SE504213C2 - Förfarande och mätare för viskositetsmätning - Google Patents

Description

504 213 10 15 20 25 30 35 2 sitet ska bestämmas. Själva viskositetsbestämningen åstad- kommes genom avkänning av det vridmoment mätkroppen ut- sätts för vid sin rotation i vätskan.

För att ge ett tillförlitligt resultat måste givetvis mätkroppens rotationshastighet och mätkroppens inskjut- ningsdjup i vätskan vara kända, eftersom de givetvis påverkar vridmomentet och därmed mätresultatet, och dess- utom placeringen av mätkroppen vid inskjutning i vätskan vara noga definierad, eftersom exempelvis sidoväggarna i ett kärl vari vätskan är inrymd likaledes påverkar vrid- momentet. Denna påverkan kallas nedan kanteffekt.

I en feederkanal av inledningsvis nämnda typ kan emellertid varken mätkroppens inskjutningsdjup eller dess placering bestämmas på ett tillförlitligt sätt, dels pga att den analyserade glasmassan befinner sig i stadigvaran- de rörelse, dels pga att glasmassan efter hand kraftigt nöter feederkanalens väggar och därmed strömningsvillkoren i feederkanalen ständigt förändras.

Utöver sin således begränsade användbarhet känneteck- nas de kända rotationsviskosimetrarna också av att stor uppmärksamhet måste ägnas åt kvaliteten och kalibreringen av vridmomentsmätaren (man talar om att vridmomentsmäta- rens offset måste vara känd), eftersom endast ett vrid- momentsvärde erhålles per mätställe för bestämning av viskositeten.

Mot bakgrund av den kända tekniken är ändamålet med föreliggande uppfinning att åstadkomma dels ett förfarande för viskositetsmätning, vilket undanröjer de nuvarande be- gränsningarna, dels en enkel viskositetsmätare för genom- förande av detta förfarande. Ändamålet uppnås vid ett förfarande enligt ingressen genom att mätkroppen roteras med väsentligen konstant has- tighet, genom att vridmomentet avkännes vid två inskjut- ningsdjup för mätkroppen i vätskan och genom att vätskans viskositet beräknas med hjälp av momentförändringen mellan de båda inskjutningsdjupen och avståndet mellan dessa, och den för genomförande av förfarandet använda viskositets- 10 15 20 25 30 35 504 213 3 mätaren kännetecknas lämpligen av att mätkroppen är cirku- lärcylindrisk och anordnad att roteras kring sin cylinder- axel samt att till godtyckligt djup inskjutas i vätskan längs denna axel.

Tack vare förfarandet enligt uppfinningen, som istäl- let för ett mätvärde pà ett bestämt inskjutningsdjup ut- nyttjar skillnaden mellan två mätvärden pà olika, okritis- ka inskjutningsdjup, erhålles pà ett överraskande enkelt sätt ett mycket tillförlitligt màtt pà den analyserade vätskans viskositet. Eftersom dessutom endast skillnaden mellan de båda mätvärdena är av intresse, kan den för mät- ningen utnyttjade viskositetsmätaren vara av mycket enkel konstruktion och vridmomentet exempelvis avkännas med hjälp av en enkel vinkelgivare.

Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen inskjutes mätkroppen i vätskan med väsentligen konstant hastighet, eftersom pà sä sätt defi- nieringen av den tillryggalagda sträckan mellan de båda inskjutningsdjupen underlättas.

Slutligen kännetecknas en föredragen utföringsform av viskositetsmätaren enligt uppfinningen av att mätkroppens fria ände är kullrig eller konformig, eftersom en sådan form bade minskar kraterbildningen vid den initiala in- skjutningen av mätkroppen i en vätska och det bidrag till vridmomentet som mätkroppens ände ger vid vridmomentets- mätningen.

En föredragen utföringsform av uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till ritningarna, pà vilka: fig 1 visar en feederkanal för glasmassa i tvärsek- tion och en över feederkanalen anordnad viskositetsmätare enligt uppfinningen, även den åtminstone delvis i tvärsek- tion; fig 2 visar viskositetsmätaren ur fig 1 i större skala; fig 3 visar viskositetsmätaren fràn sidan och delvis i sektion: och Q 504 213 10 15 20 25 30 35 fig 4 visar den fria änden på en mätkropp enligt upp- finningen samt några parametrar som kommer till användning vid de viskositetsberäkningar förfarandet enligt uppfin- ningen medför.

En beräkningsformel för att på tidigare känt sätt be- räkna viskositet ur momentvärden hos en rotationsviskosi- meter tar hänsyn till de delmoment som vätskan överför till mätkroppen från dess sidor och dess undersida (ände).

Utöver detta räknar man med ändeffekter vid mätkroppens ände. En beräkningsformel för frifältsmätning med en slät rotationskropp med konstant diameter 1 en Newtonsk vätska kan ha följande utseende: H - (l+ <1- 4- h)/> + [21 4 - 1/a - Z(An - I2 - n - a/1) + [3] e - 1/(1: - az) - zuan-(sinruxn - rn/xnn [41 Mifl°a4°n' [1] där M är momentet vätskan utövar på mätkroppen; Q är mätrotationshastighet; a är mätkroppens radie; och h är mätkroppens höjd.

Termerna [3] och [4] beskriver momenttillskottet pga kanteffekter. viskositeten, n, löses ur ekvationen.

Genom att enligt föreliggande uppfinning använda sig av skillnaden mellan två momentvärden uppmätta vid två olika positioner i vätskan och att därefter beräkna visko- siteten erhålles: a) att den uppmätta momentskillnaden svarar mot den momentförändring som erhålles vid en förutbestämd föränd- ring av insticksdjupet i vätskan. Sett över en kort tids- rymd hàlles övriga parametrar, såsom rotationshastigheten och vätskans tvärsnitt, konstanta. Momentskillnaden blir på så sätt ett mått på viskositeten i det skikt av vätskan som befinner sig mellan de båda mätpositionerna: 10 15 20 25 30 35 504 213 5 b) att momenttillskott, som orsakas av kanteffekter, kan subtraheras bort vid beräkningen av viskositeten.

Kanteffekterna, dvs momentförändringar orsakade av exem- pelvis en feederkanals sidoväggar, kan betraktas konstanta under positioneringen av mätkroppen. Så länge mätkroppens insticksdjup förändras endast ett litet steg i förhållande till det avstånd mätkroppens spets intar till närmaste vägg blir felet försumbart: och c) att momentgivarens offset-fel, dvs avvikelser i det faktiska vridmoment som uppmäts, kompenseras på samma sätt som enligt b) ovan.

Genom att enligt uppfinningen utnyttja kontinuerlig positionering (inskjutning) av mätkroppen blir det möjligt att: d) beräkna viskositeten med hjälp av derivatan på momentvärdet; e) att på motsvarande sätt som b) ovan eliminera den kratereffekt som uppstår när mätkroppen passerar igenom vätskans yta pga att material dras med mätkroppen under dess positionering, vilken kratereffekt påverkar det moment som erhålles från mätkroppen; och f) att med hjälp av andra derivatan erhålla ett sif- fervärde på den relativa storleken hos eventuell viskosi- tetsförändring över tvärsnittet som mätkroppen förflyttas genom.

Med hjälp av en anordning, som har en mätkropp vilken förflyttas relativt vätskan under mätningen, fås g) möjlighet att bestämma vätskans viskositet i flera olika punkter.

Det ovan beskrivna förfarandet, vid vilket moment- skillnaden under en företagen ompositionering av mätkrop- pen utnyttjas för att beräkna viskositeten utnyttjas föl- jande formel för en cirkulär mätkropp som bringas att rotera i vätskan: h M I C ° I n(h) dh O + Sh - n(h) m. 504 213 10 15 20 25 30 35 6 där M är momentet pà mätkroppen; Sh anger insticksdjupets förändring; h är det aktuella insticksdjupet; och C är en konstant som innehåller varvtalet hos mät- kroppen och diametern hos densamma.

Viskositeten n beräknas för delintervallen dh och kan presenteras för olika insticksdjup samt för olika tidpunk- ter om mätningarna utförs för att kontrollera en förbi- strömmande vätska.

I en praktisk tillämpning där viskositeten bestämmes i ett intervall mellan tvâ insticksdjup hl och h2 genom mätning av momentökningen vid intervallets övre och nedre gräns kan viskositeten från ovanstående formel lösas ut till: n(h2) - M3 - M1/C - (h3 - hl) Exemplet är hämtat fràn en tillämpning där mätkroppen kontinuerligt positioneras (inskjuts) i vätskan och suf- fixet 3 anger startvärdet för nästa delintervalls beräk- ningar.

En typisk anordning för att utföra det ovan beskrivna mätförfarandet i en process där en vätska strömmar förbi anordningen i ett huvudsakligen kontinuerligt flöde be- skrivs i korthet nedan.

En vätska 1, här glasmassa, strömmar med relativt konstant hastighet genom en feederkanal 2, som pà rit- ningen visas i tvärsnitt vinkelrätt mot vätskans 1 flödes- riktning.

En cylindrisk mätkropp 3 är via en axel förbunden med en drivmotor 7, som i sin tur är förbunden med ett hölje 14. Drivmotorns 7 förbindelse med höljet 14 är ástadkommen via en momentavkännande enhet, som innefattar en skruvfjä- der 8 och en vinkelgivare 9 i form av en s k RVIT (Rotational Velocity Inductive Transducer). 10 15 20 25 30 35 504 213 7 Höljet 14 är förbundet med ett stativ 4 via en styr- enhet, som medger linjär förskjutning av höljet 14 och därmed mätkroppen 3 och innefattar en kulskruv 5, som är roterbar medelst en stegmotor 6. En styrenhet 10 styr stegmotorn 6 samt drivmotorn 7 och samlar mätvärden fràn vinkelgivaren 9.

Styrenheten 10 är ansluten till en dator (ej visad), som innefattar program för styrning av styrenheten 10, mottagning av mätvärden och beräkning av viskositetsvärden och utgör samtidigt ett gränssnitt mot en användare eller mot annan utrustning. _ Mätanordningen omsluts lämpligen av ett ytterhölje, som är försett med ett tillopp, genom vilket luft för kyl- ning av mätanordningen kan blàsas. Mot feederkanalen 2 är anordningen termiskt skyddad medelst en isolering 13. vid mätning och beräkning av vätskans viskositet kom- mer mätanordningen till användning pà följande sätt: Mätkroppen 3 skjuts med konstant hastighet axiellt ned i vätskan 1. Vid en godtycklig punkt hl för mätkrop- pens ände mäts ett första vridmoment M1. Under kontinuer- lig fortsatt nedsänkning axiellt i h-riktningen nås in- skjutningsdjupet hl + 8h, där ett andra vridmoment M2 upp- mäts. Den momentförändring som uppkommit, beräknas som M2 subtraherad med M1, divideras med den förändring Sh som företagits av inskjutningsdjupet. Kvoten multipliceras med en konstant som innehåller mätkroppens 3 diameter och dess rotationshastighet för bestämning av ett beräknat viskosi- tetsvärde i delintervallet Sh.

Mätkroppen 3 förflyttas företrädesvis så att vätskan genomträngs helt eller delvis, varvid viskositetsvärden beräknas för olika delintervall.

Claims (4)

504 10 15 20 25 30 35 213 9 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för mätning av en vätskas (1) visko- sitet (n), vid vilket förfarande en roterande mätkropp (3) (1) och det vridmoment (M) därvid verkar pá mätkroppen (3) avkännes, inskjuts i vätskan som k ä n n e- t e c k n a t av att mätkroppen (3) roteras med väsent- ligen konstant hastighet, att vridmomentet (M) avkännes vid två inskjutningsdjup (h) för mätkroppen (3) i vätskan (1) (1) mellan de båda inskjutningsdjupen sedan beräknas med och att vätskans viskositet (n) i intervallet hjälp av formeln h M = C -f n(h) dh + öh -n(h) O där M är momentet pà mätkroppen, C är en konstant, som innehåller mätkroppens varv- tal och diameter, h är det aktuella inskjutningsdjupet, n är vätskans viskositet, och öh anger inskjutningsdjupets förändring.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att mätkroppen inskjutes i vätskan (1) med väsentligen konstant hastighet.

3. Viskositetsmätare för genomförande förfarandet enligt krav 1 eller 2, (7), är försedd med en vridmomentavkännande givare (9) och är innefattande en drivmotor som anordnad att rotera en mätkropp (3), som är inskjutbar i (1). pen (3) är cirkulärcylindrisk och har konstant diameter en vätska k ä n n e t e c k n a d av att mätkrop- samt att mätkroppen är anordnad att roteras kring sin cylinderaxel och att till åtminstone tvà godtyckliga djup inskjutas i vätskan (1) längs denna axel.

4. Viskositetsmätare enligt krav 3, k ä n n e - t e c k n a d av att mätkroppens fria ände är kullrig eller konformig.