DE673185C

DE673185C - Viscometer

Info

Publication number: DE673185C
Application number: DED73215D
Authority: DE
Original assignee: Bekleidungsindustrie D GmbH
Current assignee: Bekleidungsindustrie D GmbH
Priority date: 1936-07-31
Filing date: 1936-07-31
Publication date: 1939-03-17

Description

Viskosimeter Es sind bereits Viskosimeter bekannt, bei welchem sich an ein mit zwei Marken versehenes Meßgefäß eine senkrecht stehende Kapillare und an diese ein erweitertes Auslaufrohr anschließt, welches an seinem unteren Ende eine Abschrägung aufweist, durch die der Einfluß der Oberflächenspannung auf das Meßergebnis ausgeschaltet werden soll. Während sich dieses bekannte Viskosimeter bei der Untersuchung von Mineralöl infolge seiner leichten Bedienbarkeit und Zuverlässigkeit durchaus bewährt hat, haben sich bei der Untersuchung anderer Flüssigkeiten zuweilen gewisse Schwierigkeiten ergeben. Es zeigte sich nämlich, daß am oberen Niveau der Flüssigkeit eine Zugwirkung der Oberflächenspannung nach oben auftritt, die wie eine Verminderung der Druckhöhe in Erscheinung tritt.Viscometers There are already known viscometers in which a vertical capillary on a measuring vessel provided with two marks and this is followed by an expanded outlet pipe, which at its lower end has a bevel, through which the influence of surface tension on the Measurement result should be switched off. While this well-known viscometer in the investigation of mineral oil due to its ease of use and reliability Has proven itself well when examining other fluids at times give rise to certain difficulties. It turned out that at the upper level the Liquid a tensile effect of surface tension occurs upwards, which like a reduction in the pressure level occurs.

Der obere Meniskus innerhalb des Meßgefäßes übt einen Zug nach oben aus, welcher von der Oberflächenspannung abhängig ist und die Druckhöhe der Flüssigkeit ändert. Verwendet man nun Flüssigkeiten von extremer Oberflächenspannung, so wird diese Druckhöhe stark beeinflußt und verursacht bei der Messung gewisse Fehler.The upper meniscus inside the measuring vessel exerts an upward pull which depends on the surface tension and the pressure level of the liquid changes. If you now use liquids with extreme surface tension, then this pressure height has a strong influence and causes certain errors in the measurement.

Demgemäß bildet die vorliegende Erfindung eine Verbesserung der bekannten Vorrichtung, welche es gestattet, einen Ausgleich des durch die Oberflächenspannung des oberen Meniskus verursachten Zuges nach oben mit dem durch den unteren Meniskus verursachten Zug nach unten zu erzielen. Dieser Ausgleich erfolgt durch eine bestimmte Formgebung des unteren Meniskus bzw. der diesen Meniskus bestimmenden Fläche, welche den Übergang zwischen Kapillare und Auslaufrohr des Viskosimeters bildet. Die Form der genannten Fläche bzw. deren Krümmungsradius muß, wie festgestellt werden konnte, in Abhängigkeit von der Form und den Abmessungen des Meßgefäßes gewählt werden. Es gelingt, je nach der Form des Meßgefäßes, durch entsprechende Gestaltung dieser übergangsfläche zwischen Kapillare und Auslaufrohr einen völligen Ausgleich der entgegengesetzten Zugwirkungen und damit auch eine konstante Druckhöhe zu erzielen.Accordingly, the present invention constitutes an improvement on the known one Device, which allows a compensation of the surface tension upward pull caused by the upper meniscus with that caused by the lower meniscus to achieve caused pull down. This compensation takes place through a certain Shaping of the lower meniscus or the surface defining this meniscus, which forms the transition between the capillary and the outlet pipe of the viscometer. Form the named area or its radius of curvature must, as could be determined, can be selected depending on the shape and dimensions of the measuring vessel. It is possible, depending on the shape of the measuring vessel, by designing it accordingly transition area between capillary and outlet pipe a complete compensation of the to achieve opposite tensile effects and thus also a constant pressure head.

Um den durch das obere Niveau verursachten Zugbetrag rechnerisch erfassen zu können, waren beträchtliche theoretischeSchwierigkeiten zuüberwinden. Der W issenschaft war bisher für die Einwirkung der Oberflächenspannung auf die Einstellung des Flüssigkeitsniveaus in einem Gefäß lediglich die sogenannte Steighöhenformel in Kapillaren, d. h. also in solchen Gefäßen, in denen der Durchinesser sehr klein gegenüber der Steighöhe der Flüssigkeit infolge der Oberflächenspannung ist, bekannt.To calculate the amount of draft caused by the upper level In order to be able to do this, considerable theoretical difficulties had to be overcome. Science was previously for the effect of surface tension on the setting of the liquid level in a vessel only the so-called rise formula in capillaries, d. H. so in those vessels in which the diameter is very small compared to the height of rise of the liquid due to surface tension is known.

Erst als erkannt wurde, daß sich diese Formel mit sinngemäßen Abänderungen auch auf weite Gefäße und auf Gefäße mit beliebiger Krümmung, besonders also auch auf kugelige Gefäße, anwenden läßt, war es möglich, den Zugbetrag der Oberflächenspannung; immer rechnerisch zu erfassen. Demnach A#'ä.r. es jetzt auch möglich, den Zugbetrager@ö Oberflächenspannung zu berechnen, der im,; oberen Teil des Viskosimeters nach dem genannten Patent auftritt.Only when it was recognized that this formula with appropriate changes also on wide vessels and on vessels with any Curvature, especially So also on spherical vessels, it was possible to determine the amount of pull of the Surface tension; always to be computed. Accordingly, A # 'ä.r. it now too possible to calculate the tensile amount @ ö surface tension that im ,; upper part of the viscometer occurs according to the cited patent.

Nach dieser Erkenntnis war es möglich, ein unteres Niveau mit einer solchen Krümmung zu schaffen, daß hier ein Zugeinfluß der Oberflächenspannung wirksam wird, der gerade so groß ist, daß er die Zugbeträge der Oberflächenspannung am oberen Meniskus genau kompensiert.After this realization it was possible to get a lower level with a to create such a curvature that a tensile influence of the surface tension is effective here is, which is just so large that it the tensile amounts of the surface tension at the top Meniscus precisely compensated.

Für Kapillarviskosimeter hat sich als oberes Glasgefäß eine Kugeloder wenigstens eine annähernde Kugel, wie .sie durch Glasbläserarbeit gewonnen werden kann, als besonders zweckmäßig erwiesen. Während der Meniskus von den oberhalb zu den unterhalb dieser Kugel angebrachten Marken sinkt, wird am Flüssigkeitsspiegel nach oben eine ganz verschiedene Oberflächenspannungszugwirkung wirksam, je nachdem, ob sich der Flüssigkeitsspiegel noch in den Rohransätzen oder Schon in der Kugel befindet. Der Summe -dieser Zugbeträge muß am hängenden Niveau in gleichwertiger Zugbetrag der Oberflächenspannung nach unten entgegengesetzt werden, damit eine Beeinflussung der Laufzeit durch Oberflächenspannung verschwindet. Bezeichnet x die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, o deren Dichte, R, den Krümmungsradius des hängenden Niveaus, R1 den Radius der oberen Vorratskugel, R2 den Radius der Ansatzrohre dieser Kugel, h die Druckhöhe, mit der die Flüssigkeit ausfließt, g die Schwerebeschleunigung, V das gesamte ausfließende Volumen, und zwar zwecks Rechnung aufgeteilt in die Teilvolumina T, = Volumen in der Kugel, Tl, = Volumen in den Rohransätzen bis zu den Strichmarken, dann läßt sich zwischen Oberflächenspannung, Dichte und den sonstigen Abmessungen des Viskosimeters folgende Beziehung aufstellen: Diese Beziehung enthält außer den von Flüssigkeit zu Flüssigkeit wechselnden Größen x und O nur Abmessungen des Viskosimeters und läßt sich daher zur Bestimmung von R, heranziehen, indem man eine quadratische Gleichung für i : R, bildet, die in der nächsten Formel wiedergegeben ist: Hierin bedeutet a die Oberflächenspannung in Dyn # cm-' und o die Dichte.For capillary viscometers, a sphere or at least an approximate sphere, as can be obtained by glassblowing work, has proven to be particularly useful as the upper glass vessel. While the meniscus sinks from the marks above to below this sphere, a very different surface tension pulling effect is effective at the liquid level upwards, depending on whether the liquid level is still in the pipe attachments or already in the sphere. The sum of these tensile amounts must be offset at the hanging level in an equivalent tensile amount of the surface tension downwards, so that any influence on the running time by surface tension disappears. X denotes the surface tension of the liquid, o its density, R, the radius of curvature of the hanging level, R1 the radius of the upper storage sphere, R2 the radius of the connecting tubes of this sphere, h the pressure height with which the liquid flows out, g the acceleration due to gravity, V das total outflowing volume, divided for the purpose of calculation into the partial volumes T, = volume in the sphere, Tl, = volume in the pipe attachments up to the line marks, then the following relationship can be established between surface tension, density and the other dimensions of the viscometer: In addition to the quantities x and O, which change from liquid to liquid, this relationship only contains the dimensions of the viscometer and can therefore be used to determine R, by forming a quadratic equation for i: R, which is given in the following formula: Here, a means the surface tension in dynes # cm- 'and o means the density.

Diese Formel gilt selbstverständlich nur, wenn als oberes Vorratsgefäß mit hinreichender Annäherung eine Kugel gewählt wird. Wählt man dagegen ein anderes Vorratsgefäß mit z. B. elliptischer Krümmung, so treten an Stelle der in der Gleichung gegebenen Werte R1 und R2 die durch die Gleichung der Krüimmung gegebenen variablen Werte. Ganz sinngemäß gilt dies für beliebige andere Krümmungsformen, also z. B. Parabel und Hyperbel.Of course, this formula only applies when used as an upper storage vessel a sphere is chosen with sufficient approximation. If you choose another one Storage vessel with z. B. elliptical curvature, take the place of the in the equation given values R1 and R2 the variables given by the equation of curvature Values. This applies analogously to any other forms of curvature, so z. B. Parabola and hyperbola.

Aus der Tatsache, daß die Beziehungen zwischen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und dem zu wählenden Krümmungsradius R, des unteren Niveaus vom 2. Grade sind, ergibt sich zunächst, daß sich theoretisch die Einwirkung der Oberflächenspannung überhaupt nicht restlos beseitigen läßt. Wertet man aber die Gleichung (i) oder (2) für verschiedene Werte von a/pp aus, so ergibt sich, daß sich für alle praktisch vorkommendenWerte von a/O, die zwischen o und ioo liegen müssen, mit sehr großer Annäherung immer ein konstanter Wert des Krümmungsradius R, in Abhängigkeit von den sonstigen Abmessungen des Viskosimeters ergibt.From the fact that the relationships between surface tension of the liquid and the radius of curvature R to be selected, the lower level of the 2. Degrees, it follows first of all that theoretically the effect of surface tension can not be completely eliminated at all. But if one evaluates equation (i) or (2) for different values of a / pp, it follows that practically for all occurring values of a / O, which must be between o and ioo, with a very large Approximation always a constant value of the radius of curvature R, depending on the other dimensions of the viscometer results.

Nachdem dies aber erkannt worden ist, läßt sich, da es weiterhin bekannt ist, daß selbst der Wert ioo bei Oberflächenspannungen praktisch nie erreicht wird, die Mehrzahl der bekannten Flüssigkeiten aber Oberflächenspannungen kaum bis .4o Dyn/cm aufweisen; die Gleichung (i) für praktische Zwecke mit vollkommen hinreichender Genauigkeit dadurch vereinfachen, daß man für a : e den Wert o einsetzt; dann ergibt sich die folgende Formel Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Viskosimeters in natürlicher Größe mit einem kugelförmigen Meßgefäß a und Marken b und c, einer Kapillare d und einem Auslaufrohr e beispielsweise dargestellt. Für diese Vorrichtung gelten die folgenden Werte: R1 = 1,1 cm R.2 0,2 cm lt - 13,0 cm g = 981,o cm # Sek. Vi = 5575 cm3 V.2 - o,25= cm3 V - 5,826 cm3 Aus der Formel (3) ergibt sich dann für die übergangsfläche von Kapillare zum Auslaufrohr bzw. für den Meniskus ein Krümmungsradius R, von 0,92 cm.After this has been recognized, however, since it is still known that even the value of 100 is practically never reached for surface tensions, the majority of known liquids can hardly have surface tensions of up to 40 dynes / cm; simplify equation (i) for practical purposes with perfectly sufficient accuracy by substituting the value o for a: e; then the following formula results The drawing shows a full-size embodiment of the viscometer with a spherical measuring vessel a and marks b and c, a capillary d and an outlet pipe e, for example. The following values apply to this device: R1 = 1.1 cm R.2 0.2 cm lt - 13.0 cm g = 981.0 cm # sec. Vi = 5575 cm3 V.2 - 0.25 = cm3 V - 5.826 cm3 The formula (3) then gives a radius of curvature R of 0.92 cm for the transition area from the capillary to the outlet pipe or for the meniscus.

Claims

PATENT CLAIM: Viscometer, in which one with two brands provided vessel a connected to this vertically standing capillary and on this connects to an expanded outlet pipe, characterized in that the hanging Level, d. H. the transition area from the capillary (d) to the outlet pipe (c), a radius of curvature caused by the shape and dimensions of the measuring vessel (a) (R,) is given, which is calculated so that the triggered by the curvature The amounts of the surface tension in their downward pulling effect correspond to the pulling amounts surface tension bleaching that occurs on the upper fluid meniscus, so that in all liquids, regardless of their surface tension, the sets the same absolute pressure height.