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Die
Erfindung betrifft ein Rotationsrheometer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
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Der
prinzipielle Aufbau von Rotationsrheometern ist beispielsweise aus
dem österreichischen
Patent 404 192 bekannt. Ein Rotationsrheometer der eingangs genannten
Art ist aus der
DE
34 23 873 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein
Dreh-Rheometer, dessen Rotor mit einer Probe gekoppelt und in einem
Stator mit einem Lagersystem mit geringer Reibung gelagert ist.
Erfindungsgemäß ist eine
Kompensationsanordnung vorgesehen, welche Drehmomente, die vom Lager
auf den Rotor ausgeübt
werden, über
dem vollen Drehbereich des Rotors kompensiert. Außerdem sind
Positionswandler vorgesehen, welche die Winkelstellung des Rotors
auf einem Drehwinkel von 360° über den
vollen Bereich exakt bestimmen können.
Weiterhin ist ein Wandler vorgesehen, mit dessen Hilfe die Längsposition
des Rotors bezüglich
des Stators exakt erfasst werden kann. Nachteilig ist es, dass bei
diesem Rheometer die thermische Ausdehnung, die Steifigkeit des Stativs
und die Temperaturdrift im Stativ die Messung beeinflussen.
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Gemäß der Schrift
US 5 349 847 ist bei einem
Rheometer eine stationäre
Probenaufnahme vorgesehen, die magnetisch mit einer Führungseinrichtung
verbunden ist. Dadurch werden die Messung störende Rotationen der beweglichen
Aufnahme von der Probe ferngehalten, wenn das Rheometer vom statischen
in den dynamischen Meßzustand übergeht.
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Die
Schrift GB 2 329 253 A offenbart einen Rotationsviskosimeter mit
einem Meßmotor,
der eine Meßwelle
antreibt, die eine in einem Luftlager eines Stators gelagerte Scheibe
trägt und
mit einer zumindest einen Wegsensor aufweisenden Normalkraftmeßeinrichtung
zur Bestimmung von Axialbewegungen der Meßwelle aufgrund viskoelastischer
Eigenschaften der zu untersuchenden Substanz. Es ist vorgesehen,
dass zur Normalkraftmessung im Bereich des Luftlagers der Wegsensor
im Bereich des Luftlagers am Stator angeordnet ist und die in axialer
Richtung der Meßwelle
erfolgenden Bewegungen der Scheibe gegenüber dem Stator aufnimmt.
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Ziel
der Erfindung ist es, bei diesen grundlegende Prinzipien aufweisenden
Rotationsrheometern, den Abstand zwischen den Messteilen nicht indirekt
messen zu müssen,
d.h. über
den Umweg des Abstandes zwischen einem Punkt auf der Messwelle und
einem Punkt auf dem Stativ bzw. Statur, sondern den Abstand zwischen
den den Messspalt S bildenden Messteilen direkt messen und/oder
einstellen und/oder konstant hatten zu können. Dies ist insoferne von
Bedeutung, als bereits geringe Änderungen
der Dicke des Messspaltes S im Zuge der Messung, z.B. durch Temperaturänderungen,
insbesondere des Statives und/oder der Messteile, beträchtlichen
Einfluss auf die Genauigkeit der Messung haben.
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Dieses
Ziel wird bei einem Rotationsrheometer der eingangs genannten Art
durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale erreicht.
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Erfindungsgemäß werden
somit berührungslos
arbeitende Wegsensoren zur Ermittlung und/oder Einstellung und/oder
Konstanthaltung der Dicke des Messspaltes S vorgesehen bzw. von
einem der beiden, den Messspalt S begrenzenden Messteilen getragen.
Der jeweils andere Messteil trägt
den den Wegsensor beeinflussenden Bauteil bzw. beeinflusst selbst
den Wegsensor. Die Ausgangssignale der Wegsensoren sind der Auswerteeinheit
zugeführt,
wobei vorteilhafterweise vorgesehen ist, dass mit den Ausgangssignalen
der Auswerteeinheit in Abhängigkeit
von den Ausgangssignalen des Wegsensors eine Einrichtung zur Veränderung bzw.
Einstellung des Messspaltes durch Höhenverstellung zumindest eines
der beiden Messteile gesteuert ist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind durch die Merkmale der Ansprüche 2 oder 3 oder 4 gekennzeichnet.
Die Merkmale dieser Ansprüche
betreffen unterschiedliche Realisierungen bzw. Ausführungsvarianten
von Wegsensoren, die eine sehr exakte berührungslose Vermessung der Dicke
des Messspaltes S ermöglichen
bzw. sehr empfindlich auf Abstandsänderungen der einander gegenüberliegenden
Messteile reagieren.
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Die
Genauigkeit der erfindungsgemäß eingesetzten
Wegsensoren reicht aus, um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen,
mit der die Einstellung der Dicke des Messspaltes erfolgen soll.
Damit werden die bisher aufgrund mangelnder Genauigkeit bei der
Einstellung der Dicke des Messspaltes auftretenden Messfehler weitgehend
eliminiert.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
die Merkmale des Anspruches 5 verwirklicht; damit können weitgehend
auf Temperaturschwankungen resultierende Messfehler ausgeschaltet werden.
Zur raschen Auswertung sind vorteilhafterweise die Merkmale des
Anspruches 9 vorgesehen.
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Die
mit den Wegsensoren gemessenen Werte für die Dicke des Messspaltes
werden in der Auswerteeinheit mit den Messwerten betreffend das
Moment der zu untersuchenden Substanz und allenfalls den Messwerten
einer Normalkraftmesseinrichtung verknüpft und zur Berechnung der
Viskosität
herangezogen.
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Bei
einem Rotationsviskosimeter, bei dem eine Probe bzw. Substanz mit
der sich durch die Dicke des Messspaltes S ergebenden Höhe h vermessen
wird, die sich zwischen einem feststehenden Messteil (Platte) und
einem relativ zu diesem rotierenden Messteil (Platte) mit dem Radius
R ergibt, gelten für
die Schergeschwindigkeit D (1) und die Viskositat η (2) folgende
Beziehungen:
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Bei
Vorgabe, z.B. eines konstanten Drehmomentes M, ändert sich bei Veränderung
der Höhe
h die Winkelgeschwindigkeit ω in
gleichem Verhältnis,
wodurch die errechnete Viskosität
konstant bleibt. Wird jedoch allerdings eine Höhenänderung in der Berechnung nicht
berücksichtigt,
ergibt sich für
die Viskosität η folgender
Fehler:
Wird für
die Höhe
h' = k·h (Fehlerfaktor
k) eingesetzt, ergibt sich Gleichung (3) für die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit:
und Gleichung (4) für die ermittelte
Viskosität:
- h
- gerechnete Probenhöhe [m]
- h'
- tatsächliche
Probenhöhe
[m]
- D(R)
- Schergeschwindigkeit
am Radius "R" [1/s]
- ω
- gerechnete Winkelgeschwindigkeit
[1/s]
- ω'
- tatsächliche
Winkelgeschwindigkeit [1/s]
- τ
- Schubspannung [Pa]
- M
- Drehmoment [Nm]
- η
- Viskosität [Pa.s]
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Aus
obiger Ableitung ist ersichtlich, dass sich bei einem Messfehler
der Probenhöhe
die Viskosität
verkehrt proportional zum Höhenverhältnis ändert, d.h.
ein Messfehler in der Höhe
um +1% ergibt eine 1-%ige Verringerung der Viskosität. Der Messspalt
beträgt
in der Regel 1 bis 2 mm, wodurch für einen Viskositätsfehler von < 1% die Bestimmung
der Spaltgröße mit einer
Genauigkeit von besser 10 μm
bzw. 20 μm
erforderlich ist.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Patentansprüchen und
der Zeichnung.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert:
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Es
zeigen 1 und 2 Rotationsrheometer von an
sich bekannter Bauart; 3 und 4 zeigen
Messteile erfindungsgemäßer Rotationsrheometer,
die Wegsensoren tragen. Gemäß 1 und 2 umfasst
ein Rotationsrheometer einen Messmotor 1 mit der speziellen
Eigenschaft, dass die Beziehung zwischen dem Drehmoment an der Motorachse
und der elektrischen Versorgung bzw. den Versorgungsparametern,
insbesondere der Stromaufnahme und/oder der Frequenz und/oder der
Phasenlage, in einem bekannten Zusammenhang steht. Dadurch kann
während
eines Rotationsversuches das Moment einer Probe 12 durch Messung
der Versorgungsparameter bestimmt werden. Die Beziehungen zwischen
dem Drehmoment und den Versorgungsparametern werden durch Kalibrieren
ermittelt.
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Des
weiteren umfasst das Rotationsrheometer einen Winkelencoder 2 zur
Bestimmung der Drehposition und der Drehzahl der Welle 16.
Die Welle 16 ist in einem Führungslager 3 gelagert.
Je nach Aufbau des Rotationsrheometers und der geforderten Drehmomentauflösung werden
Wälzlager
oder Luftlager verwendet.
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Als
Messsystem bzw. Messteile 4, 5 mit bekannter Geometrie
können
drei unterschiedliche Systeme eingesetzt werden, nämlich Platte/Platte-Messsysteme,
wie sie in den 1 bis 4 dargestellt
sind oder Kegel/Platte-Messsysteme oder Zylindermesssysteme.
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Das
Rotationsrheometer umfasst des weiteren ein Stativ in möglichst
formstabiler Ausführung.
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Mit
einer Hubeinrichtung kann die Dicke h des Messspaltes S durch Höhenverstellung
zumindest eines der Messteile 4, 5 eingestellt
werden.
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1 zeigt
schematisch ein Rotationsrheometer, bei dem die Anordnung bestehend
aus Messmotor 1, Lagerung 3, Winkelencoder 2 und
den als Platten ausgebildeten Messteilen 4 und 5 mit
dem Stativ 11 über eine
Linearführung 30 verbunden
bzw. auf dieser gelagert und relativ zum Stativ 11 verschiebbar
sind. Durch ein Antriebssystem bestehend aus einer Spindel 6 mit
einem Drucklager 7 und einem Motor 8 und gegebenenfalls
mit einem angeflanschten Winkelencoder 9 kann diese Anordnung
in vertikaler Richtung relativ zum Stativ 11 bewegt und
die Dicke h des Messspaltes S verändert werden.
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2 zeigt
ein Rotationsrheometer in einer gegenüber 1 abgeänderten
Anordnung, wobei der Messmotor 1, das Luftlager 3 und
der Winkelencoder 2 fest mit dem Stativ 11 verbunden
sind. Der Messspalt S wird mit einem Hubtisch 15 eingestellt,
welcher axial im Stativ 11 gelagert ist und über eine
Spindel 6 mit einem Drucklager 7 und einem Motor 8,
der gegebenenfalls einen angeflanschten Winkelencoder 9 aufweist, angetrieben
ist.
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Anstelle
des Spindelantriebes, bestehend aus den Bauteilen 6, 7, 8 und 9 können auch
andere Linearantriebe verwendet werden, z.B. ein Uhing-Mutter-Antrieb
(Wälzmutter),
Linearmotoren, pneumatisch angetriebene Verstelleinrichtungen usw.
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Grundsätzlich gibt
es drei Versuchsarten:
- a) Die Welle 16 wird
mit konstanter Drehzahl beaufschlagt und das Drehmoment wird gemessen.
- b) In diesem Fall wird ein konstantes Moment vorgegeben und
die Drehzahl der Welle 16 wird gemessen.
- c) Oszillationsversuch: Bei diesem Versuch wird die Welle 16 mit
sinusförmigen
(oder andere Wellenform aufweisenden) Drehbewegungen beaufschlagt.
Bei dieser Versuchsart kann neben dem viskosen Anteil auch die elastische
Komponente der Probe 12 bestimmt werden.
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Wie
bereits erwähnt,
wird die Erfindung anhand eines Platte/Platte-Messsystems erläutert, bei
welchem sich die Probe 12 zwischen einem als feststehende
Platte ausgebildeten Messteil 5 und einer als rotierende
Platte ausgebildeten Messteil 4 befindet. Dabei kann die
rotierende Platte 4 kleinere Abmessungen als die feststehende
Platte 5 besitzen und ist üblicherweise oberhalb der feststehenden
Platte 5 angeordnet. Auch gleich große Messteile sind einsetzbar.
Der untere Messteil ist in der Regel eine Platte.
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Die
berechnete Viskosität ändert sich
verkehrt proportional zur Probendicke, d.h. ein Messfehler in der Größe von +1%
ergibt eine 1%ige Verringerung der Viskosität. Somit ist die Bestimmung
eines Messspaltes von z.B. 100 μm
mit einer Genauigkeit von besser 1 μm erforderlich.
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Bei
einem Kegel/Platte-Messsystem befindet sich die Probe zwischen einem
feststehenden Messteil 5, der von einer Platte gebildet
ist und einem rotierenden Messteil 4, der von einem rotierenden
Kegel mit typischen Winkeln gebildet ist. Die Winkel, gemessen zwischen
der feststehenden Platte und dem Kegel, betragen z.B. 0,5°, 1° oder 2°. Entsprechend
der vorgegebenen Norm sitzt die Kegelspitze an der feststehenden Platte
auf. Um die Reibung an diesem Punkt zu verhindern, kann die Kegelspitze
um 50 μm
abgeflacht und die Höhe
derart eingestellt werden, dass die theoretische Spitze des Kegels
wiederum auf die feststehende Platte aufsitzt. Bei Kegel/Platte-Messsystemen
werden die Anforderungen an die Genauigkeit der Spalteinstellung durch
die Kegelgeometrie bestimmt. Bei z. B. einem 1° Kegel mit 25 mm Durchmesser
verursacht ein Spaltfehler von 1,5 μm eine Viskositätsänderung
von 1%.
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Der
Messspalt S kann indirekt mit einem Längenmesssystem 13, 14,
wie es in 1 und 2 dargestellt
ist, eingestellt werden, das eine Genauigkeit von < 1 μm aufweist.
Als Längenmesssysteme
können Aufnehmer
mit Widerstandsänderung
(Potentiometer), induktive Wegaufnehmer (LVDT), oder inkrementale Wegaufnehmer
oder Messuhren eingesetzt werden. Anstelle einer Wegmessung kann
ein definierter Messspalt S eingestellt werden, indem die Hubeinrichtung über eine
Spindel 6 mit bekannter Steigung durch Messung des Spindelwinkels
(Winkelencoder 9) angetrieben wird, wie in 1 und 2 dargestellt.
Der Nachteil besteht jedoch darin, dass diese Systeme die Distanz
zwischen der Hubeinrichtung und dem Stativ 11 bestimmen
und nicht direkt die Höhe
h des Messspaltes S. Unter konstanten Umgebungsbedingungen (konstante Raumtemperatur,
konstante und angeglichene Proben- und Messsystemtemperatur) können damit
Messsystemspalte μ-genau angefahren
werden, jedoch zeigen praktische Erfahrungen, dass sich innerhalb
der Dauer der rheologischen Vermessung einer Probe die Veränderung
des Messspaltes einige 0,1 mm betragen kann, verursacht durch folgende
Einflüsse:
- – Thermische
Ausdehnung sowie mechanische Verwindung des Statives 11 und
- – Thermische
Ausdehnung des Messteiles 4, des Messteiles 5 und
der Welle 16 (Ein extrem hoher Einfluss ergibt sich bei
Verwendung von Temperierkammern mit einem Temperaturbereich von –180° bis 600°C)
- – Die
Stativsteifigkeit sowie die Steifigkeit der Wellenlagerung 3,
da viskoelastische Substanzen unter Scherung Normalkräfte bis
einige 10N generieren.
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Highend-Rheometer
verfügen über eine
Kompensationseinrichtung, die es ermöglicht, den Spalt über eine
empirisch ermittelte Temperatur/Weg-Funktion nachzuregeln und damit
konstant zu halten. Aufgrund der meist unbekannten Temperatur-Angleichszeiten,
der Vielzahl von Messgeometrien und der unterschiedlichen Temperierkammern
ist in der Praxis eine ausreichend gute Kompensation nicht realisierbar.
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Hier
greift nunmehr die Erfindung, die die Dicke h des Messspaltes S
nicht wie bei bekannten Rheometern über den Umweg des Statives
und der jeweiligen Bauteile feststellt, sondern direkt den Abstand
zwischen den Messteilen 4, 5, d.h. einer feststehenden
Platte und einer rotierenden Platte bzw. einem rotierenden Kegel
misst und/oder einstellt und/oder konstant hält.
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3 zeigt
schematisch den Aufbau eines Rotationsrheometers mit einem induktiven
Wegsensor. Die zu untersuchende Substanz bzw. die Probe 12 ist
in einem Messspalt S angeordnet, der sich zwischen einem von einer
Messplatte gebildeten feststehenden Messteil 5 und einem
als Platte oder Kegel ausgeführten
Messteil 4 befindet. In dem feststehenden Messteil 5 ist
zumindest eine Spule 21 in einen Magnetkern 20 eingebettet.
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Der
Magnetkern kann als Schalenkern oder als E- oder U-Kern ausgeführt sein
und besteht aus vorzugsweise weichmagnetischem Material, z.B. Weicheisen,
Transformatorblech oder Ferrit. Der Magnetkern 20 kann
aus geschichteten Blechen, vorzugsweise gegenseitig isoliert, oder
aus einem Stück
gefertigt sein. Die im Magnetkern bzw. auf diesem angeordneten Spulen 21 sind
an die Form des Magnetkerns 20 angepasst.
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Die
Vermessung des Messspaltes S beruht auf dem Effekt der Änderung
der elektrischen Impedanz Z der zumindest einen Spule 21 im
magnetischen Kreis, durch Annäherung
des Messteiles 4 an das von der zumindest einen Spule 21 und
dem Magnetkern 20 gebildete Sensor- bzw. Magnetsystem.
Die Dicke des Messspaltes S und die Impedanz Z der zumindest einen
Spule 21 stehen in einem festen Zusammenhang, welcher berechnet
oder durch Kalibrieren empirisch ermittelt werden kann. Die Impedanz
Z und/oder Teile der Impedanz Z des Magnetsystems werden durch eine
dafür geeignete
elektrische bzw. elektronische Schaltung 22 gemessen und
aus den Messwerten ein Ausgangssignal Z = f(S) gewonnen, das die
Impedanz als Funktion der Dicke des Messspaltes S ergibt. Die Schaltung 22 liefert
somit ein elektrisches Signal, das in einer bekannten Funktion zur
Dicke des Messspaltes S steht; Schaltungsanordnungen zur Messung
von Spulenimpedanzen sind dem Fachmann bekannt.
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Die
Ausgangssignale der Schaltung 22 werden sodann der Auswerteeinheit 17 zur
weiteren Verwendung, insbesondere zur Einregelung bzw. Konstanthaltung
des Messspaltes oder zur Auswertung von Messergebnissen bzw. zur
Errechnung gewünschter
Werte, z.B. Viskositätswerten,
zugeführt.
Es ist vorgesehen, dass zur Bestimmung des Momentes einer zu untersuchenden
Substanz 12 die Beziehung zwischen dem Drehmoment an der
Achse des Messmotors 1 und den Versorgungsparametern des
Messmotors 1, insbesondere Stromaufnahme und/oder Frequenz
und/oder Phasenlage, bekannt bzw. durch Kalibrierung ermittelt ist und
dass diese Beziehung vorteilhafterweise in der Auswerteeinheit 17 gespeichert
vorliegt.
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Bei
der in 3 beschriebenen Ausführungsform eines induktiven
Wegsensors besteht der Messteil 4 aus einem weichmagnetischen
Material und bildet damit einen magnetischen Rückschluss. Der Messteil 4 könnte auch
einen Bauteil aus weichmagnetischem Material tragen bzw. eingebettet
aufweisen.
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Als
Alternative zu dem beschriebenen Wegsensor könnte ein Wegsensor mit einem
offenen magnetischen Kreis vorgesehen werden, ein sogenannter Wirbelstromaufnehmer.
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Der
magnetische Kreis besteht in diesem nicht dargestellten Fall aus
einem Magnetkern 20 und zumindest einer Spule 21,
wie dies in Zusammenhang mit 3 beschrieben
wurde. Der Messteil 4 besteht aus elektrisch insbesondere
gut leitendem, jedoch nicht magnetischem Material oder trägt einen
derartig ausgebildeten Bauteil. Die Annäherung des Messteiles 4 bzw.
dieses Bauteils an den Magnetkern 20 beeinflusst aufgrund
einer durch Wirbelstromverluste verursachten Energieentnahme aus
dem Spulensystem die Impedanz Z der zumindest einen Spule 21.
Aus der Änderung
der Impedanz Z kann wiederum die Dicke h des Messspaltes S ermittelt
werden.
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Derartige
Wirbelstromaufnehmer können
auch ohne weichmagnetischen Kern ausgeführt werden. Die zumindest eine
Spule 21 ist dann direkt in den feststehenden Messteil 5 eingebettet.
Der feststehende Messteil 5 ist aus nichtmagnetischem und
elektrisch schlecht leitendem Material ausgeführt. Die Ermittlung oder Einstellung
oder Konstanthaltung des Messspaltes erfolgt in der oben beschriebenen
Weise.
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Als
Alternative kann erfindungsgemäß auch ein
magnetischer Wegsensor eingesetzt werden. Ein derartiger Wegsensor
umfasst einen auf Magnetfelder empfindlich reagierenden Bauteil,
z.B. einen Hallsensor oder eine Feldplatte, welche Bauteile unter
Einwirkung eines magnetischen Feldes eine Spannungs- oder Widerstandsänderung
erfahren.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
eines Rheometers, bei dem auf dem rotierenden Messteil 4 ein
magnetisch aktiver Bauteil, z.B. ein Dauermagnet 18, angeordnet
bzw. eingebettet ist, dessen Nord/Süd-Polarisierung in der Achse
des Messsystems des Rotationsrheometers ausgerichtet ist, wobei
die Polarität
belanglos ist. Dieser magnetisch aktive. Bauteil wirkt auf den magnetfeldempfindlichen
Bauteil 19, sodass eine Änderung des Abstandes zwischen
den Messteilen 4 und 5 eine Magnetfeldänderung
im Bereich des Bauteiles 19 bewirkt, womit eine Spannungs-
oder Widerstandsänderung
in diesem Bauteil 19 hervorgerufen wird, die in einer Schaltung 24 detektiert
werden kann. Das am Ausgang der Schaltung 24 auftretende,
von der Dicke h des Messspaltes S abhängige elektrische Signal wird
der Auswerteeinheit 17 zugeführt.
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Allenfalls
kann eine optische Anzeige und/oder Speicherung und/oder Weiterverwendung
der in der Auswerteeinheit 17 berechneten Messwerte in
einer angeschlossenen Einheit 28 erfolgen.
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Wegsensoren,
die nach dem Prinzip der Impedanzänderung funktionieren, verändern ihre
Impedanz Z nicht ausschließlich
in Abhängigkeit
von der Dicke des Messspaltes S, sondern auch mit der Sensortemperatur.
Die Ursache liegt in der Temperaturabhängigkeit der physikalischen
Eigenschaften der verwendeten Materialien, wie z.B. Permeabilität der weichmagnetischen
Teile, elektrische Leitfähigkeit,
thermische Ausdehnung aller Sensorteile inklusive dem Messteil 4 usw.
Bei magnetischen Wegsensoren ist zusätzlich die Temperaturabhängingkeit
der hartmagnetischen Werkstoffe und der Magnetfeldsensoren zu berücksichtigen.
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Die
Temperatur wird mit einem Temperaturfühler 23, welcher im
Wegsensor 19, 21 oder möglichst nahe am Wegsensor 19, 21 plaziert
ist, gemessen. Der Schaltung 22 bzw. 24 oder der
nachfolgenden Auswerteeinheit 17 wird der Temperaturmesswert
zugeführt,
wodurch der Einfluss der Temperatur auf die Größe des Messspaltes S weitgehend
kompensiert werden kann. Die Temperaturabhängigkeit des Wegsensors wird
in einem Referenzlauf empirisch ermittelt, indem bei verschiedenen
konstanten Spaltgrößen die
Temperatur innerhalb des Anwendungsbereiches durchfahren wird.
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Zur
Auswertung der Messergebnisse bzw. zur Einstellung der Dicke des
Messspaltes S kann in verschiedenartiger Weise vorgegangen werden:
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a) Wegsensor mit Absolutmessung:
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Durch
einen Abgleichvorgang kann ein Wegsensor, ausgeführt in der oben beschriebenen
Art, auf eine absolute Längenskala
(z.B.: mm) justiert werden. Der Nachteil liegt darin, dass für alle unterschiedliche
Geometrie aufweisenden Messteile, ein eigener Abgleichvorgang durchgeführt werden
muss.
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Über die
Hubeinrichtung und die Steuerelektronik 17 wird der gewünschte Messspalt
S eingestellt, wobei der Istwert vom Wegsensor geliefert wird.
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Eine
Möglichkeit
ist es, den Messspalt für
die Dauer einer rheologischen Messung konstant zu halten, indem
die Steuerelektronik den Istwert laufend mit dem Sollwert vergleicht
und durch Nachregelung über
die Hubeinrichtung den Messspalt S konstant hält. Die andere Möglichkeit
ist es, den Istwert des Messspaltes bei der Berechnung der rheologischen
Größen zu berücksichtigen.
Beide Verfahren kompensieren den Einfluss der Spaltveränderung
auf die rheologischen Messergebnisse.
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b) Wegsensor mit Relativmessung:
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Für die Spalteinstellung
ermittelt die Rheometersteuerung 17 den Spaltnullpunkt,
indem z.B. der Messteil 4 mit der Hubvorrichtung gegen
den feststehenden Messteil 5 gefahren wird, bis die Messteile
kontaktieren. Als Erkennung wird der Anstieg des Drehmoments, hervorgerufen
durch Kontaktreibung, verwendet.
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Ein
anderes Verfahren zur Erkennung des Spaltnullpunktes beruht auf
dem sprunghaften Anstieg der Kraft in axialer Richtung des Messsystems
bei der Kontaktierung. Diese Kraft kann mit einer vorgesehenen Normalkraftmesseinrichtung
des Rheometers detektiert werden. Andere Möglichkeiten sind durchaus vorstellbar,
z.B. auch ein detektierbarer Stromschluss bei der Berührung der
beiden Messteile 4, 5. Dieser Positionswert der
Hubeinrichtung wird als Nullposition abgespeichert. Daraufhin erfolgt
- – Öffnung des
Spaltes auf einige mm und Einbringen der Probe,
- – Absenken
des Messteiles 4 zur Einstellung der vorgewählten Spaltdicke.
Die Einstellung erfolgt über
die Hubmesseinrichtung des Rheometers.
- – Abspeichern
des vom Wegsensor gelieferten Signalwertes (Spaltreferenzwert) und
Start der rheologischen Messung.
- – laufender
Vergleich des vom Wegsensor gelieferten Signalistwertes durch die
Rheometersteuerung 17 mit dem Spaltreferenzwert (Sollwert).
Im Falle einer Regelabweichung wird der Spalt über die Hubvorrichtung nachgestellt
und damit konstant gehalten.
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Die
beschriebene Relativmessung ist weniger aufwendig als ein Abgleichen
des Rheometers auf eine absolute Abstands-Skala, die nach jedem
Wechsel eines Sensors oder Messteiles wiederholt bzw. neu kalibriert
werden müsste.