DE3333920C2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE3333920C2 DE3333920C2 DE3333920A DE3333920A DE3333920C2 DE 3333920 C2 DE3333920 C2 DE 3333920C2 DE 3333920 A DE3333920 A DE 3333920A DE 3333920 A DE3333920 A DE 3333920A DE 3333920 C2 DE3333920 C2 DE 3333920C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- plate part
- force
- liquid
- measuring
- shear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 241000283153 Cetacea Species 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/92—Measuring, controlling or regulating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C2948/00—Indexing scheme relating to extrusion moulding
- B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
- B29C2948/92009—Measured parameter
- B29C2948/92028—Force; Tension
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Scher
kraft in einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit,
bei dem die Flüssigkeit an einem Plattenteil vorbeifließt
und die dadurch auf das Plattenteil ausgeübte Kraft gemes
sen wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
zum Messen der Scherkraft in einer viskosen oder viskoela
stischen Flüssigkeit mit einem Plattenteil, an dem die
Flüssigkeit vorbeifließt, und einer Einrichtung zur Mes
sung der auf das Plattenteil durch das Fließen der Flüs
sigkeit ausgeübten Kraft.
Es ist oftmals erwünscht, die viskoelastischen Eigenschaf
ten von Polymerlösungen und -schmelzen zu bestimmen. Diese
Eigenschaften sind für Polymer-Chemiker und -Physiker wegen
ihrer Beziehung zur Molekularstruktur von Interesse. Außer
dem sind die Fließeigenschaften von geschmolzenen Polyme
ren von vitaler Wichtigkeit in der Kunststoffindustrie, wo
sie als Basis für den Vergleich und die Beurteilung von
verschiedenen Kunststoffmaterialien wie auch für die Quali
tätskontrolle und das Gestalten bzw. modellmäßige Erstellen
von industriellen Schmelzprozeßvorgängen, wie beispiels
weise die Herstellung von Kunststoffflaschen und -filmen
benutzt werden.
Generell gibt es zwei umfangreiche Klassen von Fließeigen
schaften, nämlich erstens solche, die Scherung in einem
stationären Zustand betreffen und zweitens solche, die
Scherwirkungen betreffen, welche eine kompliziertere Funk
tion der Zeit sind. Diese zwei Arten von Deformationen kön
nen allgemein als "stationäre Scherung" und "vorübergehende
Scherung" bezeichnet werden, wobei letztere auch als "nicht
stationäre Scherung" bezeichnet werden kann. Stationäre
Scherung ist dazu geeignet, die Viskosität eines Fluids,
insbesondere einer Flüssigkeit, zu bestimmen, während Tests
auf der Grundlage der vorübergehenden Scherung bzw. nicht
stationäre Scherungstests dazu geeignet sind, die elasti
schen Eigenschaften eines Fluids, insbesondere einer Flüs
sigkeit zu bestimmen. Weiter kann man die Tests der vor
übergehenden bzw. nichtstationären Scherung in "kleine" und
"große" vorübergehende bzw. nichtstationäre Tests einteilen.
Kleine nichtstationäre Scherungstests, wie beispielsweise
Schwingungsscherung kleiner Amplituden, liefern Informa
tionen über die Viskoelastizität des Fluids in dessen
"Gleichgewichts"-Zustand oder in dessen unbeanspruchten Zu
stand und sind von Interesse für Polymer-Chemiker und
-Physiker.
Sie sind jedoch nur von beschränktem Wert für diejenigen,
die an kommerziellen Kunststoffverfahren bzw. -verarbeitun
gen interessiert sind, da diese große vorübergehende Defor
mationen beinhalten.
Obwohl der Stand der Technik überreich Techniken zum Messen
von Fließeigenschaften von geschmolzenen Polymeren umfaßt,
sind nur wenige dieser Techniken für das Studium von großen
vorübergehenden Deformationen geeignet. Diese wenigen In
strumente, die zur Verwendung in Verbindung mit dieser wich
tigen Kategorie von Deformationen entwickelt worden sind,
sind sehr kompliziert, und es ist schwierig, sie zu bauen
und sie zu benutzen. Grundsätzliche Schranke für die Ent
wicklung einer einfacheren und bequemeren sowie leichter zu
handhabenden Technik ist die Nichtverfügbarkeit eines ein
fachen Verfahrens oder einer einfachen Einrichtung zum Mes
sen der lokalen Scherkraft, die von einer fließenden Flüs
sigkeit auf die Oberfläche einer die Strömung begrenzenden
Wand ausgeübt wird.
In dem Buch "Rheometry: Industrial Applications", Hrsg.
K. Walters, 1980 sind mehrere experimentelle Verfahren zum
Messen der mittels einer Flüssigkeit auf eine Platte aus
geübten Scherkraft beschrieben, die jedoch die vorstehen
de Forderung nach einer einfachen und leicht zu handhaben
den Technik nicht befriedigend erfüllen:
- 1) Zunächst ist in diesem Buch das Konus- und Platten- Rheometer beschrieben, bei dem die mittlere Scherkraft, die auf die Oberfläche einer Platte wirkt, aus dem Ge samtdrehmoment berechnet wird, das durch die Flüssig keit auf die Platte ausgeübt wird. Die auf diese Weise berechnete Größe ist jedoch nur die mittlere Scher kraft, welche von der Flüssigkeit auf die gesamte Plat te ausgeübt wird. Es ist nicht möglich, auf diese Weise die lokale Scherkraft an irgendeiner Stelle der Platte zu bestimmen, sofern die Scherkraft nicht über die ge samte Oberfläche hinweg die gleiche Größe hat. Wie an anderer Stelle dieses Buches dargelegt ist, wird die Strömung zwischen dem Konus und der Platte bereits bei ziemlich niedrigen Scherraten unregelmäßig, so daß die Scherkraft nicht mehr gleichbleibende Werte über die gesamte Oberfläche der Platte hinweg hat, und die Scherkraft kann dann nicht mehr aus dem Gesamtdrehmo ment berechnet werden.
- 2) Das gleiche, wie vorstehend zu dem Konus-und-Platten- Rheometer ausgeführt, gilt im Prinzip für das weiter beschriebene Parallelscheibenrheometer. Insbesondere wird die Gleichung zum Berechnen der Scherkraft am Rand der Scheibe aus dem Gesamtdrehmoment durch Strö mungsinstabilität, die bereits bei ziemlich niedrigen Scherraten aufzutreten beginnt, ungültig gemacht.
- 3) Außerdem wird die Messung der Scherkraft mittels eines Schlitzrheometers beschrieben, bei dem die Scherkraft aus dem Druckgradienten längs einer Wand des Schlitzes dieses Schlitzrheometers berechnet wird. Hier werden wenigstens zwei Drucksensoren benötigt, damit man den Druckgradienten und dadurch die Scherkraft gemäß der gegebenen Gleichung berechnen kann, wozu noch die hal be Dicke des Schlitzes bestimmt werden muß, da auch die se in die Berechnung eingeht.
- 4) Schließlich wird das Kapillarviskometer beschrieben, das eine besondere Ausführungsform des Schlitzrheome ters ist und das es erfordert, Meßwerte bei verschie denen L/D-Verhältnissen aufzunehmen oder Druckwandler entlang der Länge der Kapillare anzuordnen.
In der DE-OS 27 06 855 ist ein Rheometer von relativ kompli
ziertem Aufbau beschrieben, das relativ zueinander beweg
bare benachbarte Arbeitsflächen besitzt, insbesondere zwei
Walzen, zwischen denen das zu testende Material hindurch
geführt wird, wobei das Gesamtdrehmoment durch eine Dreh
momentanzeigeeinrichtung gemessen wird. Weiter wird die
Gesamtkraft gemessen, welche die Tendenz hat, die beiden
Arbeitsflächen, das heißt also die beiden Walzen, ausein
anderzudrücken. Dieses Rheometer gibt zwar eine Anzeige der
Fließfähigkeit der getesteten Probe, es ist damit jedoch
nicht möglich, die wahre Scherkraft zu messen, die mittels
einer Probe auf die Arbeitsflächen, vorliegend auf die Wal
zen, ausgeübt wird, und infolgedessen kann es nicht dazu
verwendet werden, genau definierte rheologische Eigenschaf
ten zu messen, auch wenn die gemessenen Größen in einer
komplexen Weise deswegen mit der Scherkraft in Beziehung
stehen, weil die Scherkraft von einer Stelle der Walzen
zur anderen variiert.
Endlich sind ein Verfahren und eine Vorrichtung der ein
gangs genannten Art aus der DE-OS 25 02 915 bekannt, die
es gestatten, die Veränderung der Viskosität einer in Be
wegung gehaltenen Masse zu ermitteln. Im einzelnen sind die
ses Verfahren und diese Vorrichtung dazu bestimmt, das Fort
schreiten einer chemischen Reaktion zu überwachen, die in
einem Reaktionsbehälter stattfindet. Was tatsächlich gemes
sen wird, ist das Gesamtdrehmoment, welches mittels eines
Motors auf eine Rührerwelle übertragen wird, oder die Ge
samtkraft, die durch die gerührte Reaktionsmasse auf eine
in die Reaktionsmasse eingetauchte Platte ausgeübt wird.
Im letzteren Falle wird die Gesamtkraft mittels Dehnungs
meßstreifen gemessen, die auf einem Stab angebracht sind,
der dazu dient, die eingetauchte Platte zu halten. Es ist
jedoch aus der Strömungsmechanik bekannt, daß die Gesamt
kraft, die auf ein Teil ausgeübt wird, welches in eine sich
bewegende Flüssigkeit eingetaucht ist, in einer komplexen
Weise, das heißt also in einer relativ unübersichtlichen
Weise, die eine ganze Reihe verschiedenster Größen ein
schließt, zu der Scherkraft in Beziehung steht, welche
durch die Flüssigkeit auf das in Frage stehende Teil aus
geübt wird. Das ist deswegen der Fall, weil die Scherkraft
nicht gleichförmig bzw. konstant über die Oberfläche des
Teils verteilt ist, sondern sich vielmehr in einer kompli
zierten Weise ändert. Dieses Phänomen ist in dem Buch
"Grenzschicht-Theorie" von Dr. Hermann Schlichting, Uni
veristät Braunschweig, erschienen im Verlag G. Braun,
Karlsruhe, 5. Auflage, 1965 beschrieben. Infolgedessen ist
es nicht möglich, die lokale Scherkraft zu bestimmen, die
auf ein solches eingetauchtes Teil ausgeübt wird, indem
man nur die Gesamtkraft gemäß der Vorrichtung und dem Ver
fahren nach der DE-OS 25 02 915 mißt, und daher sind die
Vorrichtung und das Verfahren nach dieser Druckschrift
nicht dazu geeignet, eine lokale und genaue Messung der
Scherkraft und der wahren Viskosität der Flüssigkeit durch
zuführen, vielmehr ist es hierdurch nur möglich, relative
Änderungen der Viskosität zu überwachen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor
richtung zur lokalen und genauen Messung der Scherkräfte
in einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit zur
Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der ein
gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Flüssigkeit an einer parallel zur Fließrichtung ausgerich
teten ebenen Fläche vorbeigeleitet wird, wobei das Platten
teil eine separate Teilfläche dieser ebenen Fläche bildet,
und daß die Kraft gemessen wird, welche in einer parallel
zur Oberfläche des Plattenteils verlaufenden Richtung auf
das Plattenteil ausgeübt wird.
Weiterhin wird diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrich
tung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch ge
löst, daß das Plattenteil in einer Wand sowie mit seiner
Oberfläche koplanar zu derselben gehaltert ist, daß das
Plattenteil an seinen Rändern jeweils durch einen Spalt von
den das Plattenteil umgebenden Wandbezirken getrennt ist
und daß die Kraftmeßeinrichtung diejenige Kraft mißt, die
in einer zu der Oberfläche parallelen Richtung auf das Plat
tenteil einwirkt.
Ein grundsätzlicher und wesentlicher Unterschied zwischen
dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung und den in
sämtlichen obengenannten Druckschriften beschriebenen Ver
fahren und Vorrichtungen besteht darin, daß bei der Erfin
dung ein kleines Plattenteil verwendet wird, dessen Fläche
im Vergleich mit der ebenen Fläche bzw. Wand, in welcher
es gehalten wird, klein ist. Auf diese Weise wird mit der
vorliegenden Erfindung eine lokale und genaue Messung der
Scherkraft ermöglicht. Im Gegensatz zu diesem erfindungs
gemäßen Verfahren des echtlokalen Messens der Scherkraft
beinhalten die Verfahren und Vorrichtungen, die in allen
obengenannten Druckschriften beschrieben sind, die Messung
eines Gesamtdrehmoments, welche verhältnismäßig kompli
ziert und aufwendig sowie dazu geeignet ist, erhebliche
Meßfehler hervorzurufen, während dagegen das erfindungsge
mäße Verfahren zum Messen der Scherkraft in einer viskosen
oder viskoelastischen Flüssigkeit durch Messen der auf
einem verhältnismäßig kleinen Wandteil ausgeübten Scher
kraft einfacher, kostengünstiger und zuverlässiger ist.
Das Verfahren nach der Erfindung kann sowohl für die Aus
führung von rheologischen Messungen bzw. Fließeigenschafts
messungen verwendet werden, z.B. durch seine Verwendung in
Verbindung mit einem Gleitplatten- oder Schlitzrheometer,
als auch für die kontinuierliche Überwachung von industriel
len Prozessen, wie beispielsweise für die Überwachung von
Extrusionen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so ausgebildet sein,
daß das Plattenteil in einer zu seiner Oberfläche paralle
len Richtung bewegbar gehaltert ist. Hierbei kann die Kraft
messung so erfolgen, daß die Kraftmeßeinrichtung die Kraft
mißt, welche erforderlich ist, das Plattenteil an einer fe
sten Position zu halten. Es ist jedoch auch möglich, die
Kraftmessung so vorzusehen, daß die Kraftmeßeinrichtung die
auf das Plattenteil einwirkende Kraft durch dessen Auslen
kung gegen eine elastische Gegenkraft bestimmt.
Der Spalt kann jeweils von einem elastomeren Material aus
gefüllt sein.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich da
durch aus, daß das Plattenteil aus piezoelektrischem Mate
rial besteht, welches für Scherkräfte empfindlich ist.
Das Loch oder der ausgenommene vertiefte Bereich in der
Wand, in welchem das Plattenteil gehaltert ist, kann kreis
förmig, quadratisch, rechteckig oder von irgendeiner anderen
geeigneten Form sein. Ein bewegbar gehaltertes Plattenteil
kann sich ein wenig frei bewegen, und zwar generell paral
lel zu der Wand. Durch Messen der Kraft, die erforderlich
ist, die Bewegung des Plattenteils anzuhalten, wird die
dieser Kraft gleiche und entgegengesetzte Kraft bestimmt,
welche durch die Flüssigkeit auf die Fläche des Platten
teils ausgeübt wird. Diese Kraft, geteilt durch die Fläche
des Plattenteils, ergibt die Scherkraft in der Flüssigkeit.
Es kann eine Anzahl von Techniken dazu benutzt werden, die
auf das Plattenteil ausgeübte Kraft zu messen, z.B. kann
ein piezoelektrisches Material, das für Scherkräfte em
pfindlich ist, verwendet werden.
Wenn das Plattenteil so angebracht ist, daß ein elastisches
Element ihrer Bewegung in der Richtung der Scherung Wider
stand leistet, steht die Auslenkung des Plattenteils in
dieser Richtung direkt in Beziehung zu der Kraft. Zum Bei
spiel kann das Plattenteil auf dem Ende eines Freiträgers
bzw. Freiträgerstabs angebracht sein, der an seinem entge
gengesetzten Ende starr befestigt ist. Die Auslenkung des
Freiträgers bzw. Freiträgerstabs kann durch Dehnungsmesser,
insbesondere Dehnungsmeßstreifen, oder durch in geringem
Abstand befindliche Detektoren, die auf Kapazitätsmessun
gen oder reflektiertem Licht basieren, ermittelt werden.
Oder das Plattenteil kann auf einer Anordnung angebracht
sein, die sich in einem Satz von Linearlagern bewegt, wo
bei eine Feder der Bewegung Widerstand entgegensetzt. Die
Bewegung der Plattenteilbefestigung bzw. der Anordnung, auf
der das Plattenteil angebracht ist, und auf diese Weise die
Durchbiegung der Feder (Dehnung oder Zusammendrückung) kann
mittels eines Linearbewegungswandlers überwacht bzw. er
mittelt werden, z.B. mittels eines linear veränderlichen
Differentialtransformators. Und schließlich kann die Feder
in dieser letzteren Anordnung durch einen kleinen linearen
Servomotor ersetzt werden, der eine Kraft hervorbringt, die
genau dazu ausreicht, die Auslenkung bzw. Verschiebung des
Plattenteils auf Null zu halten. Ein Vorteil dieser Anord
nung besteht darin, daß die Nettoauslenkung bzw. -verschie
bung des Plattenteils virtuell Null ist, so daß der Spalt
extrem klein gemacht werden kann, wodurch dessen Wirkung
auf das Strömungsmuster der zu untersuchenden Flüssigkeit
minimalisiert wird. Nach dem Stande der Technik sind auch
andere Einrichtungen zum Messen der auf das Plattenteil
wirkenden Kraft verfügbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren, wie es vorstehend erörtert
wurde, bildet ein einfaches und sehr kostengünstiges Mittel
zum Messen der lokalen Wandscherkraft in viskosen oder
viskoelastischen Flüssigkeiten, wie z.B. Polymerlösung,
geschmolzenen Kunststoffen, insbesondere geschmolzenem
Polymer, und Rohelastomeren, die eine Viskosität zwischen
102 und 1011 Centipoise haben, insbesondere in solchen, die
eine Viskosität zwischen 106 und 1010 Centipoise besitzen.
Die Erfindung sei nachstehend anhand einiger in den Fig. 1
bis 4 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders
bevorzugter Ausführungsformen derselben näher erläutert;
es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer Wand, über welche Flüssigkeit
fließt, zusammen mit einer Querschnittsansicht, wo
bei beide Ansichten ein bewegbares Plattenteil
veranschaulichen, das zur Messung der Scherkraft
durch das erfindungsgemäße Verfahren verwendet
wird;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Ausfüh
rungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, in
der ein piezoelektrisches Element verwendet wird;
Fig. 3 eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungs
form der Vorrichtung nach der Erfindung, in der
ein Freiträger bzw. Freiträgerstab verwendet wird;
und
Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht einer noch
anderen Ausführungsform der Vorrichtung nach der
Erfindung, welche das Anbringen des Plattenteils
auf Linearlagern zusammen mit der Verwendung eines
linearen Verschiebungswandlers beinhaltet.
Es sei nun in näheren Einzelheiten auf die Figuren der
Zeichnung Bezug genommen, und zwar zunächst auf Fig. 1, in
welcher das Verfahren dargestellt ist. Wie man daraus er
sieht, ist in einer Wand W ein mit 10 bezeichnetes Platten
teil vorgesehen, und dieses Plattenteil ist bewegbar und
hat eine Oberfläche 12, die eine Flächengröße A besitzt.
Flüssigkeit wird über die Oberfläche 12 fließen gelassen,
wie durch den Pfeil 14 angedeutet ist, wodurch eine auf
das Plattenteil 10 wirkendeKraft verursacht wird, die mit F 1
bezeichnet ist. Die Scherkraft ist demgemäß equivalent der
Reaktionskraft F 2, geteilt durch die Flächengröße A der
Oberfläche 12.
Wie man ohne weiteres sieht, ist das Plattenteil 10 so an
geordnet, daß die Oberfläche 12 von planarer Art, insbeson
dere eben, ist und daß diese Oberfläche im wesentlichen
koplanar mit der Wand W ist. Wie man aus Fig. 1A ersieht,
liegt die Ebene der Oberfläche 12 des Plattenteils 10 in
der Ebene derjenigen Fläche der Wand W, welche an die vor
beiströmende Flüssigkeit angrenzt. Das Plattenteil 10 kann
so angebracht sein, daß es nur in einer Richtung parallel
zu der Wand W bewegbar ist.
Das Plattenteil 10 ist in geringem Abstand von der Wand W
vorgesehen, so daß um das Plattenteil 10 herum nur ein
kleiner Spalt 16 bleibt. Der Spalt 16 kann in der Größen
ordnung zwischen 0,1 mm und 1,0 mm sein. Die Weite des
Spalts 16 sollte minimalisiert sein, damit die Menge an
Flüssigkeit, die in den Spalt 16 eintreten und die Bewe
gung des Plattenteils 10 beeinflussen kann, minimalisiert
wird. Natürlich ist bei einer viskosen bzw. zähflüssigen
Flüssigkeit das Eindringen durch den Spalt 16 extrem lang
sam und die anfänglichen Messungen werden nicht nachteilig
beeinflußt. Weiter wird, wenn die Scherkraft stationär ist
oder sich nur noch langsam verändert, durch das Eindringen
nur ein geringes Problem bewirkt, da ein Gleichgewicht er
reicht wird. Wenn jedoch ein Wandler für vorübergehende
bzw. instationäre Schermessungen verwendet wird, in denen
sich die Beanspruchung bzw. Scherkraft sehr schnell ändert,
bildet die vorhandene Flüssigkeit bzw. deren Eindringen in
den Spalt 16 bis zu einem gewissen Grade ein Problem.
Um die obigen Schwierigkeiten zu überwinden, kann man den
Spalt 16 mit einem elastomeren Material ausfüllen, so daß
das Hineinfließen von Flüssigkeit verhindert wird. Jedoch
wird dadurch ein weiterer Faktor in die Messung der Scher
kraft eingeführt, und dieser Faktor muß in Rechnung ge
stellt werden.
Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wonach in der dort
dargestellten Ausführungsform ein Plattenteil 70 aus piezo
elektrischem Quarzkristall in der Wand W angebracht und ko
planar mit der Oberfläche der Wand W ist. Das Plattenteil
70, dessen der Strömung zugewandte ebene Oberfläche in der
gleichen Ebene wie die der Strömung zugewandte ebene Flä
che der Wand W liegt, ist eine Scheibe, die von einem Quarz
in einer solchen Weise abgeschnitten worden ist, daß, wenn
sie einer Scherkraft ausgesetzt ist, eine elektrische La
dung an gewissen Stellen erscheint. Diese Ladung kann dann
unter Verwendung von konventioneller Technologie gemessen
werden.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform veranschaulicht,
in der ein Plattenteil 110, das eine Oberfläche 112 hat,
vorgesehen und von der umgebenden Wand W durch einen Spalt
116 getrennt ist. Ein Stab 120 ist auf bzw. in der Basis
des Gehäuses 125 der Vorrichtung angebracht. Zum Messen
der Biegung des Stabs 120 und demgemäß der Scherkraft kann
eine Vielzahl von Kraftmeßeinrichtungen verwendet werden,
und zwar einschließlich Dehnungsmessern, insbesondere Deh
nungsmeßstreifen, Kapazitätsbrücken und Kraftmeßeinrich
tungen, mit denen die Intensität von Licht, das von dem
Stab 120 in eine optische Faser reflektiert worden ist,
ermittelt wird. Diese Art der Kraftmeßeinrichtung ist ro
bust und läßt sich leicht aufbauen.
Es sei nun auf Fig. 4 Bezug genommen, wonach in der dort
gezeigten Vorrichtung ein Plattenteil 210 mit einer Ober
fläche 212 vorgesehen ist, das auf einer Anordnung 220 an
gebracht ist, die sich von dem Plattenteil 210 nach abwärts
erstreckt. Die Anordnung 220 umfaßt zwei Paare von Stäben
234, 234′, die mittels vier Linearlagern 232 bzw. 232′ ge
haltert sind. Ein Linearverschiebungswandler 236, der kom
merziell erhältlich ist, kann zum Messen der Bewegung der
Anordnung 220 benutzt werden. Der seitlichen Bewegung der
Anordnung 220 kann durch eine Feder 250 derart entgegenge
wirkt werden, daß der Meßwert des Verschiebungswandlers
236 direkt in Beziehung zu der Kraft steht, die durch die
Flüssigkeit auf das Plattenteil 210 ausgeübt wird. Wenn
anstelle der Feder 250 in Fig. 4 ein linearer Servomotor
benutzt wird, dann bildet diese Anordnung ein Nullmeter,
in dem das Signal von dem Linearverschiebungsmotor bzw. von
dem linearen Servomotor als das Fehlersignal in einer Regel
schleife benutzt wird, die dem Servomotor gerade genug Strom
zuführt, daß die Verschiebung der Anordnung 220 verhindert
wird. Dieser Strom steht infolgedessen in direkter Bezie
hung zu der Kraft, die durch die Flüssigkeit auf die An
ordnung 220 ausgeübt wird. Bei Verwendung einer solchen
Ausführungsform kann der Betrag des Spalts zwischen dem
Plattenteil 210 und der Wand W minimalisiert werden. Es muß
zwar noch ein Spalt vorhanden sein, jedoch kann dieser ex
trem klein sein, da keine endliche Auslenkung bzw. Verschie
bung im Betrieb stattfindet. Dieses Verfahren zum Messen
der Kraft, die auf das Plattenteil 210 ausgeübt wird, mini
malisiert auch die Wirkung der Flüssigkeit in dem Spalt auf
den Frequenzgang bzw. das Frequenzverhalten.
Claims (7)
1. Verfahren zum Messen der Scherkraft in einer viskosen
oder viskoelastischen Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit
an einem Plattenteil vorbeifließt und die dadurch auf das
Plattenteil ausgeübte Kraft gemessen wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Flüssigkeit an einer pa
rallel zur Fließrichtung (14) ausgerichteten ebenen Fläche
vorbeigeleitet wird, wobei das Plattenteil (10; 70; 110; 210)
eine separate Teilfläche dieser ebenen Fläche bildet, und
daß die Kraft gemessen wird, welche in einer parallel zur
Oberfläche (12; 112; 212) des Plattenteils (10; 70; 110; 210) ver
laufenden Richtung auf das Plattenteil (10; 70; 110; 210) ausge
übt wird.
2. Vorrichtung zum Messen der Scherkraft in einer visko
sen oder viskoelastischen Flüssigkeit mit einem Plattenteil,
an dem die Flüssigkeit vorbeifließt, und einer Einrichtung
zur Messung der auf das Plattenteil durch das Fließen der
Flüssigkeit ausgeübten Kraft, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Plattenteil (10; 70; 110; 210) in
einer Wand (W) sowie mit seiner Oberfläche (12; 112; 212)
koplanar zu derselben gehaltert ist, daß das Plattenteil (10;
70; 110; 210) an seinen Rändern jeweils durch einen Spalt (16;
116) von den das Plattenteil (10; 70; 110; 210) umgebenden Wand
bezirken getrennt ist und daß die Kraftmeßeinrichtung die
jenige Kraft mißt, die in einer zu der Oberfläche (12; 112; 212)
parallelen Richtung auf das Plattenteil (10; 70; 110; 210) ein
wirkt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Plattenteil (10; 70; 110; 210) in ei
ner zu seiner Oberfläche (12, 112; 212) parallelen Richtung be
wegbar gehaltert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kraftmeßeinrichtung die Kraft mißt,
welche erforderlich ist, das Plattenteil (10; 70; 110; 210) an
einer festen Position zu halten.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kraftmeßeinrichtung die auf das
Plattenteil (10; 110; 210) einwirkende Kraft durch dessen Aus
lenkung gegen eine elastische Gegenkraft bestimmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Plattenteil (70) aus piezoelektri
schem Material besteht, welches für Scherkräfte empfindlich
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Spalt (16; 116) jeweils von einem
elastomeren Material ausgefüllt ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/419,793 US4464928A (en) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | Method of measuring shear stress |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3333920A1 DE3333920A1 (de) | 1984-04-19 |
DE3333920C2 true DE3333920C2 (de) | 1988-01-14 |
Family
ID=23663784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19833333920 Granted DE3333920A1 (de) | 1982-09-20 | 1983-09-20 | Verfahren zum messen der scherkraft in einer viskosen oder viskoelastischen fluessigkeit |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4464928A (de) |
DE (1) | DE3333920A1 (de) |
GB (1) | GB2130382B (de) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4571989A (en) * | 1984-10-16 | 1986-02-25 | Dealy John M | Method and apparatus for measuring rheological properties of fluid |
DE3912817A1 (de) * | 1989-04-19 | 1990-10-25 | Peter Dipl Ing Braun | Kapillarrheometerduese zur bestimmung des fliessverhaltens von kunststoffschmelzen |
FR2647215B1 (fr) * | 1989-05-22 | 1991-08-30 | Clextral | Perfectionnement a un appareil de mesure de la contrainte de cisaillement d'une matiere traitee dans une extrudeuse |
US5253513A (en) * | 1991-11-08 | 1993-10-19 | University Of Houston | Device for determining viscoelastic properties of liquids and a method for use |
IL114494A0 (en) * | 1995-07-06 | 1995-11-27 | Te Eni Moshe | System and method for controlling concrete production |
US5872317A (en) * | 1997-11-21 | 1999-02-16 | Eastman Kodak Company | Method for measuring wall shear stress due to fluid flow in piping systems |
US6227039B1 (en) * | 1998-01-06 | 2001-05-08 | Moshe Te'eni | System and method for controlling concrete production |
US6269685B1 (en) | 1999-09-23 | 2001-08-07 | Ut Battelle, Llc | Viscosity measuring using microcantilevers |
SG81333A1 (en) * | 1999-11-19 | 2001-06-19 | Inst Of High Performance Compu | Shear force microsensor |
US7418876B2 (en) * | 2003-05-21 | 2008-09-02 | Armstrong William D | Oscillatory motion based measurement method and sensor for measuring wall shear stress due to fluid flow |
US8276463B2 (en) * | 2007-11-27 | 2012-10-02 | Lenterra, Inc. | Shear stress measurement apparatus |
US7770463B2 (en) * | 2007-11-27 | 2010-08-10 | Lenterra, Inc. | Shear stress measurement apparatus |
US8028586B2 (en) * | 2008-05-13 | 2011-10-04 | Lenterra, Inc. | Load cell and system for measuring forces based on optical spectra shifts |
DE102010012924B4 (de) | 2010-03-26 | 2013-03-28 | Karlsruher Institut für Technologie | Massenstromsensor und Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms in einem Rohr |
US10520377B2 (en) | 2016-09-30 | 2019-12-31 | Ahmic Aerospace, LLC | Wall shear sensors with multiple bending beam flexure and measurement systems including the wall shear sensors |
US10520379B2 (en) | 2016-09-30 | 2019-12-31 | Ahmic Aerospace, LLC | Wall shear sensors with multiple independent flexures and measurement systems including the wall shear sensors |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2502915A1 (de) * | 1975-01-24 | 1976-07-29 | Aquitaine Petrole | Verfahren und vorrichtung zur messung einer veraenderung der viskositaet einer in bewegung gehaltenen masse |
DE2706855A1 (de) * | 1976-02-17 | 1977-08-18 | Ici Ltd | Rheometer und dazugehoeriges anwendungsverfahren |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL126571C (de) * | 1958-02-05 | 1900-01-01 | ||
GB951848A (en) * | 1962-03-27 | 1964-03-11 | Nat Clay Pipe Res Corp | Improvements in or relating to the measurement of consistency |
GB1077231A (en) * | 1964-04-03 | 1967-07-26 | Foxboro Yoxall Ltd | Consistency responsive apparatus |
JPS5674639A (en) * | 1979-11-24 | 1981-06-20 | Ricoh Co Ltd | Liquid viscosity detecting device |
-
1982
- 1982-09-20 US US06/419,793 patent/US4464928A/en not_active Expired - Lifetime
-
1983
- 1983-09-15 GB GB08324706A patent/GB2130382B/en not_active Expired
- 1983-09-20 DE DE19833333920 patent/DE3333920A1/de active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2502915A1 (de) * | 1975-01-24 | 1976-07-29 | Aquitaine Petrole | Verfahren und vorrichtung zur messung einer veraenderung der viskositaet einer in bewegung gehaltenen masse |
DE2706855A1 (de) * | 1976-02-17 | 1977-08-18 | Ici Ltd | Rheometer und dazugehoeriges anwendungsverfahren |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
US-Buch: Rheometry, Industrial Applications, Edited by K. Walters, 1981, S. 1-29, 231-243 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2130382A (en) | 1984-05-31 |
DE3333920A1 (de) | 1984-04-19 |
US4464928A (en) | 1984-08-14 |
GB2130382B (en) | 1986-06-04 |
GB8324706D0 (en) | 1983-10-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3333920C2 (de) | ||
EP0094576B1 (de) | Vorrichtung zur Bestimmung der Fliessschubspannung von Suspensionen, insbesondere Blut | |
DE3877913T2 (de) | Vibrationsrheometer. | |
DE3886980T2 (de) | Vorrichtung mit Durchflusszelle. | |
DE69011457T2 (de) | Zählung von Blutbestandteilen. | |
DE112006000642B4 (de) | Mikrofluidischer Sensor zur Messung der Grenzflächenspannung und Verfahren zum Messen der Grenzflächenspannung | |
DE3831818C2 (de) | ||
DE2610059A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum bestimmen physikalischer eigenschaften von fliessfaehigen medien | |
DE3032578A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur dynamischen und dichteunabhaengigen bestimmung des massenstroms | |
CH624215A5 (de) | ||
DE667716C (de) | Viskosimeter | |
DE2745182C3 (de) | Vorrichtung zur Ermittlung der Biegesteifigkeit von Karton und Pappe | |
DE102006033237A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Dichte einer Flüssigkeit | |
CH649155A5 (de) | Vorrichtung zur messung von dynamischen eigenschaften von mikropartikeln. | |
DE4236407A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Viskositätsmessung | |
DE4029172A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum charakterisieren der qualitaet von baendern und litzen aus textilfasern | |
DE3103792C2 (de) | ||
DE4412405A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Messung von Kräften und Ermittlung von Stoffeigenschaften | |
DE3536729A1 (de) | Verfahren und einrichtung zum messen von rheologischen eigenschaften eines stroemungsmittels | |
EP2112508B1 (de) | Aggregometer | |
DE3030856C2 (de) | ||
DE3838049C2 (de) | ||
DE2802830B2 (de) | Fluidströmungsmesser | |
EP1681564B1 (de) | Gerät zum Messen des Gerinnungsverhaltens von Körperflüssigkeiten | |
EP3564648B1 (de) | Verfahren zur ermittlung der viskosität von stoffen mit einem rotationsviskosimeter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: JOHN M. DEALY & ASSOCIATES INC., MONTREAL, QUEBEC, |
|
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: KRAUS, W., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. WEISERT, A., DIPL.-ING. DR.-ING. SPIES, J., DIPL.-PHYS., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |
|
8381 | Inventor (new situation) |
Free format text: DEALY, JOHN M., MONTREAL, QUEBEC, CA |
|
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: DERZEIT KEIN VERTRETER BESTELLT |
|
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: KRAUS, W., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. WEISERT, A., DIPL.-ING. DR.-ING., 80539 MUENCHEN SPIES, J., DIPL.-PHYS., PAT.-ANWAELTE, 81545 MUENCHEN |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |