DD257182A3 - rotational viscometer - Google Patents

rotational viscometer

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DD257182A3 DD257182A3 DD 257182 A3 DD257182 A3 DD 257182A3 DD 257182 A3 DD257182 A3 DD 257182A3
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotationsviskosimeter mit koaxialen Messzylindern vorzugsweise bei angetriebenem Aussenzylinder nach dem Couette-Typ. Ziel der Erfindung ist es, durch eine reibungsfreie Drehfuehrung des Innenzylinders im Bereich kleinster Drehwinkel die Empfindlichkeit der Kraftmomentmesseinrichtung gegenueber parasitaeren Kraeften wesentlich zu verringern sowie eine einfache Anpassung an unterschiedliche Messbereiche zu erreichen. Das wird erfindungsgemaess erreicht, indem der Innenzylinder mit Hilfe konzentrisch angeordneter Federstaebe mit dem Gehaeuse fest verbunden ist. Die Federstaebe haben zugleich die Aufgabe von Lagerungs-, Zentrierungs- und Federelementen. Bei angetriebenem Aussenzylinder wird am Innenzylinder ein der Viskositaet der Messfluessigkeit proportionales Kraftmoment wirksam, welches auf geeignete Weise zur Anzeige gebracht wird. Durch Veraenderung der Anzahl und der Steifigkeit der Federstaebe kann der Messbereich in weiten Grenzen ohne Veraenderung der Zuordnung von Innen- zu Aussenzylinder auf einfache Weise geaendert werden. Anwendungsgebiet sind alle Rotationsviskosimeter mit koaxialen Messzylindern und vorzugsweise angetriebenem Aussenzylinder, die mit stark veraenderbarem Messbereich eingesetzt werden. Fig. 1The invention relates to a rotational viscometer with coaxial measuring cylinders, preferably with a driven outer cylinder of the Couette type. The aim of the invention is to substantially reduce the sensitivity of the force torque measuring device to parasitic forces by means of a friction-free rotational guidance of the inner cylinder in the region of the smallest rotational angle and to achieve a simple adaptation to different measuring ranges. This is achieved according to the invention by the inner cylinder with the help of concentrically arranged Federstaebe is firmly connected to the housing. The Federstaebe also have the task of storage, centering and spring elements. When the outer cylinder is driven, a moment of force proportional to the viscosity of the measuring fluid acts on the inner cylinder and is displayed in a suitable manner. By changing the number and the stiffness of the Federstaebe the measuring range can be changed within wide limits without changing the assignment of inner to outer cylinder in a simple manner. Field of application are all rotational viscometers with coaxial measuring cylinders and preferably driven outer cylinders, which are used with strongly variable measuring range. Fig. 1

Description

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachfolgend durch ein Ausführungsbeispiel erläutert (Figur 1 und 2). Der Spalt zwischen Außenzylinder 1 und Innenzylinder 3 ist mit der zu untersuchenden Meßflüssigkeit 2 gefüllt. Der Innenzylinder ist über die starre Achse 11 mit der unteren Befestigungsplatte 6 und die obere Befestigungsplatte 10 starr mit dem Gerätegehäuse 7 verbunden. An den planparallelen Befestigungsplatten 6 und 10 sind die Federstäbe 4 in den Bohrungen 9 mit Hilfe der Befestigungsschrauben 12 fest eingespannt. Vorzugsweise sind die Federstäbe 4 konzentrisch in der Weise angeordnet, daß mindestens 3 Federstäbe zur Zentrierung des Innenzylinders 3 nicht demontierbar sind, während die Anzahl der übrigen Federstäbe beliebig erhöht werden kann, um eine Meßbereichserweiterung zu erreichen. Bei angetriebenem Außenzylinder 1 wird über die zu untersuchende Meßflüssigkeit 2 auf den Innenzylinder 3 ein Kraftmoment übertragen, das eine Verdrehung des Innenzylinders entsprechend dem Rückstellkraftmoment der Federstäbe 4 bewirkt. Die Verdrehung im Bereich kleiner Winkel der mit dem Innenzylinder starr verbundenen unteren Befestigungsplatte 6 gegenüber dem Gerätegehäuse 7 wirkt über die Metallzunge 13 auf einen berührungslosen elektromechanischen Wegsensor 8 und wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und in bekannter Weise zur Anzeige gebracht. Durch die Veränderung der Anzahl oder der Steifigkeit der Federstäbe 4 kann auf einfache Weise eine Meßbereichsveränderung erfolgen.The invention is explained below by means of an embodiment (FIGS. 1 and 2). The gap between outer cylinder 1 and inner cylinder 3 is filled with the test liquid 2 to be examined. The inner cylinder is rigidly connected to the device housing 7 via the rigid axle 11 with the lower mounting plate 6 and the upper mounting plate 10. At the plane-parallel mounting plates 6 and 10, the spring rods 4 are firmly clamped in the holes 9 by means of the fastening screws 12. Preferably, the spring rods 4 are arranged concentrically in such a way that at least 3 spring rods for centering the inner cylinder 3 are not removable, while the number of remaining spring rods can be arbitrarily increased in order to achieve a Meßbereichserweiterung. When the outer cylinder 1 is driven, a force moment is transmitted to the inner cylinder 3 via the test liquid 2 to be examined, which causes a rotation of the inner cylinder in accordance with the restoring force moment of the spring rods 4. The rotation in the range of small angles of the rigidly connected to the inner cylinder lower mounting plate 6 relative to the device housing 7 acts on the metal tongue 13 on a non-contact electromechanical displacement sensor 8 and is converted into an electrical signal and brought in a known manner for display. By changing the number or stiffness of the spring rods 4 can be done easily a Meßbereichsveränderung.

Die Federstäbe 4 sind im Ausführungsbeispiel als Federgelenkstäbe mit zwei möglichst weit auseinanderliegenden Blattfedergelenken 5 ausgebildet. Dadurch werden Störungen durch parasitäre seitliche Kräfte weitgehend vermieden und hauptsächlich die in tangentialer Richtung wirkenden Kräfte angezeigt. Die Meßstabilität wird insbesondere bei der Untersuchung hochviskoser und inhomogener Flüssigkeiten verbessert. Die Federgelenkstäbe 4 sind konzentrisch auf einem Kreisumfang so angeordnet, daß die Blattfederebenen zum Drehpunkt des Innenzylinders zeigen.The spring rods 4 are formed in the embodiment as a spring joint rods with two leaf spring joints 5 as far apart as possible. As a result, disturbances due to parasitic lateral forces are largely avoided and mainly the forces acting in the tangential direction are displayed. The measurement stability is improved, in particular in the investigation of highly viscous and inhomogeneous liquids. The spring joint rods 4 are arranged concentrically on a circumference so that the leaf spring planes point to the center of rotation of the inner cylinder.

Claims (3)

11. Rotationsviskosimeter mit koaxialen Meßzylindern bei angetriebenem Außenzylinder und vorzugsweise elektromechanischem Sensor zur Messung der dem Kraftmoment analogen Verdrehung des federnd gelagerten Innenzylinders, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder (3) am Gerätegehäuse (7) mittels auswechselbarer Federstäbe (4) konzentrisch zur Drehachse des Innenzylinders (3) befestigt ist, wobei die Encien der Federstäbe am Innenzylinder (3) und am Gerätegehäuse (7) starr eingespannt sind.11. rotational viscometer with coaxial measuring cylinders with driven outer cylinder and preferably electromechanical sensor for measuring the moment of force analog rotation of the spring-mounted inner cylinder, characterized in that the inner cylinder (3) on the device housing (7) by means of interchangeable spring rods (4) concentric with the axis of rotation of the inner cylinder (3) is fixed, wherein the Encien of the spring rods on the inner cylinder (3) and the device housing (7) are rigidly clamped. 2; Rotationsviskosimeter nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der konzentrisch zur Drehachse angeordneten Federstäbe (4) zwecks Meßbereichsänderung variierbar ist.2; Rotary viscometer according to item 1, characterized in that the number of spring rods (4) arranged concentrically to the axis of rotation can be varied for the purpose of measuring range change. 3.· Rotationsviskosimeter nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federstäbe (4) als Federgelenkstäbe mit jeweils zwei möglichst weit auseinanderliegenden reibungsfreien Federgelenken (8) gestaltet sind.3. · rotational viscometer according to item 1 and 2, characterized in that the spring bars (4) are designed as spring joint rods, each with two as far apart friction-free spring joints (8). Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Rotationsviskosimeter mit wegarmer Kraftmomentmeßeinrichtung bei Anwendung koaxialer Meßzylinder mit vorzugsweise angetriebenem Außenzylinder nach dem Couette-Typ.The invention relates to a rotational viscometer with low-inertia torque measuring device using coaxial measuring cylinder with preferably driven outer cylinder after the Couette type. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Zur Messung des Fließverhaltens Newtonscher und nicht-Newtonscher Flüssigkeiten werden vorwiegend Rotationsvikosimeter mit koaxialen Meßzylindern nach dem Couette-Typ verwendet. Zwischen den Meßzylindern befindet sich die zu untersuchende Meßflüssigkeit. Wird vorzugsweise der Außenzylinder mit bekannter Winkelgeschwindigkeit gedreht, wirkt auf den Irinenzylinderein der Viskosität der Meßflüssigkeit proportionales Kraftmoment. Dieses wird vorzugsweise mit Hilfe elektrischer Sensoren gemessen, wenn auch Fließgrenzen und zeitabhängige Fließeigenschaften hinreichend genau zu bestimmen sind. Das auf den Innenzylinder wirkende Kraftmoment ist durch Feder-oder Massenkräfte zu kompensieren. Bekannt sind dazu bei wegarmen Kraftmomentmeßeinrichtungen mittig angeordnete Torsionsfedern oder auf einen Hebelarm tangential wirkende Federelemente. In der Regel ist der Innenzylinder mit Kugellagern oder Luftdrucklagern zentrisch reibungsarm gelagert. Nächteilig hierbei ist, daß durch Verschmutzung und Korrosion die Funktion der Lagerung gefährdet werden kann, oder es sind aufwendige und damit kostenungünstige Konstruktionslösungen erforderlich. Bekannt sind auch wegarme Kraftmomentmeßeinrichtungen mit einem Torsionsstab als zugleich Feder-, Lagerungs- und Zentrierungselement, der fest mit derminnenzylinder verbunden ist. Bei einer derartigen Lagerung können parasitäre Belastungen, vor allem seitliche Kräfte, die irisbesondere bei der Messung hoch viskoser und inhomogener Medien auf den Innenzylinder wirken, zu erheblichen Meßfehlern führen. Das Zusammensetzen des Zylindersystems und die Vorbereitung des Meßmediums muß daher stets mit äußerster Sorgfalt erfolgen. Das Auswechseln des Torsionsstabes zur Meßbereichsveränderung erfordert aufwendige Umbaumaßnahmen und ist stets mit einer nachfolgenden Zentrierung und Kalibrierung des Zylindersystems verbunden.To measure the flow behavior of Newtonian and non-Newtonian fluids, rotary viscometers with coaxial measuring cylinders of the Couette type are predominantly used. Between the measuring cylinders is the test liquid to be examined. If preferably the outer cylinder is rotated at a known angular velocity, the momentum of the viscosity of the measuring liquid acts on the Irinenzylindein proportional to the force. This is preferably measured by means of electrical sensors, although flow limits and time-dependent flow properties are to be determined with sufficient accuracy. The moment of force acting on the inner cylinder is to be compensated by spring or mass forces. In the case of low-torque torque measuring devices, centrally arranged torsion springs or spring elements tangentially acting on a lever arm are known. As a rule, the inner cylinder with ball bearings or air pressure bearings is mounted centrally with low friction. Another disadvantage here is that the function of the storage can be endangered by contamination and corrosion, or expensive and thus costly design solutions are required. Also known are low-drive torque measuring with a torsion bar as spring, storage and centering element, which is firmly connected to the minnows. In such a storage parasitic loads, especially lateral forces that irisbesondere in the measurement of highly viscous and inhomogeneous media act on the inner cylinder can lead to significant measurement errors. The assembly of the cylinder system and the preparation of the medium must therefore always be done with the utmost care. The replacement of the torsion bar for Meßbereichveränderung requires complex conversion measures and is always connected to a subsequent centering and calibration of the cylinder system. Ziel der ErfindungObject of the invention Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch eine reibungsfreie Drehführung des Irinenzylinders eines Rotationsviskosimeter im Bereich kleinster Drehwinkel die Empfindlichkeit der Kraftmomentmeßeinrichtung gegenüber parasitären Belastungen wesentlich zu verringern sowie eine einfache mechanische Anpassung an unterschiedliche Meßbereiche zu schaffen.The aim of the invention is to substantially reduce the sensitivity of the Kraftmomentmeßeinrichtung to parasitic loads and to provide a simple mechanical adaptation to different measuring ranges by a frictionless rotation of the irons cylinder of a rotational viscometer in the smallest turning angle. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zug runde, eine wegarme Kraftmomentmeßeinrichtung für Rotationsviskosimeter zu schaffen, bei der Störungen durch Reibung der Innenzylinderlagerung ausgeschlossen sind, die ohne aufwendigen Umbau und ohne nachfolgende Zentrierung und Kalibrierung des Meßzylindersystems eine Meßbereichserweiterung in weiten Grenzen zuläßt und geringe Empfindlichkeit gegenüber parasitären Belastungen aufweist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabenstellung dadurch gelöst, daß der Innenzylinder des Rotationsviskosimeters durch konzentrisch angeordnete Federstäbe mit dem Gerätegehäuse fest verbunden ist. Die Federstäbe haben die Funktion von Lagerungs-, Zentrierungs- und Federelementen. Bei angetriebenem Außenzylinder wird am Innenzylinder ein der Viskosität der Meßflüssigkeit proportionales Kraftmoment wirksam, das den Innenzylinder bis zum Gleichgewicht mit dem Rückstellkraftmoment der Federstäbe wegarm verdreht. Diese Verdrehung kann bekahnterweise als translatorische Verschiebung mit einem Wegsensor oder direkt als Wirikeländerung mit einem Winkelsensor gemessen werden. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß der Meßbereich des Rotationsviskosimeters durch Veränderung der Anzahl der Federstäbe in weiten Grenzen ohne Veränderung der Zuordnung von Innen- und Außenzylinder geändert werden kann. Zur Erhöhung der Meßempfindlichkeit in Wirkungsrichtung der am Innenzylinder tangential angreifenden Reibungskräfte sind die Federstäbe mit zwei möglichst weit auseinanderliegenden Federgelenken versehen, wobei die Federgelenkachsen konzentrisch zur Drehachse des Innenzylinders gerichtet sind.The invention is the technical task zug round to create a low-drive force measuring device for rotational viscometer, are excluded in the interference by friction of the inner cylinder bearing, which allows a cost range extension within wide limits without costly conversion and without subsequent centering and calibration of the Meßzylindersystems and low sensitivity to parasitic Has loads. According to the invention, this object is achieved in that the inner cylinder of the rotational viscometer is fixedly connected by concentrically arranged spring rods with the device housing. The spring bars have the function of storage, centering and spring elements. When the outer cylinder is driven, a force moment proportional to the viscosity of the measuring fluid becomes effective on the inner cylinder, which rotates the inner cylinder to the point of equilibrium with the restoring force moment of the spring bars. This twist can be thoughtfully measured as a translational displacement with a displacement sensor or directly as a change in the direction of an angle sensor. Another feature of the invention is that the measuring range of the rotational viscometer can be changed by changing the number of spring bars within wide limits without changing the assignment of the inner and outer cylinders. To increase the sensitivity in the direction of action of the inner cylinder tangentially engaging frictional forces the spring rods are provided with two spring joints as far apart as possible, the spring joint axes are directed concentrically to the axis of rotation of the inner cylinder.

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