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Kugeldruckviskosimeter
Es sind Viskosimeter bekannt, bei Idenen eine
Kugel als Verdrängungskörper in einem mit der zu untersuchen, den Flüssigkeit gefüllten
senkrechten Zylinder koaxial fällt oder in einem geneigten Zylinder auf dessen Wandung
abrollt, so daß die verdrängte Flüssigkeit um die Kugel herum einen Ringspalt bzw.
Sichelspalt durchströmt. Je höher der Viskositätsgrad ist, um so länger dauert die
Messung, weil man auf die Abwärtsbewegung der Kugel keinen beschleungienden Einfluß
auszuüben vermag, der bei den erwähnten Bauarten eine ge wisse Unsicherheit und
Meßfehler zur Folge haben würde, da die Kugel Schlinger- und Pendelbewegiingen auszuführen
strebt.
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Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber ein solche Mängel beseitigendes
Viskosimeter, welches, wie praktische Versuche gezeigt haben, die Arbeitsschnelligkeit
und-genauigkeit auch bei hochviskosen Flüssigkeiten gewährleistet. Dies wird dadurch
erreicht, daß innerhalb eines oben offenen zylindrischen Meßbechers ein im Durchmesser
etwas geringer bemessener Verdrängungskörper von kugelförmiger, kegeliger, ellipsoilder
und ähnlicher Form am Ende einer Druckstange angeordnet ist, welche ihrerseits am
freien Ende einer Balkenwaage anr gelenkt ist und durch veränderlich bemeßbare Druckbelastung
Ides Waagebalkens durch die Meßflüssigkeit gedrängt wird. Am Waagebalken wird zurVeränderung
der Druckbelastung eine Gewichtsschale bzw. ein Laufgewicht angeordnet. Eine weitere
zusätzliche Gewichtsbelastung des; Waagebalkens ist zum Ausgleich des Auftriebes
der Kugel in der Meßflüssigkeit vorgesehen, vorzugsweise wieder ein Laufgeweicht,
dessen Skala zwecks unmittelbarer Bestimmung des spezifischen Gewichtes in Dichteeinheiten
unterteilt ist. Die Schwing-
bewegung des Waagebalkens treibt durch
einen Übersetzungsantrieb, wie eine Verzahnung, einen Längenmesser, z. B. in Gestalt
eines über einer Skala kreisenden Zeigers,-an, Der Waagebalken wird in seiner Anfangslage
durch ein entfembares einstellbares Lager, z. B. eine Exzenterscheibe, unterstützt,
einerseits um die Abwärtsbewegung des Verdrängungskörpers zu begrenzen, andererseits
um den Balken schnell in seine Ausgangslage zurückzubringen. Der Verdrängungskörper
soll auf seinem Meß wege zur wirksamen Aufrechterhaltung eines Sicheispaltes gegen
die Wandung des Meßbechers andrängen. Wird, dies in gewissem Maße schon durch die
die Trägheit vergrößernde Führungsetange erreicht, eo erweist es sich zum gleichen
Zweck außerdem vorteilhaft, diese Druckstange durch eine einseitig gegenüberliegende
Gewichtsbelastung oder/und eine leichte Schrägstellung des Meßbechers gegen die
Senkrechte zu einem solchen Andruck zu bringen.
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D'ie Meßbecher erweitern sich vorteilhaft konisch am oberen Ende
und werden auf diese Weise in einem konischen Fassungskörper, einer Hülse od. dgl.
abgestützt. In einem Tempericrbehälter werden mehrere auswechselbaire Meßbecher
verschiedener Durchmesser untergebracht und der den Verdrängungskörper tragende
Stangenteil mit der übrigen Stange auswechselbar, z. B. durch die als exzentrische
Gewichtsbelastung verwendete Schraube einer Kupplung, verbunden. Um Ungenauigkeiten
des Durchmessers der Meßbecher berücksichtigen zu können, empfiehlt es sich, eine
Endmarke gegenüber der Skala des Mengenmessers verstellbar anzuordenen, z. B. mittels
eines an dessen Gehäuse verndrehbar geführten Ringes, eines-in Ider Mitte des Abdeckglases
drehbaren Einstellzeigers od. dgl.
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Der Temperierbehälter kann um seine senkrechte Achse drehbar gestaltet
sein. Die Meßbecher werden dann kreisförmig um dies Achse angeordnet.
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Man kann aber auch nur die die Meßbecher unmittelbar tragende Tragplatte
um eine mittlere Achese drehbar im Temperierbehälter anordnen. Weitere Einzelheiten
ergeben sich aus des Beschreibung Idies Ausfürhungsbeispieles.
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In Ider Zeichnung 1st ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Am Ende eines im indifferenten Gleichgewicht befindlichen Waagebalkens
A ist an einer durch eine Kupplung a3 unterteilten Stange a1, a2 ein Verdrängungskörper
in Form einer Kugel b aufgehängt, und zwar so, daß Idas; geringe exzentrische Gewicht
der Befestigungsschraube a3 genügt, die Kugel b bei ihrer Abwärtsbewegung gegen
den entgegengesetzten Wandungsbereich des Idie Meßflüssigkeit aufnehmenden Meßbechers
B zu drängen, wodurch die Kugel exzentrisch geführt wird.
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Hierdurch wird erreicht, daß ein einwandfreier Sichelspalt für die
sie aufwärts umströmende Meßflüssigkeit aufrechterhalten wird Auf die Waagschale
C wird ein entsprechend bemessenes Gewicht D je nach Bedarf aufgelegt. Hierdurch
wird die Kugel b mit einer Schubspannung im Meß bereich, von 10 bis 200. glcm2 belastet.
Während der Messungsdurchströmt die Meßflüssigkeit den Scihelspalt laminar. Die
Gewichtsanordnung C, D kann auch druch eine Laufgewichtsanordnung ersetzt werden.
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Am anderen Ende des Waagebalkens A ist ein Längenmesser E vorgesehen,
der bewegungsschlüssig mit dem Balken A verbunden ist, z. B. durch ein Zahnsegment
und ein auf den Zeiger des Messers einwirkendes Ritzel. An der Skala des Meßgerätes
E, die z. B. einen Meßweg s von 30 mm anzeigt, wird der Weg der Kugel b im Meßbecher
B verfolgt und die hierfür erforderliche Meßzeit t mit einer Stoppuhr bestimmt.
Der Quotient sit entspricht der mittleren Fließgeschwindigkeit bei der jeweils durch
das Gewicht D vorbestimmten Schusbspannung.
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Der Meßbalken A wird in seinen beiden ndlagen durch ein verstellbares
Widerlager unterstützt, vorzugsweise einen Exzenter F. Mit Hilfe des Exzenters wird
einerseits die tiefste Stellung der Kugel b im Meßbecher B begrenzt und andererseits
der M'eßbalken A in seine obere Lage zurückgeführt, um ihn für den nächsten Arbeitsgang
vorzubereiten und zugleich die Ausgangsstellung festzulegen, in Ider der Zeiger
des Meßgerätes E über der Marke » Null « steht. Der Meßvorgang kann also. Idurch
Verschwenken Indes Exzenters F augenblicklich beginnen, wenn die Stoppuhr ausgelöst
wird. Ein Laufgewicht G dient zum Ausgleich des Auftriebes, welchen der jeweils
verwendete Verdrängungskörper b abhängig vom splezifischeu Gewicht der zu untersuchenden
Meßflüssigkeit in dieser erfährt. Die zugehörige Skala wird vorteilhaft in Dichteeinheiten
(spezifisches Gewicht) eingeteilt. Zur Ermittlung der richtigen Stellung des Laufgewichtes
G wird dieses zunächst auf die Marke (spezifisches Gewicht I) eingestellt und nun
je nach der Neigung des Balkens A Idas Gewicht hin und her verschoben, bis der Zeiger
des Messers E stillsteht.
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In einem Temperierbehälter K, dessen Abschlußdeckel k konisch verjüngte
Fassungen enthält, sind die Meßibecher B, von. denen der eine jeweils zum Versuch
benutzt wird, eingestellt, während die anderen vortemperiert werden. Sie sind durch
eine konische Erweiterung ihres oberen Endes aufgehängt. Sie können hierbei leicht
gegen die Vertikale geneigt sein, um beim Abwärtsgang eine sichere Anlage der Kugel
b an ihrer Wandung zu erzwingen, eine Maßnahme, die unterstützend zu der exzentrischen
Geweichtsbelastung durch die Befestigungsschrauben as hinzutreten kann. Es werden
z. B. fünf solcher Meßbecher B bereit gehalten, die in ihrem zylindrischen Bereich
auf ein genaues Maß eingeschliffen sind. Ihre verschiedenen Durchmesser sind so
gegen den Verdrängungskörper b bemessen, Idaß der Meßwertlediglich mit den Dezimalfaktoren
0,01, 0,1, 1, 10, 100 multipliziert zu werden braucht, um die Viskosität der untersuchten
Flüssigkeit unmittelbar in Centipoisen (cP) ohne weitere Rechnung feststellen zu
können. Diese Konstante ist am Rande des Meßbechers ablesbar. Da
sich
nun die Konstante bei der Herstellung des Meßbechers nicht immer auf runde Dezimalzahlen
bestimmen läßt, so bedarf es der Berucksichtigung bei der Meßstrecke auf der Skala
E. Auch diese'Einstellkonstante wird am Rande des Meßbechers ablesbar gemacht. Je
nachdem, ob der genaue Dezimalwert oder Konstante über- oder unterschritten wird,
muß die Endmarke e Ider Skala des M'eßgerätes E gegenüber der Endzahl 30 für den
Versuch entsprechend eingestellt werden, wie dargestellt. Es empfiehlt sich, zu
diesem Zweck eine solche Marke e lageveränderlich anzubrinen, z. B. mittels eines
am Gehäuse E verdrehbar geführten Ringes, eines im Glasdeckel zentral gelagerten
Einstellzeigers od. dgl.
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Die Ilaltestange des Verdrängungskörpers b wird leicht lösbar ausgeführt,
damit mlan nach Lösung der Schraube a3 a3 das Stangenteil a2 abzutrennen und das
Temperiergefäß K, welches um eine vertikale Achse drehbar am Sockel des Gerätes
angeordnet sein kann, durch entsprechende Drehung in eine Lage zu bringen vermag,
in der ein vortemperierter neuer Meßbecher B unmittelbar zum Einsatz gebracht werden
kann, wenn man einen Kontrollversuch mit gleicher Flüssigkeit oder einen Versuch
mit anderer Flüssigkeit durchzführen beabsichtigt. Die Temperierflüssigkeit kann
druch ein Thermometer H mit Lupe I beobachtet werden.
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Statt das ganze Temperiergefäß K drehbar zu machen, genügt es auch,
die Tragplatte k mit den Meßbechern B verdrehbar zu gestalten.