DE102007011985A1 - Mortar measuring cell for rotation viscosimeter for rheological analysis of fluid, has annular passage container, and measuring body such as cage sensor, where operative surface of cage sensor is formed by scaffold with material - Google Patents

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Abstract

The cell has an annular passage container (2), and a measuring body such as cage sensor (1), where an operative surface (3) of the cage sensor is formed by a scaffold with a material. The scaffold is designed as a network with a mesh size that is determined from granularity of solid phase of the fluid. Routing profiles (8) are attached at lower ends of the measuring body. An inner cylinder (13) of the annular passage container is separated from an outer cylinder.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Messzelle zur Ausrüstung von Rotationsviskosimetern für die Ermittlung der Fließeigenschaften von Fluiden, insbesondere von solchen, die aus einer flüssigen und einer festen Phase, wie Körnern, Fasern oder ähnlichen, bestehen.object The invention is a measuring cell for the equipment of rotational viscometers for determining the flow properties of Fluids, in particular those derived from a liquid and a solid phase, such as grains, fibers or the like, consist.

Stand der TechnikState of the art

Zur Messung der Fließeigenschaften von Fluiden werden seit Jahrzehnten Rotationsviskosimeter verwendet. Diese sind mitverschiedenen, dem Untersuchungsgegenstand gerechten, Messzellen ausgerüstet. Zum Beispiel Platte/Platte (DIN 53018), Zylindermesssysteme (ISO 3219) oder Doppelspalt Messsysteme (DIN 54453, DE 66716 , DE844362 , US 4214475 ). Während hiermit die Fließeigenschaften homogener Fluide, wie zum Beispiel Ölen, gut gemessen werden können, sind Fluide, die aus einer flüssigen und einer festen Phase bestehen, wie zum Beispiel Zementsuspensionen, Keramikschlicker, Mörtel oder Frischbeton, mit den bekannten Messzellen nicht zu bewerten, da es an den Grenzflächen zwischen Messzelle und Fluid durch eine Trennung der Phasen unter der Scherbelastung zu Wandgleiteffekten kommt. Außerdem muss ( Metzger, Thomas: Das Rheologie Handbuch – Hannover: Vincentz, 2000, Seite 211 )) der Abstand zwischen den Scherflächen mindestens fünfmal (besser zehn mal) so groß zu sein wie die größte Abmessung der Partikel im Fluid. Dadurch muss eine hohe Scherrate verwendet werden, um sicher zu gehen, dass wirklich der gesamte Messspalt durchschert wird. Die hohe Scherrate fördert durch Zentrifugalkräfte die Trennung von Fest- und Flüssigphase.For measuring the flow properties of fluids, rotational viscometers have been used for decades. These are equipped with different measuring cells which are justifiable for the object under investigation. For example, plate / plate (DIN 53018), cylinder measuring systems (ISO 3219) or double-gap measuring systems (DIN 54453, DE 66716 . DE844362 . US 4214475 ). While hereby the flow properties of homogeneous fluids, such as oils, can be measured well, fluids consisting of a liquid and a solid phase, such as cement suspensions, ceramic slips, mortar or fresh concrete, can not be evaluated with the known measuring cells, since it comes at the interfaces between the measuring cell and fluid by a separation of the phases under the shear load to wall sliding effects. In addition, Metzger, Thomas: The Rheology Handbook - Hannover: Vincentz, 2000, page 211 )) The distance between the shear surfaces at least five times (better ten times) to be as large as the largest dimension of the particles in the fluid. As a result, a high shear rate must be used to make sure that the entire measuring gap is really shunted. The high shear rate promotes the separation of solid and liquid phase by centrifugal forces.

Es wurde vorgeschlagen, die Oberflächen der Messzellen zu strukturieren oder aufzurauen ( AT122893 ) oder lamellenartig auszubilden ( DD283058 )It has been proposed to structure or roughen the surfaces of the measuring cells ( AT122893 ) or lamellar form ( DD283058 )

Die technische Praxis zeigt, dass es schwierig ist, eine präzise Scherfläche hierfür zu ermitteln und dass sich während der Messung die vorhandenen Vertiefungen beziehungsweise Hohlräume zusetzen und damit das Messergebnis verfälschen.The Technical practice shows that it is difficult to be precise Shear surface for this to determine and that during the measurement, the existing wells or Add cavities and thus distort the measurement result.

Eine andere Möglichkeit, die Gleitschichtbildung und Entmischung zu umgehen besteht darin, auf das Scheren des Fluids zwischen definierten Flächen zu verzichten und einen Verdrängungskörper ( DE19503028 ) oder Rührer ( US4332158 , WO 93/05 382 A1 ) mit einer geeigneten Vorrichtung durch das Material zu bewegen. Dabei wird ähnlich wie bei einem Rotationsviskosimeter die Kraft, auf den Verdrängungskörper in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit gemessen. Nachteil einer solchen Vorrichtung ist, dass die Größe des gescherten Materialbereichs nicht genau bestimmt werden kann. Da in die physikalische Beschreibung des Materialfließens stets das tatsächlich gescherte Materialvolumen eingeht, kann man bestenfalls von relativen Vergleichsmessungen sprechen. Es ist hier nicht zulässig eine Viskosität oder Fließgrenze anzugeben.Another way around the anti-slipping and segregation is to dispense with the shearing of the fluid between defined areas and a displacement body ( DE19503028 ) or stirrer ( US4332158 . WO 93/05382 A1 ) with a suitable device to move through the material. Here, similar to a rotational viscometer, the force is measured on the displacement body as a function of the speed. Disadvantage of such a device is that the size of the sheared material area can not be determined accurately. Since the actual sheared volume of material is always included in the physical description of the material flow, one can at best speak of comparative comparative measurements. It is not permitted to specify a viscosity or yield point here.

In vielen technischen Bereichen behilft man sich seit mehr als 100 Jahren mit heuristischen Verfahren zur Beurteilung des Fließverhaltens von pastösen Fluiden. Hier werden zum Beispiel Auslaufversuche (EN 12706) für Schlicker, Spachtelmassen, oder selbst verdichtendem Beton ( JP09250980A ) verwendet (EN 12706). Für steifere Materialien sind der Ausbreittisch (DIN EN 12350) oder der Schocktisch üblich (DIN EN 1215-3).In many technical fields, one has been using heuristic methods for assessing the flow behavior of pasty fluids for more than 100 years. For example, leakage tests (EN 12706) for slips, putties, or self-compacting concrete ( JP09250980A ) (EN 12706). For more rigid materials, the spread table (DIN EN 12350) or the shock table are standard (DIN EN 1215-3).

Da diese Verfahren die rheologischen Kenngrößen des Materials, wie Viskosität und Fließgrenze nur bei einem bestimmten, nur in der Gesamtheit und außerdem gerätespezifisch durch eine geometrische Abmessung oder Zeit fixieren, kann man diese nur zur Orientierung nutzen.There these methods are the rheological characteristics of the Materials, such as viscosity and yield point only at a certain, only in the whole and besides device specific by a geometric dimension or Fixing time, you can use this only for guidance.

Problemproblem

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei einer Messzelle für Rotationsviskosimeter mit definierten Flächen, nämlich der Doppelspaltzelle, die Wandgleiteffekte auszuschließen und damit die Fließgrenze und Viskosität von Stoffgemengen, insbesondere Mörteln exakt zu messen.Of the The invention defined in claim 1 is based on the problem at a measuring cell for rotational viscometer with defined Surfaces, namely the double gap cell, the wall sliding effects exclude and thus the yield strength and viscosity of substance mixtures, in particular mortars to measure exactly.

Lösungsolution

Dieses Problem wird gelöst, indem der Messkörper einer bekannten Doppelspaltmesszelle so ausgeführt wird, dass er vorwiegend durch das zu untersuchende Material gebildet wird. Um dies zu erreichen. besteht der Messkörper nur aus einem geflechtartigen Gerüst beziehungsweise Netz mit vernachlässigbar kleinen Wandflächen, in das sich Fluidteilchen einlagern und damit die Scherfläche bilden.This Problem is solved by the measuring body of a known double gap measuring cell is carried out so that it is mainly formed by the material to be examined. To achieve this. the measuring body consists of only one braid-like framework or net with negligible small wall surfaces, in which store fluid particles and thus form the shear surface.

Vorteilhafte Wirkung der ErfindungAdvantageous effect of the invention

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Öffnungen des Geflechts hindurch, zwischen dem Material innerhalb und außerhalb des Messkörpers das Fluid verbunden ist und somit Kohäsionskräfte ein Wandgleiten des Fluids verhindern. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass, je nach Material, die Größe der Geflechtmaschen an das Fluid, vor allem an die maximale Korngröße angepasst wird.The particular advantages of the invention are that through through the openings of the braid, between the material inside and outside the measuring body the fluid is connected and thus cohesive forces prevent wall sliding of the fluid. This is especially true achieved that, depending on the material, the size of the Braid mesh to the fluid, especially to the maximum grain size is adjusted.

Da bei einer Doppelspalt-Messzelle die innere und äußere Fläche des Messkörpers zum Messsignal (Drehmoment) beitragen, und diese somit sehr empfindlich ist, können auch die Fließgrenzen sehr fließfähiger Suspensionen und Mörtel bestimmt werden.Since in a double-gap measuring cell, the inner and outer surface of the measuring body for Messsi gnal (torque), and thus this is very sensitive, the flow limits of very flowable suspensions and mortars can be determined.

Dreht man das Ringspaltgefäß oder den Messkörper während des Eintauchvorgangs des Messkörpers, so sorgen schräg angestellte Leitprofile am unteren Ende vorteilhaft dafür dass sich der Körper, auch bei steiferem Material, in das Prüfgut einschrauben kann.rotates one the annular gap vessel or the measuring body during the dipping process of the measuring body, so obliquely employed Leitprofile ensure at the bottom beneficial for the body, even at stiffer material, can screw into the test material.

Diese Leitprofile verhindern außerdem während der Messung eine Sedimentation der festen Phase des Fluids.These Guide profiles also prevent during measurement a sedimentation of the solid phase of the fluid.

Nivellierschlitze die am oberen Ende des Messkörpers in das Geflecht eingearbeitet sind sowie eine Überlauftasse in der Mitte des Ringspaltgefäßes stellen vorteilhaft sicher, dass sich von selbst das richtige Niveau des Fluids einstellt. Der Boden des Ringspaltgefäßes kann, ohne das Messergebnis zu beeinflussen, abgerundet ausgestaltet werden, um eine leichte Reinigung des Gefäßes zu ermöglichen.Nivellierschlitze which are incorporated in the braid at the upper end of the measuring body are as well as an overflow cup in the middle of the annular gap vessel Advantageously, make sure that yourself is the right level of the fluid. The bottom of the annular gap vessel can, without affecting the measurement result, rounded designed Be careful to clean the vessel to enable.

Das Ringspaltgefäß kann vorteilhaft aus zwei Teilen aufgebaut sein, so dass der innere Zylinder mit der Überlauftasse zur Reinigung herausgenommen werden kann.The Annular gap vessel may advantageously consist of two parts be constructed so that the inner cylinder with the overflow cup can be removed for cleaning.

Ein wechselbarer Adapter verbindet den Messkörper mit dem Drehmomentsensor des Viskosimeters, so dass die Messzelle einfach an verschiedene Viskosimeter angepasst werden.One Interchangeable adapter connects the measuring body with the torque sensor of the viscometer, so that the measuring cell easy to different Be adapted viscometer.

Die Messzelle kann ohne prinzipielle Änderung, sowohl mit Viskosimetern mit drehendem Ringspaltgefäß und festem Messkörper (Couette Typ) als auch Viskosimetern mit festem Ringspaltgefäß und drehendem Messkörper, verwendet werden (Searle Typ).The Measuring cell can without principle change, both with viscometers with rotating annular gap vessel and fixed measuring body (Couette type) and viscometers with fixed annular gap vessel and rotating measuring body, used (Searle type).

Darstellung der Erfindung und ihrer möglichen Varianten: Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden als Korbmesszelle beschrieben. Es zeigen 1 die Korbmesszelle im Schnitt, 2 die Korbmesszelle im Schnitt als räumliche Darstellung.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described below as a basket measuring cell. Show it 1 the basket measuring cell in section, 2 the Korbmesszelle in section as a spatial representation.

Die Korbmesszelle besteht aus dem Messkörper oder Korbsensor (1) und dem Ringspaltgefäß (2). Die wirksame Messfläche (3) ist als Netz oder maschenartiges Geflecht ausgeführt. Wobei die Größe der Maschen (4) in geeignetem Verhältnis zur maximalen Korngröße der zu prüfenden Flüssigkeit gewählt wird. Das Geflecht wird oben mit der Halterung (5) verbunden. Im Zentrum der Rotationsachse befindet sich der Adapter (6) mit der Aufnahme für das Viskosimeter, das hier nicht mit dargestellt ist. Den unteren Rand des Geflechts stabilisiert ein Ring (7), an den leicht angestellte Leitprofile (8) angebracht sind. Diese ermöglichen es, dass sich der Korbsensor beim Einfahren in das Ringspaltgefäß (2) in das zu prüfende Fluid (9) eingraben kann, auch wenn dieses eine steifere Konsistenz besitzt. Hierzu muss sich entweder der Korbsensor (1) oder das Ringspaltgefäß (2) beim Einfahren drehen. Das Material (9), das beim Einfahren vom Korbsensor (1) verdrängt wird, kann durch die Nivellierschlitze (10) im Geflecht vom äußeren in den inneren Bereich des Ringspaltgefäßes (2) fließen. Vom inneren Bereich kann Material in die Überlauftasse (11) gelangen, so dass sich immer ein exaktes Fluidniveau (12) einstellt. Die Überlauftasse (11) schließt den Innenzylinder (13) oben ab. Während der Messung verhindern die Leitprofile (8) eine eventuelle Sedimentation des Prüfgutes (9). Wird das Ringspaltgefäß (2) so ausgeführt, dass man den Innenzylinder (13) entfernen kann, so erleichtert dies die Reinigung des Ringspaltgefäßes (2).The basket measuring cell consists of the measuring body or basket sensor ( 1 ) and the annular gap vessel ( 2 ). The effective measuring surface ( 3 ) is designed as a mesh or mesh-like mesh. Where the size of the mesh ( 4 ) is chosen in a suitable ratio to the maximum grain size of the liquid to be tested. The braid is topped up with the bracket ( 5 ) connected. In the center of the axis of rotation is the adapter ( 6 ) with the recording for the viscometer, which is not shown here. The lower edge of the braid stabilizes a ring ( 7 ), to the easy-to-use guide profiles ( 8th ) are mounted. These allow the basket sensor to move in when it enters the annular gap vessel ( 2 ) into the fluid to be tested ( 9 ), even if it has a stiffer consistency. For this purpose, either the basket sensor ( 1 ) or the annular gap vessel ( 2 ) when retracting. The material ( 9 ), which when driving in from the basket sensor ( 1 ) can be displaced by the leveling slots ( 10 ) in the braid from the outer to the inner region of the annular gap vessel ( 2 ) flow. From the inner area, material can enter the overflow cup ( 11 ), so that there is always an exact fluid level ( 12 ). The overflow cup ( 11 ) closes the inner cylinder ( 13 ) above. During the measurement, the guide profiles ( 8th ) a possible sedimentation of the test material ( 9 ). Is the annular gap vessel ( 2 ) designed so that the inner cylinder ( 13 ), this facilitates the cleaning of the annular gap vessel ( 2 ).

Der Ablauf einer Messung mit der erfindungsgemäßen Korbmesszelle erfolgt auf nachstehende Weise:
Das zu vermessende Fluid (9) wird bis zum Soll-Niveau (12) in das Ringspaltgefäß (2) eingefüllt. Der Korbsensor (1) wird mit dem Adapter (6) am Drehmomentaufnehmer des Viskosimeters befestigt. Das Ringspaltgefäß (2) wird auf die Gefäßaufnahme des Viskosimeters gesetzt. Die Messung wird gestartet und der Korbsensor (1) fährt in das Ringspaltgefäß (2) ein, wobei sich das Ringspaltgefäß (2) oder der Korbsensor (1) bereits langsam drehen. Während der Korbsensor (1) in das Fluid (9) eintaucht, fließt vom Korbsensor (1) und durch die Leitprofile (8) verdrängtes Fluid (9) durch die Nivellierschlitze (10) in die Überlauftasse (11), so dass sich ein festes Niveau (12) einstellt. Während der eigentlichen Messung wird das Drehmoment an Achse des Adapters (6) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Korbsensors (1) oder des Ringspaltgefäßes (2) gemessen. Aus der eingetauchten Fläche des Korbsensors (1), der Spaltweite im Ringspalt sowie dem Durchmesser des Korbsensors (1) können aus dem gemessenen Drehmoment die Scherspannung und aus der Drehgeschwindigkeit das Schergefälle errechnet, und so eine Fließkurve aufgezeichnet werden, die die Fließeigenschaften des Fluids (9) beschreibt. Nach der Messung fährt der Korbsensor (1) wieder aus dem Ringspaltgefäß (2) heraus. Durch Herausnehmen des Innenzylinders (13) mit Überlauftasse (11) kann das Ringspaltgefäß (2) leicht gereinigt werden.The sequence of a measurement with the basket measuring cell according to the invention takes place in the following way:
The fluid to be measured ( 9 ) is up to the target level ( 12 ) into the annular gap vessel ( 2 ) filled. The basket sensor ( 1 ) with the adapter ( 6 ) is attached to the torque transducer of the viscometer. The annular gap vessel ( 2 ) is placed on the vessel receptacle of the viscometer. The measurement is started and the basket sensor ( 1 ) moves into the annular gap vessel ( 2 ), wherein the annular gap vessel ( 2 ) or the basket sensor ( 1 ) already turn slowly. While the basket sensor ( 1 ) into the fluid ( 9 ), flows from the basket sensor ( 1 ) and the guiding profiles ( 8th ) displaced fluid ( 9 ) through the leveling slots ( 10 ) in the overflow cup ( 11 ), so that a fixed level ( 12 ). During the actual measurement, the torque at the axis of the adapter ( 6 ) depending on the speed of the basket sensor ( 1 ) or the annular gap vessel ( 2 ). From the submerged surface of the basket sensor ( 1 ), the gap width in the annular gap and the diameter of the basket sensor ( 1 ), the shear stress can be calculated from the measured torque and the shear rate can be calculated from the rotational speed, and a flow curve can be recorded, which determines the flow properties of the fluid ( 9 ) describes. After the measurement, the basket sensor ( 1 ) again from the annular gap vessel ( 2 ) out. By removing the inner cylinder ( 13 ) with overflow cup ( 11 ), the annular gap vessel ( 2 ) are easily cleaned.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (7)

Mörtelmesszelle für Rotationsviskosimeter zur rheologischen Untersuchung von Fluiden in Gestalt unterschiedlicher fester und flüssiger Phase, ausgeführt als Doppelspalt Messzelle bestehend aus einem Ringspaltgefäß und einem Messkörper, hier Korbsensor genannt, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Fläche des Korbsensors durch ein Gerüst mit dem darin eingelagerten Material gebildet wird.Mortar measuring cell for rotational viscometer for the rheological examination of fluids in the form of different solid and liquid phase, designed as a double-gap measuring cell consisting of an annular gap vessel and a measuring body, here basket sensor, characterized in that the effective surface of the basket sensor formed by a framework with the material embedded therein becomes. Mörtelmesszelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerüst als Geflecht ausgeführt wird, dessen Maschengröße von der Körnung der festen Phase des Fluids bestimmt wird.Mortar measuring cell according to claim 1, characterized in that the framework is designed as a braid whose mesh size depends on the grain size the solid phase of the fluid is determined. Mörtelmeszelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende des Messkörpers Leitprofile angebracht sind.Mortar measuring cell according to claim 1, characterized characterized in that at the lower end of the measuring body guide profiles are attached. Mörtelmesszelle nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder des Ringspaltgefäßes vom Außenzylinder getrennt werden kann.Mortar measuring cell according to claim 1 characterized in that the inner cylinder of the annular gap vessel can be separated from the outer cylinder. Mörtelmesszelle nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein wechselbarer Adapter die Anpassung des Warenkorbs an die Drehmomentmesseinrichtung verschiedener Viskosimeter erlaubt.Mortar measuring cell according to claim 1 characterized characterized in that a changeable adapter adapting the Shopping cart to the torque measuring device of various viscometers allowed. Mörtelmesszelle nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle in einem Viskosimeter eingesetzt wird, bei dem sich der Korbsensor dreht, das Ringspaltgefäß aber fest ist.Mortar measuring cell according to claim 1 characterized characterized in that the measuring cell is used in a viscometer but at which the basket sensor rotates, the annular gap vessel but is fixed. Mörtelmesszelle nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle in einem Viskosimeter eingesetzt wird, bei dem der Korbsensor fest mit einem Drehmomentsensor verbunden ist, sich aber das Ringspaltgefäß dreht.Mortar measuring cell according to claim 1 characterized characterized in that the measuring cell is used in a viscometer in which the basket sensor is firmly connected to a torque sensor is, but rotates the annular gap vessel.
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