DE20023750U1

DE20023750U1 - Viskositätsmessvorrichtung

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Publication number: DE20023750U1
Application number: DE20023750U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2010-02-15

Abstract

Vorrichtung 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 Temperaturdifferenzen 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.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung und zur Viskositätsmessung und dies sowohl für die Newtonsche als auch der Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten. Nach dem Stand der Technik werden für die Messung der Viskosität der Newtonschen Medien solche Geräte verwendet wie zum Beispiel 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 möglich, dass sie als Reinstoffe vorliegen oder mit der Einschränkung, kleine Parti keldurchmesser 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. Nach dem Stand der Technik zur Viskositätsmessung gibt es: Schwingungsviskosimeter, Kugelviskosimeter oder Rotationsviskosimeter deren Verlässlichkeit und Genauigkeit begrenzt sind.
Daher ist es aus dem Stand der Technik nicht möglich eine verlässliche, exakte sowie reproduzierbare Messung der dynamischen Viskosität zu erzielen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung. eine gesetzmäßige Vorrichtung zu einer reproduzierbaren und genauen Viskositätsmessung mittels eines Thermosensorrohres darzustellen.
Diese Aufgabe wird in der Vorrichtung der gesetzmäßigen Art durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 gelöst.
Die Vorteile der Weiterbildungen werden in den entsprechenden Unteransprüchen behandelt.
Die Lösung des Problems ermöglicht vorrichtungsmäßige Viskositätsmessung mittels eines Thermosensorrohres für Newtonsche und Nicht-Newtonsche Fließverhalten mit einer größeren Genauigkeit und verbesserten Zuverlässigkeit zu erschaffen unter der Verwendung einer Rohrvorrichtung mit zwei Thermofühlern zur Aufnahme einer über die Temperaturdifferenz ermittelter verlorenen Wärmemenge, der so genannten Leistungsdissipationsdichte, wobei die Geschwindigkeit des Schergefälles mittels eines z.B. Strömungsmessers und die Temperaturdifferenz mittels z.B. der Thermoelemente ermittelt wird. Für die Leistungsaufnahme wird wenigstens eine Strömungsgeschwindigkeit für die Newtonschen oder eine Reihe von Strömungsgeschwindigkeitswerten für die Nicht-Newtonschen 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.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 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 Leistungsdissipationdichtewert 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 eine striktes Nicht-Newtonsches Fluid ist die Leistungsmessung der turbulenten Strömung möglich, weil hier die dynamische Viskosität von der Geschwindigkeit des Schergefälles zu ihrem Quadrat der Leistungsdissipationsdichte proportional ist. Im Bezug auf die Leistungsmessung des 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 Durchströmvorrichtung mit den Thermosensoren nach einer einmaligen Eichung die Leistungskennlinienaufnahme unbekannter Newtonscher oder Nicht-Newtonscher Medien durchgeführt wurde.
Die Lösung des Problems ermöglicht vorrichtungsmäßige 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 so genannten 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 oder erzeugte Durchströmgeschwindigkeit und die Leistungsdissipationsdichte ermittelt, so dass sich das Thermosensorrohr auch senkrecht befinden kann.

Claims

Vorrichtung 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 Temperaturdifferenzen 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.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mit Thermosensoren strömspezifische Leistungskennlinie durch den Leistungsbeiwert (Ne) über der Reynoldszahl (Re) bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine Leitungsaufnahmemessung für das zu messende Fluid im nichtturbulenten Bereich ( Re< R-enz ) durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens drei Leistungsaufnahmemessungen für das zu untersuchende Fluid bei verschiedenen Durchströmungen durchgeführt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zur Bestimmung der Leistungskennlinie ein Newtonsches Fluid mit hoher Viskosität benutzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das hochviskose Newtonsche Fluid eine Hexose-Lösung ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leistungsmessung eine Leistungsdissipationsdichte und eine Messung mittels der Thermosensoren umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leistungsmessung eine Erfassung der Temperaturdifferenz und der Erfassung der Geschwindigkeit des Schergefälles ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leistungsmessung eine Messung einer von der Vorrichtung zur Erzeugung der Temperaturdifferenz und der Erzeugung der Geschwindigkeit des Schergefälles aufgenommene elektrische Leistung umfasst.
Vorrichtung 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 kalibriert werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Strömungsvorrichtung mit den fixierten oder drehbaren Thermosensoren.
Vorrichtung nach der Ansprüche 11, wobei die Messorgane bzw. Messsensoren mit Anbauteilen funktionsfähig ist.
Viskositätsmessvorrichtung 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 eine 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).
Viskositätsmessvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Vorrichtung zur Thermosensormessung und Strömgeschwindigkeitsmessung mittels einer Substanz umfasst.
Viskositätsmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Leistungsaufnahmemessvorrichtung einen Phasenumrichter oder Gleichrichter zur Ermittlung der aufgenommenen elektrischen Wirkleistung aufweist.
Viskositätsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Durchströmungsvorrichtung beheizbar ist.
Vorrichtung zur Bestimmung des Reaktionsfortschritts eines reaktionsfahigen Fluids, wobei der Reaktionsfortschritt mit einer Messung der Viskosität eines Fluids nach einem in den Ansprüchen 1 bis 13 bezeichneten Vorrichtung.