DE2409874C3 - Viscometer - Google Patents
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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.The invention relates to a viscometer, consisting of a flow channel with calibrated narrow Cross-section, in front of and behind which a device for determining and recording the pressure difference connected.
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:The relationship between the viscosity and the pressure gradient along a capillary tube results from the Hagen-Poiseuille equation for one through the Capillary flowing liquid:
η - η -
HVHV
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.In this equation, π is the viscosity of the liquid, R is the radius of the capillary, V is the volume of the liquid flowing through the capillary in time t , P \ - ft is the pressure difference between the two ends of the capillary and L is the length of the capillary. If a laminar flow is maintained in the capillary, the viscosity is proportional to the pressure difference at a constant flow rate. Changes in viscosity are recognizable as changes in pressure differences.
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).For recording the pressure gradient in the capillary tube it is known to use strain gauges on the KapUlarrohr to apply the electronically determined expansions as a result of pressure differences in the capillary tube! to determine the viscosity of the flowing medium! can be used (Kolloid-Zeitschrift, Vol. 131, Ma 1953, No. 2, pp. 61 to 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.This method has the disadvantage that the Deforma tion of the pipe is very small and accordingly the expansions are extremely low. That means that despite the electrical measuring process, a certain measuring accuracy cannot be fallen below In addition, a viscometer constructed in this way only responds very slowly to changes in viscosity.
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).Another well-known viscometer consists of one A capillary bent into a U-tube through which a liquid flows continuously Viscosity is to be monitored At both ends of the capillary are the lines of a device for Establishing the differential pressure connected. This device is provided with a recording and display device for the pressure difference, which is also a measure of the viscosity, connected (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 verfälschtThis known viscometer has the disadvantage that for the determination of the differential pressure as a pressure transferring medium the liquid is used whose viscosity is to be measured if now very quickly viscosity changes occur one after the other, the viscosity is that in the connecting lines Liquid different from that flowing through the capillary. Since a mixture of liquids takes place at the connection point of the connecting line, falsifies the measurement result
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.The object on which the invention is based is therefore to modify the viscometer of the initially called type so that rapid changes in the viscosity of the liquid to be examined with can be detected with high accuracy.
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.This object is achieved in the viscometer of the type described in that to the tubes made of a thin-walled, expandable material are connected to both ends of the flow channel, each of which is arranged within a chamber filled with a pressure-transmitting medium is which in turn are connected to the device for determining and recording the pressure difference.
Die Röhren aus dünnwandigem dehnbarem Material bestehen zweckmäßigerweise aus Kautschuk oder Polyvinylalkohol.The tubes made of thin-walled, expandable material are expediently made of rubber or Polyvinyl alcohol.
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. DadurchThe connection of the capillary tube used as a flow channel to the tubes can be funnel-shaped be trained. In this embodiment, the viscometer is cleaned by mechanical means then particularly simple if the tubes and the chambers surrounding them are coaxial with the capillary tube are aligned. The connection of the device for determining and recording the pressure difference with the Chambers is expediently made up of lines filled with pressure-transmitting medium, which in Open chambers of the device separated by a membrane. They can do this with the pressure Transferring medium-filled lines via a three-way valve to a supply line for the medium are connected, each chamber having a vent plug. Through this
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 getrenntcan with the appropriate position of the three-way valve the measuring arrangement can be completely filled with the pressure-transmitting medium. By eii, e rotation of the Three-way valve by 45 °, the supply line is cut off. At the same time, the pressure Transferring medium-filled lines separated from each other
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 istThe viscometer according to the invention has the advantage that the liquid whose viscosity is to be examined can not be withheld, so that rapid ι ο viscosity changes without failure due to. the determined pressure difference can be determined, since the moment to be checked viscometrically Liquid no liquid can be mixed with a different viscosity from the previous one Jen left measurements in dead spaces
An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutertThe invention is explained in more detail, for example, with reference to the drawings
Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt eine Ausführungsform eines Viskosimeter;Fig. 1 shows schematically in section an embodiment a viscometer;
Fig.2 zeigt in einer Einzelheit eine der Kammern einer weiteren Ausführungsform eines Viskosimeter;Fig. 2 shows in detail one of the chambers of a further embodiment of a viscometer;
Fig.3 zeigt schematisch eine Anwendung des Viskosimeter in einer Versuchsanordnung;3 shows schematically an application of the viscometer in a test arrangement;
Fig.4 zeigt in einem Diagramm die bei der Anordnung von F i g. 3 durchgeführten Viskositätsmessungen abhängig von der Zeit.FIG. 4 shows in a diagram the in the arrangement of FIG. 3 viscosity measurements carried out depending on the time.
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 The in Fig. 1 is flowed through in the direction of arrows 1. The viscometer has a capillary tube 2 which is arranged within a jacket 26 with an inlet and an outlet for a thermostatic liquid. In the inlet zone 3 and in the outflow zone 4 of the capillary tube 2 there is a flexible, thin-walled tube 5 and 6 made of rubber, each of which opens into the capillary tube 2 in a funnel shape and is connected at the opposite end to a feed tube 7 and a discharge tube 8 . The thin-walled flexible tube 5 is arranged in a chamber 9, the tube 6 in a chamber 10. The chamber 9 is arranged in a housing section 11, the chamber 10 in a housing section 12 Passed through the housing section 12, a seal being made in each case by means of an O-ring 13 made of rubber. The chamber 9 and the chamber 10 are each accessible through an opening which can be closed in a sealing manner by a screw 14 and 15, respectively. The chamber 9 is connected via the connecting lines 16, 18 and 23, the chamber 10 via the connecting lines 17, 19 and 24 to a pressure gauge 25 connected to a recording device, which in the embodiment shown consists of two chambers separated by a stainless steel membrane , to which the respective train of connecting lines is connected. The membrane is arranged in a magnetic field that is generated by two coils that are connected to a bridge circuit. If the membrane bulges, the resulting change in the self-induction of the coils results in an imbalance in the bridge circuit. The output signal thus generated is continuously recorded on the recording device as a measure of the change in pressure or viscosity. ( '- 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 sindBetween the two trains of the connecting lines, as shown in FIG. 1 is a three-way valve Shelled. This three-way valve 21 enables a connection to a supply line 22 for the Pressure-transmitting medium in one position. In the hi fi g. 1 is this connection interrupted, so that the two trains 17, 19 and 24 or 16, 18 and 23 of the connecting lines from each other are separated and connected to the chambers of the device 25 for determining the pressure difference
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 istThe tubes 5 and 6 are then particularly flexible and thin-walled and enable an unambiguous determination changes in pressure, if they are affected by the three times immersion of a rod in a rubber latex this is followed by air drying in each case, the outer cross section of the rod being the same that of the capillary tube
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, gebrachtWhen taking measurements, move the viscometer from bottom to top in the direction of the Arrows 1 flows through so that no air pockets can form. For filling chambers 9 and 10 with pressure-transmitting medium, the three-way valve 21 is rotated so that the supply line 22 the Connecting lines to one another and to the supply line connects screws 14 and 15 are removed from the housing sections 11 and 12 so that through the now exposed openings the at Filling the medium displaced air can escape. If liquid has escaped from these openings the viscometer is filled with the pressure-transmitting medium, the screws 14 and 15 are again inserted sealing and the three-way valve 21 in the position shown in Fig. 1 by turning 45 °, starting from the filling position, brought
Beim Füllen des Viskosimeter mit dem Druck übertragenden Medium, beispielsweise destilliertes Wasser, wird das Viskosimeter horizontal gehalten.When filling the viscometer with the pressure-transmitting medium, for example distilled Water, the viscometer is held horizontally.
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.In the case of the in FIG. 2, only the lower part of a capillary tube 32 is shown which is followed by a tube 35 made of thin-walled, pressure-transmitting material which, in turn, is connected to it the supply pipe 37 is connected. The pipe 35 encloses a space 33 on the inside and is on the outside of the Chamber 39 surround. The capillary tube 32 is between holders 41 of the housing by an O-ring 36, the Feed pipe 37 between corresponding holders 41 of the housing also through an O-ring 38 kept sealing. The capillary tube 32 protrudes into the tube 35, which by an O-ring 31 against the Outer circumference of the capillary tube 32 is pressed. In the same way, the feed pipe 37 is in the tube 35 and is held there by an O-ring. The inlet of the capillary tube has the shape of a funnel 40. This embodiment allows quick disassembly, cleaning and Reassemble the arrangement.
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 abgeschlossenenIn the case of the in FIG. Arrangement shown 3 is a viscometer 59 is supplied with a liquid that is very rapid viscosity changes is subject to a starch solution that is brought in a thermostat at a temperature of 4O 0 C, is conveyed by means of a peristaltic pump 51 in a line in 52 is pumped into this pipe air Downstream of point 52, an amylase solution and water are alternatively supplied at point 54 from a device 53. This mixture is brought by a thermostat 55 to a temperature of 4O 0 C. At 56, excess air from the mixture can escape. A hose pump 57 with a low pulse sequence then pumps the mixture via a device 58 which damps the pulse sequence and which consists of a closed
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.There is a container in which there is an air cushion above the liquid, in the viscometer 59. The The recording of the recording device associated with the viscometer 59 is shown in FIG. the Section 70 of the curve shown results when only water flows through the viscometer 59. According to section 71, the starch solution and water flow through the viscometer 59. the Sections 72 correspond to a viscosity for starch solution to which a certain amount of enzyme is added has been. The sections 73 again correspond to the starch solution mixed with water. Be the A larger amount of enzyme has been added to sections 74 of the starch solution.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (6)
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (3)
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DE2409874A1 DE2409874A1 (en) | 1974-09-12 |
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