DE112013007386T5 - Verfahren zum Bewerten eines erreichbaren Bereichs einer auf ein Fluid aufgebrachten Scherrate, Programm und Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Bewerten eines erreichbaren Bereichs einer auf ein Fluid aufgebrachten Scherrate, Programm und Vorrichtung Download PDF

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Naoto Izumo
Yuji Fukami
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Abstract

Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Bewerten eines erreichbaren Bereichs einer Scherrate eines Fluids durch Verwenden eines Konzepts einer Scherraten-Ausbreitungskonstanten beim Bewerten der Eigenschaften des Fluids. Die Vorrichtung zum Messen einer Viskosität, bei der ein Vibrationsgerät (1), das in ein zu messendes Fluid eingetaucht wird, in Vibration versetzt wird zum Messen der Viskosität mittels einer Amplitudenveränderung, die von einem Viskositätswiderstand des Fluids beeinflusst wird, umfasst einen Schritt (S1) des Messens einer Fluiddichte, einen Schritt (S2) des Messens der Fluidviskosität, einen Schritt (S3) des Berechnens einer Winkelfrequenz des Vibrationsgeräts und einen Schritt (S4) des Berechnens einer Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z” aus Gleichung (1), wobei eine Vergrößerung der Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z” als Vergrößerung eines erreichbaren Bereichs der Scherrate, die von dem Vibrationsgerät (1) an das Fluid angelegt wird, bewertet wird.

Description

  • Technisches Sachgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten von Eigenschaften eines Fluids und betrifft insbesondere das Verfahren zum Bewerten eines erreichbaren Bereichs einer auf das Fluid aufgebrachten Scherrate, das Programm und die Vorrichtung
  • Stand der Technik
  • Zum Bewerten von Eigenschaften eines Fluids ist die Veränderung einer Scherrate unabdingbar. Bei einem Rotationsviskosimeter, das als Vorrichtung zum Bewerten der Eigenschaften des Fluids bekannt ist, wird eine Viskosität durch Messen eines Drehmoments bestimmt, das erforderlich ist, um eine feste Drehzahl eines Rotors in einer Probenflüssigkeit beizubehalten, und wird die Scherrate gemäß einem Konzept bestimmt, gemäß dem die Drehzahl des Rotors proportional zur Scherrate ist.
  • Wie in 6 gezeigt ist, erfüllt zum Beispiel bei einem Kegel-Platte-Rotationsviskosimeter dann, wenn ein kegelförmiger Rotor 32, der in die Probenflüssigkeit 9 eingetaucht wird, mit einer Drehzahl N [UpM] unter einer Bedingung, dass eine ebene Platte stillsteht, gedreht wird, eine Scherrate D, die in der Probenflüssigkeit erzeugt wird, eine Gleichung (2) bei einem willkürlich gewählten Durchmesser ”r” unter der Annahme, dass der Durchmesser des Rotors 32 ”R” beträgt. Die Scherrate D, die sich nicht auf den Durchmesser ”r” bezieht, kann mit der Drehzahl N und einem Kegelwinkel in sämtlichen Positionen der kegelförmigen Fläche bestimmt werden. [Gleichung 2]
    Figure DE112013007386T5_0002
  • Referenzen zum Stand der Technik
  • Patentreferenzen
    • Patentreferenz 1: JP-A-9-61333
  • Zusammenfassender Überblick über die Erfindung
  • Technisches Problem
  • Es versteht sich, dass dann, wenn die auf das Fluid aufgebrachte Scherrate konstant ist und das Fluid die gleichförmige Struktur proportional relativ zur Scherratenveränderung beibehält, idealerweise die Scherbelastung proportional zur Scherrate erhalten wird und die Viskosität konstant wird. Bei einem Nicht-Newtonschen Fluid besteht jedoch keine proportionale Beziehung zwischen der Scherratenveränderung und der Scherbelastungsveränderung, und folglich ist die Viskosität, die als Proportionalitätskonstante definiert ist, kein konstanter Wert. Die Nicht-Proportionalität der in der Flüssigkeit erzeugten Scherrate relativ zur Drehzahl des Rotationsviskosimeters wird praktisch als Beitragsfaktor der Nicht-Linearität des Nicht-Newtonschen Fluids angesehen.
  • Trotz dieses Faktors wird, wie oben gesagt worden ist, die Scherrate aus der geometrischen Form der Viskosimetervorrichtung und der Drehzahl des Rotors selbst bei dem Rotationsviskosimeter, bei dem die Scherrate berechnet werden kann, hypothetisch berechnet, und insbesondere ist die Ausbreitung der Scherrate oder der erreichbare Bereich der Scherrate herkömmlicherweise nicht berücksichtigt worden.
  • Wenn die tatsächlichen Bedingungen der Scherrate, die ein wichtiger Faktor beim Bewerten der Eigenschaften des Fluids ist, bewertet werden können, kann mit der Klärung des Verhaltens der das Nicht-Newtonsche Fluid enthaltenden Flüssigkeit begonnen werden.
  • Mit der vorliegenden Erfindung werden ein neues Verfahren zum Bewerten eines erreichbaren Bereichs der Scherrate eines Fluids zum Bewerten der Eigenschaften des Fluids unter Verwendung eines Konzepts einer Ausbreitungskonstanten einer Scherrate zum Lösen der beim Stand der Technik auftretenden Probleme und des Weiteren ein Programm und eine Vorrichtung vorgeschlagen.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Bei der vorliegenden Erfindung zum Lösen der oben genannten Aufgabe ist die Konfiguration eines Verfahrens zum Bewerten einer Eigenschaft eines Fluids in einer Vorrichtung zum Messen einer Viskosität vorgesehen, bei der ein Vibrationsgerät, das in das zu messende Fluid eingetaucht wird, in Vibration versetzt wird zum Messen der Viskosität mittels einer Amplitudenveränderung, die von einem Viskositätswiderstand des Fluids beeinflusst wird, wobei das Verfahren einen Schritt des Messens einer Dichte ”ρ” des Fluids, einen Schritt des Messens der Viskosität ”η” des Fluids, einen Schritt des Berechnens einer Winkelfrequenz ”ω” des Vibrationsgeräts und einen Schritt des Berechnens einer Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z” gemäß einer nachstehenden Gleichung (1) umfasst, wobei eine Vergrößerung der Scherraten-Ausbreitungsrate ”Z” als eine Vergrößerung eines erreichbaren Bereichs der Scherrate, die von dem Vibrationsgerät an das Fluid angelegt wird, bewertet wird. [Gleichung 1]
    Figure DE112013007386T5_0003
  • Ein Verfahren zum Bewerten einer Eigenschaft eines Fluids gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zum Bewerten der Eigenschaft des Fluids in einer Vorrichtung zum Messen einer Viskosität, bei der ein Vibrationsgerät, das in das zu messende Fluid eingetaucht wird, in Vibration versetzt wird zum Messen der Viskosität mittels einer Amplitudenveränderung, die von einem Viskositätswiderstand des Fluids beeinflusst wird, wobei das Verfahren einen Schritt des Messens einer Dichte ”ρ” des Fluids, einen Schritt des Messens der Viskosität ”η” des Fluids, einen Schritt des Berechnens einer Winkelfrequenz ”ω” des Vibrationsgeräts und einen Schritt des Berechnens einer Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z” gemäß einer nachstehenden Gleichung (1) umfasst, wobei ein erreichbarer Bereich der Scherrate durch Verwenden der Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z” quantifiziert wird. [Gleichung 1]
    Figure DE112013007386T5_0004
  • Ein stimmgabelartiges Vibrationsviskosimeter gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Paar von Vibrationsgeräten, die in ein zu messendes Fluid eingetaucht werden, einen elektromagnetischen Antrieb, der mit einer Spule zum Antreiben der Vibrationsgeräte versehen ist, wobei ein Antriebsstrom an die Spule angelegt wird, so dass eine Amplitude der Vibrationsgeräte, die durch einen Viskositätswiderstand des Fluids verändert wird, einen vorbestimmten Wert erreicht und eine Viskosität ”η” des Fluids durch Messen des Antriebsstroms erhalten wird und eine Winkelfrequenz ”ω” der Vibrationsgeräte berechnet wird und eine Einrichtung zum Berechnen einer Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z” gemäß einer nachstehenden Gleichung (1) und durch Verwenden der Winkelfrequenz ”ω”, der Viskosität ”η” und der Dichte ”ρ” des Fluids in einem Operationsverarbeitungsteil vorgesehen ist. [Gleichung 1]
    Figure DE112013007386T5_0005
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Programm zum Berechnen einer Scherraten-Ausbreitungskonstanten, das gemäß dem Verfahren zum Bewerten der Eigenschaft eines Fluids in einer in Anspruch 1 oder 2 beanspruchten Vorrichtung geschrieben wird und ausführbar ist.
  • Vorteilhafter Effekt der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die quantitative Bewertung der Ausbreitung einer Scherrate, die nicht berücksichtigt worden ist, in der Vorrichtung zum Messen der Viskosität zum Bewerten der Eigenschaften des Fluids anhand der Viskositätsmessung und so weiter durchgeführt werden.
  • Der erreichbare Bereich der Scherrate, die von dem Vibrationsgerät auf das Fluid aufgebracht wird, kann quantifiziert werden zum Durchführen der quantitativen Bewertung durch Verwenden eines neuen Konzepts der Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z”, die durch Erhalten der Dichte ”ρ” des Fluids, der Viskosität ”η” des Fluids und der Winkelfrequenz ”ω” des Vibrationsgeräts in der Vorrichtung zum Messen der Viskosität berechnet werden kann, bei der das Vibrationsgerät, das in das zu messende Fluid eingetaucht wird, in Vibration versetzt wird zum Messen der Viskosität mittels einer Amplitudenveränderung, die von einem Viskositätswiderstand des Fluids beeinflusst wird. Die Scherraten-Ausbreitungskonstante ”Z” bezieht sich auf eine Distanz ”y” im rechten Winkel zur Vibrationsfläche des Vibrationsgeräts mit einer Dämpfungsrate (δ) der Vibration von 63,2%, und der Einfluss der Scherrate ist weitreichend mit der Vergrößerung der Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z”, so dass der erreichbare Bereich der Scherrate größer bewertet wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Gesamtkonfiguration eines stimmgabelartigen Vibrationsviskosimeters gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine schematische Konfiguration eines Antriebsmechanismusteils des stimmgabelartigen Vibrationsviskosimeters.
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebs- und Steuersystems des stimmgabelartigen Vibrationsviskosimeters.
  • 4 zeigt ein Diagramm mit Darstellung von Scherraten-Ausbreitungskonstanten.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Berechnen der Scherraten-Ausbreitungskonstanten.
  • 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Messteils des Kegel-Platte-Rotationsviskosimeters.
  • 7 zeigt eine erläuternde schematische Darstellung eines Vibrationsgeräts und der Vibration eines Fluids, das mit dem Vibrationsgerät in Kontakt steht.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Jetzt werden geeignete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Gesamtkonfiguration eines stimmgabelartigen Vibrationsviskosimeters gemäß der vorliegenden Erfindung, und 2 zeigt eine schematische Konfiguration eines Antriebsmechanismusteils des stimmgabelartigen Vibrationsviskosimeters. Die Details eines Viskosimeterkörpers 100 und des Antriebsmechanismusteils 10 sind in JP-A-2005-345211 und WO 2012/074654 beschrieben.
  • Das stimmgabelartige Vibrationsviskosimeter gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst den Viskosimeterkörper 100, einen Temperatursensor 200, ein thermostatisches Bad 300, ein Probengefäß 7 und eine Anzeige 22. Der Viskosimeterkörper 100 gleitet vertikal eine Stützstange 110 entlang. Ein XYZ-Objekttisch 150 ist in der Mitte der oberen Fläche einer Basisplatte 130 befestigt, und das Gefäß 7 kann in einer horizontalen Richtung (X-Y-Richtung) und in einer vertikalen Richtung (Z-Richtung) bewegbar eingestellt werden.
  • Bezugszeichen 1, 1 in dem Antriebsmechanismusteil 10 bezeichnen ein Paar von Vibrationsgeräten, die in eine Probenflüssigkeit 9 für ein Fluid, das Gegenstand der Messung ist, eingetaucht werden. Die Vibrationsgeräte sind aus einer dünnen und flachen Platte, wie z. B. einem keramischen Element oder einem metallischen Element, gefertigt, und kreisförmige vergrößerte Abschnitte, die als Vibrationsflächen 1a dienen, sind an den vorderen Abschnitten ausgebildet. Das Paar von Vibrationsgeräten 1, 1 ist derart angeordnet, dass ihre Mittelachsen in der Probenflüssigkeit 9 in der Dickenrichtung in derselben Ebene liegen.
  • Ein Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Temperatursensor, Bezugszeichen 4, 4 bezeichnen Tellerfedern, an deren oberen Enden die Vibrationsgeräte 1,1 befestigt sind, und ein Bezugszeichen 8 bezeichnet ein mittleres Stützelement zum Befestigen der Tellerfedern 4, 4. Die Vibrationsgeräte 1, 1 sind derart konfiguriert, dass sie in die Probenflüssigkeit 9 in dem Gefäß 7 in eine konstante Tiefe eingetaucht werden.
  • Ein Bezugszeichen 2b bezeichnet eine elektromagnetische Spule, und ein Bezugszeichen 2a ist ein Neodym-Magnet. Die Vibrationsgeräte 1, 1, die an den oberen Enden der Tellerfedern 4, 4 montiert sind, sind derart konfiguriert, dass sie mittels eines elektromagnetischen Antriebsteils eines sich bewegenden Magnetsystems, das aus der elektromagnetischen Spule 2b und dem Neodym-Magneten 2a gebildet ist, mit einem vorbestimmten Wert in Vibration versetzt werden. Ein Bezugszeichen 5 bezeichnet einen kontaktlosen Verschiebesensor zum Detektieren eines Wirbelstroms, der einen Amplitudenwert der Vibrationsgeräte 1, 1 misst.
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebs- und Steuersystems des stimmgabelartigen Vibrationsviskosimeters gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Bezugszeichen 12 bezeichnet eine PWM-Modulationsschaltung, ein Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Sinuswellengeneratorschaltung, ein Bezugszeichen 14 zeigt einen Komparator, ein Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Steuerungseinrichtung, ein Bezugszeichen 16 bezeichnet einen I/V-Wandler, Bezugszeichen 17 und 19 bezeichnen A/D-Wandler, und ein Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Operationsverarbeitungsteil.
  • Die Vibrationsgeräte 1, 1, die in die Probenflüssigkeit 9 eingetaucht werden, empfangen ein Antriebssignal aus dem Operationsverarbeitungsteil 18, so dass sie mit einem vorbestimmten Amplitudenwert in Vibration versetzt werden, dann wird ein Antriebsstrom, der über die Sinuswellengeneratorschaltung 13 erzeugt wird, an die elektromagnetische Spule 2b des elektromagnetischen Antriebs 2 angelegt und auf die Tellerfedern 4, 4 aufgebracht. Auf diese Weise werden die Vibrationsgeräte 1, 1 in einer Umkehrphase in Vibration versetzt und schwingen mit. Der Amplitudenwert der Vibrationsgeräte 1, 1 wird von dem Verschiebesensor 5 detektiert, das Signal des detektierten Amplitudenwerts wird in dem Komparator 14 mit dem vorbestimmten Amplitudenwert verglichen, und ein Signal wird zum Versetzen der Vibrationsgeräte 1, 1 in Vibration mit dem vorbestimmten Amplitudenwert aus der Steuerungseinrichtung 15 ausgegeben, und dadurch wird eine Rückkopplungssteuerung in dieser ausgeführt. Nachdem die Vibrationsgeräte 1, 1 mit dem vorbestimmten Amplitudenwert in Vibration versetzt worden sind, wird ein Antriebsstrom ”I”, der an die elektromagnetische Spule 2b angelegt wird, detektiert. Dann wird der Antriebsstrom I über den I/V-Wandler 16 und den A/D-Wandler 17 in den Operationsverarbeitungsteil 18 eingegeben und wird die Viskosität der Probenflüssigkeit 9 berechnet. Der Prozess des Berechnens der Viskosität ist in JP-A-5-149861 beschrieben. Ein Eingangssignal aus dem Temperatursensor 3 wird über den A/D-Wandler 19 für die Temperatur in den Operationsverarbeitungsteil 18 eingegeben.
  • Die PWM-Modulationsschaltung 12 ist zwischen dem Operationsverarbeitungsteil 18 und dem Komparator 14 geschaltet. Der vorbestimmte Amplitudenwert wird durch Durchführen der Impulsbreitenmodulation an dem in den Komparator 14 eingegebenen Amplitudenwert über Anweisungen aus dem Operationsverarbeitungsteil 18 willkürlich verändert, und die Amplitude der Vibrationsgeräte 1, 1 verändert sich bei Messungen zum Verändern der in der Probenflüssigkeit 9 erzeugten Scherrate.
  • Ein Speicher 21, eine Anzeige 22 und ein Schlüsselschalterabschnitt 23 sind in dem Operationsverarbeitungsteil 18 verbunden, und ein Benutzer kann Messbedingungen durch Verwenden des Schlüsselschalterabschnitts 23 setzen. Die Messbedingungen umfassen zum Beispiel eine Messzeit, Setzen der Veränderung der Amplitude (Eingeben einer Obergrenze und einer Untergrenze der Amplitude, die Bestimmung eines Maßes an Veränderung der Amplitude pro Zeit und ob die Amplitude steigt, fällt oder sich hin- und herbewegt). Diese Details sind in WO2012/074654 beschrieben.
  • Jetzt wird ein neues Verfahren zum Erhalten des erreichbaren Bereichs der Scherrate, die unter Verwendung des stimmgabelartigen Vibrationsviskosimeters mit der oben dargelegten Konfiguration von den Vibrationsgeräten 1, 1 auf die Probenflüssigkeit 9 aufgebracht wird, genauer beschrieben.
  • Wie in 7 gezeigt ist, ist dann, wenn ein dünnes und flaches Vibrationsstück restriktiv parallel zu seiner Fläche mit einer Rate von νm × ejωt in einem Newtonschen Fluid vibriert, eine Vibrationsrate ν an einer Fläche, die in einer senkrechten Richtung um eine Distanz ”y” von dem Vibrationsstück beabstandet ist, in Gleichung (3) gezeigt (Hiroo KAWDA, ”Revised Viscosity”, erste Ausgabe, herausgegeben von Keiryo Kanri Kyokai (Measurement Control Association), November 1958, Seite 139 bis 143). [Gleichung 3]
    Figure DE112013007386T5_0006
    • νm:
    maximale Vibrationsrate des Vibrationsstücks
    j:
    √(–1)
    ω:
    Winkelfrequenz
    ρ:
    Dichte des Fluids
    η:
    Viskosität des Fluids
    t:
    Zeit
  • ”νm” ist eine bekannte Konstante, die aus der Vorrichtungskonfiguration erhalten wird, und ejωt ist ein Vibrationsterm. Entsprechend erfolgt bei einer Dämpfungsrate der Vibrationsrate an der Fläche, die um die Distanz ”y” von dem Vibrationsstück beabstandet ist, eine Dämpfung relativ zur Rate des Vibrationsstücks gemäß Gleichung (4). [Gleichung 4]
    Figure DE112013007386T5_0007
  • Wenn keine Dämpfung erfolgt, falls ”die Vibrationsrate des Vibrationsstücks in der Distanz ”y” als gleich null angenommen wird und der Punkt, an dem die Vibration des Fluids verschwindet, als gleich 100% angenommen wird, wird die Dämpfungsrate (δ) in Gleichung (5) ausgedrückt. [Gleichung 5]
    Figure DE112013007386T5_0008
  • Auf diese Weise verändert sich die Dämpfungsrate (δ) der Vibration exponentiell, und es versteht sich, dass sich die Dämpfung der Scherrate mit der Annäherung an die Vibrationsfläche verkleinert und mit dem Abstand zu der Vibrationsfläche vergrößert. Anhand dieses Phänomens ist ersichtlich, dass die Dämpfung der Scherrate ein Primärverzögerungselement aufweist und das Konzept der ”Zeitkonstanten” eingeführt werden kann. Wenn eine Überschneidung zwischen der asymptotischen Kurve der Dämpfungsrate (δ) und einer linearen Linie (y = 0,632) erhalten wird und eine Distanz ”y” (mm), bei der die Dämpfungsrate (δ) 63,2% beträgt, als Ausbreitungskonstante Z der Scherrate definiert ist, kann der erreichbare Bereich der Scherrate durch Verwendung der Ausbreitungskonstanten Z bewertet werden.
  • Das Diagramm in 4 zeigt die Viskositäten (η) in Gleichung (5), die so eingestellt worden sind, dass sie 1 mPa·s, 10 mPa·s, 50 mPa·s, 200 mPa·s, 1000 mPa·s und 5000 mPa·s betragen, und die Winkelrate ”ω” betrug 118,4 (rad/s) (Vibrationsfrequenz: 30 Hz) für die jeweiligen Viskositäten, und die Dichte war eine Variable für die jeweiligen Viskositäten.
  • 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Ausbreitungskonstanten der Scherraten, bei dem die Ordinatenachse die Dämpfungsrate (%) der Scherrate anzeigt und die Abszissenachse die Distanz [mm] in der vertikalen Richtung (y-Richtung) von den Vibrationsgeräten anzeigt.
  • Wenn die Überschneidungen zwischen der asymptotischen Kurve der Dämpfungsrate (δ) und der linearen Linie (y = 0,632) ausgelesen wird, betragen die Ausbreitungskonstanten Z 0,07 mm, 0,26 mm, 0,57 mm, 1,15 mm, 2,58 mm und 5,76 im Fall der Viskositäten von 1 mPa·s, 10 mPa·s, 50 mPa·s, 200 mPa·s, 1000 mPa·s bzw. 5000 mPa·s. Dies sind die erreichbaren Bereiche. Durch die höhere Viskosität wird die Ausbreitungskonstante Z vergrößert, die Viskosität wird kaum gedämpft, und die Konstante Z erstreckt sich über eine längere Distanz. Dies bedeutet, dass der Einfluss wahrscheinlich bei der höheren Viskosität bei der Annäherung der Vibrationsgeräte 1, 1 an die Wand des Gefäßes 7 hervorgerufen wird und dass die Angemessenheit der Abmessung des Messgefäßes und die Eignung der Abmessung der Rührvorrichtung für die Flüssigkeit sowohl für das Newtonsche Fluid als auch für das Nicht-Newtonsche Fluid untersucht werden können.
  • Die oben genannte Ausbreitungskonstante Z kann durch Verwenden der Gleichung (5) mathematisch erhalten werden.
  • Bei der asymptotischen Gleichung ”1 – exp–x”(”x” ist eine Variable) wird der endgültige Wert von 63,2% erhalten, wenn ”x = 1” erfüllt ist (”1 – exp–x” = 0,632). Entsprechend wird die Bedingung, bei der die Dämpfungsrate (δ) gleich 63,2% ist, durch Gleichung (6) spezifiziert. [Gleichung 6]
    Figure DE112013007386T5_0009
  • Entsprechend wird in Gleichung (6) dann, wenn die Ausbreitungskonstante Z als Distanz ”y” angenommen wird, bei der die Dämpfungsrate (δ) gleich 63,2% ist, die Konstante Z durch Verwenden der Gleichung (1) erhalten. [Gleichung 1]
    Figure DE112013007386T5_0010
  • Das heißt, dass die Scherraten-Ausbreitungskonstante Z durch Verwenden der Winkelfrequenz (ω), der Dichte des Fluids (ρ) und der Viskosität des Fluids (η) erhalten werden kann.
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm zum Berechnen der Scherraten-Ausbreitungskonstanten.
  • Nach dem Start der Messung geht der Prozess zu einem Schritt S1 weiter, bei dem der Dichte-(ρ)Wert der Probenflüssigkeit 9 gemessen wird (Dichtemessschritt). Diese Dichte wird unter Verwendung einer bekannten Dichtemessvorrichtung gemessen. Wenn eine Standardlösung mit einer bekannten Dichte vorhanden ist, kann diese Dichte direkt über den Schlüsselschalterabschnitt 23 eingegeben werden oder aus dem Speicher 21 ausgelesen werden, nachdem er im Voraus in einer Tabelle gespeichert worden ist.
  • Dann geht der Prozess zu einem Schritt S2 weiter, bei dem der Viskositäts-(η)Wert der Probenflüssigkeit 9 gemessen wird (Viskositätsmessschritt). Bei der Messung wird die Viskosität (η) vorzugsweise erhalten, wenn der Messwert nach dem Start der Messung stabilisiert ist. Wenn eine Standardlösung mit einer ohne die Messung bekannten Viskosität vorhanden ist, kann sie direkt über den Schlüsselschalterabschnitt 23 eingegeben werden oder aus dem Speicher 21 ausgelesen werden, nachdem sie im Voraus in einer Tabelle gespeichert worden ist.
  • Dann geht der Prozess zu einem Schritt S3 weiter, bei dem die Winkelfrequenz (ω) [rad/s] aus der Frequenz ”f” der Vibrationsgeräte 1, 1 berechnet wird (Winkelfrequenz-Berechnungsschritt).
  • Dann geht der Prozess zu einem Schritt S4 weiter, bei dem die Scherraten-Ausbreitungsrate Z durch Verwenden der Gleichung (1) in dem Operationsverarbeitungsteil 18 berechnet wird (Ausbreitungskonstanten-Berechnungsschritt) und die Messung beendet wird. Diese Verarbeitungen werden in dem Operationsverarbeitungsteil 18 (Ausbreitungskonstanten-Berechnungseinrichtung) durchgeführt.
  • Die Scherraten-Ausbreitungskonstante Z, die in Schritt S4 erhalten wird, wird auf Anforderung eines Benutzers auf der Anzeige 22 gezeigt. Die jeweiligen Werte können in dem Speicher 21 gespeichert werden und mit den Messergebnissen anderer Probenflüssigkeiten auf einer Anzeige verglichen werden. Falls erforderlich, können die Scherraten-Ausbreitungskonstanten Z einer Vielzahl von Probenflüssigkeiten in einer in 4 dargestellten Form gezeigt werden. Die Schritte S1 bis S3 brauchen in keiner besonderen Reihenfolge durchgeführt zu werden.
  • [Beispiel 1]
    • ω:
      Winkelfrequenz eines Vibrationsstücks. Wenn das Vibrationsgerät 1 bei 30 Hz vibriert, ist ω = 2πf erfüllt, so dass ω = 2 × 3,14 × 30 = 188,4 [rad/s].
      ρ:
      Dichte des Fluids, ρ = 0,8 [g/cm3] gemäß der Messung.
      η:
      Viskosität des Fluids, η = 100 [mPa·s] gemäß der Messung.
  • Die Scherraten-Ausbreitungskonstante Z, die durch Verwenden dieser Werte berechnet wird, wird nachstehend spezifiziert. [Gleichung 7]
    Figure DE112013007386T5_0011
  • [Beispiel 2]
    • ω:
      Winkelfrequenz eines Vibrationsstücks. Wenn das Vibrationsgerät 1 bei 30 Hz vibriert, ist ω = 2πf erfüllt, so dass ω = 2 × 3,14 × 30 = 188,4 [rad/s].
      ρ:
      Dichte des Fluids, ρ = 1,2 [g/cm3] gemäß der Messung.
      η:
      Viskosität des Fluids, η = 10 [mPa·s] gemäß der Messung.
  • Die Scherraten-Ausbreitungskonstante Z, die durch Verwenden dieser Werte berechnet wird, wird nachstehend spezifiziert. [Gleichung 8]
    Figure DE112013007386T5_0012
  • Beim Verfahren zum Berechnen des erreichbaren Bereichs der Scherrate gemäß der vorliegenden Erfindung kann der erreichbare Bereich der Scherrate, die von den Vibrationsgeräten 1, 1 auf das Fluid (Probenflüssigkeit 9) aufgebracht wird, durch Verwenden des neuen Konzepts der Ausbreitungskonstanten Z, die aus der Dichte (ρ) des Fluids (Probenflüssigkeit 9), der Viskosität (η) des Fluids (Probenflüssigkeit 9) und der Winkelfrequenz (ω) der Vibrationsgeräte 1, 1 berechnet wird, quantifiziert und bewertet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vibrationsgerät
    1a
    Vibrationsfläche
    2
    Elektromagnetischer Antrieb
    2a
    Neodym-Magnet
    2b
    Elektromagnetische Spule
    7
    Gefäß
    8
    Fluid (Probenflüssigkeit)
    10
    Antriebsmechanismusteil
    18
    Operationsverarbeitungsteil
    100
    Viskosimeterkörper

Claims (4)

  1. Verfahren zum Bewerten einer Eigenschaft eines Fluids in einer Vorrichtung zum Messen einer Viskosität, bei der ein Vibrationsgerät, das in das zu messende Fluid eingetaucht wird, in Vibration versetzt wird zum Messen der Viskosität mittels einer Amplitudenveränderung, die von einem Viskositätswiderstand des Fluids beeinflusst wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt des Messens einer Dichte ”ρ” des Fluids; einen Schritt des Messens der Viskosität ”η” des Fluids, einen Schritt des Berechnens einer Winkelfrequenz ”ω” des Vibrationsgeräts; und einen Schritt des Berechnens einer Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z” gemäß einer nachstehenden Gleichung (1), wobei eine Vergrößerung der Scherraten-Ausbreitungsrate ”Z” als Vergrößerung eines erreichbaren Bereichs der Scherrate, die von dem Vibrationsgerät an das Fluid angelegt wird, bewertet wird. [Gleichung 1]
    Figure DE112013007386T5_0013
  2. Verfahren zum Bewerten einer Eigenschaft eines Fluids in einer Vorrichtung zu Messen einer Viskosität, bei der ein Vibrationsgerät, das in das zu messende Fluid eingetaucht wird, in Vibration versetzt wird zum Messen der Viskosität mittels einer Amplitudenveränderung, die von einem Viskositätswiderstand des Fluids beeinflusst wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt des Messens einer Dichte ”ρ” des Fluids; einen Schritt des Messens der Viskosität ”η” des Fluids; einen Schritt des Berechnens einer Winkelfrequenz ”ω” des Vibrationsgeräts; und einen Schritt des Berechnens einer Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z” gemäß einer nachstehenden Gleichung (1), wobei ein erreichbarer Bereich der Scherrate durch Verwenden der Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z” quantifiziert wird. [Gleichung 1]
    Figure DE112013007386T5_0014
  3. Stimmgabelartiges Vibrationsviskosimeter, das aufweist: ein Paar von Vibrationsgeräten, die in ein zu messendes Fluid eingetaucht werden; und einen elektromagnetischen Antrieb, der mit einer Spule zum Antreiben der Vibrationsgeräte versehen ist, wobei ein Antriebsstrom an die Spule angelegt wird, so dass eine Amplitude der Vibrationsgeräte, die durch einen Viskositätswiderstand des Fluids verändert wird, einen vorbestimmten Wert erreicht und eine Viskosität ”η” des Fluids durch Messen des Antriebsstroms erhalten wird, eine Winkelfrequenz ”ω” der Vibrationsgeräte berechnet wird, und eine Einrichtung zum Berechnen einer Scherraten-Ausbreitungskonstanten ”Z” gemäß einer nachstehenden Gleichung (1) und durch Verwenden der Winkelfrequenz ”ω”, der Viskosität ”η” und einer Dichte ”ρ” des Fluids in einem Operationsverarbeitungsteil vorgesehen ist. [Gleichung 1]
    Figure DE112013007386T5_0015
  4. Programm zum Berechnen der Scherraten-Ausbreitungskonstanten, das gemäß dem Verfahren zum Bewerten der Eigenschaft eines Fluids in einer in Anspruch 1 oder 2 beanspruchten Vorrichtung geschrieben wird und ausführbar ist.
DE112013007386.2T 2013-08-29 2013-08-29 Verfahren zum Bewerten eines erreichbaren Bereichs einer auf ein Fluid aufgebrachten Scherrate, Programm und Vorrichtung Withdrawn DE112013007386T5 (de)

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