DE19957005A1 - Fluid viscosity measuring method involves drawing performance curve using power consumption measurement and temperature gradients of fluids, for viscosity measurement - Google Patents
Fluid viscosity measuring method involves drawing performance curve using power consumption measurement and temperature gradients of fluids, for viscosity measurementInfo
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Abstract
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.The present invention relates to a measuring device and a method for Viscosity measurement, both for Newtonian and non-Newtonian Liquids. According to the prior art, the viscosity of the Newtonian media uses such devices such. For example: a ball viscometer or a Rotational viscometers that work on the principle of the shear gap. For the Newtonian Liquids are both the dynamic viscosity or viscosity of the medium and the Velocity gradient to adjacent layers and also the area of the layer characteristic. In contrast, the non-Newtonian media, being their deformation is not plastic without the validity of Newton's law of tension. In this respect it follows a limited use of these viscometers for dynamic viscosity determination. In relation to the non-Newtonian substances, the use of these viscometers is only under provided that they are present as pure substances or with the restriction, small Have particle diameters and small solids loads. In the event of an increase in Particle size and or the solids loading, there is no possibility of an exact Measurement, since the predominant influence of particle interaction and blockages disturbs. This continues to exist according to the prior art for viscosity measurement Vibration viscometer, the device is not reliable measurement ensures and often only the viscosity of the carrier liquid is measured detected. The resulting measurement errors depend, among other things, on the diameter of the solid particles in the suspension and their solids loading as well as the properties of the Suspension yourself together.
Daher ist es aus dem Stand der Technik nicht möglich eine verläßliche und exakte, sowie reproduzierbare Messung der dynamischen Viskosität zu erzielen.Therefore, it is not possible from the prior art to have a reliable and exact, as well to achieve reproducible measurement of the dynamic viscosity.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine gesetzmäßige Vorrichtung und ein Verfahren zur einer reproduzierbaren und genauen Viskositätsmessung mittels eines Thermosensorrohres darzustellen.It is therefore the object of the invention, a legal device and a method for a reproducible and precise viscosity measurement using a thermal sensor tube to represent.
Diese Aufgabe wird in der Vorrichtung und dem Verfahren der gesetzmäßigen Art durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 17 gelöst.This task is carried out in the device and the procedure of the legal kind by the characterizing features of claims 1 and 17 solved.
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. The advantages of the further training are dealt with in the corresponding subclaims. The solution to the problem enables procedural viscosity measurement by means of a thremosensor tube for Newtonian and non-Newtonian flow behavior to be created with greater accuracy and improved reliability, using a tube device ( 1 ) with two thermal sensors for taking up a quantity of heat, the so-called, which is determined via the temperature difference Power dissipation density, the speed of the shear gradient using a z. B. flow meter and the temperature difference by means of z. B. the thermocouples ( 2 ) is determined. For the power consumption, at least one flow rate for Newtonian or a series of flow rate values for the non-Newtonian fluids, the viscosity of which is to be measured, and the corresponding heat losses are measured, and from the performance characteristics of the measured power consumption the flow rate or flow rates used for the power measurement calculate. The power measurement series of a known fluid is determined by the rate of descent and the power dissipation density, so that the thermal sensor tube is vertical.
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.The method according to the invention relates to a comparison of the power consumption of a Device for generating a flow relative to its measuring element in connection with the flow rate for a fluid to be measured and a known fluid known viscosity. It is a principle based on the fact that the Performance characteristics of any flow device that the Power dissipation density value depending on the Reynolds number, and independent of the Viscosity of the fluid is based. Thus, if a single shot of the Performance characteristics of a flow device with thermal sensors using a Known Newtonian fluids with known viscosity, the determination of dynamic viscosity using this viscosity independence Performance curve by measuring the power consumption in a number of different Flow rates are carried out.
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.For a Reynolds number Re that is less than the critical Re, the power consumption may be due to improved measuring accuracy in relation to the strong dependence of the Reynolds number on the Power consumption are preferably recorded, the power characteristic in the turbulent Range strongly depends on the accuracy of the thermal sensors.
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.For a strict non-Newtonian fluid, the performance measurement is the turbulent flow possible because here the dynamic viscosity from the speed of the shear gradient to Square is proportional. With regard to the performance measurement of non-Newtonian fluids at least three performance measurements on the different Flow speeds necessary.
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.It is a more viscous medium for optimal performance measurement To choose comparison measurement, due to the higher measurement accuracy of the power consumption relatively low flow rates, there are a variety of suitable ones for this purpose Hexoses such as B. glucose or fructose. This results in the possibility of elimination the error in determining the performance characteristics for the low Reynolds numbers. The Sensitivity of the thermal sensors is essential for the accuracy of the recording of the characteristic curves determining the viscosity of great importance.
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.Large-scale use of the flow-through device with the thermal sensors is possible and is available in any flow pre-conditioning with the thermal sensors after a single calibration, the performance curve recording of unknown Newtonian or Non-Newtonian media was performed.
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).To the drawing: Viscosity measuring device for viscosity measurement with Newtonian and non-Newtonian flow behavior consists of:
A throughflow device ( 7 ), which comprises at least two thermal sensors ( 8 ) and at least one device for determining the flow velocity ( 9 ), a device ( 10 ) for power consumption for generating the temperature difference and the generation and the speed of the shear gradient, and the constriction device ( 11 ).
Claims (17)
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.1. Method for measuring viscosities of fluids with Newtonian and non-Newtonian flow behavior using a flow device with thermal sensors with a series of power consumption by means of the ascertainable temperature differences for recording the power dissipation density and determining the speed of the shear rate on the basis of the flow speed and the optimal flow device dimensions,
Measuring the power consumption with at least two thermal sensors for determining the viscosity of the fluid to be examined,
Calculate the viscosity of the medium to be measured from the performance curve, the measured power consumption and the temperature measurement used for the power consumption measurements or a loss of heat quantity or power dissipation density measurement.
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