DE1211821B - Geraet zur Messung und Registrierung der Grenzflaecheneigenschaften von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIn

Deutsche KL: 421-13/03

Nummer: 1211821

Aktenzeichen: F 44195IX b/421

Anmeldetag: 10. Oktober 1964

Auslegetag: 3. März 1966

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung und Registrierung der Grenzflächeneigenschaften von Flüssigkeiten, bestehend aus einem Kraftmeßsystem mit einem horizontal angeordneten, beidendig stan eingespannten Torsionsdraht, der mit einem in die Flüssigkeit ein- und austauchbaren Meßkörper verbunden ist und mit dem die Größe der Zugkraft, die beim Herausstauchen des Meßkörpers von der daran haftenden Flüssigkeitslamelle ausgeübt wird, gemessen wird. ίο

Diese bekannten, auf dem reinen Abreißprinzip beruhenden Meßgeräte haben den Nachteil, daß eine beliebige Anzahl von Wiederholungen der Messung der Grenzflächenspannung σ an ein- und derselben Flüssigkeitsprobe in beliebig großen Zeitabständen ohne Beeinträchtigung des Grenzflächenzustandes nicht möglich ist. Ebensowenig können Messungen der Grenzflächenspannung als Funktion der Zeit t bei konstanter Dehnung der am Meßkörper haftenden Flüssigkeitslamelle vom Zeitpunkt t = 0 an über beliebig lange Zeiträume vorgenommen werden, weil dabei die Flüssigkeitslamelle bis zum Abreißen beansprucht wird.

Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile behoben sind, wenn am Torsionsdraht erfindungsgemäß ein aus zwei senkrecht aufeinanderstehenden Hebeln bestehendes Hebelsystem starr befestigt ist, wobei der mit dem Meßkörper verbundene Hebel ein Tariergewicht trägt und der andere ebenfalls mit einem Tariergewicht ausgestattete Hebel ein ferromagnetisches Plättchen trägt, das sich in dem Luftspalt zwischen zwei koaxial angeordneten Induktionsspulen befindet, die einen Zweig einer mit hochfrequenter Wechselspannung gespeisten Wheatstoneschen Brücke bilden. Die Wheatstonesche Brücke ist mit einem mehrstufigen Trägerfrequenzmeßverstärker verbunden.

Die Zugkraft wird durch induktive Verstimmung der Wheatstoneschen Brücke in Verbindung mit dem Meßverstärker nahezu weglos erfaßt, denn der Meßweg für die Einheit der Grenzflächenspannung σ wird durch die Empfindlichkeit des an den induktiven Kraftgeber angeschlossenen Meßverstärkers auf die bisher unerreichte Größe von 10 ~⁵ cm vermindert. Es ist nunmehr möglich, die Einheit der Grenzflächenspannung σ oder Bruchteile davon in dem jeweiligen Maßstab mit der Teilung eines Registrierpapiers eines an dem Ausgang des Trägerfrequenzmeßverstärkers angeschlossenen Registriergerätes zur Deckung zu bringen, das die Bewegung des Meßkörpers in Abhängigkeit von der Bewegung des Flüssigkeitsspiegels aufzeichnet.

Gerät zur Messung und Registrierung der
Grenzflächeneigenschaften von Flüssigkeiten

Anmelder:

Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft,

Leverkusen

Als Erfinder benannt:

Dr. Christian Sucker,

Dr. Walter Meskat, Leverkusen;

Dr. Rudolf Heusch, Köln-Stammheim

Um eine beliebig häufige Wiederholung der Kraftmessung im Maximum der Zugkraft ohne Abreißen der Flüssigkeitslamelle und damit ohne Beeinträchtigung des eingestellten Grenzflächenzustandes vornehmen zu können, ist erfindungsgemäß das an den Meßverstärker angeschlossene Registriergerät mit einer vom Schreibstift bewegten Schleppblende für ein Photozellenrelais ausgestattet, das mit einem Aus- und Umschaltrelais für den Antrieb der das Eintauchen und Herausziehen des Meßkörpers bewirkenden Vorrichtung verbunden ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt im Schema den Aufbau des Gerätes zur Messung und Registrierung der Grenzflächeneigenschaften von Flüssigkeiten;

Fig. 2 und 3 zeigen eine das Eintauchen und Herausziehen des Meßkörpers aus der Flüssigkeit bewirkende Vorrichtung in Vorder- und Seitenansicht; in

Fig. 4 ist eine automatische Umsteuer- und Abschaltvorrichtung für den Antrieb der Vorrichtung gemäß F i g. 2 und 3 dargestellt.

Gemäß Fig. 1 ist auf einem auf- und abbewegbarem Tisch 11 ein Gefäß agneordnet, in dem sich eine Flüssigkeit befindet, deren Grenzflächeneigenschaften gemessen und registriert werden sollen. Mit 1 ist die Flüssigkeitslamelle bezeichnet, die an einem aus Ring mit Bügel bestehenden Meßkörper 2 haftenbleibt, wenn der Tisch gesenkt wird, da der Hebel 3_t starr an einem beidendig ortfest und starr eingespannten waagerecht angeordnetem Torsionsdraht 4 befestigt ist.

Die von der Flüssigkeitslamelle 1 auf den Meßkörper 2 ausgeübte Zugkraft bewirkt über den an

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dem einen Ende mit dem Meßkörper 2 verbundenen einander ein-, aus- und umgeschaltet werden, wo

Hebel 3, der mit dem anderen Ende ein Tariergewicht durch der Länge des Papiervorschubes des Schrei

3 a trägt, eine kraftproportionale Verdrillung des bers 8 wahlweise der Weg des Meßgefäßes der Größi

Torsionsdrahtes 4. Im Befestigungspunkt des Hebels 3 und Richtung nach und damit auch die Länge um

mit einem anderen Torsionsdraht 4 ist ein zweiter 5 die Dehnung der an dem Meßkörper haftendei

Hebel 5 senkrecht zum Hebel 3 befestigt. Der Flüssigkeitslamelle 1, oder, bei konstanter Läng«

Hebel5 ist mit dem Gewichts« belastet und trägt oder Dehnung, der Ablauf der Zeit zugeordnet wer

an seinem oberen Ende ein ferromagnetisches Platt- den kann.

chen 7, das sich in dem Luftspalt befindet, der zwi- Auf der Schiene 13 ist oberhalb des Tisches 11 eir

sehen zwei koaxial angeordneten Induktionsspulen 6 io in der Höhe verstellbarer Schlitten 14 befestigt, au:

gebildet ist, die einen Zweig einer mit hochfrequenter dem zwei Druckschalter 15 und 16 seitlich nebenein-

Wechselspannung gespeisten Wheatstoneschen Brük- ander angeordnet sind, welche beim Eintauchen des

ke W darstellen. Meßkörpers 2, also beim Heben des Tisches 11.

Die Direktionskraft und die Eigenfrequenz des durch den Tisch betätigt werden. Beim Schließen des Meßsystems können durch Dimensionierung und 15 Schalters 15 wird ein Zeitrelais (nicht dargestellt) m Werkstoffwahl des Torsionsdrahtes 4 so eingestellt Gang gesetzt, welches die Stromkreise für den Anwerden, daß das Meßsystem nach Anregung in Luft trieb des Papiervorschubes des Schreibers 8 (Fig. 1) und innerhalb der Prüfflüssigkeit schwingungsfähig und der Spindel 12 für den jeweils eingestellten Zeitist, so daß zeitlich sehr schnell verlaufende Ände- raum utnerbricht und damit die Einhaltung der jerungen der Kraft bzw. der Grenzflächenspannung 20 weils gewünschten Pausen zwischen den aufeinander verzögerungsfrei gemessen und registriert werden folgenden Einzelmessungen, z. B. bei der automatikönnen; damit ist es möglich, das Meßgerät als sehen Wiederholung der Bestimmung der Grenz-Grenzflächen-Schwingungsviskosimeter zur Ermitt- flächenspannung an ein und derselben Probe bewirkt, lung der Grenzflächen- bzw. Lamellen-Troutonvis- Nach Ablauf der an dem Zeitrelais eingestellten kosität zu verwenden. 25 Unterbrechungszeit wird der Tisch 11 gehoben, bis

Das in Verbindung mit einem Trägerfrequenzmeß- durch ihn auch der Schalter 16 betätigt wird, was zur

verstärker V mit Gleichspannungsausgang zur Um- Folge hat, daß der Antrieb für den Papiervorschub

Wandlung der kraftproportionalen Verdrillung des des Schreibers 8 und für die Spindel 12 im um-

Torsionsdrahtes 4 in ein kraftproportionales elektri- gekehrten Sinn läuft, so daß der Tisch gesenkt und

sches Signal dienende Paar tastloser induktiver Ver- 30 der Meßkörper 2 wieder aus der Meßflüssigkeit

lagerungsaufnehmer (Induktionsspulen) 6 — in heraustaucht.

dessen Luftspalt sich das mit dem Torsionsdraht 4 Der Tisch 11 kann wahlweise so weit gesenkt wer-

über den Hebel 5 verbundene Plättchen 7 nach Maß- den, bis das Maximum der Kraft erreicht ist, oder

gäbe der durch die Grenzflächenspannung der bis die an dem Meßkörper 2 haftende Flüssigkeits-

Flüssigkeitslamelle 1 verursachten Verdrillung des 35 lamelle 1 abreißt. Im Maximum der Kraft kann der

Torsionsdrahtes bewegt — ist in Differentialschal- Motor für den Antrieb der Spindel 12 allein oder

tung oberhalb des Torsionsdrahtes angeordnet. Durch gleichzeitig mit dem Motor für den Antrieb des

die Verlagerung des Plättchens 7 wird die nach Be- Papiervorschubes des Schreibers 8 umgeschaltet

trag und Phase abgeglichene Wheatstonesche werden.

Brücke W verstimmt. Die verstärkte, von der Träger- 40 Die Vorrichtung für die automatische Um- oder

frequenz befreite und gleichgerichtete Modulations- Abschaltung des Gerätes im Maximum der Kraft

spannung wird in den Γ-Kanal des als Registrier- beruht darauf, daß die Differentialquotienten

gerät benutzten Einkanal-Gleichspannungskompen- (dK/dL), (QK/dD) bzw. (dK/dt)

sationsschreibers 8 mit reversierbarem Synchromotor . _nenc}

für den Antrieb des Papiervorschubes (nicht darge- 45 "

stellt) eingespeist, der die Auslenkung der Schreib- {daJdL), (dcr/dZ») bzw. (dg/di) feder (nicht dargestellt) bewirkt. Die Anpassung der im Maximum der Kraft den Wert Null annehmen Einheit der Grenzflächenspannung σ an die Teilung und bei weiterer Dehnung bzw. im weiteren zeitlichen des Registrierpapiers erfolgt durch Änderung der Verlauf ihre Vorzeichen wechseln. Der Vorzeichen-Verstärkung und durch elektrische Multiplikation 50 wechsel der Differentialquotienten wird zur Schalmit Hilfe eines Spannungsteilers 9. tung zweier Relais zur wahlweisen automatischen

Gemäß Fig. 2 und 3 erfolgt das Eintauchen und Umschaltung oder Abschaltung des Gerätes ausge-Herausziehen des Meßkörpers 2 aus der im Behälter nutzt, ohne daß die Lamelle abreißt. 10 befindlichen Prüfflüssigkeit 10« durch Heben Bei der automatischen Umsteuer- und Abschaltbzw. Senken des Tisches 11. Das Heben und Senken 55 vorrichtung gemäß Fig. 4 wird der Lichtstrahl der des Tisches 11 erfolgt mit der von einem reversier- Lampe 17 auf das Photoelement 18 während des Anbaren Synchronmotor (nicht dargestellt) angetriebe- stieges der Kraft bis zum Maximum von der auf der nen Spindel 12, wobei die senkrechte Schiene 13 als Führungsstange 19 in Pfeilrichtung gleitenden Führung dient. Wenn man einen Tisch verwendet, Schreibstifthalterung 20 des Registriergerätes 8 mitder außerdem eine Dreh- oder eine Oszillations- 60 geschleppten Blende 21 so lange unterbrochen, bis die bewegung ausführen kann, so sind mit einem zusatz- Schreibstifthalterung 20 nach Erreichen des Maxilichen Torsionskraftmeßsystem auch die Viskosität mums der Kraft ihre Bewegungsrichtung umkehrt. ^ bzw. die Schwingungsviskosität und Relaxations- Bei Belichtung des Photoelements 18 wird entweder "erscheinungen in der Grenzfläche bestimmbar. die Spule des Relais 22, dessen Kontakte mit dem

Die Elektromotoren für den Antrieb (nicht dar- 6g Handumschalter für den Motor der Spindel 12 par-

gestellt) der Spindel 12 und für den Antrieb des allel geschaltet sind, oder die Spule des Relais 23,

Papiervorschubes (nicht dargestellt) des Schreibers 8 dessen Schaltkontakte mit dem Ausschalter dieses

können sowohl gleichzeitig als auch unabhängig von- Motors in Reihe geschaltet sind, erregt.

Bei Erregung der Spule des Relais 22 für die Umschaltung des Spindelantriebsmotors wird der Meßkörper 2 wieder bis zu der mit dem Schalter IS bzw. 16 eingestellten Eintauchtiefe in die Flüssigkeit 10 eingetaucht und nach Ablauf der an einem Zeitrelais (nicht dargestellt) eingestellten Meßpause wiederum so weit aus dieser herausgezogen, bis sich das Gerät im Maximum der Kraft erneut automatisch umschaltet.

Bei Erregung der Spule des Relais 23 für die Abschaltung des Spindelantriebsmotors bleibt das Gefäß mit der zu prüfenden Flüssigkeit 10 im Maximum der Kraft in seiner Lage, und die zeitliche Änderung der auf den Meßkörper 2 von der Lamelle 1 ausgeübten maximalen Kraft wird automatisch und kontinuierlieh gemessen und registriert.

Die Vorrichtung für die automatische Umschaltung und Abschaltung des Gerätes besitzt ferner eine fest eingebaute Blende 24, die verhindert, daß eine unerwünschte Um- oder Abschaltung beim erstmaligen Eintauchen des Meßkörpers 2 in die zu prüfende Flüssigkeit 10 a bei Beginn des vollautomatischen Meßvorganges eintritt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Messung und Registrierung der Grenzflächeneigenschaften von Flüssigkeiten, bestehend aus einem Kraftmeßsystem mit einem horizontal angeordneten, beidendig starr eingespannten Torsionsdraht, der mit einem in die Flüssigkeit ein- und austauchbaren Meßkörper verbunden ist, und mit dem die Größe der Zugkraft, die beim Heraustauchen des Meßkörpers von der daran haftenden Flüssigkeitslamelle ausgeübt wird, gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Torsionsdraht (4) ein Hebelsystem aus zwei senkrecht aufeinanderstellenden Hebeln (3, 5) starr befestigt ist, wobei der mit dem Meßkörper (2) verbundene Hebel (3) ein Tariergewicht (3 a) und der andere, ebenfalls mit einem Tariergewicht (5 a) ausgestattete Hebel (5) ein ferromagnetisches Plättchen (7) trägt, das sich in dem Luftspalt zwischen zwei koaxial angeordneten Induktionsspulen (6) befinden, die einen Zweig einer mit hochfrequenter Wechselspannung gespeisten Wheatstoneschen Brücke (W) bilden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wheatstonesche Brücke (W) mit einem mehrstufigen Trägerfrequenzmeßverstärker (V) verbunden ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Trägerfrequenzmeßverstärker (F) ein Registriergerät (8) angeschlossen ist, das die Bewegungen des Meßkörpers (2) in Abhängigkeit von der Bewegung des Flüssigkeitsspiegels aufzeichnet.

4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Registriergerät (8) mit einer vom Schreibstift bewegten Schleppblende (21) für ein Photozellenrelais ausgestattet ist, das mit zwei Relais (22, 23) für Ab- und Umschaltung des Antriebes der Vorrichtung verbunden ist, die das Ein- und Austauchen des Meßkörpers bewirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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