用于测定穿流液体的粘度。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生具有上升或下降的速度 的流动，以便确定首次出现涡流或恰好还会出现涡流时的流速。
3. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，检测液体穿流管 道时沿着流出方向在所述物体之后形成的涡流的频率，所述频率用于测定所 述流速。
4. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，利用设置在涡流 区域中的压差传感器检测该频率。
5. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还要检测穿流液 体的温度，并在确定所述粘度时考虑该温度。
6. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述液体由水和 另一种物质、优选为乙二醇组成，借助所述液体的粘度，必要时考虑所述液 体的温度，来确定水的物质含量或乙二醇含量和/或所述液体的凝固点。
7. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述管道由被离 心泵加载的管路构成，且为了确定粘度而以上升或下降的转速来控制所述离 心泵。
8. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述管道由被压 力源加载的管路构成，且为了确定粘度而设有用于限制或打开管路横截面的 装置。
9. 一种用于实施如前述权利要求中任一项所述的方法的装置，该装置具有设置成插入到管路(8)中的测量装置，所述测量装置具有物体(11)和与该物体相间隔设置的压力传感器或压差传感器(14);用于改变所述管 路(8)中的流速的装置(7);以及电子控制和分析装置(7、 17)，所述 电子控制和分析装置(7、 17)用于控制所述管路(8)中的流速，且用于分 析压力传感器信号或压差传感器信号，以确定所述管路(8)中的液体粘度。
10. 如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述测量装置还包括温度传感器(15)。
11. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述用于改变所述管路(8)中的流速的装置由能控制转速的离心泵(1)构成。
12. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，内部具有测量 装置(11、 16)的所述管路(8)构成所述离心泵(1)的一部分。
13. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制和分 析装置(7、 17)的至少一部分设置在所述离心泵(1)的马达(5)的接线 盒(6)或电气箱(6)中。
14. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述用于改变 所述管路中的流速的装置由能控制的节流阀构成。
全文摘要
本发明涉及用于确定液体粘度的方法。在引导液体的管道中设置物体(11)，沿着流动方向(10)在所述物体之后形成将采用测量技术来检测的涡流。确定在管道中的首次出现涡流或恰好还会出现涡流时的流速，且该速度用于测定穿流的液体的粘度。
文档编号G01N11/06GK101464242SQ20081018535
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月22日 优先权日2007年12月21日
发明者迈克尔·韦迪尔克 申请人:格伦德福斯管理联合股份公司