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Viskosimeter Bekannt sind Vorrichtungen zur Bestimmung der Zähigkeit
von Flüssigkeiten, bei denen die zu prüfende Flüssigkeit durch Kapillarröhrchen
fließt, und zwar entweder nur unter der Wirkung des Eigengewichtes oder unter Wirkung
eines meßbaren Drucks. Die Temperatur der zu prüfenden Flüssigkeit wird hierbei
gegebenenfalls durch Wärmeregler eingestellt. Die Zähigkeit der Flüssigkeit wird
aus der zum Ausfließen nötigen Zeit, dem spezifischen Gewicht der Flüssigkeit und
dem etwa verwendeten Cberdruck unter Berücksichtigung der Länge und Weite des Kapillarröhrchens
berechnet.
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Derartige Vorrichtungen sind bisher in der Hauptsache als Laboratoriumsgeräte
ausgebildet und zur Ermöglichung der Messung der Zähigkeit von sehr dünnflüssigen
und sehr dickflüssigen Flüssigkeiten mit einen Satz verschieden weiter Kapillarröhrchen
ausgerüstet, die nach Bedarf auszuwechseln sind. Eine derartige Handhabung ist besonders
bei den bekannten Laboratoriumsgeräten, bei denen die Kapillarröhrchen nicht ins
Freie münden, sondern zwischen zwei Flüssigkeitsbehältern eingebaut sind, zeitraubend
und führt leicht zu Beschädigungen des Gen ätes. Auch ist die Reinigung des Kapillarröhrchens
nach einem Versuch umständlich und -zeitraubend. Derartige Geräte sind daher für
Werkstattbetrieb ungeeignet.
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Bekannt sind ferner für Werkstattbetrieb geeignete Geräte, bei denen
die Zähigkeit einer Flüssigkeit durch vergleichsweises Ausfließenlassen dieser Flüssigkeit
und einer anderen Flüssigkeit bekannter Zähigkeit geprüft wird. Hierbei werden beide
Flüssigkeiten unter gleich hohen, gegebenenfalls während des Versuchs sich ändernden
Druck gesetzt und die Durchflußgeschwindigkeiten beider Flüssigkeiten durch gleich
dimensionierte Röhrchen verglichen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Viskosimeter mit Durchfluß der
zu prüfenden Flüssigkeit durch Kapillarröhrchen, gegebenenfalls unter Anwendung
von meßbarem Druck und mit Wärmeregelung, und das Wesentliche besteht darin, daß
mehrere Kapillarröhrchen verschiedener Durchmesser in die Vorrichtung fest eingebaut
sind und einerseits in bekannter Weise mit ihren Ausflußenden in die freie Luft
münden, andererseits unter bekannter Zwischenschaltung von Absperrvorrichtungen
zugleich an Überdruck- und Unterdruckbehälter.angeschlossen sind.
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Hierdurch wird ein Gerät zur Bestimmung der Zähigkeit von Flüssigkeiten
geschaffen,
welches bei einfachster Handhabung und bequemster Transportfähigkeit
die Möglichkeit ergibt, die Viskosität von Flüssigkeiten ganz verschiedener Zähigkeit,
von den dünn- bis zu den dickflüssigsten, -unter geringstem Zeitaufwand mit der
erforderlichen Genauigkeit zu bestimmen. Das Gerät wird dabei verhältnismäßig einfach,
da mit nur zwei Kapillarröhrchen von 0,35 und 1,3 mm Durchmesser unter Anwendung
verschiedenen zweckentsprechend gewählten Über-oder Unterdrucks alle technisch in
.Frage kommenden Flüssigkeiten auf ihre Zähigkeit prüfbar sind. Da Auswechselungen
von Kapillarröhrchen hierbei unnötig sind, ist das Gerät auch für rauhen Werkstattbetrieb
brauchbar. Die Reinigung der Kapillarröhrchen ist ebenfalls leicht und schnell möglich,
da nach jedem Versuch nur Lösungsflüssigkeiten durch diese gesaugt zu werden brauchen,
die dann ins Freie zurückfließen.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Vorrichtung in vereinfachter Darstellung.
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Ein Glasthermostat a, mit angesäuertem Wasser oder anderem Elektrolyten
gefüllt, ist mit Platinelektroden b, b' und elektrischem Wärmeregler (Thermoregulator)
c versehen. In ihn sind ferner Kapillarröhrchen e, e' von 1,5 bis 2,o cm' Inhalt
mit Kapillaren von 0,35 und 1,3 mm Durchmesser eingesetzt. Erweiterungen
1, L' dieser Kapillare haben den Zweck, ein Herausstoßen der Flüssigkeit
zu verhindern; die unteren Enden der Röhrchen, die aus dem Thermostaten heraustreten,
sind im Innern erweitert. Manometer g, i sind zur Messung des Vakuums und des Druckes
angeschlossen und mit Sicherheitsverengungen y, s ausgestattet. Außerdem ist ein
Gefäß n für Vakuum und ein Gefäß m für gepreßte Luft angeschlossen Hähne
v, w, t, it sind in die Verbindungsleitungen eingeschaltet. Ein höhenverstellbares
Tischchen f dient zum Untersetzen eines Meßgefäßes.
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Ein Transformator p und ein Relais q sind mit dem Wärmeregler
c verbunden.
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Zum Umrühren des Elektrolyten dienen Luftblasen, die aus einem bis
auf den Boden des Thermostaten reichenden Rohr (in der Zeichnung dargestellt) aufsteigen.
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Die Sicherheitsvorrichtungen, Verengungen und Erweiterungen in den
Röhren, ermöglichen auch einem wenig erfahrenen Arbeiter richtige Handhabung. Eine
konstante Temperatur wird durch Einschaltung der Vorrichtung in ein beliebiges Beleuchtungsnetz
aufrechterhalten, wobei willkürliche Einstellung der Temperatur möglich .ist. Dank
der Mechanisierung aller Vorgänge arbeitet der Apparat schnell und genau. Der Apparat
ist tragbar konstruiert (in einem Futteral) und kann ohne jegliche Schwierigkeiten
in beliebigen Betrieben benutzt werden.
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Durchführung einer Untersuchung Die zu untersuchende Flüssigkeit wird
in einem breiten Gläschen (Kristallisator) auf dem Tischchen f mit ihrem Spiegel
auf ein in einem Abstand von o,5 cm vom unteren Ende der Pipette angebrachtes Zeichen
eingestellt, und dann wird die Flüssigkeit vom Vakuum, bei offenen Hähnen
t oder zt und w,
jenachihrerZähigkeit in eine derPipetten aufgesaugt;
eine minder zähe Flüssigkeit kommt in die Pipette e, eine sehr zähe in die Pipette
e'. Nach 2 bis 3 Minuten, nachdem die Temperatur der Flüssigkeit in der Pipette
der des Thermostaten gleichgeworden ist, läßt man sie abfließen, indem man die Hähne
t oder u öffnet, und zwar entweder unter dem Druck des Eigengewichts
oder unter Überdruck, indem man den Hahn v öffnet. Gemessen wird dabei die Höhe
des Überdruckes H und die Zeit T, die die Flüssigkeit gebraucht hat,
um von einem über der Kugel angebrachten Zeichen bis zu einem unter der Kugel angebrachten
Zeichen herunterzufließen. Große Geschwindigkeiten sind beim Ausfließen der Flüssigkeiten
aus der Kapillare zu vermeiden; dies soll mindestens o,8 bist Minute dauern.
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Der Apparat kann auch zum Messen der Zähigkeit völlig undurchsichtiger
Flüssigkeiten verwendet werden, wie z. B. von Farbenlacken, Farben u. dgl. In solchem
Falle wird die Untersuchung folgendermaßen ausgeführt: Der Spiegel der Flüssigkeit
in der Pipette wird auf das obere Zeichen eingestellt, und die für das Ausfließen
der Flüssigkeit unter Wirkung des Überdrucks notwendige Zeit wird auf folgende Weise
festgestellt: gleichzeitig mit dem Öffnen der Hähne t oder zt (bei geöffnetem
Hahn v) wird ein Sekundenmesser in Tätigkeit gesetzt. Sobald eine Luftblase
aus der Pipette austritt, ist das Ausfließen zu Ende. Fehler, mit denen bei solchen
Untersuchungen zu rechnen ist, übertreffen kaum einige Zehntel Prozent, so daß solche
Fehler bei gewöhnlichen Versuchen nicht in Betracht kommen; in sonstigen Fällen
kann eine entsprechende Korrektur eingetragen werden.
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Das Auswaschen der Pipetten nach durchgeführtem Versuch geschieht
durch mehrmaliges Aufsaugen irgendeines Lösungsmittels der untersuchten Flüssigkeit,
ferner mittels einer sich leicht verflüchtigenden Flüssigkeit (Aceton, Äther u.
dgl.). Zum Austrocknen der Pipette wird durch diese Luft mittels Druckes oder Vakuums
durchgeblasen.
Alle diese Vorgänge dauern nur wenige Minuten, so
daß man bei einer großen Genauigkeit der Arbeit im Laufe ' des Tages 30 bis
40 Untersuchungen mit verschiedenen Flüssigkeiten ausführen kann. Diese Leistungsfähigkeit
bildet einen der wesentlichsten Vorzüge der Vorrichtung und ist für Arbeiten technischer
Art von besonderer Wichtigkeit.
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Die Berechnung des inneren Reibungskoeffizienten Z in absoluten Einheiten
geschieht nach der Formel: Z T K (XH + D) T.
Hierin ist: T - Ausflußzeit der
Flüssigkeit in Sekunden; D - spezifisches Gewicht der Flüssigkeit bei der Versuchstemperatur;
H - Überdrtfik in cm Ouecksilbersäule;
Alle Größen, die auf der rechten Seite der Gleichung für X stehen, können durch
einen Versuch mit nur einer Flüssigkeit festgestellt werden, indem man die Zeit
des Ausfließens (T1, T2 . . .) bei verschiedenen Drücken (Hl, H2
. . .) mißt; K - konstanter Faktor, der ebenso wie X für Jede Pipette charakteristisch
ist. Die Konstante K ist gleich der Zähigkeit einer hypothetischen Flüssigkeit mit
dem spezifischen Gewicht i, die durch das gegebene Kapillarrohr unter dem Druck
des Eigengewichts im Laufe von i Sekunde ausfließt.
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Die Konstante K läßt sich für die erste Pipette durch eine Messung
mit Wasser, dessen -Zähigkeit mit großer Genauigkeit bekannt ist, am bequemsten
feststellen; für die zweite Pipette wird eine dickere Flüssigkeit benutzt, deren
Zähigkeit aber noch mittels der ersten Pipette gemessen werden kann.