DE2409874C3

DE2409874C3 - Viskosimeter

Info

Publication number: DE2409874C3
Application number: DE19742409874
Authority: DE
Inventors: Dirk Adrianus Rijswijk; Sluis Jan van der; Stolk Izak Johannes; Zuidweg Marius Hendrik Johan; Delft; Detmar (Niederlande)
Original assignee: Gist Brocades NV
Current assignee: Gist Brocades NV
Priority date: 1973-03-02
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1976-08-05

Description

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Die Erfindung betrifft ein Viskosimeter, bestehend aus einem Strömungskanal mit kalibriertem engem Querschnitt, vor und hinter welchem eine Einrichtung zum Feststellen und Aufzeichnen der Druckdifferenz angeschlossen ist.

Die Beziehung zwischen der Viskosität und dem Druckgradienten längs eines Kapillarrohres ergibt sich aus der Hagen-Poiseuille-Gleichung für eine durch die Kapillare strömende Flüssigkeit:

η -

HV

In dieser Gleichung ist π die Viskosität der Flüssigkeit, R der Radius der Kapillare, V das Volumen der durch die Kapillare in der Zeit t strömenden Flüssigkeit, P\ - ft die Druckdifferenz zwischen den beiden Enden der Kapillare und L die Länge der Kapillare. Wenn in der Kapillare eine laminare Strömung aufrechterhalten wird, ist bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit die Viskosität proportional zur Druckdifferenz. Änderungen der Viskosität werden als Druckdifferenzänderun gen erkennbar.

Zur Erfassung des Druckgradienten im Kapillarroh ist es bekannt, auf das KapUlarrohr Dehnungsmeßstrei fen aufzubringen, deren elektronisch ermittelte Deh nungen infolge von Druckdifferenzen im Kapillarroh! zur Ermittlung der Viskosität des strömenden Medium! verwendet werden (Kolloid-Zeitschrift, Bd. 131, Ma 1953, Heft 2, S. 61 bis 66).

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Deforma tion des Rohres sehr klein ist und dementsprechenc auch die Dehnungen äußerst gering sind. Das bedeutet daß sich trotz der elektrischen Meßverfahren eine bestimmte Meßgenauigkeit nicht unterschreiten läßt Außerdem spricht ein derartig gebautes Viskosimetei nur sehr träge auf Viskositätsänderungen an.

Ein anderes bekanntes Viskosimeter besteht aus einei zu einem U-Rohr gebogenen Kapillare, das kontinuierlich von einer Flüssigkeit durchströmt wird, deren Viskosität zu überwachen ist An den beiden Enden der Kapillare sind die Leitungen einer Einrichtung zum Feststellen des Differenzdruckes angeschlossen. Diese Einrichtung ist mit einer Aufzeichnungs- und Anzeigeeinrichtung für die Druckdifferenz, welche gleichzeitig ein Maß für die Viskosität ist, verbunden (US-PS 27 91 902).

Dieses bekannte Viskosimeter hat den Nachteil, daß für die Bestimmung des Differenzdrucks als Druck übertragendes Medium die Flüssigkeit verwendet wird deren Viskosität zu messen ist Wenn nun sehr schnell hintereinander Viskositätsänderungen auftreten, ist die Viskosität der in den Verbindungsleitungen befindlichen Flüssigkeit anders als die der durch die Kapillare strömenden. Da an der Anschlußstelle der Verbindungsleitung eine Mischung der Flüssigkeiten stattfindet, wird das Meßergebnis verfälscht

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, das Viskosimeter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß schnelle Änderungen der Viskosität der zu untersuchenden Flüssigkeit mit hoher Genauigkeit erfaßt werden können.

Diese Aufgabe wird bei dem Viskosimeter der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß an die beiden Enden des Strömungskanals Röhren aus einem dünnwandigen dehnbaren Material angeschlossen sind, von denen jede innerhalb einer mit einem Druck übertragenden Medium gefüllten Kammer angeordnet ist die ihrerseits mit der Einrichtung zum Feststellen und Aufzeichnen der Druckdifferenz verbunden sind.

Die Röhren aus dünnwandigem dehnbarem Material bestehen zweckmäßigerweise aus Kautschuk oder Polyvinylalkohol.

Der Anschluß des als Strömungskanal verwendeten Kapillarrohres an die Röhren kann trichterförmig ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsfornn ist ein Reinigen des Viskosimeters mit mechanischen Mitteln dann besonders einfach, wenn die Röhren und die sie umgebenden Kammern koaxial zu dem Kapillarrohr ausgerichtet sind. Die Verbindung der Einrichtung zum Feststellen und Aufzeichnen der Druckdifferenz mit den Kammern besteht zweckmäßigerweise aus mit Druck übertragendem Medium gefüllten Leitungen, die in durch eine Membran getrennte Kammern der Einrichtung münden. Dabei können die mit dem Druck übertragenden Medium gefüllten Leitungen über ein Dreiwegeventil miteinander an eine Zuführungsleitung für das Medium angeschlossen werden, wobei jede Kammer einen Entlüftungsverschluß aufweist. Dadurch

kann bei entsprechender Stellung des Dreiwegeventils die Meßanordnung gänzlich mit dem Druck übertragenden Medium gefüllt werden. Durch eii,e Drehung des Dreiwegeventils um 45° wird die Zuführungsleitung abgetrennt Gleichzeitig werden dadurch die mit Druck übertragenden Medium gefüllten Leitungen voneinander getrennt

Das erfindungsgemäße Viskosimeter hat den Vorteil, daß die Flüsigkeit, deren Viskosität zu untersuchen ist, nicht zurückgehalten werden kann, so daß schnelle ι ο Viskositätsänderungen ohne Fehler auf Grund. der ermittelten Druckdifferenz festgestellt werden können, da der momentan viskosimetrisch zu prüfenden Flüssigkeit keine Flüssigkeit mit einer anderen Viskosität zugemischt werden kann, welche aus vorhergehen- is Jen Messungen in toten Räumen zurückgeblieben ist

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert

Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt eine Ausführungsform eines Viskosimeter;

Fig.2 zeigt in einer Einzelheit eine der Kammern einer weiteren Ausführungsform eines Viskosimeter;

Fig.3 zeigt schematisch eine Anwendung des Viskosimeter in einer Versuchsanordnung;

Fig.4 zeigt in einem Diagramm die bei der Anordnung von F i g. 3 durchgeführten Viskositätsmessungen abhängig von der Zeit.

Das in F i g. 1 gezeigte Viskosimeter wird in Richtung der Pfeile 1 durchströmt. Das Viskosimeter hat ein Kapillarrohr 2, das innerhalb eines Mantels 26 mit einem Zulauf und einem Ablauf für eine Thermostatflüssigkeit angeordnet ist. In der Einlaufzone 3 und in der Abströmzone 4 des Kapillarrohres 2 ist jeweils eine flexible dünnwandige Röhre 5 bzw. 6 aus Kautschuk angeordnet, von denen jede trichterförmig in das Kapillarrohr 2 mündet und am gegenüberliegenden Ende mit einem Zuführungsrohr 7 bzw. einem Abführungsrohr 8 verbunden ist. Die dünnwandige flexible Röhre 5 ist in einer Kammer 9, die Röhre 6 in einer Kammer 10 angeordnet Die Kammer 9 ist in einem Gehäuseabschnitt 11, die Kammer 10 in einem Gehäuseabschnitt 12 ausgebildet Das Zuführungsrohr 7 bzw. das Abführungsrohr 8 ist durch den Gehäuseabschnitt 11 bzw. durch den Gehäuseabschnitt 12 hindurchgeführt, wobei eine Abdichtung jeweils mittels eines O-Ringes 13 aus Kautschuk erfolgt. Die Kammer 9 und die Kammer 10 ist jeweils durch eine öffnung zugänglich, die durch eine Schraube 14 bzw. 15 abdichtend verschließbar ist. Die Kammer 9 ist über die Verbindungsleitungen 16, 18 und 23, die Kammer 10 über die Verbindungsleitungen 17,19 und 24 an einem mit einem Aufzeichnungsgerät verbundenen Druckmesser 25 angeschlossen, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei durch eine Membran aus rostfreiem Stahl getrennte Kammern besteht, an die der jeweilige Zug der Verbindungsleitungen angeschlossen ist Die Membran ist in einem Magnetfeld angeordnet, das von zwei Spulen erzeugt wird, die mit einer Brückenschaltung verbunden sind. Bei Auswölbung der Membran ergibt die dadurch bedingte Änderung der βο Selbstinduktion der Spulen ein Ungleichgewicht der Brückenschaltung. Das dadurch erzeugte Ausgangssignal wird als Maß der Druckänderung bzw. der Viskosität kontinuierlich an der Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet. ⁽'-^s

Zwischen die beiden Züge der Verbindungsleitungen ist, wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, ein Dreiwegeventil Beschältet. Dieses Dreiwegeventil 21 ermöglicht eine Verbindung mit einer Zuführungsleitung 22 für das Druck übertragende Medium in der einen Stellung. In der hi F i g. 1 gezeigten Stellung ist diese Verbindung unterbrochen, so daß die beiden Züge 17,19 und 24 bzw. 16, 18 und 23 der Verbindungsleitungen voneinander getrennt und an die Kammern der Einrichtung 25 zum Feststellen der Druckdifferenz angeschlossen sind

Die Röhren 5 und 6 sind dann besonders flexibel und dünnwandig und ermöglichen eine eindeutige Feststellung von Druckänderungen, wenn sie durch dreimaliges Eintauchen eines Stabes in einen Kautschuklatex, an das sich jeweils eine Lufttrocknung anschließt, hergestellt werden, wobei der äußere Querschnitt des Stabes gleich dem des Kapillarrohres ist

Bei der Durchführung von Messungen wird das Viskosimeter von unten nach oben in Richtung der Pfeile 1 durchströmt, so daß sich keine Lufteinschlüsse bilden können. Für das Füllen der Kammern 9 und 10 mit Druck übertragendem Medium wird das Dreiwegeventil 21 so gedreht, daß die Zuführungsleitung 22 die Verbindungsleitungen miteinander und mit der Zuführungsleitung verbindet Die Schrauben 14 und 15 werden aus den Gehäuseabschnitten 11 und 12 entfernt so daß durch die nun freiliegenden öffnungen die beim Einfüllen des Mediums verdrängte Luft entweichen kann. Wenn aus diesen öffnungen Flüssigkeit austritt ist das Viskosimeter mit dem Druck übertragenden Medium gefüllt, die Schrauben 14 and 15 werden wieder abdichtend eingesetzt und das Dreiwegeventil 21 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung durch Drehen um 45°, ausgehend von der Füllstellung, gebracht

Beim Füllen des Viskosimeter mit dem Druck übertragenden Medium, beispielsweise destilliertes Wasser, wird das Viskosimeter horizontal gehalten.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform ist nur der untere Teil eines Kapillarrohres 32 gezeigt an welches sich eine Röhre 35 aus dünnwandigem, Druck übertragendem Material anschließt die ihrerseits mit dem Zuführungsrohr 37 verbunden ist Die Röhre 35 umschließt innen einen Raum 33 und ist außen von der Kammer 39 umgeben. Das Kapillarrohr 32 ist zwischen Haltern 41 des Gehäuses durch einen O-Ring 36, das Zuführungsrohr 37 zwischen entsprechenden Haltern 41 des Gehäuses ebenfalls durch einen O-Ring 38 abdichtend gehalten. Das Kapillarrohr 32 ragt in die Röhre 35, die durch einen O-Ring 31 gegen den Außenumfang des Kapillarrohres 32 gedrückt wird. In gleicher Weise ist das Zuführungsrohr 37 in die Röhre 35 gesteckt und wird darin durch einen O-Ring angedrückt gehalten. Der Einlauf des Kapillarrohres hat die Form eines Trichters 40. Diese Ausführungsform ermöglicht ein schnelles Zerlegen, Reinigen und Wiedermontieren der Anordnung.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Anordnung wird einem Viskosimeter 59 eine Flüssigkeit zugeführt, die sehr schnellen Viskositätsänderungen unterliegt Eine Stärkelösung, die in einem Thermostat auf eine Temperatur von 4O⁰C gebracht wird, wird mittels einer Schlauchpumpe 51 in einer Leitung gefördert Bei 52 wird in diese Leitung Luft eingepumpt Der Stelle 52 nachgeordnet, wird an der Stelle 54 von einer Einrichtung 53 aus alternativ eine Amylaselösung und Wasser zugeführt. Dieses Gemisch wird durch einen Thermostaten 55 auf eine Temperatur von 4O⁰C gebracht Bei 56 kann überschüssige Luft aus dem Gemisch entweichen. Eine Schlauchpumpe 57 mit geringer Pulsfolge pumpt dann das Gemisch über eine die Pulsfolge dämpfende Einrichtung 58, welche aus einem abgeschlossenen

Behälter besteht, in welchem sich über der Flüssigkeit ein Luftpolster befindet, in das Viskosimeter 59. Die Aufzeichnung der dem Viskosimeter 59 zugeordneten Aufzeichnungseinrichtung ist in Fig.4 gezeigt. Der Abschnitt 70 der dargestellten Kurve ergibt sich, wenn lediglich Wasser durch das Viskosimeter 59 strömt. Entsprechend dem Abschnitt 71 wird das Viskosimeter 59 von der Stärkelösung und Wasser durchströmt. Die Abschnitte 72 entsprechen einer Viskosität für Stärkelösung, der eine bestimmte Enzymmenge zugefügt worden ist. Die Abschnitte 73 entsprechen wiederum der mit Wasser gemischten Stärkelösung. Sei den Abschnitten 74 ist der Stärkelösung eine größere Enzymmenge beigefügt worden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Viskosimeter, bestehend aus einem Strömungskanal mit kalibriertem engem Querschnitt, vor und hinter welchem eine Einrichtung zum Feststellen und Aufzeichnen der Druckdifferenz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Enden der Strömungskanals (2,32) Röhren (5, 6,35) aus einem dünnwandigen, dehnbaren Material angeschlossen sind, von denen jede innerhalb einer mit einem Druck übertragenden Medium gefüllten Kammer (9,10,39) angeordnet ist, die ihrerseits mit der Einrichtung (25) zum Feststellen und Aufzeichnen der Druckdifferenz verbunden sind. [5

2. Viskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (5, 6, 35) aus dünnwandigem dehnbarem Material aus Kautschuk oder Polyvinylalkohol bestehen.

3. Viskosimeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (40) des als Strömungskanal verwendeten Kapillarrohres (32) an die Röhren (35) trichterförmig ausgebildet ist

4. Viskosimeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (5,6,35) und die sie umgebenden Kammern (9, 10, 39) koaxial zu dem Kapillarrohr (2,32) ausgerichtet sind.

5. Viskosimeter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Einrichtung (25) zum Feststellen und Aufzeichnen der Druckdifferenz mit den Kammern (9, 10, 39) aus mit Druck übertragendem Medium gefüllten Leitungen (16,18, 23; 17,19, 24) bestehen, die in durch eine Membran getrennte Kammern der Einrichtung (25) münden. is

6. Viskosimeter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Druck übertragendem Medium gefüllten Leitungen (16, 18, 23; 17, 19, 24) über ein Dreiwegeventil (21) miteinander an eine Zuführungsleitung (22) für das Medium anschließbar sind und daß jeder Gehäuseabschnitt (11, 12, 41) einen Entlüftungsverschluß (14,15) aufweist.