DD267795A1

DD267795A1 - ROTATIONAL VISCOSIMETERS FOR MEASURING THE DYNAMIC VISCOSITY OF FLUID SYSTEMS, ESPECIALLY IN PRODUCTION PROCESSES

Info

Publication number: DD267795A1
Application number: DD30992487A
Authority: DD
Inventors: Dieter Hemmecke; Joachim Schneider
Original assignee: Adw Ddr Inst Mechanik
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1989-05-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotationsviskosimeter fuer die Messung der dynamischen Viskositaet von fluiden Systemen, insbesondere in Prozessen, mit einem kontinuierlich vom Fluid durchstroemten koaxialen Zylindermesssystem, bestehend aus ortsfestem Innen- und Aussenzylinder sowie dazwischen angeordnetem, ueber eine Dauermagnetkopplung beruehrungslos rotatorisch angetriebenen Hohlzylinder. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar fuer die kontinuierliche Viskositaetskontrolle und -regelung waehrend laufender Prozesse zwecks Erzeugung, Foerderung oder beim Verbrauch von fluiden Produkten mit hoher und gleichbleibender Qualitaet. Gemaess der Erfindung ist das koaxiale Zylindermesssystem infolge einer zwischen Ein- und Ausstroembereich anliegenden Druckdifferenz axial durchstroemt, wobei die Zylindermantelflaeche des Aussenzylinders im Einstroemungsbereich geschlossen und dessen der Einstroemseite zugewandte Stirnflaeche bodenlos ausgefuehrt ist, waehrend die Zylindermantelflaeche im Ausstroembereich radial wirksame Austrittsoeffnungen aufweist.The invention relates to a rotational viscometer for measuring the dynamic Viskositaet of fluid systems, especially in processes, with a continuously durchrossemte by the fluid coaxial cylinder measuring system, consisting of stationary inner and outer cylinders and arranged therebetween, via a permanent magnet coupling without contact rotationally driven hollow cylinder. The invention is particularly applicable to the continuous viscosity control and regulation during ongoing processes for the production, promotion or consumption of fluid products of high and consistent quality. According to the invention, the coaxial cylinder measuring system is axially pervaded as a result of an applied between inlet and Ausstroembereich pressure difference, wherein the Zylindermantelflaeche the outer cylinder closed in Einstroemungsbereich and its Einro- side facing Endflaeche bottomless, while the Zylindermantelflaeche in the Ausstroembereich radially effective outlet openings.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Rotationsviskosimeter für die Messung der dynamischen Viskosität von fluiden Systemen, insbesondere in Prozessen, mit einem koaxialen Zylindermeßsystem, bestehend aus ortsfestem Innenzylinder, über eine Dauermagnetkupplung berührungslos rotatorisch angetriebene Hohlzylinder und ortsfestem Außenzylinder, welches kontinuierlich vom Fluid durchströmt wird, wobei Außenzylinder und Hohlzylinder axial wirksame Einströmöffnungen aufweisen.The invention relates to a rotational viscometer for measuring the dynamic viscosity of fluid systems, in particular in processes, with a coaxial cylinder measurement system, consisting of stationary inner cylinder, non-contact rotatory driven via a permanent magnet clutch hollow cylinder and fixed outer cylinder, which is continuously flowed through by the fluid, wherein outer cylinder and Hollow cylinder axially effective inlet openings.

Die Erfindung ist als Prozeßviskosimeter insbesondere anwendbar für kontinuierliche Viskositätsmessungen und entsprechende Regelungen während laufender Prozesse zwecks Erzeugung von fluiden Produkten mit guter und gleichbleibender Qualität (Polymere, Fluide, Farben, Leime, Ölprodukte u. ä.) bzw. zwecks Einstellung bestimmter technologisch geforderter Fluideigenschaften (z. B. bei der Verarbeitung, Förderung oder beim Verbrauch solcher Produkte), aber auch als Laborviskosimeter anwendbar, wenn das Viskosimeter aus anderen Gründen, z. B. bei Viskositätsmessungen an zur Entmischung neigenden dispersen Systemen (Suspensionen, Emulsionen), kontinuierlich durchströmt werden muß.The invention is particularly applicable as a process viscometer for continuous viscosity measurements and corresponding control during ongoing processes for the production of fluid products of good and consistent quality (polymers, fluids, paints, glues, oil products and the like) or for the purpose of setting certain technologically required fluid properties ( For example, in the processing, production or consumption of such products), but also applicable as a laboratory viscometer, if the viscometer for other reasons, eg. B. must be continuously flowed through in viscosity measurements of segregating dispersive systems (suspensions, emulsions).

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Im Rahmender Automatisierung von Prozessen, bei denen Fluide erzeugt, gefördert, verarbeitet oder verbraucht werden, und im Zusammenhang mit bestimmten Forderungen, die an Fluidviskosität im Prozeß oder an die Qualität der erzeugten Produkte gerichtet werden, gewinnt die Prozeßviskosimetrie weiter an Bedeutung. Notwendigerweise müssen die Prozeßviskosimeter den ständig wachsenden Ansprüchen angepaßt sein. Es werden deutlich höhere Anforderungen an die Meßgenauigkeit der Geräte und die.Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse gestellt. Bei vielen Prozessen kommt es auf geringe Zeitkonstanten der Meß- und Regeleinrichtungen an. Die Vielfalt der Einsatzbedingungen für die Prozeßviskosimeter (unterschiedliche Fluidklassen, unterschiedliche Schergeschwindigkeits-,Temperatur- und Druckbereiche, verschiedene Einbaubedingungen u.a.) vergrößert sich.In the automation of processes in which fluids are produced, pumped, processed or consumed, and in connection with certain requirements directed to fluid viscosity in the process or to the quality of the products produced, process viscometry is becoming more important. Necessarily, the process viscometers must be adapted to the constantly growing demands. Significantly higher demands are placed on the measurement accuracy of the devices and the reproducibility of the measurement results. In many processes, it depends on small time constants of the measuring and control devices. The variety of operating conditions for the process viscometers (different fluid classes, different shear rate, temperature and pressure ranges, different installation conditions, etc.) increases.

Bei Fließvorgängen, bei denen die Größe der Abweichung des pseudoplastischen oder dilatanten Verhaltens der realen Fluide vom Newtonschen Fließverhalten prozeßbestimmend ist, genügen Einpunktmessungen der Viskosität nicht fnehr, um den Stoff zu charakterisieren und den Prozeß zu regeln. Es müssen mehrere Punkte der Viskositätskurve vermessen werden. Natürlich müssen die Meßsysteme auch unter diesen anspruchsvolleren Bedingungen zuverlässig und störungsfrei arbeiten, sie sollen robust und wartungsarm sein.For flow processes where the magnitude of the deviation of the pseudoplastic or dilatant behavior of the real fluids from Newtonian flow behavior is process-determining, one-point viscosity measurements are not sufficient to characterize the material and control the process. Several points of the viscosity curve have to be measured. Of course, the measuring systems must work reliably and trouble-free even under these more demanding conditions, they should be robust and low maintenance.

Für Prozeßviskosimeter werden häufig klassische Viskositätsmeßprinzipien, wie beispielsweise das Kapillarprinzip oder das Rotationsprinzip, genutzt. In jedem Falle ist es notwendig, den aktuellen Fluidzustand zu bestimmen. Das heißt, die FluidprobeFor process viscometers classic Viskositätsmeßprinzipien, such as the capillary principle or the rotation principle are often used. In any case, it is necessary to determine the current fluid state. That is, the fluid sample

im Meßsystem muß aktuell ausgetauscht werden, daß Meßsystem muß auch bei Nutzung des Rotationsprinzips kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen diskontinuierlich durchströmt werden.In the measuring system must be replaced currently, that measuring system must be traversed discontinuously even when using the rotation principle continuously or at short intervals.

Gemäß DD-PS 241 646 ist ein Verfahren zur Theologischen Prozeßkontrolle mit einem Durchflußrotationsviskosimeter für die Lebensmittel- und chemische Industrie bekannt. Dabei wird das Fluid in den Ringspalt des Viskosimeters geleitet, bis ein bestimmter Füllstand erreicht ist, sodann der Zulauf unterbrochen, das Fluid temperiert, mehrere Meßvorgänge ausgeführt und anschließend das Fluid aus dem Ringspalt abgeleitet. Bei dem Viskosimeter handelt es sich um ein solches mit Zylindermeßsystem, welches über einen Bypaß und einen Dreiweghahn dem Hauptkanal zum Transport des bearbeiteten Fluids parallel geschaltet ist. Damit wird das Viskosimeter nicht vom zu messenden Fluid durchströmt, sondern es wird in bestimmten, durch die Dauer des Füll-, Temperier-, Meß- und Entleervorgangs festgelegten Zeitabständen (punktweise) ein Meßwert genommen und damit mit relativ großer Zeitverzögerung und ungenau der Prozeß beeinflußt.According to DD-PS 241 646 a process for theological process control with a flow-through rotary viscometer for the food and chemical industry is known. The fluid is passed into the annular gap of the viscometer until a certain level is reached, then interrupted the inlet, tempered the fluid, carried out several measuring operations and then derived the fluid from the annular gap. The viscometer is a cylinder measuring system connected in parallel to the main passage for transporting the processed fluid through a bypass and a three-way cock. Thus, the viscometer is not flowed through by the fluid to be measured, but it is in certain, determined by the duration of the filling, tempering, measuring and emptying periods (pointwise) taken a reading and thus influenced with relatively large time delay and inaccurate the process ,

Aus DE-AS 2601487 ist ein Viskosimeter mit einem Zylindermeßsystem bekannt, bei dem der Innenzylinder mit einembestimmten Profil versehen ist, so daß bei dessen Drehbewegung eine axiale Förderung der im Ringspalt befindlichen Meßsubstanz bewirkt wird. Das Profil besteht aus Nuten, z. B. einer schneckenförmigen Nut auf der Mantelfläche des Innenzylinders.From DE-AS 2601487, a viscometer with a cylinder measuring system is known, in which the inner cylinder is provided with a certain profile, so that during the rotational movement of an axial promotion of the measuring substance located in the annular gap is effected. The profile consists of grooves, z. B. a helical groove on the lateral surface of the inner cylinder.

Bei Anwendung dieses bekannten Viskosimeters wirkt das — profilierte — Zylindermeßsystem als axial fördernde Pumpe; d.h., bei der Drehmomentmessung wird das Pumpenmoment mit erfaßt, was zu einer Verfälschung der Meßwerte führt. Weiterhin verursacht die Profilierung des Innen- (oder auch des Außen-)zylinders einer Störung der Couette-Strömung im Ringspalt mit einer weiteren Meßwertverfälschung.When using this known viscometer the - profiled - cylinder measuring system acts as an axially pumping pump; that is, in the torque measurement, the pump torque is also detected, which leads to a falsification of the measured values. Furthermore, the profiling of the inner (or the outer) cylinder causes a disturbance of the Couette flow in the annular gap with a further Meßwertverfälschung.

Die angestrebte geringe axiale Strömungsgeschwindigkeit bedingt einen sehr langsamen Fluidaustausch des Meßsystems und damit eine relativ große Zeitkonstante des Systems. Außerdem ist demgemäß das Viskosimeter nur für die Messung höherviskoser Fluide einsetzbar.The desired low axial flow rate causes a very slow fluid exchange of the measuring system and thus a relatively large time constant of the system. In addition, accordingly, the viscometer can only be used for the measurement of higher-viscosity fluids.

Es ist weiterhin ein Prozeßviskosimeter bekannt (Firmendruckschrift „Gerätesystem Prozeßviskosimeter", VEB MLW Prüfgerätewerk Medingen, DDR, Druckzeichen: 111-25-16 460673 2 Ag 40-47-I-8I2), welches der kontinuierlichen Viskositätsmessung und -regelung in Produktionsprozessen dient.Furthermore, a process viscometer is known (company publication "Device System Process Viscometer", VEB MLW Prüfgerätewerk Medingen, GDR, printed: 111-25-16 460673 2 Ag 40-47-I-8I2), which serves for continuous viscosity measurement and control in production processes.

Das Gerät enthält ein koaxiales Zylindermeßsystem, welches aus einem ortsfesten Innenzylinder, einem über eine Dauermagnetkupplung berührungslos rotatorisch angetriebenen Hohlzylinder und einem ortsfesten Außenzylinder besteht.The device includes a coaxial cylinder measuring system, which consists of a stationary inner cylinder, a non-contact rotationally driven via a permanent magnet coupling hollow cylinder and a fixed outer cylinder.

Dieses Zylindermeßsystem wird von dem zu messenden Fluid quer durchströmt, wobei der Austauschmassenstrom entsprechend den Einbauverhältnissen durch im Außenzylinder angeordnete Schlitze bei Rotation des Hohlzylinders bewirkt wird.This cylinder measuring system is traversed transversely by the fluid to be measured, wherein the exchange mass flow is effected in accordance with the installation conditions by slots arranged in the outer cylinder during rotation of the hollow cylinder.

Ein analog aufgebautes Prozeßviskosimeter ist in der Firmendruckschrift „Haake Thermostate — Das Programm 83/84", Abschnitt „Prozeßviskosimeter VC 4", beschrieben, wobei das Zylindermeßsystem zusätzlich im Außenzylinder und im Hohlzylinderrotor axial wirksame Einströmöffnungen aufweist.An analogously constructed process viscometer is described in the company publication "Haake Thermostats - The Program 83/84", section "Process Viscometer VC 4", the cylinder measuring system additionally having axially effective inlet openings in the outer cylinder and in the hollow cylinder rotor.

Diese bekannten Prozeßviskosimeter können in Behälter, Rohrleitungen oder Bypässe ohne wesentliche Beeinflussung des Produktionsprozesses eingebaut werden, wodurch bei geringster zeitlicher Verzögerung aktuelle Meßwerte erhältlich sind.These known process viscometers can be installed in containers, pipelines or bypasses without significantly influencing the production process, whereby current measured values can be obtained with the least possible time delay.

Jedoch sind die spezielle Konstruktion und dadurch bedingte Strömungsverhältnisse bei querer Durchströmung ursächlich für eine Reihe von Fehlern, welche das Meßergebnis negativ beeinflussen.However, the special construction and consequent flow conditions with transverse flow are the cause of a number of errors that adversely affect the measurement result.

Zylindermeßsysteme mit geschlitztem Außenzylinder realisieren ein weder homogenes noch in Umfangsrichtung gleichbleibende Scherfeld. Sie werden aufgrund einer zwischen beiden radial gegenüberliegenden Schlitzen anliegenden Druckdifferenz und aufgrund der Wirkung des Meßsystems als Pumpe durchströmt, wobei die Größe dieses Austauschmässenstroms unbekannt ist. Sie ist abhängig von den Einbau-und Betriebsbedingungen, d.h. u.a. von der Rotorwinkelgeschwindigkeit, der Viskosität und der Temperatur des Fluids. Die Größe des Austauschmassenstroms wiederum geht in die Größe weiterer Fehler ein, so daß deren Größe zwecks Korrektur kaum ermittelbar ist !Thermische Fehler, verursacht durch dissipative Wärmeproduktion infolge Eintrags mechanischer Arbeit bei höheren Antriebsleistungen, bedingen eine zeitliche Änderung der Temperatur im Scherspalt, mit entsprechender Beeinflussung der Viskosität. Auch das Pumpenmoment ist vom Austauschmassenstrom abhängig und verfälscht die Meßergebnisse. Hinzu kommt bei nicht linearviskosen Fluiden ein Fehler infolge einer unsymmetrischen Druck-Schlepp-Strömung im Meßspalt, wenn an beiden gegenüberliegenden Schlitzen des Außenzylinders eine austauschwirksame Druckdifferenz anliegt.Cylinder measuring systems with slotted outer cylinder realize a neither homogeneous nor circumferentially constant shear field. They are traversed as a result of a pressure applied between the two radially opposite slots and due to the effect of the measuring system as a pump, the size of this Austauschmässenstroms is unknown. It depends on the installation and operating conditions, i. et al from the rotor angular velocity, the viscosity and the temperature of the fluid. The size of the exchange mass flow, in turn, enters the size of further errors, so that their size for correction can hardly be determined! Thermal errors caused by dissipative heat production as a result of entry of mechanical work at higher drive powers, cause a temporal change in the temperature in the shear gap, with appropriate influence the viscosity. The pump torque is also dependent on the exchange mass flow and falsifies the measurement results. In addition, in non-linear viscous fluids an error due to an asymmetric pressure-drag flow in the measuring gap, if there is an exchange-effective pressure difference at both opposite slots of the outer cylinder.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, ein durchströmtes Rotationsviskosimeter anzugeben, welches bei äußerst geringer Zeitkonstante weitgehend fehlerfreie Meßergebnisse liefert bzw. wobei ein verbleibender Fehleranteil exakt bestimmbar ist, so daß das Meßergebnis korrigierbar ist.It is an object of the invention to provide a flow-through rotational viscometer, which provides largely error-free measurement results at extremely low time constant and wherein a remaining error component is accurately determined, so that the measurement result is correctable.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotationsviskosimeter für die Messung der dynamischen Viskosität von fluiden Systemen, insbesondere in Prozessen, mit einem koaxialen Zylindermeßsystem, bestehend aus ortsfestem Innenzylinder, über eine Dauermagnetkupplung berührungslos rotatorisch angetriebenem Hohlzylinder und ortsfestem Außenzylinder, welches kontinuierlich vom Fluid durchströmt wird, wobei Außenzylinder und Hohlzylinder axial wirksame Einströmungsöffnungen aufweisen, zu schaffen, wobei eine axiale Durchströmung bei Vermeidung einer Pumpenwirkung durch die Elemente des koaxialen Zylindermeßsystems erreichbar ist.The invention is based on the object, a rotational viscometer for the measurement of the dynamic viscosity of fluid systems, especially in processes, with a coaxial cylinder measurement system consisting of stationary inner cylinder, via a permanent magnet non-contact rotationally driven hollow cylinder and stationary outer cylinder, which is continuously flowed through by the fluid in which external cylinders and hollow cylinders have axially effective inflow openings, wherein an axial throughflow can be achieved while avoiding a pump action by the elements of the coaxial cylinder measuring system.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das koaxiale Zylindermeßsystem durch Nutzung einer zwischen einem Einström- und einem Ausströmbereich anliegenden Druckdifferenz axial durchströmt ist, wobei die Zylindermantelfläche des ortsfesten Außenzylinders im Einströmbereich geschlossen und dessen der Einströmseite zugewandte Stirnseite bodenlos ausgeführt ist, wobei die Zylindermantelfläche im Ausströmbereich radial wirksame Austrittsöffnungen aufweist.According to the invention this is achieved in that the coaxial cylinder measuring system is axially flowed through using an applied between an inflow and a Ausströmbereich pressure difference, wherein the cylinder jacket surface of the fixed outer cylinder closed in the inflow and its inflow side facing bottom is made bottomless, the cylinder jacket surface in the outflow having radially effective outlet openings.

Dabei ist es zweckmäßig, daß in der—an sich bodenlosen — Stirnseite des ortsfesten Außenzylinders ein Lagerschild für die Lagerung des Hohlzylinders angeordnet ist.It is expedient that a bearing plate for the storage of the hollow cylinder is arranged in the bottomless at-front side of the stationary outer cylinder.

Vorteilhaft ist der Hohlzylinder als zum Ausströmbereich einseitig offener Doppelhohlzylinder ausgeführt, in dessen Doppelzylinderwand Kupplungsmagnete angeordnet sind, und dessen dem Einströmungsbereich zugewandte Stirnfläche sowohl in dem Innenzylinder als auch in der Doppelzylinderwand zugewandten Bereich axial wirksame Einströmungsöffnungen aufweist.The hollow cylinder is advantageously designed as a hollow cylinder open on one side to the outflow region, in the double cylinder wall of which coupling magnets are arranged, and whose end face facing the inflow region has axially effective inflow openings both in the inner cylinder and in the double cylinder wall.

In einer anderen Variante weist der Hohlzylinder einen allseitig geschlossenen ringförmigen Hohlraum für die Aufnahme der Kupplungsmagnete auf, der ggf. mit einem wärmedämmenden Material ausgefüllt ist.In another variant, the hollow cylinder on all sides closed annular cavity for receiving the clutch magnets, which is optionally filled with a thermally insulating material.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind im Einström- und/oder im Ausströmungsbereich einstellbare Drosselvorrichtungen vorgesehen, wodurch der Massenstrom durch das Zylindermeßsystem so einstellbar ist, daß er für die jeweilige Meßaufgabe zu optimalen Einsatzbedingungen führt.In a further advantageous embodiment adjustable throttle devices are provided in the inflow and / or outflow region, whereby the mass flow through the Zylindermeßsystem is adjustable so that it leads to optimum application conditions for the respective measurement task.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichung zeigenThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. Show in the accompanying drawing

Fig. 1: einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rotationsviskosimeter und Fig. 2: den Querschnitt längs der Linie H-Il in Fig. 1.1 shows a longitudinal section through a rotational viscometer according to the invention and FIG. 2 shows the cross section along the line H-II in FIG. 1.

Das Rotationsviskosimeter enthält ein koaxiales Zylindermeßsystem 1, welches aus einem ortsfesten Außenzylinder 2, einem drehbaren Hohlzylinder 3 und einem ortsfesten Innenzylinder 4 besteht. Zwischen den glatten Zylindermantelflächen des koaxialen Zylindermeßsystems 1 bildet sich somit ein innerer Meßspalt 5 und ein äußerer Meßspalt 6 aus.The rotational viscometer includes a coaxial cylinder measuring system 1 which consists of a stationary outer cylinder 2, a rotatable hollow cylinder 3 and a stationary inner cylinder 4. Thus, an inner measuring gap 5 and an outer measuring gap 6 are formed between the smooth cylinder jacket surfaces of the coaxial cylinder measuring system 1.

Der ortsfeste Außenzylinder 2 ist Teil eines Flansches 2.1, der befestigt ist in einem Winkelstück 7 eines Rohres, durch welches das Fluid strömt, dessen Viskosität kontinuierlich gemessen werden soll. In das Winkelstück 7 strömtdas Fluid in Richtung des Pfeiles 8 ein und in Richtung des Pfeiles 9 aus, wobei eine Druckdifferenz für diese Strömung ursächlich ist.The stationary outer cylinder 2 is part of a flange 2.1, which is fixed in an elbow 7 of a tube through which flows the fluid whose viscosity is to be measured continuously. Into the elbow 7, the fluid flows in the direction of the arrow 8 and in the direction of the arrow 9, wherein a pressure difference for this flow is the cause.

Durch die Richtung der Strömung sei ein Einströmbereich 10 und ein Ausströmbereich 11 des Zylindermeßsystems 1 definiert.By the direction of the flow, an inflow region 10 and an outflow region 11 of the cylinder measuring system 1 are defined.

Im Einströmbereich 10 ist der Außenzylinder 2 offen, d. h. ohne Boden ausgeführt. Außerdem ist seine Zylindermantelfläche dort geschlossen. Dagegen weist die Zylindermantelfläche des Außenzylinders 2 im Ausströmbereich 11 radial wirksame Austrittsöffnungen 12 auf.In the inflow region 10, the outer cylinder 2 is open, d. H. executed without floor. In addition, its cylinder jacket surface is closed there. In contrast, the cylinder jacket surface of the outer cylinder 2 in the outflow region 11 has radially effective outlet openings 12.

In der— an sich bodenlosen — Stirnseite des Außenzylinders 2 ist über nicht gezeichnete, die Strömung kaum beeinflussende Speichen ein Lagerschild 13 für die Lagerung des Hohlzylinders 3 mittels eines ersten Achsschenkels 16 befestigt. Dieser Hohlzylinder 3 ist als Doppelhohlzylinder ausgeführt, d.h. er enthält eine Doppelzylinderwand 3.1, die in Richtung des Ausströmbereiches 11 offen ist. In dem dadurch gebildeten Hohlraum sind zylinderförmige Kupplungsmagnete 14 angeordnet.In the - bottomless - front side of the outer cylinder 2 is not shown, the flow hardly influencing spokes a bearing plate 13 for the storage of the hollow cylinder 3 by means of a first stub axle 16 attached. This hollow cylinder 3 is designed as a double hollow cylinder, i. it contains a double cylinder wall 3.1, which is open in the direction of the discharge area 11. In the cavity formed thereby cylindrical coupling magnets 14 are arranged.

Die dem Einströmbereich 10 zugewandte Stirnfläche des Hohlzylinders 3 weist axial wirksame Einströmöffnungen 15 auf, welches sowohl in den Hohlraum der Doppelzylinderwand 3.1 als auch im Bereich des Innenzylinders 4 münden.The inflow region 10 facing end face of the hollow cylinder 3 has axially effective inflow openings 15, which open into both the cavity of the double cylinder wall 3.1 and in the region of the inner cylinder 4.

Über einem zweiten Achsschenkel 17 ist der Hohlzylinder 3 am Innenzylinder 4 gelagert. Dieser ist ortsfest befestigt und hohl ausgeführt. Er nimmt eine Antriebswelle 18 auf, die an ihrem vorderen Ende (in gleicher radialer Ebene wie die Kupplungsmagnete 14) eine Dauermagnetkupplung 19trägt. Die Antriebswelle 18 ist mit einem elektrischen Antriebsmotor (nicht gezeichnet), der eine Antriebsdrehbewegung mit hoher Drehzahlkonstanz liefert, sowie mit einer nicht gezeichneten Drehmomentmeßeinrichtung verbunden.About a second stub axle 17 of the hollow cylinder 3 is mounted on the inner cylinder 4. This is fixed in place and executed hollow. He takes on a drive shaft 18, which carries at its front end (in the same radial plane as the clutch magnets 14) a permanent magnet coupling 19. The drive shaft 18 is connected to an electric drive motor (not shown), which provides a drive rotational movement with high speed constancy, as well as with a torque measuring device, not shown.

Die Wirkungsweise ist wie folgt:The mode of action is as follows:

Das in Richtung des Pfeiles 8 unter Wirkung einer Druckdifferenz einzuströmende Fluid durchströmt das koaxiale Zylindermeßsystem 1 in axialer Richtung. Dabei gelangt das Fluid sowohl zum äußeren Meßspalt 6 als auch, infolge Wirkung der Einströmöffnungen 15, zum inneren Meßspalt 5, wobei die Durchströmung des Hohlraumes 3 in Verbindung mit den dünnen, auch von außen umströmten Wänden des Außenzylinders 2 bei Temperaturänderungen zu einer Minimierung thermischer Beeinflussungen und damit auch zu kleinen Zeitkonstanten führt.The fluid to be introduced in the direction of the arrow 8 under the action of a pressure difference flows through the coaxial cylinder measuring system 1 in the axial direction. In this case, the fluid passes both to the outer measuring gap 6 and, due to the effect of the inflow openings 15, to the inner measuring gap 5, wherein the flow through the cavity 3 in conjunction with the thin, also flowed from the outside walls of the outer cylinder 2 with temperature changes to a minimization of thermal influences and thus also leads to small time constants.

Infolge der Drehbewegung des Hohlzylinders 3, der berührungslos von der Antriebswelle 18 über die Dauermagnetkupplung 19 und die Kupplungsmagnete 14 angetrieben wird, wird das Fluid im inneren Meßspalt 5 und im äußeren Meßspalt 6 geschert, wobei das gemessene Drehmoment ein Maß für die Scherspannung und damit für die Viskosität darstellt.As a result of the rotational movement of the hollow cylinder 3, which is driven without contact by the drive shaft 18 via the permanent magnet coupling 19 and the clutch magnets 14, the fluid is sheared in the inner measuring gap 5 and the outer measuring gap 6, wherein the measured torque is a measure of the shear stress and thus represents the viscosity.

Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung des Rotationsviskosimeters ist bei einer äußerst geringen thermischen Trägheit die Beeinflussung des Meßergebnisses durch Störungen der Couette-Strömung, durch ein zusätzliches Pumpenmoment, bzw. durch eine unsymmetrische Druck-Schlepp-Strömung vermieden. Ein wegen der Gültigkeit des Satzes von der Drehimpulserhaltung auftretendes mechanisches Zusatzmoment, welches von der konkreten Geometrie des Zylindermeßsystems 1, von der Antriebsdrehzahl, der Größe des das Zylindermeßsystem 1 durchströmenden Austauschmassestroms und der Dichte des Fluids abhängig ist und das gemessene Drehmoment in jedem Fall vergrößert, läßt sich exakt berechnen und als Korrekturgröße verwenden. Das gleiche gilt auch für die thermische Beeinflussung durch Dissipation oder durch Thermostatisierungsfehler.This inventive design of the rotational viscometer with an extremely low thermal inertia, the influence of the measurement result by disturbances of the Couette flow, by an additional pump torque, or by an asymmetric pressure-drag flow avoided. A mechanical additional torque occurring due to the validity of the set of angular momentum conservation, which depends on the particular geometry of the cylinder measurement system 1, the input speed, the size of the exchange mass flow flowing through the cylinder measurement system 1 and the density of the fluid, and increases the measured torque in each case, can be calculated exactly and used as a correction value. The same applies to the thermal influence of dissipation or thermostatization error.

In einer Variante zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel (nicht gezeichnet) weist der Hohlzylinder 3 einen allseitig geschlossenen Hohlraum auf. In diesem sind die Kupplungsmagnete 14 angeordnet. Außerdem ist der Hohlraum mit einem wärmedämmenden Material ausgeschäumt, um eine geringe thermische Trägheit zu erreichen.In a variant of the embodiment described above (not shown), the hollow cylinder 3 has a cavity closed on all sides. In this the coupling magnets 14 are arranged. In addition, the cavity is filled with a heat-insulating material to achieve a low thermal inertia.

Weiterhin können im Einströmbereich 10 und/oder im Ausström bereich 11 nicht dargestellte Drosselvorrichtungen vorgesehen sein, wodurch der Austauschmassenstrom durch das koaxiale Zylindermeßsystem so einstellbar ist, daß er für die jeweilige Meßaufgabe zu optimalen Einsatzbedingungen führt.Furthermore, in the inflow region 10 and / or in the outflow area 11, throttle devices, not shown, may be provided, whereby the exchange mass flow through the coaxial cylinder measuring system is adjustable so that it leads to optimum application conditions for the respective measurement task.

Claims

1. rotational viscometer for measuring the dynamic viscosity of fluid systems, in particular in processes, with a coaxial cylinder measurement system, consisting of stationary inner cylinder, via a permanent magnet non-contact rotationally driven hollow cylinder and fixed outer cylinder, said outer cylinder and hollow cylinder having axially effective inlet openings, characterized in that the coaxial cylinder measuring system (1) is flowed through axially by use of a pressure difference between an inflow region (10) and an outflow region (11), wherein the cylinder jacket surface of the stationary outer cylinder (2) is closed in the inflow region (10) and its front side facing the inflow side is bottomless is, while the cylindrical surface in the discharge area (11) has radially effective outlet openings (12).

2. Rotary viscometer according to claim 1, characterized in that in the-bottomless itself - front side of the stationary outer cylinder (2), a bearing plate (13) for the storage of the hollow cylinder (3) is arranged.

3. A rotational viscometer according to claim 1, characterized in that the hollow cylinder (3) is designed as a discharge area (11) unilaterally open double hollow cylinder, in the double cylinder wall (3.1) coupling magnets (14) are arranged, and its the inflow region (10) facing end face Has axially effective inlet openings both in the inner cylinder (4) and in the double cylinder wall (3.1) facing area.

4. Rotary viscometer according to claim 1, characterized in that the hollow cylinder (3) has an annular cavity closed on all sides for receiving the coupling magnets (14), which is optionally filled with a heat-insulating material.

5. rotational viscometer according to claim 1, characterized in that in the inflow region (10) and / or in the discharge area (11) adjustable throttle devices are provided, whereby the mass flow through the Zylindermeßsystem (1) is adjustable so that it is optimal for the respective measurement task Operating conditions leads.