DE2317321B1 - Vorrichtung zur Messung rheologischer Größen fließfähiger Substanzen mit zwei verschiedenen Meßrohren - Google Patents

Description

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Maßnahmen wird erreicht, daß in beiden Meßrohren Meßsubstanz durch eine Membran von einer besonder absolut gleiche Durchfluß besteht, und daß we- deren Antriebsflüssigkeit getrennt ist; gen der Übereinstimmung der Abmessungen der Ein- F i g. 3 veranschaulicht eine Abwandlung der Austritts- und Austritts-Stellen infolge des gleichen führung gemäß dem Beispiel nach F i g. 2. Durchmessers beider Meßrohre die Eintritts- und 5 Die eigentliche Meßeinrichtung besteht bei allen Austritts-Effekte eliminiert sind. Somit erfüllt die er- drei Beispielen aus den beiden verschieden langen fmdungsgemäße Anordnung die weiter oben erwähn- Meßrohren la, Ib und dem Differenzdruck-Meßgeten Voraussetzungen zur direkten Messung der rheo- rät 12. Die Meßrohre, die durch eine Ummantelung logischen Größen Viskosität und Viskoelastizität. 15 a, 15 b thermostatierbar sein können, sind an je

Um zu vermeiden, daß die Meßsubstanzen mit io eine Meßkammer 2 druckdicht angeschlossen, die dem Druckmeß-Gerät in Berührung kommt, wird ge- über Verbindungsrohre 3 mit Pumpenzylindern 4 maß einer Ausgestaltung der Erfindung die Meßsub- verbunden sind. Die Kolben 5 der beiden Pumpen stanz von einer besonderen Antriebsflüssigkeit in an stehen über ihre Kolbenstangen 6, die an einer Trasich bekannter Weise getrennt, wobei die Antriebs- verse 7 angreifen, mit einer Gewindemutter 8 in Verflüssigkeit von den Pumpen gefördert wird und das 15 bindung. In dieser ist eine Gewindespindel 9 an-Druckmeßgerät beaufschlagt. Da die Eigensteifigkeit geordnet, die von einem Synchronmotor oder elekder Membranen sehr gering ist, ist der auf diese ironisch gesteuerten Gleichlaufmotor 10 mit kon-Weise gemessene Druck praktisch gleich dem in der stanter Drehzahl angetrieben wird. Die Pumpenzylinauf der anderen Seite der Membranen befindlichen der 4, die Verbindungsrohre 3, die Meßkammern 2 Meßsubstanz herrschenden Druck. Man hat dabei 20 und die Meßrohre la, Ib haben jeweils bei dem dem noch den zusätzlichen Vorteil, daß man die Durch- langen und dem kurzen Meßrohr zugeordneten Teil flußmenge der Meßsubstanz kennt, da das Volumen der Einrichtung gleiche Durchmesser. Die beiden des der Meßsubstanz in einem dem Rheometerrohr Rheometer unterscheiden sich lediglich durch die vorgeschalteten Meßzylinder zur Verfügung stehen- Länge der Meßrohre. Es wird also durch beide Meßden Raumes bekannt ist. Es kann besonders vorteil- 25 rohre die gleiche Menge der zu messenden Substanz haft sein, wenn die Membran in einer entsprechen- mit der gleichen, konstanten Geschwindigkeit geden Ausnehmung des Meßzylinders untergebracht preßt. Die Reibung der Meßsubstanz ist aber in den ist, der mit seinem einen Ende mit der zugehörigen beiden Meßrohren wegen deren unterschiedlicher Pumpe, und mit seinem anderen Ende mit dem Länge verschieden groß, ein Umstand, der sich in Rheometerrohr verbunden ist, wobei das Druckdiffe- 30 dem zu messenden Differenzdruck für die Differenz-Meßgerät zwischen den von der Antriebsflüssig- renz-Rohrlänge äußert. Zur Messung dieser Druckkeit beaufschlagten Enden der Meßzylinder angeord- differenz ist zwischen den Meßkammern 2 ein Diffenet ist. Die Membran kann eine fingerlingsartige Ge- renzdruck-Meßgerät 12 angebracht. Insoweit stimstalt haben und in einer entsprechenden Ausneh- men alle drei Ausführungsbeispiele überein, mung des Meßzylinders untergebracht sein, wobei 35 Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform das offene Ende der die Meßsubstanz enthaltenden wird die zu messende Substanz unmittelbar von den Membran mit dem Rheometerrohr verbunden ist, Kolben 5 der Pumpen durch die Meßrohrela, Ib während auf das geschlossene Ende die Antriebs- getrieben und beaufschlagt dabei das Druckdifferenzflüssigkeit wirkt. druck-Meßgerät 12, ein Umstand, der unter Umstän-Die Eh'minierung der Eintritts- und Austritts-Ef- 40 den zu den eingangs erwähnten Schäden führen fekte ohne besondere Maßnahmen, sofern eine sta- kann.

tionäre Strömung in der angegebenen Weise erzielt Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform verwird, geschieht auf Grund folgender Zusammen- meidet diesen Nachteil dadurch, daß eine besondere hänge: Antriebsflüssigkeit 13 verwendet wird, die von den

Sowohl im kurzen als auch im langen Meßrohr 45 Kolben 5 gefördert wird und von der Meßsubstanz setzt sich die Gesamtdruckdifferenz aus der Summe 11 durch eine Membran 14 getrennt ist. Die Memder Druckdifferenzen beim Eintritt, beim Austritt bran befindet sich, als gewellte Kreisscheibe ausge- und der Reibung zusammen. Bei der Bildung der bildet, in einer dem jeweiligen Meßrohr vorgeschalte-Differenz zwischen den beiden Gesamtdruckdifferen- ten Meßkammer 2, die dadurch in zwei Räume unzen fallen die beim Eintritt und beim Austritt entste- 50 terteilt wird. In dem Raum rechts von der Membran henden Druckdifferenzen fort, wenn die Vorausset- befindet sich die Antriebsflüssigkeit 13. Von diesem zungen gemäß dem Hauptanspruch erfüllt sind. Es Raum zweigt auch der Anschluß für das Differenzbleibt folgende Beziehung übrig: druck-Meßgerät 12 ab, so daß dieses von der An- (Ap _ges. ΐ,)-(Λρ _ges. K)=(^p Ben,. τ)-(Λρ Be«, κ) triebsflüssigkeit beaufschlagt wird, die für das Meß-

55 gerat unschädlich ist. Da die Membran 14 nur eine

Diese Differenz ist aber die gesuchte Druckdiffe- geringe Eigensteifigkeit besitzt, hat die Meßsubstanz renz für die Reibung der zu messenden Substanz in praktisch den gleichen Druck wie die Antriebsflüssigder Differenz-Rohrlänge, also das gesuchte Maß für keit.

die Viskosität bzw. Viskoelastizität der gemessenen Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem die

Substanz. 60 Membran 14' nicht eine Kreisscheibe ist, wie bei

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachföl- F i g. 2, sondern eine fingerlingsartige Gestalt auf-

gend drei Ausführungsbeispiele beschrieben, in de- weist. Sie ist mit der Meßsubstanz in eine Ausnehnen für übereinstimmende Teile die gleichen Bezugs- mung 16 der Meßkammer 2 eingelegt. Das offene

zeichen benutzt werden. Ende der Membran ist mit einem am Meßrohr ange-

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der 65 formten Stopfen 17 an der Meßkammer druckdicht

Differenzdruck direkt in der Meßsubstanz bestimmt festgeklemmt. Da die Pumpenkolben 5 die Antriebs-

wird; flüssigkeit fördern, drückt diese, wegen der Inkom-

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei dem die pressibilität von Flüssigkeiten, die Meßsubstanz

durch die Meßrohre. Die fingerlingsartige Ausbildung der Membran 14' hat den Vorteil, daß sie nach der Messung weggeworfen werden kann, wodurch sich eine Reinigung der Meßkammer erübrigt. Außerdem sind natürlich die bei der Ausführung nach Fi g. 2 angegebenen Vorteile vorhanden.

Die für das Meßprinzip vorauszusetzende Gleichheit der Mengenströme in den beiden unterschiedlich langen Meßrohren wird am besten dadurch erreicht, daß beide Pumpen von einem einzigen Motor über ein gemeinsames Zwischengetriebe 6 bis 9 angetrieben werden, und daß der Antriebsmotor ein Synchronmotor oder elektrisch gesteuerter Gleichlaufmotor ist. Die beschriebene Meßvorrichtung eignet sich zur Messung von Viskosität und Viskoelastizität fließfähiger Substanzen aller Art. Insbesondere ist an den industriellen Einsatz für Polymerlösungen, Suspensionen und Pasten gedacht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Aus der DT-AS 1237 809, insbesondere Fig. 1, Fatentansprucne: ist dne Anordnung zur kontinuierlichen Messung der

1. Vorrichtung zur Messung von Theologischen Theologischen Größe Konsistenz einer nicht New-Größen fließfähiger Substanzen mit zwei ver- ton-schen Flüssigkeit bekannt, bei der zwei unterschiedenen Meßrohren, denen jeweils eine For- 5 schiedlich lange Meßrohre vorgesehen sind, deren jederpumpe von übereinstimmender Förderleistung des von einer Pumpe mit übereinstimmender Förderzugeordnet ist, und mit einem Difierenzdruck- leistung beschickt wird. Dabei ist unmittelbar vor Meßgerät zur Messung der Druckdifferenz vor den Meßrohren zwischen diese ein Differenzdruckden beiden Meßrohren angibt, dadurch ge- Meßgerät geschaltet, das die durch die unterschiedkennzeichnet, daß zur speziellen Messung io liehe Länge der Meßrohre bedingte Druckdifferenz von Viskosität bzw. Viskoelastizität die beiden zwischen ihnen angibt. Die beiden Meßrohre dieser Meßrohre (la, Ib) gleichen Innendurchmesser Einrichtung haben aber nicht nur ungleiche Länge jedoch verschiedene Länge haben, die Pum- sondern auch verschiedenen Innendurchmesser, insopen (4, 5) aus je einem Zylinder (4) und einem fern als das kurze Rohr den kleineren und das lange Kolben (5) bestehen und die Kolben (5) der bei- 15 Rohr den größeren Innendurchmesser aufweist, den Pumpen (4, 5) mit gleicher und konstanter Diese Besonderheit ist notwendig, um die dieser beGeschwindigkeit durch einen gemeinsamen Mo- kannten Einrichtung zugrunde liegende Aufgabe, tor (10) bekannter Drehzahl angetrieben werden. nämlich die kontinuierliche Messung der Konsistenz

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- einer Flüssigkeit bei verschiedenen Beanspruchunkennzeichnet, daß die Meßsubstanz (11) in an 20 gen, lösen zu können. Die Messung der Viskosität sich bekannter Weise durch eine Membran (14, bzw. Viskoelastizität einer fließfähigen Substanz ist 14') von einer besonderen Antriebsflüssigkeit bei dieser Einrichtung aus folgenden Gründen nicht (13) getrennt ist, welche von den Pumpen (4, 5) möglich. Einmal haben die beiden ungleich langen gefördert wird und welche das Differenzdruck- Meßrohre infolge ihres unterschiedlichen Durchmes-Meßgerät (12) beaufschlagt. 25 sers keinen gleichen Durchfluß, das ist Durchfluß-

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- menge in der Zeiteinheit. Zum anderen haben beide kennzeichnet, daß die Membran (14,14') in einer Rohre sowohl unterschiedliche Eintritts- als auch Meßkammer (2) angeordnet ist, deren eines Ende Austrittseffekte, was durch den verschiedenen mit der zugehörigen Pumpe (4, 5) und deren an- Durchmesser bedingt ist. Diese Umstände sind bei deres Ende mit dem entsprechenden Meß- 30 der der bekannten Einrichtung zugrunde liegenden rohr (1 a, 1 b) verbunden ist, wobei das Diffe- Aufgabe nicht zu vermeiden, da, wie sich aus der Firenzdruck-Meßgerät zwischen den von der An- gurenbeschreibung zum Beispiel nach F i g. 1 ergibt, triebsflüssigkeit beaufschlagten Enden der Meß- dei Strömungswiderstand in dem kürzeren Rohr pro kammern (2) angeordnet ist. Längeneinheit größer sein muß als in dem langen

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- 35 Rohr. In jedem der beiden Rohre setzt sich der Gekennzeichnet, daß die Membran (14') eine finger- samtdruckverlust aus Reibungs-, Eintritts- und Auslingsartige Gestalt hat, in einer entsprechenden tritts-Effekten zusammen. Von diesen ist nur der Ausnehmung (16) der Meßkammer (2) liegt, am Reibungseffekt ein Maß für die Viskosität bzw. Visgeschlossenen Ende von der Antriebsflüssigkeit koelastizität. Will man daher diese Werte bestimmen, (13) beaufschlagt wird und eine vorgegebene 40 so müssen die beiden anderen Effekte eliminiert wer-Menge Meßsubstanz enthält. den, was aber bei der bekannten Einrichtung nicht

möglich ist, weil eben die beiden Meßrohre verschie-

denen Durchmesser haben. Es ist also festzuhalten,

daß bei der bekannten Einrichtung lediglich die

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß 45 Konsistenz einer Flüssigkeit in ihrer Abhängigkeit

dem Oberbegriff des Anspruchs 1. von der Scherbeanspruchung bestimmt werden soll,

Es ist bereits bekannt, zur Eliminierung von stets wozu die Ausmerzung der Eintritts- und Austrittsvorhandenen Eintritts- und Austritts-Effekten und Effekte nicht notwendig ist, wohingegen für die Mesdamit zur speziellen Ermittlung von Viskosität bzw. sung der Viskosität bzw. der Viskoelastizität diese Viskoelastizität ohne Verfälschung durch diese Ef- 50 Effekte unbedingt eliminiert werden müssen, da nur fekte das Meßrohr an zwei Stellen zur Druckmessung die Reibungseffekte ein Maß für diese Größen sind, anzubohren, wodurch jedoch die laminare Strömung während die Ein- und Austritts-Effekte die Messung an diesen Stellen gestört wird. verfälschen würden. Ebenso ist es für die Messung

Ferner ist es bekannt, den Zusammenhang zwi- der Viskosität bzw. Viskoelastizität unabdinglich nö-

schen Durchflußmenge und zugehörigem Druckver- 55 tig, daß in beiden Meßrohren der gleiche Durchfluß

lust für mehrere Meßpunkte bei zwei verschieden besteht.

langen Meßrohren zu ermitteln und anschließend in Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einem grafischen Verfahren auszuwerten; bei dieser Meßvorrichtung für die Theologischen Größen Visko-Methode ist wesentlich, daß die beiden Messungen sität bzw. Viskoelastizität fließfähiger Substanzen zu nacheinander erfolgen, wodurch nicht die Einhaltung 60 schaffen, bei der das Meßergebnis direkt, ohne die absolut gleicher Bedingungen bei den beiden jeweils Notwendigkeit einer grafischen Auswertung von Einzusammengehörenden Messungen gewährleistet ist. zelmessungen und ohne dadurch bedingte Fehler bei

Diese umständlichen und ungenauen Verfahren der Auswertung erhalten wird und dabei zugleich die

sind deshalb notwendig, weil es erforderlich ist, aus Eintritts- und Austritts-Effekte eliminiert werden,

dem Gesamtdruckverlust denjenigen Anteil zu erfas- 65 Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Meßvor-

sen, der ausschließlich auf der Flüssigkeitsreibung richtung der eingangs angegebenen Art gemäß der

beruht und damit ein Maß für die Viskosität bzw. Erfindung die im Kennzeichen des Anspruchs 1 be-

Viskoelastizität ist. schriebenen Merkmale vorgesehen. Durch diese