CN105424556A - 粘度计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有支承在基座(5)中的中空圆筒(1)的粘度计，中空圆筒(1)可绕其纵向轴线旋转，可由待测试的流体流过尤其是圆柱形的测量部件(8)可旋转地支承在基座(5)中。根据本发明提供了一种中空圆筒(1)，中空圆筒(1)设有具有定子(2)和转子(14)的电磁驱动，中空圆筒(1)可利用电磁驱动在基座(5)中旋转，其中驱动的定子(2)支承在基座(5)上并且驱动的转子(14)支承在中空圆筒(1)上，并且由定子驱动可绕所述中空圆筒(1)的纵向轴线旋转的环形转子(3)支承在定子(2)与转子(14)之间以用于所述定子(2)与转子(14)的电磁耦合，使得基座(5)和中空圆筒(1)相对于电磁驱动机械地去耦，并且可通过电磁驱动将预定转矩传递至所述中空圆筒(1)，且同时使轴向和径向地作用在中空圆筒(1)上的力尽可能小。

Description

粘度计

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的粘度计。

背景技术

存在用于测量流体性质(尤其是粘度)的测量系统，该测量系统的中心部分为填充有待测量液体的中空圆筒并绕其纵向轴线旋转，并且其中测量部件可旋转地支承，其中测试流体介质随着外部测量部件或者中空圆筒的旋转共同旋转。该结构基本上对应于根据库爱特原理的粘度计，其中，同心测量部件(优选地圆筒)之间的流体的粘度由以恒定的速度旋转的外部中空圆筒以及共同旋转的内部测量部件之间的自调节平衡确定。

接下来始终参考中空圆筒，尽管这种外部测量部件的内表面的形状不一定是圆柱形的。这同样适用于内部测量部件的外表面。例如，这两个测量部件可各为两个具有邻接的截锥的圆形区域的形状。外部测量部件的内部空间和内部测量部件的外表面应至少轴向地对称或为关于中空圆筒的纵向轴线的旋转体。

根据库爱特原理的粘度计是关于各种测量装置和评估装置公知的。例如，可测量在旋转外部部件和共同旋转的内部测量部件之间的自调节角或后倾角(其中两个测量部件以相同的速度旋转)并且由此可确定流体的粘度。另一种方法是测量作用在内部测量部件上的转矩，其中内部测量部件保持静止或者固定。通常，所产生的数据由传感器检测并传送到控制单元和评估单元。

测量的另一种变化可能是通过施加制动转矩到内部测量部件或圆筒，并且圆筒之间的介质的粘度可由两个圆筒或测量部件之间的自调节速度差确定。这样的装置使用尤其是水平旋转轴(AT40425B8，AT503994A1)。其它粘度计是从AT507220B1中公知的。

由于各种原因(采样量、清洗、恒温控制等)，为了使中空圆筒能够被制造的尽可能小并且能够在封闭的单元或在流中测量，有利的是，中空圆筒可沿其纵向轴线或旋转轴线填充以使采样流体在一侧进入中空圆筒并且在相对的侧离开中空圆筒。为了确保待测量样品再次填充时在无中间净化的情况下无气泡，有利的是，中空圆筒在旋转期间不关闭或流过。这提出对于中心圆筒的密封、支承和驱动的挑战。

现有技术提供各种选择用于旋转中空圆筒的密封和支承。它们都具有不能确保长期完全密封的缺点。因此，本发明的一个目的是保持密封旋转元件的数目尽可能少。

中空圆筒的旋转通常在电动马达的辅助下进行，其中，存在各种可能性用于将电动马达的旋转传递至中空圆筒。

一种可能性是同心驱动。在这种情况下，中空圆筒和马达具有共同的旋转轴线。中空圆筒的驱动可经由轴实现。这具有的缺点在于，用于轴的进一步的密封件是必需的，这导致另一个潜在的泄漏部位，并产生关于损耗部件的另一个点。

另一种对于驱动的可能性是磁耦合。然而，经验表明，中空圆筒的轴承上的非恒定摩擦导致旋转振荡运动，并且中空圆筒的足够均匀旋转是不可能的。此外，径向力和轴向力对轴承和精确测量是不利的。

偏心驱动器可以各种方式实施，例如经由齿轮、皮带等。除了侧向力的缺点，这在微型系统的情况下对于轴承是非常不利的，中空圆筒的旋转密封件处的任何泄漏可能会容许有问题的样品液体渗入到可能构成威胁或造成损坏的区域。这样的装置的缺点在于需要额外的密封件和/或轴承。

JP2008020465A公开了一种系统，在该系统中步进马达直接驱动量杯。

发明内容

本发明的目的主要是创造一种粘度计，其具有用于填充有采样液体的中空圆筒的驱动，其中该驱动不需要复杂的密封，并且，此外，容许中空圆筒的封装，并且，在密封件泄漏的情况下，其本身防止采样液体泄漏到采样液体不得进入的区域。在所有情况下，采样液体的恒温控制应当至少在旋转区域简单地可实现。此外，非旋转区域的恒温控制也应当可能。

这些目的利用具有如权利要求1的特征部分引用的特征的类型的粘度计来实现。因此，根据本发明提供了，由定子驱动的可绕中空圆筒的纵向轴线旋转的环形转子支承在定子和转子之间以用于定子到转子的电磁耦合，使得基座和中空圆筒相对于电磁驱动机械地去耦，并且可通过电磁驱动将预定转矩传递至中空圆筒，同时使轴向和径向地作用在中空圆筒上的力尽可能小。

根据本发明的粘度计的驱动因此包括电动马达，该电动马达的定子固定地连接至测量系统的非旋转部件或基座，而转子固定地连接到旋转空心圆筒。在这种情况下，适合于转子的连续旋转(或者如在当前的情况下对环形转子的驱动)的所有类型的定子的电动马达(直流、同步、异步、步进马达)变得可能。

根据本发明，避免了作用在中空圆筒上的歪曲测量的干扰作用力。此外，定子与中空圆筒热分离，并且测量流体的温度控制通常经由环绕转子的调温块进行。

避免了已知的现有技术装置的缺点，在现有技术装置中至少一个额外的密封件是形成流体密闭的驱动所必需的。

由于这样的测量的热灵敏度和测量系统的机械敏感性，可能通过驱动将侧向力施加至系统中的转子，使用常规的中空轴马达或步进马达是不可能的。然而，通过本发明可能既机械去耦又热去耦。

因此，本发明解决了这样的问题，由于直接承坐在中空圆筒上的中空轴马达在操作过程中产生热并将因此干扰系统的灵敏性和高精度温度控制，创造了用于粘度计的中空圆筒的特殊驱动，中空圆筒与基座热去耦和机械去耦，中空圆筒的旋转轴线优选地为水平定向。

纠正了所有已知的实施方案的主要缺点，即，使公认的在轴向和径向方向上的小却干扰的作用力进一步减小。在电磁驱动的环形转子和旋转中空圆筒之间提供涡流耦合以使作用在转子的轴承上的这些力尽可能小。为此，电磁驱动的环形转子承载永磁体，其驱动旋转中空圆筒上的涡流主体或环形凸缘，而环形转子本身在粘度计的固定部分或基座上由定子可旋转地支承。此涡流耦合的另一个优点在于，它具有阻尼效应并且因此不会通过干扰电动马达的速度波动对旋转中空圆筒的速度稳定性产生不利影响。当与通过线圈产生的旋转场相比较时，旋转磁体的优点在于，线圈必须尺寸很大以便实现必需的磁场强度，并且由于这种尺寸，所需的相当大的功率会产生热。因此，永磁体优于线圈。

为了保护定子和永磁体以及环形转子的轴承避免也许激烈的样本或清洁流体，膜或膜片或流体密闭的隔离层设在定子以及永磁体的旋转系统和旋转中空圆筒之间，旋转系统一方面包括轴承，且旋转中空圆筒在另一方面承载涡流主体。

根据本发明，形成了具有三部分的马达，其包括定子的线圈装置，该线圈装置由承载支承旋转永磁体的轴承的环形转子驱动，环形转子又产生测量杯或中空圆筒的涡流驱动。

当人们考虑已知的具有定子加线圈和转子(例如具有磁体)的中空马达时，将了解与驱动相关联的粘滑效应；其发生在轴向和径向上并导致不希望的作用力。两种效应可对流体轴承(例如轴向地)加载，从而使轴承开始泄漏。中空圆筒的轴承上的径向负载甚至可导致轴跳出轴承。通过本发明避免了这样的负载。

根据本发明的驱动因而能够尽可能地小型化。

附图说明

下面参照附图说明根据本发明的粘度计。

图1示出穿过粘度计的对于测量很关键的区段或部分的区段的示意性纵截面。图2示出图1的详细视图。图3和图4示出了环形转子的视图。图5示出了备选实施例。未示出用于电磁驱动的控制和驱动单元以及用于测量数据的探测器和评估单元，因为这些单元和其连接对于本领域的技术人员是公知的。

具体实施方式

如图1示意性示出，根据本发明的粘度计包括基座5，其中形成有利的圆筒形的容纳空间或中空空间25，其将中空圆筒1包括在其中。如已经提到的那样，该中空圆筒1不一定具有圆柱形外形；外表面或母线也可为倾斜的，从而可使用其它的几何体，尤其是与中空圆筒1的纵向轴线旋转对称的那些几何体。

中空圆筒1支承在其两端区域中的流体密闭的轴承7中。为了这个目的，将管座45连接或整体地形成在中空圆筒1的端部区域或端部表面处，并且利用其将中空圆筒1支承在轴承7中。这些管座45容许测量流体经过中空圆筒1，例如沿箭头42的方向。

在中空圆筒1的内部有利地存在旋转对称的尤其是圆柱形的测量部件8。原则上，该测量部件8可具有形状为多边形的横截面。

为了测量，中空圆筒1在基座5的内部空间25中旋转。位于中空圆筒1中的测量部件8将与流过中空圆筒1的测量流体共同旋转。测量部件8漂浮在流体中并且以比中空圆筒1低得多的速度旋转，这是由于测量部件8中的永磁体与刚性地连接至基座5的导电涡流主体40或软铁环的相互作用引起的制动效应。中空圆筒1和测量单元8之间的速度差可用来作为用于液体的粘度的测量并分析。空心圆筒1的内部空间中的测量部件8可相对于其纵向和/或侧向方向的位置稳定，例如通过相互作用的磁体或基座2上的软铁环40和测量部件8上的磁体41的组合。这些装置使中空圆筒8相对于其轴向位置或沿中空圆筒1的纵向方向牢牢固定。可确定测量部件8的旋转速度，例如借助于霍尔传感器47和磁体41。

为了中空圆筒1的旋转驱动，至少一个线圈或至少一组绕组或者至少一个电磁体布置在基座5上作为用于中空圆筒8的电磁驱动的定子2。然而，中空圆筒1的驱动不是直接的，而是经由环形转子3，其带有支承在基座5上的轴承20并且其位于定子2的前方。环形转子3支承在基座5上或在基座5的旋转轴线上并且承载永磁体、电磁体或线圈，其与基座5上相应的永磁体、电磁体或绕组(即，定子2)相互作用。环形转子3由定子2驱动绕中空圆筒1的纵向轴线旋转并且在由中空圆筒1承载的环形凸缘4中感应出涡流，且其引起环形凸缘4和中空圆筒1的旋转。

因此，一方面基座5或定子2且另一方面中空圆筒1相对于电磁驱动机械地去耦。尽管如此，可将预定转矩传递至中空圆筒1，其中，然而，使同时作用在中空圆筒1上的不期望的轴向力和径向力尽可能小。形成转子14的环形凸缘4由导电材料制成，但非磁性和非磁化材料，并由环形转子3通过环形转子3在环形凸缘4中感应的涡流驱动。

为了使作用在中空圆筒1上的力尽可能小，定子2、环形转子3以及形成为环形凸缘4的转子14在中空圆筒1的轴向方向上依次并排地布置在基座5上。

此外，有用的是，如图1和图2中所示，定子2和环形转子3以及承载环形转子3的轴承20紧靠基座5的容纳中空圆筒1的内部空间25流体密闭地密封，尤其是借助于流体密闭膜31。这样，在测试流体从中空圆筒1流出的情况下，或者如果泄漏发生在用于中空圆筒1的管座45的轴承7处，则可能避免测试流体与定子2、基座5的内部空间25和环形转子3接触。

如图1和图2中所示，基座5的左、右区段5'可从基座5分离，或位于那里的轴承7可从空心圆筒1的连接件或管座45移除，使得进入中空圆筒1或更换轴承7也是可能的。

图3和图4示出了环形转子3的实施例的前视图和截面图。环形支承件46支承在轴承20上，支承件46在其两侧承载永磁体32，永磁体32以交替极性围绕支承件46的外周布置。这样的环形转子3通过位于基座5上的定子2旋转，且其自身又使由中空圆筒1承载的环形凸缘14旋转。

图5示出了备选实施例，其中由轴承20支承的环形转子3位于定子2的径向内部或位于定子2前面。转子14包括中空圆筒或环形构件，其通过中空圆筒1支承，环绕后者并布置在环形转子3的径向内部。

Claims (14)

1.一种具有支承在基座(5)中的中空圆筒(1)的粘度计，所述中空圆筒(1)可绕其纵向轴线旋转，其中，可由待测试流体流过的尤其是圆柱形的测量部件(8)可旋转地支承在所述中空圆筒(1)中，其特征在于，

-所述中空圆筒(1)设有具有定子(2)和转子(14)的电磁驱动，且所述中空圆筒(1)可利用所述电磁驱动在所述基座(5)中旋转，其中所述驱动的所述定子(2)支承在所述基座(5)上并且所述驱动的所述转子(14)支承在所述中空圆筒(1)上，并且

-由所述定子驱动的可绕所述中空圆筒(1)的纵向轴线旋转的环形转子(3)支承在所述定子(2)与所述转子(14)之间以用于所述定子(2)与所述转子(14)的电磁耦合，使得所述基座(5)和所述中空圆筒(1)相对于所述电磁驱动机械地去耦，并且可通过所述电磁驱动将预定转矩传递至所述中空圆筒(1)，并且同时使轴向和径向地作用在所述中空圆筒(1)上的力尽可能小。

2.根据权利要求1所述的粘度计，其特征在于，所述中空圆筒(1)在其相对端的区域利用流体密闭的密封轴承(7)可旋转地支承在所述基座(5)中。

3.根据权利要求1或2所述的粘度计，其特征在于，所述中空圆筒(1)在其两端中的每端尤其是在旋转轴线或纵向轴线的区域中设有通流开口(24)或连接管座(45)。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的粘度计，其特征在于，

-至少一个电磁线圈或绕组或至少一个电磁体布置在所述基座(5)上作为所述电磁驱动的所述定子(2)，尤其是围绕所述中空圆筒(1)，以及

-所述环形转子(3)具有永磁体或电磁体或多个绕组，其中永磁体或电磁体或线圈有利地以相互相反的极性并排布置在所述环形转子(3)的支承环(46)上。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的粘度计，其特征在于，

-所述环形转子(3)支承在所述基座(5)上或由所述基座(5)承载的旋转轴上，和/或

-当沿所述中空圆筒(1)的轴向或径向方向看时,位于所述环形转子(3)上的所述永磁体、电磁体或所述线圈的绕组与所述定子(2)的绕组或电磁体相对地布置。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的粘度计，其特征在于，所述转子(14)为环形凸缘(4)，优选地在所述中空圆筒(1)的端部区域直接从所述中空圆筒(1)延伸或由所述中空圆筒(1)支承，或者，优选地在所述中空圆筒的端部区域通过从所述中空圆筒(1)延伸的支承件支承。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的粘度计，其特征在于，所述环形凸缘(4)从所述中空圆筒(1)的外壁径向地延伸并且可选地绕所述中空圆筒(1)延伸而不中断。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的粘度计，其特征在于，所述环形转子(3)可在支承在所述基座(5)上的尤其是围绕所述中空圆筒(1)的轴承(20)上绕所述中空圆筒(1)旋转。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的粘度计，其特征在于，所述转子(14)由与所述中空圆筒(1)连接并围绕所述中空圆筒(1)的中空圆筒或环形构件(4')形成，其中所述环形转子(3)在所述定子(2)的径向内部和所述转子(14)的径向外部布置或旋转。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的粘度计，其特征在于，形成所述转子(14)的所述环形凸缘(4)或所述环形构件(4')由导电材料制成，但优选地由非磁性和非磁化材料尤其是金属制成，并且由于由所述环形转子(3)在所述环形凸缘(4)中感应出的涡流，所述环形凸缘(4)或所述环形构件(4')可由所述环形转子(3)驱动。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的粘度计，其特征在于，由所述中空圆筒(1)承载的所述转子(14)仅通过由所述环形转子(3)在所述转子(14)的所述环形凸缘(4)或所述环形构件(4')中感应的所述涡流驱动。

12.根据权利要求1到11中任一项所述的粘度计，其特征在于，所述定子(2)、所述环形转子(3)和形式为环形凸缘(4)的所述转子(14)在所述基座(5)上沿所述中空圆筒(1)的轴向或径向方向依次并排布置。

13.根据权利要求1到12中任一项所述的粘度计，其特征在于，所述定子(2)和所述环形转子(3)以及承载所述环形转子(3)的所述轴承(20)对靠所述基座(5)的容纳所述中空圆筒(1)的内部空间(25)流体密闭地覆盖或密封，尤其是利用流体密闭膜(31)。

14.根据权利要求1到13中任一项所述的粘度计，其特征在于，所述中空圆筒(1)的纵向轴线和所述环形转子(3)的旋转轴线互相重合。