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DE19957005A1 - Verfahren zur Messung von Viskosität und Viskositätsmeßvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Messung von Viskosität und Viskositätsmeßvorrichtung

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Publication number
DE19957005A1
DE19957005A1 DE1999157005 DE19957005A DE19957005A1 DE 19957005 A1 DE19957005 A1 DE 19957005A1 DE 1999157005 DE1999157005 DE 1999157005 DE 19957005 A DE19957005 A DE 19957005A DE 19957005 A1 DE19957005 A1 DE 19957005A1
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DE
Germany
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measurement
viscosity
flow
power consumption
fluid
Prior art date
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Ceased
Application number
DE1999157005
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English (en)
Inventor
Slawomir Suchy
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of DE19957005A1 publication Critical patent/DE19957005A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
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    • GPHYSICS
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    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
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    • G01N2011/0093Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system thermal properties

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Abstract

Nach dem Stand der Technik zur Viskositätsmessung gibt es: Schwingungsviskosimeter, Kugelviskosimeter oder Rotationsviskosimeter deren Verläßlichkeit und Genauigkeit begrenzt sind. DOLLAR A Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine gesetzmäßige Vorrichtung und ein Verfahren zur reproduzierbaren und genauen Viskositätsmessung mittels eines Thermosensorrohres darzustellen. DOLLAR A Diese Aufgabe wird in der Vorrichtung und dem Verfahren der gesetzmäßigen Art durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 17 gelöst. DOLLAR A Diese Vorteile der Weiterbildungen werden in den entsprechenden Unteransprüchen behandelt. Die Lösung des Problems ermöglicht verfahrensmäßige Viskositätsmessung mittels eines Thermosensorrohres für Newtonsche und Nicht-Newtonsche Fließverhalten mit einer größeren Genauigkeit und verbesserten Zuverlässigkeit zu erschaffen, unter der Verwendung einer Rohrvorrichtung (1) mit zwei Thermofühlern zur Aufnahme einer über die Temperaturdifferenz ermittelter verlorenen Wärmemenge, der sogenannten Leistungsdissipatonsdichte, wobei die Geschwindigkeit des Schergefälles mittels eines z. B. Strömungsmessers und die Temperaturdifferenz mittels z. B. der Thermoelemente (2) ermittelt wird. Für die Leistungsaufnahme wird wenigstens eine Strömungsgeschwindigkeit für die Newtonsche oder eine Reihe von Strömungsgeschwindigkeitswerten für die Nicht-Newtonsche Fluids, dessen Viskosität meßtechnisch erfaßt werden soll, und der entsprechenden Wärmeverluste gemessen und aus den ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung und ein Verfahren zur Viskositätsmessung, und dies sowohl für die Newtonschen, - als auch der Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten. Nach dem Stand der Technik werden für die Messung der Viskosität der Newtonschen Medien solche Geräte verwendet wie z. B.: Ein Kugelviskosimeter oder ein Rotationsviskosimeter, die nach dem Prinzip der Scherspalte funktionieren. Für die Newtonschen Flüssigkeiten sind sowohl die dynamische Viskosität bzw. Zähigkeit des Mediums, als auch der Geschwindigkeitsgradient zu anliegenden Schichten und auch die Fläche der Schicht charakteristisch. Im Gegensatz dazu sind die Nicht-Newtonsche Medien, wobei ihre Verformung nicht plastisch ist, ohne die Gültigkeit des Newtonschen Spannungsgesetzes. Insofern ergibt sich eine eingeschränkte Einsetzbarkeit dieser Viskosimeter zur dynamischen Viskositätsbestimmung. Im Bezug auf die Nicht-Newtonschen Substanzen ist der Einsatz dieser Viskosimeter nur unter der Voraussetzung, daß sie als Reinstoffe vorliegen oder mit der Einschränkung, kleine Partikeldurchmesser und kleine Feststoffbeladungen aufzuweisen. Im Falle des Anstiegs der Partikelgröße und oder der Feststoffbeladung, ergibt sich keine Möglichkeit einer genauen Messung, da hierbei überwiegender Einfluß der Partikelwechselwirkung und Verstopfungen stört. Weiterhin nach dem Stand der Technik zur Viskositätsmessung gibt es das Schwingungsviskosimeter, wobei das Gerät keine Verläßlichkeit der Messung gewährleistet und häufig nur ausschließlich die Viskosität der Trägerflüssigkeit messtechnisch erfaßt. Die sich daraus ergebende Meßfehler hängen unter anderem mit dem Durchmesser der Feststoffteilchen in der Suspension und ihrer Feststoffbeladung sowie den Eigenschaften der Suspension selbst zusammen.
Daher ist es aus dem Stand der Technik nicht möglich eine verläßliche und exakte, sowie reproduzierbare Messung der dynamischen Viskosität zu erzielen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine gesetzmäßige Vorrichtung und ein Verfahren zur einer reproduzierbaren und genauen Viskositätsmessung mittels eines Thermosensorrohres darzustellen.
Diese Aufgabe wird in der Vorrichtung und dem Verfahren der gesetzmäßigen Art durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 17 gelöst.
Die Vorteile der Weiterbildungen werden in den entsprechenden Unteransprüchen behandelt. Die Lösung des Problems ermöglicht verfahrensmäßige Viskositätsmessung mittels eines Thremosensorrohres für Newtonsche und Nicht-Newtonsche Fließverhalten mit einer größeren Genauigkeit und verbesserten Zuverlässigkeit zu erschaffen, unter der Verwendung einer Rohrvorrichtung (1) mit zwei Thermofühlern zur Aufnahme einer über die Temperaturdifferenz ermittelter verlorenen Wärmemenge, der sogenannten Leistungsdissipationsdichte, wobei die Geschwindigkeit des Schergefälles mittels eines z. B. Strömungsmessers und die Temperaturdifferenz mittels z. B. der Thermoelemente (2) ermittelt wird. Für die Leistungsaufnahme wird wenigstens eine Strömungsgeschwindigkeit für die Newtonsche oder eine Reihe von Strömungsgeschwindigkeitswerten für die Nicht-Newtonsche Fluids, dessen Viskosität meßtechnisch erfaßt werden soll, und der entsprechenden Wärmeverluste gemessen und aus den Leistungskennlinien der gemessenen Leistungsaufnahme der für die Leistungsmessaufnahme angewendete Strömungsgeschwindigkeit bzw. Strömungsgeschwindigkeiten errechnen. Die Leistungsmessreihe eines bekannten Fluids wird durch die Absinkgeschwindigkeit und die Leistungsdissipationsdichte ermittelt, so daß sich das Thermosensorrohr senkrecht befindet.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf einen Vergleich der Leistungsaufnahme einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Strömung relativ zu seinem Messorgan im Zusammenhang mit der Durchströmungsgeschwindigkeit für ein zu messendes Fluid und ein bekanntes Fluid mit bekannter Viskosität. Es handelt es sich um ein Prinzip, das darauf beruht, daß die Leistungskennlinien einer beliebigen Druchströmvorrichtung, die dem Leistungsdissipationdichte-Wert in Abhängigkeit von der Reynoldszahl, und unabhängig von der Viskosität des Fluids ist, zugrunde liegt. Somit, wenn eine einmalige Aufnahme der Leistungskennlinien einer Durchströmvorrichtung mit Thermosensoren unter Verwendung eines bekannten Newtonschen Fluids mit bekannter Viskosität erfolgte, kann die Ermittlung der dynamischen Viskosität unter der Verwendung dieser Viskositätsunabhängigkeit die Leistungskennlinie mittels der Messung der Leistungsaufnahme bei einer Reihe verschiedener Strömungsgeschwindigkeiten durchgeführt werden.
Für eine Reynoldszahl Re, die kleiner ist, als die kritische Re kann die Leistungsaufnahme wegen verbesserter Meßgenauigkeit im Bezug auf die starke Abhängigkeit der Reynoldszahl von der Leistungsaufnahme bevorzugt erfaßt werden, wobei die Leistungskennlinie bei dem turbulenten Bereich stark von der Genauigkeit der Thermosensoren abhängt.
Für eines strikte Nicht-Newtonsches Fluid ist die Leistungsmessung der turbulenten Strömung möglich, weil hier die dynamische Viskosität von der Geschwindigkeit des Schergefälles zum Quadrat proportional ist. Im Bezug auf die Leistungsmessung der Nicht-Newtonschen Fluids sind mindestens drei Leistungsmessungen bei der unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten notwendig.
Es bietet sich für eine optimale Leistungsmessung ein höher viskoses Medium für die Vergleichsmessung zu wählen, aufgrund der höheren Meßgenauigkeit der Leistungsaufnahme bei relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten, für diesen Zweck gibt es eine Vielzahl geeigneter Hexosen, wie z. B. Glucose oder Fructose. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit der Beseitigung der Fehler bei der Ermittlung der Leistungskennlinien für die niedrigen Reynoldszahlen. Die Empfindlichkeit der Thermodensoren ist für die Genauigkeit der Aufnahme der Kennlinien für die Bestimmung der Viskosität von großer Bedeutung.
Eine großtechnische Nutzung der Durchströmvorrichtung mit den Thermosensoren ist möglich und steht zur Verfügung, in dem eine beliebige Durchströmvorrischtung mit den Thermosensoren nach einer einmaligen Eichung die Leistungskennlinienaufnahme unbekannter Newtonscher oder Nicht-Newtonscher Medien durchgeführt wurde.
Zur Zeichnung: Viskositätmeßvorrichtung zur Viskositätsmessung mit Newtonschen und Nicht-Newtonschen Fließverhalten besteht aus:
Einer Durchströmvorrichtung (7), die mindestens zwei Thermosensoren (8) und mindestens einer Vorrichtung zu Ermittlung der Strömgeschwindigkeit (9) umfaßt, einer Vorrichtung (10) zur Leistungsaufnahme zur Erzeugung der Temperaturdifferenz und der Erzeugung und der Geschwindigkeit des Schergefälles und der Einengungsvorrichtung (11).

Claims (17)

1. Verfahren zur Messung von Viskositäten von Fluiden mit Newtonschen und Nicht- Newtonschen Fließverhalten unter Verwendung einer Durchströmvorrichtung mit Thermosensoren mit einer Reihe von Leistungsaufnahmen mittels der ermittelbaren Themperaturdifferenzen zur Erfassung der Leistungsdissipartionsdichte und der Ermittlung der Geschwindigkeit des Schergefälles anhand der Strömungsgeschwindigkeit und der optimalen Durchströmvorrichtungabmessungen,
Messen der Leistungsaufnahme mit mindestens zwei Thermosensoren für die Ermittlung der Viskosität des zu untersuchenden Fluids,
Berechnen der gesuchten Viskosität des zu messenden Mediums aus der Leistungskennlinie, der gemessenen Leistungsaufnahme und der für die Leistungsaufnahmemessungen angewendete Temperaturmessung bzw. eines Wärmemengenverlustes oder Leistungsdissipationsdichtemessung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mit Thermosenoren strömspezifische Leistungskennlinie durch den Leistungsbeiwert (Ne) über der Reynoldszahl (Re) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei die wenigstens eine Leitungsaufnahmemessung für das zu messende Fluid im nichtturbulenten Bereich (Re < Returbulenz) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei wenigstens drei Leistungsaufnahmemessungen für das zu untersuchende Fluid bei verschiedenen Durchströmungen durchgeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei zur Bestimmung der Leistungskennlinie ein Newtonsches Fluid mit hoher Viskosität benutzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das hochviskose Newtonsche Fluid eine Hexose-Lösung ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leistungsmessung eine Leistungsdissipationsdichte und eine Messung mittels der Thermosensoren umfaßt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leistungsmessung eine Erfassung der Temperaturdifferenz und der Erfassung der Geschwindigkeit des Schergefälles
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leistungsmessung eine Messung einer von der Vorrichtung zur Erzeugung der Temperatudifferenz und der Erzeugung der Geschwindigkeit des Schergefälles aufgenommene elektrischer Leistung umfaßt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Strömtemperaturen und Störgeschwindigkeiten des Schergefälles resultieren aus der Abdichtung, elektrischen Störungen in einer Vergleichmessung mit einer leeren Vorrichtung kalibliert werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Strömungsvorrichtung mit den fixierten oder drehbaren Thermosensoren.
12. Verfahren nach der Ansprüche 11, wobei die Meßorgane bzw. Meßsensoren mit Anbauteilen funktionsfähig ist.
13. Viskositätmeßvorrichtung zur Viskositätsmessung von Suspensionen mit hohen Feststoffbeladungen bzw. großen Partikeldurchmessern mit Newtonschen und Nicht- Newtonschen Fließverhalten, mit einer Durchströmvorrichtung (7), die mindestens zwei Thermosensoren (8) und mindestens einer Vorrichtung zu Ermittlung der Strömgeschwindigkeit (9) umfaßt, einer Vorrichtung (10) zur Leistungsaufnahme zur Erzeugung der Temperaturdifferenz und der Erzeugung der Geschwindigkeit des Schergefälles und der Einengungsvorrichtung (11).
14. Viskositätmeßvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Vorrichtung zur Thermosensormessung und Strömgeschwindigkeitmessung mittels einer Substanz umfaßt.
15. Viskositätmeßvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14, wobei die Leistungsaufnahmemeßvorrichtung einen Phasenumrichter oder Gleichrichter zur Ermittlung der aufgenommenen elektrischen Wirkleistung aufweist.
16. Viskositätmeßvorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 15, wobei das Durchströmungsvorrichtung beheizbar ist.
17. Verfahren zur Bestimmung des Reaktionsfortschritts eines reaktionsfähigen Fluids, wobei der Reaktionsfortschritt mit einer Messung der Viskosität eines Fluids nach einem in den Ansprüchen 1 bis 13 bezeichneten Verfahren.
DE1999157005 1999-11-26 1999-11-26 Verfahren zur Messung von Viskosität und Viskositätsmeßvorrichtung Ceased DE19957005A1 (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3930399A (en) * 1974-07-22 1976-01-06 Varian Associates Viscosity detection apparatus and method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3930399A (en) * 1974-07-22 1976-01-06 Varian Associates Viscosity detection apparatus and method

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