DE102010049766B4 - Method and apparatus for measuring viscosity - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Messen der Viskosität von Fluiden, mit zwei Messelementen, wobei ein Messelement mit einem Schwingungserreger und das andere Messelement mit einem Festlager verbunden ist und zwischen den zwei Messelementen eine zu untersuchende Substanz in Wirkkontakt mit den Messelementen bringbar und mindestens eines der Messelemente über den Schwingungserreger mit einer definierten Schwingungsfrequenz beaufschlagbar ist und die durch die Schwingungsfrequenz verursachte Lageveränderung der Messelemente über mindestens einen gebündelten Lichtstahl erfassbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • Stirnseitiges Verbinden der beiden linear zueinander angeordneten Messelemente an deren freien Enden durch ein Aufnahmemittel, • Auftrennen des Aufnahmemittels an der Berührungszone der Messplatten und Abrücken der Messplatten voneinander, so dass ein definierter Spalt ausgebildet wird, • Auftragen einer zu beprobenden Substanz auf den Spalt, • Anregen einer Messplatte mittels eines Schwingungserregers, wobei das Schwingungsintervall in einem Bereich von Stunden bis zum kHz-Bereich frei wählbar ist, • Anstrahlen der Messplatten mittels gebündelter Lichtstrahlen, • Weiterleiten der von den Messplatten reflektierten gebündelten Lichtstrahlen zu einem positionsempfindlichen Detektor (PSD), • Bestimmung der Auslenkung der Messplatten mittels des Strahlwinkels der reflektierten gebündelten Lichtstrahlen, • Weiterleiten der vom positionsempfindlichen Detektor ermittelten Positionsdaten der Messelemente an eine μProzessor-Einheit zum Zwecke der Auswertung, Überwachung und Visualisierung.Method for measuring the viscosity of fluids, with two measuring elements, one measuring element with a vibration exciter and the other measuring element is connected to a fixed bearing and between the two measuring elements a substance to be examined in operative contact with the measuring elements brought and at least one of the measuring elements via the vibration exciter can be acted upon by a defined oscillation frequency and the change in position of the measuring elements caused by the oscillation frequency can be detected via at least one collimated light beam, characterized by the following steps: • connecting the two linearly arranged measuring elements at their free ends by a receiving means, • separating the receiving means at the contact zone of the measuring plates and moving the measuring plates away from each other so that a defined gap is formed, • applying a substance to be sampled to the gap, • exciting a measuring plate e by means of a vibration exciter, wherein the oscillation interval in a range of hours to the kHz range is freely selectable, • irradiation of the measuring plates by means of collimated light beams, • forwarding the bundled light beams reflected by the measuring plates to a position sensitive detector (PSD), • determination of Deflection of the measuring plates by means of the beam angle of the reflected bundled light beams, • forwarding the position data of the measuring elements determined by the position-sensitive detector to a μ-processor unit for the purpose of evaluation, monitoring and visualization.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Viskosität von Fluiden, mit zwei parallel zueinander angeordneten Messelementen, wobei ein Messelement mit einem Schwingungserreger und das andere Messelement mit einem Festlager verbunden ist. Zwischen den zwei Messelementen wird eine zu untersuchende Substanz in Wirkkontakt mit den Messelementen gebracht. Mindestens eines der Messelemente wird über den Schwingungserreger mit einer definierten Schwingungsfrequenz beaufschlagt und die durch die Schwingungsfrequenz verursachte Lageveränderung der Messelemente ist über mindestens einen gebündelten Lichtstahl erfassbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The present invention relates to a method for measuring the viscosity of fluids, with two measuring elements arranged parallel to one another, wherein one measuring element is connected to a vibration exciter and the other measuring element is connected to a fixed bearing. Between the two measuring elements, a substance to be examined is brought into operative contact with the measuring elements. At least one of the measuring elements is acted upon by the vibration exciter with a defined oscillation frequency and caused by the oscillation frequency change in position of the measuring elements can be detected via at least one bundled light beam. Furthermore, the invention relates to an apparatus for carrying out the method.

Die Viskosität ist ein Maß für die Zähflüssigkeit eines Fluids. Der Kehrwert der Viskosität ist die Fluidität, also das Maß für die Fließfähigkeit eines Fluids. Je größer die Viskosität, desto weniger fließfähig ist das Fluid und umgekehrt, je geringer die Viskosität ist, desto fließfähiger ist das Fluid. Ein Viskosimeter ist demnach ein Messgerät zur Bestimmung der Zähigkeit – also der Viskosität – einer Substanz.The viscosity is a measure of the viscosity of a fluid. The reciprocal of the viscosity is the fluidity, so the measure of the fluidity of a fluid. The greater the viscosity, the less fluid the fluid is, and vice versa, the lower the viscosity, the more fluid the fluid. A viscometer is therefore a measuring device for determining the viscosity - ie the viscosity - of a substance.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren zur Messung der Viskosität von Probenkörpern bekannt. Diesbezüglich werden unter anderem zwischen Kapillarviskosimeter, Rotationsviskosimeter, Stabinger-Viskosimeter, Viskositäts-Messbecher oder auch Ford-Becher genannt und Mooney-Viskosität Verfahren unterschieden. Bekannt sind auch Vorrichtungen bei dem die Messeinheiten in Schwingungen versetzt werden. Der Unterschied zwischen der in die Messeinheit eingeleiteten Frequenz und der durch die zu beprobende Substanz, respektive die Probesubstanz, gedämpfte Frequenz nach dessen Durchlauf durch die Probe, lassen dann einen Rückschluss auf die Viskosität der beprobten Substanz zu.From the prior art, a variety of devices and methods for measuring the viscosity of specimens are known. In this regard, among other things between capillary viscometer, rotational viscometer, Stabinger viscometer, viscosity measuring cup or Ford cup called and differentiated Mooney viscosity method. Devices are also known in which the measuring units are vibrated. The difference between the frequency introduced into the measuring unit and the frequency damped by the substance to be sampled, or the sample substance, after it has passed through the sample, then allows a conclusion to be drawn regarding the viscosity of the sampled substance.

So beschreibt die DE 1945369 U ein Schwingungsviskosimeter mit parallelem Plattensystem zur Übertragung von mechanischen Schwingungen über eine Flüssigkeitsprobe. Das Plattensystem überträgt dabei die eingebrachten Schwingungen.That's how it describes DE 1945369 U a vibration disk with a parallel plate system for the transmission of mechanical vibrations via a fluid sample. The plate system transmits the introduced vibrations.

Die DE 4319056 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Erfassung und Darstellung der Phasenumwandlung flüssig-fest-flüssig und ein Verfahren dazu. Hierbei wird ein, der die zu beprobende Substanz enthaltender Hohlkörper in eine Drehschwingung mit einem definierten Drehimpuls versetzt.The DE 4319056 A1 describes a device for the continuous detection and representation of the phase transformation liquid-solid-liquid and a method thereto. In this case, one which puts the hollow body containing the substance to be sampled into a torsional vibration with a defined angular momentum.

Des Weiteren beschreibt die DE 10 2007 038 329 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von pastösen Materialien. Dabei werden die charakteristischen Kenngrößen für die mechanische Eigenschaft, das Elastizitätsmodul (E-Modul) und dessen Dämpfungsfaktor über in die zu beprobende Substanz eingeleiteten Schwingungen bestimmt.Furthermore, the describes DE 10 2007 038 329 A1 a device and a method for determining the mechanical properties of pasty materials. The characteristic parameters for the mechanical property, the modulus of elasticity (modulus of elasticity) and its damping factor are determined by vibrations introduced into the substance to be sampled.

Die DE 198 27 123 C1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung viskoelastischer Kenngrößen im sub- bzw. unteren kHz-Frequenzbereich mit einem sog. Doppelplatten-Resonator. Dem Doppelplatten-Resonator ist eine Auswerteeinheit nachgeschaltet, die aus der Frequenzverschiebung und der Dämpfungsänderung beim Ankoppeln an eine zu untersuchende Substanz deren viskoelastische Eigenschaften berechnet.The DE 198 27 123 C1 discloses a device for determining viscoelastic characteristics in the sub- or lower kHz frequency range with a so-called double-plate resonator. The double-plate resonator is followed by an evaluation unit that calculates its viscoelastic properties from the frequency shift and the change in attenuation when coupling to a substance to be examined.

All diese Vorrichtungen und Verfahren haben sich bewährt, sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass sie nur die Fließfähigkeit von flüssigen oder pastösen Substanzen messen, die während der Messung keinen Phasenwechsel ihres Aggregatzustandes durchführen. Messungen zur Bestimmung der Viskosität mit Phasenwechsel ist bisher nicht oder mit einem Plattenviskosimeter nur mit einem erheblichen Aufwand, unter zu Hilfenahme von verlorenen Hilfsmitteln, wie beispielsweise Einwegplatten und Einwegzylindern realisierbar.All these devices and methods have been proven, but have the disadvantage that they measure only the fluidity of liquid or pasty substances that perform no change in phase of their state of matter during the measurement. Measurements to determine the viscosity with phase change has not been possible or with a plate viscometer only with considerable effort, with the help of lost aids, such as disposable plates and disposable cylinders feasible.

Weitere gattungsgemäße Lösungen sind den US 5,253,513 A , DE 695 34 019 T2 , DE 198 06 905 A1 , EP 0 317 356 A2 und DE 44 19 684 A1 zu entnehmen. Auf Grund der dort verwendeten planparallelen Messplatten können keine aushärtenden Materialen gemessen werden. Der Grund liegt darin, dass beim Aushärten die Messplatten beschädigt werden.Other generic solutions are the US 5,253,513 A . DE 695 34 019 T2 . DE 198 06 905 A1 . EP 0 317 356 A2 and DE 44 19 684 A1 refer to. Due to the plane-parallel measuring plates used there, no hardening materials can be measured. The reason is that during curing, the measuring plates are damaged.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit der ein Phasenwechsel des Aggregatzustandes einer viskosen Substanz von flüssig zu fest und umgekehrt erfasst und ausgewertet werden kann. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem Härtungs- oder Trocknungsprozesse von Harz- und Farbsystemen sowie Erstarrungszeiten viskoser Substanzen untersucht und erfasst werden können.It is therefore an object of the present invention to provide a method by which a phase change of the state of matter of a viscous substance from liquid to solid and vice versa can be detected and evaluated. A further object of the present invention is to provide a device with which curing or drying processes of resin and paint systems as well as solidification times of viscous substances can be investigated and recorded.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Messen der Viskosität von Fluiden, mit zwei Messelementen, wobei ein Messelement mit einem Schwingungserreger und das andere Messelement mit einem Festlager verbunden ist und zwischen den zwei Messelementen eine zu untersuchende Substanz in Wirkkontakt mit den Messelementen bringbar und mindestens eines der Messelemente über den Schwingungserreger mit einer definierten Schwingungsfrequenz beaufschlagbar ist und die durch die Schwingungsfrequenz verursachte Lageveränderung der Messelemente über mindestens einen gebündelten Lichtstahl erfassbar ist, mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:

  • • Stirnseitiges Verbinden der beiden linear zueinander angeordneten Messelemente an deren freien Enden durch ein Aufnahmemittel,
  • • Auftrennen des Aufnahmemittels an der Berührungszone der Messplatten und Abrücken der Messplatten voneinander, so dass ein definierter Spalt ausgebildet wird,
  • • Auftragen einer zu beprobenden Substanz auf den Spalt,
  • • Anregen einer Messplatte mittels eines Schwingungserregers, wobei das Schwingungsintervall in einem Bereich von Stunden bis zum kHz-Bereich frei wählbar ist,
  • • Anstrahlen der Messplatten mittels gebündelter Lichtstrahlen,
  • • Weiterleiten der von den Messplatten reflektierten gebündelten Lichtstrahlen zu einem positionsempfindlichen Detektor (PSD),
  • • Bestimmung der Auslenkung der Messplatten mittels des Strahlwinkels der reflektierten gebündelten Lichtstrahlen,
  • • Weiterleiten der vom positionsempfindlichen Detektor ermittelten Positionsdaten der Messelemente an eine μProzessor-Einheit zum Zwecke der Auswertung, Überwachung und Visualisierung.
This object is achieved by a method for measuring the viscosity of fluids, with two measuring elements, one measuring element with a vibration exciter and the other measuring element is connected to a fixed bearing and between the two measuring elements a substance to be examined in operative contact with the measuring elements brought and at least one the measuring elements via the vibration exciter with a defined oscillation frequency can be acted upon and caused by the oscillation frequency change in position of the measuring elements over at least a bundled light beam is detected, solved with the following method steps:
  • End-side connection of the two linearly arranged measuring elements at their free ends by a receiving means,
  • Separation of the receiving means at the contact zone of the measuring plates and removal of the measuring plates from one another so that a defined gap is formed,
  • Applying a substance to be sampled to the gap,
  • Exciting a measuring plate by means of a vibration exciter, wherein the oscillation interval in a range of hours to the kHz range is freely selectable
  • Illuminating the measuring plates by means of bundled light beams,
  • Passing the bundled light beams reflected by the measuring plates to a position-sensitive detector (PSD),
  • Determination of the deflection of the measuring plates by means of the beam angle of the reflected collimated light beams,
  • • Forwarding the position data of the measuring elements determined by the position-sensitive detector to a μ-processor unit for the purpose of evaluation, monitoring and visualization.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht erstmals ein Erfassen, Auswerten und Anzeigen von Phasenwechseln, bzw. Aushärtungsreaktion während der Messzeit ohne dabei einer zeitlichen Begrenzung zu unterliegen.The method according to the invention makes it possible for the first time to record, evaluate and display phase changes or curing reactions during the measuring time without being subject to a time limit.

Die Aufgabe wird ferner durch die Merkmale des Anspruchs 2, insbesondere dadurch gelöst, dass die Messelemente linear zueinander angeordnet sind.The object is further achieved by the features of claim 2, in particular by the fact that the measuring elements are arranged linear to each other.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Messelemente als federelastische Stahlzungen ausgebildet sind.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the measuring elements are designed as spring-elastic steel tongues.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Messelemente freie Enden auf, denen jeweils mindestens ein Aufnahmemittel zugeordnet ist.According to a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, the measuring elements have free ends, to each of which at least one receiving means is assigned.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden die Aufnahmemittel einen Messspalt aus, in dem eine zu beprobenden Substanz einbringbar ist. Die Aufnahmemittel könnten aus einem Klebestreifen bestehen, der auf die Messelemente aufgebracht wird. Dann ist es vorgesehen, die Aufnahmemittel an der Berührungszone zu durchtrennen. Anschließend kann ein Messelement von dem anderen Messelement um einige μm bis einige hundertstel Millimeter von der Trennstelle abgerückt werden.According to a further particularly preferred embodiment of the device according to the invention, the receiving means form a measuring gap in which a substance to be sampled can be introduced. The receiving means could consist of an adhesive strip which is applied to the measuring elements. Then it is intended to sever the receiving means at the contact zone. Subsequently, a measuring element can be moved away from the other measuring element by a few μm to a few hundredths of a millimeter from the separating point.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Öffnungsweite des Messspaltes in Abhängigkeit von der Oberflächenspannung der zu beprobenden Substanz einstellbar.In a further preferred embodiment, the opening width of the measuring gap is adjustable as a function of the surface tension of the substance to be sampled.

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Schwingungserreger ein Piezo. Durch diese Maßnahmen wird ein besonders kostengünstiger, effektiver und zuverlässiger Antrieb für die Schwingungserregung des Messelementes zur Verfügung gestellt.In one embodiment of the device according to the invention, the vibration generator is a piezoelectric device. By these measures, a particularly cost effective, effective and reliable drive for the vibration excitation of the measuring element is provided.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Piezo als eine Piezokeramik ausgebildet. Ein derartiger Schwinger wäre besonders zuverlässig und langlebig und eignet sich im besonderen Maße für Hochfrequenz-Schwingungen im Ultraschallbereich.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, the piezo is designed as a piezoceramic. Such a vibrator would be particularly reliable and durable and is particularly suitable for high-frequency vibrations in the ultrasonic range.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Schwingungserreger ein Unwuchtmotor. Beispielsweise kann dies ein Elektromotor sein, der mittels einer Unwucht in Abhängigkeit von seiner Drehzahl eine konstante Schwingungsfrequenz erzeugt.According to a further embodiment of the device according to the invention, the vibration generator is an unbalance motor. For example, this may be an electric motor which generates a constant oscillation frequency by means of an imbalance in dependence on its rotational speed.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Schwingungserreger ein Elektromagnet. Hiermit kann auch eine besonders zuverlässige Schwingungsquelle zur Verfügung gestellt werden.In a further embodiment of the device according to the invention, the vibration generator is an electromagnet. Hereby, a particularly reliable vibration source can be made available.

Um eine möglichst genaue Positionsbestimmung, der Messelemente über die Zeit bestimmen zu können, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung den Messelementen mindestens ein, einen gebündelten Lichtstrahl imitierendes, Mittel zugeordnet. Die Lichtquelle kann beispielsweise eine LASER-Lichtquelle sein.In order to be able to determine the position of the measuring elements as accurately as possible over time, in a particularly preferred embodiment of the device according to the invention the measuring elements are assigned at least one means, which imitates a collimated light beam. The light source may be a LASER light source, for example.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die emittierten Lichtstrahlen von den Messelementen auf einen positionsempfindlichen Detektor (PSD) reflektiert. Hierdurch wird eine besonders genaue Messung der Änderung der Position der Messelemente über die Zeit möglich, was wiederum Rückschlüsse auf die Änderung der Viskosität der zu untersuchenden Substanz ermöglicht.According to a further preferred embodiment of the device according to the invention, the emitted light beams are reflected by the measuring elements onto a position-sensitive detector (PSD). In this way, a particularly accurate measurement of the change in the position of the measuring elements over time is possible, which in turn allows conclusions about the change in the viscosity of the substance to be examined.

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wertet ein Auswerteeinheit die von dem positionsempfindlichen Detektor (PSD) empfangenen, reflektierten Strahlen aus und stellt diese visualisiert dar.In one embodiment of the device according to the invention, an evaluation unit evaluates the reflected beams received from the position-sensitive detector (PSD) and displays them in visualized form.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung in einer, gegenüber ihrer Umgebung hermetisch abgedichteten Einhausung angeordnet. Beispielsweise können die Messelemente mit den Aufnahmemitteln in einem gegenüber der Außenatmosphäre abgedichteten Raum angeordnet sein. Für die zu untersuchenden Probensubstanzen lassen sich somit die verschiedensten Umweltbedingungen simulieren.According to a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, the device is in one, with respect to its environment hermetically sealed enclosure arranged. For example, the measuring elements can be arranged with the receiving means in a space sealed from the outside atmosphere. For the sample substances to be examined, the most diverse environmental conditions can thus be simulated.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Einhausung die Umgebungsparameter Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Vakuum, IR- und UV-Strahlungsintensität einstellbar. Hierdurch lassen sich die viskosen Eigenschaften, bzw. deren Änderungen auch und gerade bei sich ändernden Umweltbedingungen simulieren.In a further embodiment of the device according to the invention, the environmental parameters pressure, temperature, humidity, vacuum, IR and UV radiation intensity can be set in the enclosure. As a result, the viscous properties or their changes can be simulated and even with changing environmental conditions.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Einhausung mindestens ein Einspeisepunkt zugeordnet. Der Einsspeisepunkt kann dabei beispielsweise als Fenster, Membran oder Schleuse ausgebildet sein. Hierdurch können beispielsweise die für die Aufnahmemittel der Messelemente heiß aufzutragende und zu beprobende Substanzen eingebracht werden.According to a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, the enclosure is assigned at least one entry point. The Einsspeisepunkt can be formed, for example, as a window, membrane or lock. As a result, for example, the substances to be applied hot and to be sampled for the receiving means of the measuring elements can be introduced.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Vorrichtung eine Steuereinheit zugeordnet, die die Temperatur, den Druck sowie die Feuchtigkeitsbedingungen im Raum überwacht und regelt.In a further particularly preferred embodiment of the device according to the invention, the device is assigned a control unit which monitors and regulates the temperature, the pressure and the humidity conditions in the room.

In einer weiteren Ausführungsform ist es auch denkbar, dass die Messelemente flächenparallel, überlappend ausgebildet sind. Dabei können die Aufnahmemittel in der Fläche der Messelemente angeordnet sein.In a further embodiment, it is also conceivable that the measuring elements are formed parallel to the surface, overlapping. In this case, the receiving means may be arranged in the surface of the measuring elements.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zur Erfassung der Anregung der Messelemente berührende und nicht berührende Sensoren, insbesondere induktive, kapazitive und mechanische Sensoren vorgesehen.In accordance with a further embodiment of the device according to the invention, contacting and non-contacting sensors, in particular inductive, capacitive and mechanical sensors, are provided for detecting the excitation of the measuring elements.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine teilweise Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit, an einem Schwingungserreger und einem Festlager, linear zueinander angeordneten Messelementen und zwei Lichtquellen, die jeweils einen gebündelten Lichtstrahl auf die Unterseite der Messelemente richten, der von diesen zu einem dem Lichtstrahl zugeordneten Positionsdetektoren gelenkt wird, sowie eine zu beprobende Substanz, die den Messelementen zugeordnet ist; 1 a partial side view of the device according to the invention with, at a vibration exciter and a bearing, linearly arranged measuring elements and two light sources, each directed a focused light beam to the underside of the measuring elements, which is directed by these to the light beam associated position detectors, and a to sampling substance associated with the measuring elements;

2 eine Detailansicht des Ausschnittes aus 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit den Messelementen zugeordneten Aufnahmemitteln und der daran aufgebrachten, zu beprobenden Substanz. 2 a detailed view of the cutout 1 the device according to the invention, with the receiving elements associated with the measuring elements and the substance to be sampled applied thereto.

Wie in 1 dargestellt, besteht die Vorrichtung 10 im Wesentlichen aus einem Schwingungserreger 11 und einem Festlager 12. Dem Schwingungserreger 11 und dem Festlager 12 sind mindestens ein Messelement 13 bzw. zugeordnet. Die Messelemente 13, 14 sind in dieser Ausführungsform als linear gegenüberliegende Metallzungen ausgebildet.As in 1 shown, the device consists 10 essentially from a vibration exciter 11 and a camp 12 , The vibration generator 11 and the camp 12 are at least one measuring element 13 or assigned. The measuring elements 13 . 14 are formed in this embodiment as a linear opposed metal tongues.

Die in etwa gleichlangen Messelemente 13, 14 weisen an ihren freien Enden 29, 30, wie insbesondere in 2 dargestellt, einen Messspalt 26 auf. Der Messspalt 26 wird aus dem Abstand der freien Enden 29, 30 der Messelemente 13, 14 zueinander und den daran angeordneten Aufnahmemittel 24, 25 ausgebildet.The approximately equally long measuring elements 13 . 14 show at their free ends 29 . 30 , in particular in 2 represented, a measuring gap 26 on. The measuring gap 26 is from the distance of the free ends 29 . 30 the measuring elements 13 . 14 to each other and the receiving means arranged thereon 24 . 25 educated.

In die Aufnahmemittel 24, 25 ist eine zu beprobende Substanz 15 aufgebracht. Die zu beprobende Substanz 15 bringt die voneinander getrennten Messelemente 13, 14 über die Aufnahmemittel 24, 25 miteinander in Wirkkontakt und füllt dabei teilweise den Messspalt 26 aus. Die Weite des Messspaltes 26 wird weitestgehend von den physikalischen Eigenschaften der zu beprobenden Substanz 15 bestimmt. Somit kann der Messspalt 26 eine Weite von wenigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern aufweisen.Into the receiving means 24 . 25 is a substance to be sampled 15 applied. The substance to be sampled 15 brings the separate measuring elements 13 . 14 about the receiving means 24 . 25 in operative contact with each other and partly fills the measuring gap 26 out. The width of the measuring gap 26 is largely determined by the physical properties of the substance to be sampled 15 certainly. Thus, the measuring gap 26 have a width of a few microns to a few millimeters.

Der Schwingungserreger 11 erzeugt eine Schwingung einer bekannten Frequenz. Diese wird an das Messelement 14 übertragen. Das Messelement 14 ist damit erregt und überträgt nun eine Schwingung, über die zu beprobende Substanz 15, auf das im Festlager 12 angeordnete Messelement 13, das seinerseits nun angeregt ist.The vibration generator 11 generates a vibration of a known frequency. This is to the measuring element 14 transfer. The measuring element 14 is so excited and now transmits a vibration over the substance to be sampled 15 , in the camp 12 arranged measuring element 13 , which in turn is now excited.

Da die zu beprobende Substanz 15 die Schwingung mehr oder weniger dämpft, bzw. über die Zeit gesehen unterschiedlich bis gar nicht mehr dämpft, wird ein oder kein Unterschied in der Frequenz des erregten Messelementes 14 und dem angeregten Messelement 13 auftreten.Because the substance to be sampled 15 the oscillation more or less attenuates, or attenuates differently or even no longer over time, becomes one or no difference in the frequency of the energized measuring element 14 and the excited measuring element 13 occur.

Zum Erkennen dieser, der durch die Viskositätseigenschaften der zu beprobenden Substanz 15 bestimmten Eigenschaften, wird auf die Unterseite 27, 28 der Messelemente 13, 14 jeweils ein gebündelter Lichtstrahl 20, 21 gerichtet. Der gebündelte Lichtstrahl 20, 21 wird jeweils von einer Lichtstrahlenquelle 16, 17 emittiert. In dieser Ausführungsform ist die Lichtstrahlenquelle 16, 17 eine LASER-Lichtstrahlenquelle.To recognize this, by the viscosity properties of the substance to be sampled 15 certain properties, will be on the bottom 27 . 28 the measuring elements 13 . 14 each a bundled light beam 20 . 21 directed. The bundled light beam 20 . 21 is each from a light beam source 16 . 17 emitted. In this embodiment, the light beam source is 16 . 17 a LASER light beam source.

Von den Unterseiten 27, 28 der Messelemente 13, 14 werden die LASER-Strahlen 20, 21 in einem dem Einfallswinkel entsprechenden gleichen Ausfallswinkel reflektiert. Die reflektierten Lichtstrahlen 22, 23 treffen dabei auf einen den Lichtstrahlen 22 bzw. 23 zugeordneten Positionsdetektor 18 bzw. 19. Über die Positionsdetektoren 18, 19 lassen sich die Änderungen im Schwingungsverhalten und die Lageveränderung über die Zeit messen. Sowohl der Schwingungserreger 11 als auch die Positionsdetektoren 18, 19 sind mit einer Steuereinheit und/oder einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) verbunden.From the bottoms 27 . 28 the measuring elements 13 . 14 become the LASER rays 20 . 21 reflected at a same angle of incidence corresponding to the angle of incidence. The reflected light rays 22 . 23 meet one on the light rays 22 respectively. 23 associated position detector 18 respectively. 19 , About the position detectors 18 . 19 The changes in the vibration behavior and the change in position can be measured over time. Both the vibration generator 11 as well as the position detectors 18 . 19 are connected to a control unit and / or an evaluation unit (not shown).

Zur Erfassung der Anregung der Messelemente 13, 14 können alternativ zu den LASER-Lichtstrahlen 20, 21 bzw. 22, 23 auch andere berührende und nicht berührende Sensoren verwendet werden. Beispielsweise sind auch induktive, kapazitive oder auch Piezos (im Grunde auch kapazitive Sensoren) sowie mechanische Sensoren denkbar.For detecting the excitation of the measuring elements 13 . 14 can be alternative to the LASER light beams 20 . 21 respectively. 22 . 23 other touching and non-contacting sensors are used. For example, inductive, capacitive or piezos (basically capacitive sensors) as well as mechanical sensors are conceivable.

Des Weiteren ist es vorgesehen, die Vorrichtung 10 mit einer Umhausung (nicht dargestellt) zu umgeben. Vorzugsweise ist diese Umhausung Gas dicht ausgebildet. Hierdurch kann das Viskoseverhalten einer zu beprobenden Substanz 15 unter ganz unterschiedlichen Umweltbedingungen getestet werden. Die Umweltbedingungen in der Umhausung lassen sich auch über die Steuereinheit (nicht dargestellt) einstellen und regeln.Furthermore, it is provided, the device 10 surrounded by a housing (not shown). Preferably, this enclosure gas is dense. As a result, the viscous behavior of a substance to be sampled 15 be tested under very different environmental conditions. The environmental conditions in the enclosure can also be adjusted and regulated via the control unit (not shown).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Vorrichtungcontraption
1111
Schwingungserregervibration exciter
1212
Festlagerfixed bearing
1313
Messelementmeasuring element
1414
Messelementmeasuring element
1515
Probensubstanzsample substance
1616
LichtstrahlenquelleLight beam source
1717
LichtstrahlenquelleLight beam source
1818
Positionsdetektorposition detector
1919
Positionsdetektorposition detector
2020
gebündelter Lichtstrahlbundled light beam
2121
gebündelter Lichtstrahlbundled light beam
2222
reflektierter gebündelter Lichtstrahlreflected bundled light beam
2323
reflektierter gebündelter Lichtstrahlreflected bundled light beam
2424
Aufnahmemittelreceiving means
2525
Aufnahmemittelreceiving means
2626
Messspaltmeasuring gap
2727
Unterseitebottom
2828
Unterseitebottom
2929
freies Endefree end
3030
freies Endefree end

Claims (18)

Verfahren zum Messen der Viskosität von Fluiden, mit zwei Messelementen, wobei ein Messelement mit einem Schwingungserreger und das andere Messelement mit einem Festlager verbunden ist und zwischen den zwei Messelementen eine zu untersuchende Substanz in Wirkkontakt mit den Messelementen bringbar und mindestens eines der Messelemente über den Schwingungserreger mit einer definierten Schwingungsfrequenz beaufschlagbar ist und die durch die Schwingungsfrequenz verursachte Lageveränderung der Messelemente über mindestens einen gebündelten Lichtstahl erfassbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • Stirnseitiges Verbinden der beiden linear zueinander angeordneten Messelemente an deren freien Enden durch ein Aufnahmemittel, • Auftrennen des Aufnahmemittels an der Berührungszone der Messplatten und Abrücken der Messplatten voneinander, so dass ein definierter Spalt ausgebildet wird, • Auftragen einer zu beprobenden Substanz auf den Spalt, • Anregen einer Messplatte mittels eines Schwingungserregers, wobei das Schwingungsintervall in einem Bereich von Stunden bis zum kHz-Bereich frei wählbar ist, • Anstrahlen der Messplatten mittels gebündelter Lichtstrahlen, • Weiterleiten der von den Messplatten reflektierten gebündelten Lichtstrahlen zu einem positionsempfindlichen Detektor (PSD), • Bestimmung der Auslenkung der Messplatten mittels des Strahlwinkels der reflektierten gebündelten Lichtstrahlen, • Weiterleiten der vom positionsempfindlichen Detektor ermittelten Positionsdaten der Messelemente an eine μProzessor-Einheit zum Zwecke der Auswertung, Überwachung und Visualisierung.Method for measuring the viscosity of fluids, with two measuring elements, one measuring element with a vibration exciter and the other measuring element is connected to a fixed bearing and between the two measuring elements a substance to be examined in operative contact with the measuring elements brought and at least one of the measuring elements via the vibration exciter can be acted upon by a defined oscillation frequency and the change in position of the measuring elements caused by the oscillation frequency can be detected via at least one bundled light beam, characterized by the following steps: End-side connection of the two linearly arranged measuring elements at their free ends by a receiving means, Separation of the receiving means at the contact zone of the measuring plates and removal of the measuring plates from one another so that a defined gap is formed, Applying a substance to be sampled to the gap, Exciting a measuring plate by means of a vibration exciter, wherein the oscillation interval in a range of hours to the kHz range is freely selectable Illuminating the measuring plates by means of bundled light beams, Passing the bundled light beams reflected by the measuring plates to a position-sensitive detector (PSD), Determination of the deflection of the measuring plates by means of the beam angle of the reflected collimated light beams, • Forwarding the position data of the measuring elements determined by the position-sensitive detector to a μ-processor unit for the purpose of evaluation, monitoring and visualization. Vorrichtung zum Messen der Viskosität von Fluiden, mit zwei Messelementen, wobei ein Messelement mit einem Schwingungserreger und das andere Messelement mit einem Festlager verbunden ist und zwischen den zwei Messelementen eine zu untersuchende Substanz in Wirkkontakt mit den Messelementen bringbar und mindestens eines der Messelemente über den Schwingungserreger mit einer definierten Schwingungsfrequenz beaufschlagbar ist und die durch die Schwingungsfrequenz verursachte Lageveränderung der Messelemente über mindestens einen gebündelten Lichtstahl erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelemente linear zueinander angeordnet sind.Device for measuring the viscosity of fluids, with two measuring elements, one measuring element with a vibration exciter and the other measuring element is connected to a fixed bearing and between the two measuring elements a substance to be examined in operative contact with the measuring elements brought and at least one of the measuring elements via the vibration exciter can be acted upon by a defined oscillation frequency and the change in the position of the measuring elements caused by the oscillation frequency can be detected via at least one collimated light beam, characterized in that the measuring elements are arranged linearly relative to one another. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelemente als federelastische Stahlzungen ausgebildet sind.Apparatus according to claim 2, characterized in that the measuring elements are designed as spring-elastic steel tongues. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelemente freie Enden aufweisen, denen jeweils mindestens ein Aufnahmemittel zugeordnet ist.Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the measuring elements have free ends, which in each case at least one receiving means is associated. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmemittel einen Messspalt ausbilden in dem eine zu beprobenden Substanz einbringbar ist. Apparatus according to claim 4, characterized in that the receiving means form a measuring gap in which a substance to be sampled can be introduced. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsweite des Messspaltes in Abhängigkeit von der Oberflächenspannung der zu beprobenden Substanz einstellbar ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that the opening width of the measuring gap is adjustable in dependence on the surface tension of the substance to be sampled. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger ein Piezo ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the vibration generator is a piezoelectric device. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezo als eine Piezokeramik ausgebildet ist.Apparatus according to claim 7, characterized in that the piezo is formed as a piezoceramic. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger ein Unwuchtmotor ist.Device according to one of the preceding claims 2 to 6, characterized in that the vibration generator is an unbalance motor. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger ein Elektromagnet istDevice according to one of claims 2 to 6, characterized in that the vibration generator is an electromagnet Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Messelementen mindestens ein, einen gebündelten Lichtstrahl imitierendes, Mittel zugeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring elements at least one, a bundled light beam imitating means is associated. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das die emittierten Lichtstrahlen von dem Messelementen auf einen positionsempfindlichen Detektor (PSD) reflektiert werden.Apparatus according to claim 11, characterized in that the emitted light beams from the measuring elements to a position sensitive detector (PSD) are reflected. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit die von dem positionsempfindlichen Detektor (PSD) empfangenen, reflektierten Strahlen auswertet und visualisiert darstellt.Device according to Claim 12, characterized in that an evaluation unit evaluates and visualizes the reflected beams received from the position-sensitive detector (PSD). Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einer, gegenüber ihrer Umgebung hermetisch abgedichteten Einhausung angeordnet ist.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device is arranged in a hermetically sealed against its environment housing. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raum die Umgebungsparameter Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Vakuum, IR- und UV-Strahlungsintensität einstellbar sind.Apparatus according to claim 14, characterized in that in the space, the environmental parameters pressure, temperature, humidity, vacuum, IR and UV radiation intensity are adjustable. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Einhausung mindestens ein Einspeisepunkt zugeordnet ist.Apparatus according to claim 14 or 15, characterized in that the enclosure is associated with at least one feed point. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung eine Steuereinheit zugeordnet ist, die die Temperatur, den Druck sowie die Feuchtigkeitsbedingungen im Raum überwacht und regelt.Apparatus according to claim 15, characterized in that the device is associated with a control unit, which monitors the temperature, the pressure and the humidity conditions in the room and controls. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Anregung der Messelemente berührende und nicht berührende Sensoren, insbesondere induktive, kapazitive und mechanische Sensoren vorgesehen sind.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that for detecting the excitation of the measuring elements touching and non-contact sensors, in particular inductive, capacitive and mechanical sensors are provided.
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