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!!Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität einer Substanz.1? Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität einer Substanz
durch Messung des Druckunterschiedes zwischen den Enden eines Messkanals, durch
den die zu prüfende Substanz gedrückt wird.
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Bekannt sind Vorrichtungen der vorgenannten Art, sogenannte Extrusionsviskosimeter,
bei denen der Messkanal als Kapillare mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet
ist. Durch Messung des Druckabfalls, den die Substanz beim Durchströmen durch die
Kapillare erleidet sowie der pro Zeilänheit durch die Kapillare durchgesetzten Substanzmenge
lässt sich die Viskosität errechnen. Vorrichtungen der eingangs genannten Art eignen
sich besonders für hochviskose Substanzen, deren Viskosität sich mit anderen Geräten
nicht oder nur unter Schwierigkeiten messen lässt. Es sind jedoch im wesentlichen
nur Vergleichsmessungen zwischen einander ähnlichen Substanzen möglich, da sich
beim lfindurchpressen der zu prüfenden Substanz durch die
Kapillare
die Substanz erwärmt. Die dadurch bedingte Temperaturerhöhung der Substanz hat auch
eine starke änderung der Viskosität der Substanz zur Folge, so daß die gemessene
Viskosität im wesentlichen~nur einen Bruchteil der wahren Ausgangsviskosität darstellt.
Eine Erhöhung der Temperatur der Substanz beim Hindurchpressen durch die Kapillare
lässt sich auch dann nicht vermeiden, wenn die Kapillare auf konstanter Temperatur
gehalten wird.
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Weiterhin bereitet die Messung bei strukturviskosen Substanzen, insbesondere
bei Substanzen mit Fließgrenze, erhebliche Schwierigkeiten, da das Strömungsprofil
derartiger Substanzen kompliziert-und unbekannt ist. Durch Durchführung mehrerer
Messreihen mit verschiedenen Kapillaren und durch komplizierte Berechnungen lassen
sich die Fließeigenschatten solcher Substanzen einigermassen bestimmen.
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Erf-indungsgemäß wird nun vorgeschlagen, bei einer Vorrichtung der
eingangs genannten Art den Messkanal als Schlitzdüse auszugestalten, d.h., anstelle
des bisher verwendeten Messkanals mit kreisförmigem Strömungsquerschnitt einen Messkanal
mit im wesentlichen rechteckigem Strömungsquerschnitt zu verwenden, dessen Seitenverhältnis
möglichst groß ist.
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Die Obertläche ist bei einem als Schlitzdüse ausgestalteten Messkanal
viel grösser als bei einer Kapillare mit entsprechender Querschnittsfläche. Aufgrund
der grösseren Oberfläche des Strömungskanals sowie der schlitzförmigen Ausgestaltung
ergibt sich eine bessere Abfuhr der beim Hindurchpressen einer zu messenden Substanz
durch den Messkanal entstehenden Wärme, so daß sich die Temperatur der Substanz
beim Durchgang durch den Meßkanal wesentlich weniger ändert. Weiterhin lässt sich
die Strömung in einen spaltförmigen Meßkanal einfach errechnen, da die Annahme einer
idealen Strömung in diesem i?alle eie brauchbare Näherung darstellt.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, in der
zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, Figur
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur i, Figur 3 einen Schnitt entlang
der Linie III-III in Figur 1, Figur 4 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform
der Erfindung und Figur 5 einen Schnitt, entlang der Linie V-V in Figur 4.
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Die in den Figuren i - 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung eignet
sich besonders für Laborzwecke und weist einen Zylinderkörper 1 auf, der aus einem
Material mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht. In die eine Stirnseite des Zylinderkörpers
i ist eine kalottenförmige Ausnehmung 2 zur Aufnahme der zu prüfenden Substanz eingearbeitet.
Ausgehend von der tiefsten Stelle der Ausnehmung 2 erstreckt sich, durch den Zylinderkörper
1 entlang seiner Längsachse ein Messkanal 3, der als Schlitzdüse mit möglichst großem
Seitenverhältnis ausgebildet ist. Die Ausnehmung 2 kann mit eines Deckels 4 druckdicht
abgeschlossen werden. Zu diesem Zweck ist der Zylinderkörper 1 mit einem Flansch
5 versehen, der nicht näher dargestellte Bohrungen zur Aufnahme von Schrauben zum
Festspannen des Deckels 4 aufweist. Zwischen dem Deckel 4 und dem Flansch 5 ist
ein Dichtungsring 5a angeordnet. Durch den Deckel 4 erstreckt sich eine Zuleitung
6, über die in die Ausnehmung 2 irgendein geeignetes Pressgas oder eine geeignete
Pressfliissigkeit eingeführt werden kann. Da bei der Ausftihrungsform nach den Figuren
1 - 3 der Messkanal 3 in die Atmosphäre ausmündet, braucht zur Bestimmung des Druckunterschiedes
zwischen den Enden des Messkanals 3 lediglich der an der Eintrittsseite des Messkanals
3 herrschende Druck gemessen zu werden. Da der an der Eintrittsseite des Messkanals
3 herrschende Druck im wesentlichen gleich dem Druck ist, mit dem die zu prüfende
Substanz durch den Messkanal 3
hindurchgepresst wird, genügt es,
diesen Druck mittels eines am Deckel 4 vorgesehenen Manometers 7 zu messen. Es ist
natürlich auch möglich, den an der Eintrittsseite des Mes-skanals 3 herrschenden
Druck über eine Messleitung festzustellen, die in der Nähe der Eintrittsseite in
den Messkanal S mündet. Um eine Erhöhung der Temperatur der Substanz beim Hindurchpressen
durch den Messkanal 3 zu vermeiden, sind im Zylinderkörper 1 in der Nähe des Messkanals
3 Kanäle 8 vorgesehen, die sich parallel zur Breitseite des Messkanals 3 durch den
Zylinderkörper i erstrecken und in Aussparungen 9 münden, die im Zylinderkörper
1 an diametral gegenüberliegenden Seiten-vorgesehen sind. Zum Abschluß der Aussparungen
9 ist der Zylinderkörper 1 von einem Zylindermantel 10 umschlossen, der in die Aussparungen
9 mündende Stutzen il aufweist, über die eine Temperierflüssigkeit durch die Kanäle
8 hindurchgeleitet werden kann.
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Zur Bestimmung der Viskosität einer Substanz wird die Ausnehmung
2 mit der zu prüfenden Substanz gefüllt und dann mittels des Deckels 4 druckdicht
abgeschlossen. Durch Zufuhr von Gas über die Zuleitung 6 wird die Substanz dann
durch den Messkanal 3 gepresst. Durch Efindurchführen von Kühlflüssigkeit durch
die Kanäle 8 wird dafür gesorgt, daß eine Erhöhung der Temperatur der zu prüfenden
Substanz beim Durchgang durch den Messkanal vermieden wird. Der Druckun-terschied
zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite des Messkanals kann unmittelbar am Manometer
7 abgelesen werden, das gegebenenfalls auch in der Zuleitung 6 angeordnet sein kann.
Die pro Zeiteinheit durch den Messkanal 3 fliessende Substanzmenge lässt sich in
üblicher Weise feststellen, beispielsweise durch Bestimmung der Zeitdauer, die zur
Füllung eines an der Austrittsseite des Messkanals 3 angeordneten Messbechers mit
der zu prüfenden Substanz erfordeilich ist.
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Bei der Ausführungsform nach Figur 4 und 5 sind die bereits in Verbindung
mit der Ausführungsform 1 - 3 beschriebenen Bauteile mit entsprechenden Bezugszahlen
bezeichnet. Die Ausführungsform
nach den Figuren 4 und 5 eignet
stich zum Anschluß an oder zur Einschaltung in eine Rohrleitung. Der Zylinderkörper
1 ist daher an beiden Stirnseiten jeweils mit einem Flansch 15 versehen. Zur Feststellung
des an der Eingangsseite des Messkanals S herrschenden Druckes erstreckt sich radial
durch den Zylinderkörper 1 eine Bohrung -12, die in den Messkanal 3 in der Nähe
seiner Eingangsseite mündet und über einen Anschlußstutzen 13 an einen Druckmesser
angeschlossen werden kann. Der Zylinderkörper 1 ist weiterhin mit einer Bohrung
14 versehen, die in den Messkanal in der Nähe seiner Ausgangsseite mündet und für
die ein Anschlußstutzen 15 vorgesehen ist.
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Die Vorrichtung nach den Figuren 4 und 5 wird beispielsweise an die
Druckseite einer Dosierpumpe, beispielsweise Zahnradpumpe, oder an die Ausgangsleitung
eines Behälters angeschlossen, der mit der zu prüfenden Substanz beschickt wird
und aus dem die Substanz mittels eines Druckmittels, das entweder unmittelbar oder
über einen Kolben oder eine Membran auf die Substanz einwirkt, in den Messkanai
3 gepresst wird. Falls die Substanz nach Durchströmung des Messkanals 3 unter Atmosphärendruck
austritt, genügt zur Messung des Druckabfalles im Messkanal 3 ein an den Stutzen
13 angeschlossener Druckmesser. Falls an die Ausgangsseite des Messkanals 3 irgendeine
Rückleitung angeschlossen ist, wird zur Feststellung des Druckabfalles im Messkanal
3 ein Differenzdruckmesser verwendet, der. mittels der Stutzen 13 und 15 an die
Bohrung gen 12 und 14 angeschlossen wird.