DE3815757A1

DE3815757A1 - Measuring apparatus for rotating rheometers having a cone and a plate

Info

Publication number: DE3815757A1
Application number: DE19883815757
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Phys Braun; Lutz Dr Heymann; Christian Dr Friedrich
Original assignee: Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
Current assignee: Deutsche Med-Lab Leipzig Ia O-7035 Leipzig GmbH
Priority date: 1987-06-11
Filing date: 1988-05-09
Publication date: 1988-12-22
Also published as: DD262485A1; CH676505A5

Abstract

The invention relates to a measuring apparatus for rotating rheometers having a cone and a plate, between which there is a liquid to be measured, cones having various external diameters being able to be used as desired for the purposes of measurement in various viscosity ranges and/or standard stress ranges, a common plate being assigned to the cones, and the external diameter of the plate corresponding to that of the largest cone which can be used. The invention can be applied to measuring apparatuses for rotating rheometers with which viscosity measurements and/or measurements of the first and second standard stress difference in the region of the higher shear gradient can be carried out with a broad band of viscosity and standard stress values. According to the invention concentric annular grooves are worked into the flat face of the plate facing the cone, the internal diameter of the annular grooves corresponding to the external diameter of the respective assigned cone.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für Rotationsrheometer mit einem Kegel und einer Platte, zwischen denen sich eine zu messende Flüssigkeit befindet, wobei zwecks Messung in unter schiedlichen Viskositätsbereichen und/oder Normalspannungsbe reichen Kegel mit unterschiedlichen Außendurchmessern wahlweise einsetzbar sind, denen eine gemeinsame Platte zugeordnet ist.The invention relates to a measuring device for rotary rheometers with a cone and a plate, between which there is a measuring liquid is located, for the purpose of measurement in below different viscosity ranges and / or normal stress range of cones with different outside diameters can be used to which a common plate is assigned.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei der Gestaltung der Meßeinrichtung für Rotationsrheometer von Kegel-Platte-Typ, mit denen Viskositätsmessungen und/oder Messungen der 1. und 2. Normal spannungsdifferenz im höheren Scherspannungsbereich bei einem brei ten Band der Viskositätswerte durchführbar sind.The invention is particularly applicable in the design of the Measuring device for cone-plate type rotary rheometers, with those viscosity measurements and / or measurements of the 1st and 2nd normal stress difference in the higher shear stress range for a slurry th band of viscosity values can be carried out.

Bei bekannten Rotationsrheometern ist es üblich, beim notwendigen Wechsel des Meßsystems das Kegel-Platte-Paar jeweils komplett aus zutauschen (vergl. Prospekt Sangamo Rheology-Weißenberg Rheogo niometer, Sangamo Schlumberger, Rheology Div., Sussex Engl.). Nachteilig ist dabei der hohe Aufwand zur exakten Justierung der Teile des Meßsystems nach erfolgtem Austausch. Das gilt insbeson dere für die Platte, sofern Temperatursensoren, direkte elektrische Temperiereinrichtungen usw. dieser zugeordnet sind. Die Realisie rung des notwendigen Flüssigkeitsmeniskus, d. h. der sphärischen Form der freien Oberfläche der zu messenden Flüssigkeit zwischen den äußeren Rändern der beiden Meßflächen Kegel und Platte wird dadurch erreicht, daß die zu messende Flüssigkeit den Keilspalt jeweils bis an den Platten- und Kegelrand füllt (R. W. Wherlov: "Rheological Techniques", Chichester 1980, S. 179). In the case of known rotational rheometers, it is common for the necessary Change the measuring system completely the cone-plate pair exchange (see prospectus Sangamo Rheology-Weißenberg Rheogo niometer, Sangamo Schlumberger, Rheology Div., Sussex Engl.). The disadvantage here is the high effort for exact adjustment of the Parts of the measuring system after replacement. This applies in particular for the plate, provided temperature sensors, direct electrical Temperature control devices etc. are assigned to this. The Reality the necessary fluid meniscus, d. H. the spherical Shape of the free surface of the liquid to be measured between the outer edges of the two measuring surfaces cone and plate in that the liquid to be measured reaches the wedge gap fills up to the edge of the plate and cone (R. W. Wherlov: "Rheological Techniques", Chichester 1980, p. 179).

Zur teilweisen Vermeidung der o. g. Nachteile ist es weiterhin an Viskosimetern bekannt, verschiedene Meßsysteme durch Verwen dung verschiedener Kegeldurchmesser, aber nur einer entsprechend großen Platte zu verwirklichen (Prospekt "Rheotest 2,1.", VEB MLW Prüfgeräte-Werk Medingen, DDR, Ag 40/25/83). Bei den Meß systempaarungen kleinerer Kegel - (einheitlich) große Platte wer den bei dieser bekannten Lösung jedoch nicht die Forderungen an den für Normalkraftmessungen notwendigen Meniskus erfüllt, d. h. die zylindrische Form der freien Oberfläche der zu messenden Flüs sigkeit ist infolge der Oberflächenbenetzung der Platte nicht ge währleistet. Meßwertverfälschungen sind notwendigerweise die Folge.To partially avoid the above It is still a disadvantage known on viscometers, various measuring systems by using different cone diameters, but only one accordingly large plate (prospectus "Rheotest 2,1.", VEB MLW test equipment factory in Medingen, GDR, Ag 40/25/83). When measuring system pairings of smaller cones - (uniformly) large plate who the requirements of this known solution, however, are not meets the meniscus necessary for normal force measurements, d. H. the cylindrical shape of the free surface of the rivers to be measured liquid is not ge due to the surface wetting of the plate ensures. Falsifications of measured values are necessarily the result.

Es ist darüber hinaus bereits bekannt, die Platte von Kegel-Platte- Meßeinrichtungen mit einem, den Kegelaußendurchmesser radial über steigenden Absatz zu versehen (DE-OS 21 49 720, Fig. 4). Dieser Ab satz hat jedoch keine strömungstechnische Zweckbestimmung, sondern er ist einem an den Kegelaußendurchmesser sich anschließenden Rand gegenüberliegend zugeordnet und dient der exakten Meßspalteinstel lung durch Einlegung eines Meßplättchens.It is also already known to use the plate from cone-plate Measuring devices with a radially over the cone outer diameter to provide increasing paragraph (DE-OS 21 49 720, Fig. 4). This Ab However, sentence does not have a fluidic purpose, but it is an edge adjoining the outer cone diameter assigned opposite and serves the exact measuring gap setting by inserting a measuring plate.

Es ist Ziel der Erfindung, eine Meßeinrichtung für Kegel-Platte- Rotationsrheometer anzugeben, wobei bei einer einheitlich großen Platte zugeordneten kleineren Kegeln Meßwertverfälschungen vermieden sind.The aim of the invention is to provide a measuring device for cone-plate Specify rotational rheometer, with a uniformly large Smaller cones assigned to the plate are avoided are.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung für Rota tionsrheometer mit einem Kegel und einer Platte, zwischen denen sich eine zu messende Flüssigkeit befindet, wobei zwecks Messung in unterschiedlichen Viskositäts- und Normalspannungsbereichen Kegel mit verschiedenen Außendurchmessern wahlweise einsetzbar sind, denen eine gemeinsame Platte zugeordnet ist, zu schaffen, wobei die sphärische Form der freien Oberfläche der zu messenden Flüssig keit zwischen dem äußeren Rand der kegeligen Meßfläche und der Plat te auch in den Fällen gewährleistet ist, in denen Kegel mit kleineren Außendurchmessern als der der Platte eingesetzt sind. The object of the invention is to provide a measuring device for Rota tion rheometer with a cone and a plate, between which there is a liquid to be measured, whereby for the purpose of measurement in different viscosity and normal stress ranges Cones with different outside diameters can be used optionally which are assigned a common plate, whereby the spherical shape of the free surface of the liquid to be measured speed between the outer edge of the conical measuring surface and the plat te is also guaranteed in cases where cones with smaller Outside diameters are used as that of the plate.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in die den Kegel zugewandte Planfläche der Platte konzentrische Ringnuten eingearbeitet sind, in die Ringe entsprechenden Querschnitts ein legbar sind und deren innerer Durchmesser dem jeweiligen Außen durchmesser des zugeordneten Kegels entspricht. Die Ringnuten weisen einen rechteckigen Querschnitt auf, und vorteilhaft ist es, daß sie an ihrem inneren Durchmesser scharfkantig sind.According to the invention the object is achieved in that the Conical ring grooves facing the conical face of the plate are incorporated into the rings corresponding cross-section can be placed and their inner diameter to the respective outside corresponds to the diameter of the assigned cone. The ring grooves have a rectangular cross section, and is advantageous that their inner diameter is sharp.

Zur Durchführung von Untersuchungen mit Meßflüssigkeitsreservoir ist es weiterhin zweckmäßig, daß in die Ringnuten Randringe mit L-förmigem Querschnitt einlegbar sind, wobei der untere Teil je den Randringes dem Querschnitt der jeweiligen Ringnut entspricht und die Höhe jeden Randringes sich mindestens bis zur Außenkante des jeweiligen Kegels erstreckt.For carrying out investigations with a measuring liquid reservoir it is also appropriate that in the ring grooves with edge rings L-shaped cross section can be inserted, the lower part each the edge ring corresponds to the cross section of the respective ring groove and the height of each edge ring is at least up to the outer edge of the respective cone extends.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigtThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment explained. In the drawings shows

Fig. 1 den teilweise geschnittenen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Meßeinrichtung, Fig. 1 shows the partly sectioned cross-section through an inventive measuring device,

Fig. 2 die Draufsicht (Halbschnitt), Fig. 2 shows the top view (half cut),

Fig. 3 einen Querschnitt analog zu Fig. 1 mit Meßflüssigkeits reservoir und eingelegtem kleineren Ring (vergrößert). Fig. 3 shows a cross section analogous to Fig. 1 with the measuring liquid reservoir and inserted smaller ring (enlarged).

Die Meßeinrichtung eines - im übrigen nicht dargestellten - Rotationsrheometers besteht aus einer unteren Meßfläche, der Planfläche 1.1 einer Platte 1, und einer oberen Meßfläche, dem Kegel 2. Beide Meßflächen sind separat um eine Rotationsachse 3 drehbar in einem nicht gezeichneten Gehäuse gelagert, wobei die Platte 1 mit einem nicht dargestellten Rotationsantrieb und der Kegel 2 mit einer gleichfalls nicht dargestellten Drehmomentan- und Normalkraftmeßeinrichtung verbunden sind. Die Meßflächen von Platte 1 und Kegel 2 bilden einen ringförmigen Keilspalt, in dem sich die zu messende Flüssigkeit 4 befindet.The measuring device of a rotational rheometer (not shown in the rest) consists of a lower measuring surface, the flat surface 1.1 of a plate 1 , and an upper measuring surface, the cone 2 . Both measuring surfaces are separately rotatable about an axis of rotation 3 in a housing (not shown), the plate 1 being connected to a rotary drive (not shown) and the cone 2 to a torque and normal force measuring device (also not shown). The measuring surfaces of plate 1 and cone 2 form an annular wedge gap in which the liquid 4 to be measured is located.

Zwecks Messung von Flüssigkeiten 4 in einem breiten Bereich von Viskositätswerten und/oder Normalspannungen sind gemäß Aus führungsbeispiel der Platte 1 vier Kegel 2 mit unterschiedlichen Außendurchmessern zugeordnet. Der größte Kegel 2 entspricht in seinem Außendurchmesser der Platte 1 (nicht gezeichnet). Diese Meßeinrichtung wird für niedrigviskose Flüssigkeiten 4 verwendet.For the purpose of measuring liquids 4 in a wide range of viscosity values and / or normal stresses, four cones 2 with different outside diameters are assigned to plate 1 in accordance with the exemplary embodiment. The largest cone 2 corresponds in its outer diameter to the plate 1 (not shown). This measuring device is used for low-viscosity liquids 4 .

Der nächst kleinere Kegel 2 (nicht gezeichnet) entspricht in seinem Außendurchmesser dem inneren Durchmesser einer Ringnut 5.1, die einen rechteckigen Querschnitt aufweist und in die Planfläche 1.1 der Platte 1 eingearbeitet ist. Diese Meßeinrichtung dient der Messung etwas höherviskoserer Flüssigkeiten 4.The next smaller cone 2 (not shown) corresponds in its outer diameter to the inner diameter of an annular groove 5.1 , which has a rectangular cross section and is incorporated in the flat surface 1.1 of the plate 1 . This measuring device is used to measure slightly higher viscosity liquids 4 .

Der nächste kleinere Kegel 2 (siehe Fig. 1 und 2) entspricht in seinem Außendurchmesser dem inneren Durchmesser einer Ringnut 5.2, wobei diese Meßeinrichtung für noch höherviskoserer Flüssigkeiten 4 vorgesehen ist. The next smaller cone 2 (see FIGS. 1 and 2) corresponds in its outer diameter to the inner diameter of an annular groove 5.2 , this measuring device being provided for liquids 4 of even higher viscosity.

Der letzte Kegel 2 (nicht gezeichnet) hat einen Außendurch messer, welcher dem inneren Durchmesser der Ringnut 5.3 entspricht. Diese Meßeinrichtung dient der Messung weiter höherviskoserer Flüssigkeiten 4. Selbstverständlich ist es möglich, die Kegel- und Ringnutdurchmesser beliebig bzw. den Erfordernissen entsprechend zu dimensionieren und bei spielsweise den größten Kegel 2 gemäß Ausführungsbeispiel wegzulassen.The last cone 2 (not shown) has an outer diameter which corresponds to the inner diameter of the annular groove 5.3 . This measuring device is used to measure liquids of higher viscosity 4 . Of course, it is possible to dimension the cone and ring groove diameters as desired or according to the requirements and, for example, to omit the largest cone 2 according to the exemplary embodiment.

Um bei Verwendung größerer Kegel 2 eine Verfälschung der Meß ergebnisse durch die innen liegenden (offenen) Ringnuten 5 zu vermeiden, ist es besonders zweckmäßig, in die Ringnuten 5 Ringe 6 mit entsprechendem Querschnitt einzulegen, so daß die Planfläche 1.1 der Platte 1 im Bereich der zu messenden Flüssigkeit 4 geschlossen ist (Fig. 3).In order to avoid falsification of the measurement results by using the inner (open) ring grooves 5 when using larger cones 2 , it is particularly expedient to insert rings 6 with a corresponding cross section into the ring grooves 5 , so that the flat surface 1.1 of the plate 1 in the region of liquid 4 to be measured is closed ( FIG. 3).

Ist die Durchführung von Untersuchungen mit Meßflüssigkeits reservoir (vergl. Whorlow, a. a. O., S. 143) vorgesehen, so wird in die Ringnut 5, die dem Außendurchmesser des jeweils eingesetzten Kegels 2 entspricht, ein Randring 7 mit L-förmigem Querschnitt eingelegt (Fig. 3).If tests with a measuring liquid reservoir are to be carried out (see Whorlow, loc. Cit., P. 143), an edge ring 7 with an L-shaped cross section is inserted into the annular groove 5 , which corresponds to the outer diameter of the cone 2 used in each case ( Fig. 3).

Dabei entspricht der untere Teil dieses Ringes 7 dem Quer schnitt der jeweiligen Ringnut 5 und die Höhe des Ringes 7 erstreckt sich mindestens bis zur Außenkante des jeweiligen Kegels 2, so daß die äußeren Ränder beider Meßflächen mit Sicherheit durch die zu messende Flüssigkeit bedeckt sind. The lower part of this ring 7 corresponds to the cross section of the respective annular groove 5 and the height of the ring 7 extends at least to the outer edge of the respective cone 2 , so that the outer edges of both measuring surfaces are covered with certainty by the liquid to be measured.

Die Wirkungsweise ist wie folgt:
Entsprechend des Bereiches der zu erwartenden Viskosität und/oder Normalspannung der zu messenden Flüssigkeit 4 wird die jeweilige Größe des Kegels 2 ausgewählt und in das Gerät eingesetzt. Nach Einbringung der zu messenden Flüssigkeit 4 zwischen die Meßflächen und Bestätigung des Rotationsantriebes bildet sich durch Wirkung der (scharfkantigen) zylinderförmigen Innenkante der der Kegelgröße jeweils entsprechenden Ringnut 5 eine sphärische Form der freien Oberfläche der zu messenden Flüssigkeit 4 so heraus, wie es bei Meßeinrichtungen mit jeweils gleichem Kegel- und Plattendurchmesser üblich und bekannt ist. Meßwertverfälschungen durch nicht exakte Meniskusausbildung bei zur Platte 1 kleineren Kegeln 2 sind vermieden. The mode of action is as follows:
The respective size of the cone 2 is selected and inserted into the device in accordance with the range of the expected viscosity and / or normal tension of the liquid 4 to be measured. After the introduction of the liquid 4 to be measured between the measuring surfaces and confirmation of the rotary drive, a spherical shape of the free surface of the liquid 4 to be measured is formed by the action of the (sharp-edged) cylindrical inner edge of the ring groove 5 corresponding to the cone size, as is the case with measuring devices the same cone and plate diameter is common and known. Falsifications of measured values due to inexact meniscus formation with cones 2 smaller than the plate 1 are avoided.

List of the reference numerals used 1 plate
1.1 Plane area
2 cones
3 axis of rotation
4 liquid to be measured
5.1
5.2 Ring groove
5.3
6 ring
7 edge ring with L-shaped cross-section

Claims

1.Measuring device for rotary rheometers with a cone and a plate, between which there is a liquid to be measured, whereby for the purpose of measurement in different viscosity ranges and / or normal voltage ranges, cones with different outside diameters can be used, to which a common plate is assigned, the outside diameter of which is assigned Knife corresponds to the outer diameter of the largest cone that can be used, characterized in that a plurality of concentric ring grooves ( 5 ) with a rectangular cross section, optionally closed with rings ( 6 ), with a rectangular cross section are incorporated into the plane surface ( 1.1 ) facing the cone ( 2 ) in the plate ( 1 ) are whose inner diameter corresponds to the outer diameter of the respective assigned cone ( 2 ).

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the annular grooves ( 5 ) are sharp on their inner diameter.

3. Measuring device according to claim 1, characterized in that an edge ring ( 7 ) corresponding to the diameter of the cone used ( 2 ) is inserted into the associated annular groove ( 5 ).

4. Measuring device according to claim 1, characterized in that the edge rings ( 7 ) have an L-shaped cross section and the foot of the rings corresponds to the cross section of the respective annular groove ( 5 ).

5. Measuring device according to claim 1, characterized in that the height of the edge rings ( 7 ) reaches at least the outer edge of the cone used.