DE1700661U

DE1700661U - DEVICE FOR MEASURING VISCOSITY.

Info

Publication number: DE1700661U
Application number: DE19551700661
Authority: DE
Original assignee: HAAKE K G GEB
Current assignee: HAAKE K G GEB
Priority date: 1955-04-14
Filing date: 1955-04-14
Publication date: 1955-06-16

Description

Es ist vorgeschlagen worden, die Viskosität durch Bestimmen der Geschwindigkeit zu messen, mit der sich ein zylindrischer, glatter Verdrängungskörper durch einen mit der Meßsubstanz gefüllten Hohlzylinder bewegt. Die Bewegung sollte durch das Eigengewicht des Körpers oder durch die Wirkung einer Druck- oder Zugstange erfolgen. Durch geeignete Mittel, z.B. Führungsstifte am Körper oder/und Lagerung der Stange war eine zentrische Führung des Verdrängungskörpers vorgesehen.It has been proposed to measure the viscosity by determining the speed at which a cylindrical, smooth displacement body moves through a hollow cylinder filled with the substance to be measured. The movement should be done by the own weight of the body or by the action of a push or pull rod. A central guidance of the displacement body was provided by suitable means, e.g. guide pins on the body and / or mounting of the rod.

Es zeigt sich jedoch, dass solche Vorrichtungen für genauere Messungen nicht geeignet sind, da die Mechanik der zentrischen Führung des Verdrängungskörpers Reibungsverluste bedingt, die sich als Meßfehler auswirken. Zentrische Bewegung des Verdrängungskörpers im Hohlzylinder ist jedoch notwendig, um exakte Aussagen über Schubspannungen und Schergefälle in der Meßsubstanz machen zu können und dadurch Absolutmessungen zu ermöglichen.It turns out, however, that such devices are not suitable for more precise measurements, since the mechanics of the centric guidance of the displacement body causes friction losses, which have the effect of measuring errors. Centric movement of the displacement body in the hollow cylinder is necessary, however, in order to be able to make exact statements about shear stresses and shear gradients in the substance to be measured and thereby to enable absolute measurements.

Die Theorie der Viskosimetrie setzt Haften der viskosen Substanz an den gleitenden Meßflächen durch Adhäsion voraus; nur unter dieser Voraussetzung haben ihre Formeln Gültigkeit. Bei hohen Schubspannungen reicht jedoch vielfach die Adhäsion dazu nicht aus, so dass die Grenzschichten abreißen und somit exakte Viskositätsmessungen unmöglich werden. Die obigen Vorrichtungen mit glatten Meßflächen vermögen also oberhalb einer gewissen kritischen Schubspannung keine sinnvollen Meßresultate mehr zu geben.The theory of viscometry assumes that the viscous substance adheres to the sliding measuring surfaces by adhesion; only under this assumption are their formulas valid. In the case of high shear stresses, however, the adhesion is often insufficient for this, so that the boundary layers tear off and thus exact viscosity measurements become impossible. The above devices with smooth measuring surfaces are therefore no longer able to give any meaningful measuring results above a certain critical shear stress.

Demgegenüber ermöglicht die vorliegende Vorrichtung Viskositätsmessungen in folgender Weise:In contrast, the present device enables viscosity measurements in the following way:

In an sich bekannter Weise bewegt sich ein zylindrischer Verdrängungskörper, der mit einer Druck- oder Zugstange verbunden ist, durch einen mit der Meßsubstanz gefüllten Hohlzylinder. Die zentrische Führung erfolgt beispielsweise durch Führungsstifte oder -Nasen am Körper und durch Lagerung der Stange in einer Buchse. DerIn a manner known per se, a cylindrical displacement body, which is connected to a push or pull rod, moves through a hollow cylinder filled with the substance to be measured. The central guidance takes place, for example, by means of guide pins or lugs on the body and by mounting the rod in a socket. Of the

Reibungseinfluß dieser Führung soll nun nach der Neuerung dadurch herabgesetzt werden, dass das System Verdrängungskörper - Stange periodischen Schwingungen kleiner Amplitude und hoher Frequenz ausgesetzt wird, wobei die Schwingungsrichtung senkrecht auf der Meßrichtung, d.s. die Achsen des Hohlzylinders und Verdrängungskörpers, stehen soll. Die Schwingungen können also etwa Drehschwingungen des Verdrängungskörpers um seine Längsachse sein. Da diese Schwingungen senkrecht zur Meßrichtung erfolgen sollen und zudem von kleiner Amplitude sind, können die dadurch etwa hervorgerufenen Fließvorgänge in der Meßsubstanz keinen Einfluß auf das Messergebnis haben. Infolge der Schwingungen tritt auch bei geringster Meßgeschwindigkeit nur Gleitreibung an den Lagerstellen auf, die bekanntlich sehr viel kleiner als Haftreibung ist.According to the innovation, the frictional influence of this guide is to be reduced by subjecting the displacer - rod system to periodic oscillations of small amplitude and high frequency, the direction of oscillation being perpendicular to the measuring direction, i.e. the axes of the hollow cylinder and displacement body should be. The vibrations can therefore be, for example, torsional vibrations of the displacement body about its longitudinal axis. Since these vibrations are supposed to take place perpendicular to the measuring direction and are also of small amplitude, the resulting flow processes in the substance to be measured cannot have any influence on the measurement result. As a result of the vibrations, only sliding friction occurs at the bearing points, even at the lowest measuring speed, which is known to be much smaller than static friction.

Weiterhin erzwingt die vorliegende Vorrichtung das Haften der viskosen Substanz an den Meßflächen auch bei hohen Schubspannungen dadurch, dass Substanz und Meßflächen miteinander "verzahnt" werden. Das soll nach der Neuerung in der Weise erfolgen, dass Hohlzylinder und Verdrängungskörper mit kreis- oder rillenförmigen Vertiefungen versehen werden, wobei die Rillen senkrecht zur Meßrichtung verlaufen sollen. Die Vertiefungen sollen nicht weniger als 0,2 mm betragen. Da bei vorliegender Vorrichtung hohe Schubspannungen einen hohen Druck in der Substanz zur Voraussetzung haben, ist gewährleistet, dass die viskose Substanz in die Vertiefungen der Meßflächen gepresst, und so die Verzahnung geschaffen wird. Die in den Vertiefungen stehende Meßsubstanz bleibt bei dem Meßvorgang im Ruhezustand, so dass die für glatte Meßflächen abgeleiteten Formeln im wesentlichen ihre Gültigkeit behalten. Aus den Messdaten ergibt sich dann die Viskosität der Meßsubstanz gemäß: Furthermore, the present device forces the viscous substance to adhere to the measuring surfaces, even in the case of high shear stresses, in that substance and measuring surfaces are "interlocked" with one another. According to the innovation, this should be done in such a way that the hollow cylinder and displacement body are provided with circular or groove-shaped depressions, with the grooves running perpendicular to the direction of measurement. The indentations should not be less than 0.2 mm. Since, in the present device, high shear stresses require high pressure in the substance, it is ensured that the viscous substance is pressed into the depressions of the measuring surfaces and the toothing is created in this way. The substance to be measured in the depressions remains in a state of rest during the measuring process, so that the formulas derived for smooth measuring surfaces essentially retain their validity. The viscosity of the substance to be measured then results from the measurement data according to:

Dabei ist P die auf den zylindrischen Verdrängungskörper wirkende Kraft, L und R[tief]1 sind Länge und Radius des Zylinderteils des Verdrängungskörpers, R[tief]2 ist der Radius des Hohlzylinders, v ist die zu messende Geschwindigkeit des Verdrängungskörpers im Hohlzylinder. In dieser Formel ist nur die Strömung um den zylindrischen Teil des Verdrängungskörpers berücksichtigt. Um den Einfluß der Strömung um die Endflächen vernachlässigbar klein zu halten, ist es zweckmäßig, den Endflächen die Form von Halbkugeln zu geben. Außerdem sollte das Verhältnis Länge : Durchmesser des Körpers möglichst groß sein.P is the force acting on the cylindrical displacement body, L and R [deep] 1 are the length and radius of the cylinder part of the displacement body, R [deep] 2 is the radius of the hollow cylinder, v is the measured velocity of the displacement body in the hollow cylinder. This formula only takes the flow around the cylindrical part of the sinker into account. In order to keep the influence of the flow around the end faces negligibly small, it is expedient to give the end faces the shape of hemispheres. In addition, the length: diameter ratio of the body should be as large as possible.

Anhand der Zeichnung wird die neuartige Vorrichtung zur Messung der Viskosität beschrieben: in dem mit der Meßsubstanz gefüllten Hohlzylinder 1) bewegt sich der durch Stifte 2) und Lagerbuchse 3) zentrisch geführte Verdrängungskörper 4). An dem Verdrängungskörper ist eine Druckstange 5) befestigt, die die Kraft von beispielsweise Gewichten überträgt. In den Verdrängungskörper und Hohlzylinder ist Feingewinde 6) geschnitten, das die oben erwähnten Vertiefungen in den Meßflächen darstellt. An der Druckstange ist ein permanenter Stabmagnet 7) befestigt, dessen einer Pol vor dem breiten Polschuh eines Elektromagneten 8) verläuft. Der Elektromagnet wird mit 50-periodigem Wechselstrom gespeist. Dadurch wird das System Verdrängungskörper - Druckstange in kleine rasche Drehschwingungen versetzt. Die Meßgeschwindigkeit kann bestimmt werden, indem die Zeit gestoppt wird, in der der Verdrängungskörper eine bestimmte Wegstrecke zurücklegt.The novel device for measuring the viscosity is described with the aid of the drawing: the displacement body 4), which is centrally guided by pins 2) and bearing bushing 3), moves in the hollow cylinder 1) filled with the substance to be measured. A push rod 5), which transmits the force of weights, for example, is attached to the displacement body. Fine thread 6) is cut into the displacement body and hollow cylinder, which represents the above-mentioned depressions in the measuring surfaces. A permanent bar magnet 7) is attached to the push rod, one pole of which runs in front of the wide pole piece of an electromagnet 8). The electromagnet is fed with 50-period alternating current. As a result, the displacement body - push rod system is set in small, rapid torsional vibrations. The measuring speed can be determined by stopping the time in which the displacement body covers a certain distance.

Claims

1.) Device for measuring the viscosity by the axial movement of a centrically guided displacement body provided with a pressure or pull rod in a hollow cylinder filled with the substance to be measured, characterized in that the displacement body pressure / pull rod system is set in vibrations of small amplitude, the vibrations taking place perpendicular to the measuring movement.

2.) Device according to claim 1.), characterized in that the measuring surfaces of the displacement body and the hollow cylinder are inhomogeneous by circular and / or groove-shaped depressions which are at least 0.2 mm, the grooves running perpendicular to the direction of measurement movement.