WO1986000408A1 - Apparatus for measuring rheologic properties - Google Patents

Apparatus for measuring rheologic properties Download PDF

Info

Publication number
WO1986000408A1
WO1986000408A1 PCT/CH1985/000100 CH8500100W WO8600408A1 WO 1986000408 A1 WO1986000408 A1 WO 1986000408A1 CH 8500100 W CH8500100 W CH 8500100W WO 8600408 A1 WO8600408 A1 WO 8600408A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
measuring
magnetic field
medium
rheological properties
Prior art date
Application number
PCT/CH1985/000100
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dieter Alex Rufer
Original Assignee
Dieter Alex Rufer
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dieter Alex Rufer filed Critical Dieter Alex Rufer
Publication of WO1986000408A1 publication Critical patent/WO1986000408A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/14—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by using rotary bodies, e.g. vane

Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring rheological properties of a medium, in which a suitably shaped rotor is located in the material to be measured and is rotated by a certain amount by a drive device or is set in continuous rotation. When the rotor rotates, the medium is deformed (sheared) and the resulting shear stress is measured. The corresponding rheological parameters of the medium, such as viscosity or elastic or plastic parameters, are calculated from the shear stress.
  • a rotary viscometer for measuring viscosities.
  • Rotary viscometers have the advantage over many other types of viscometers that when using suitable rotors and measuring vessels (e.g. cone and plate arrangement), the shear rate in the material being measured is uniform. Rotational viscometers are therefore very suitable for a meaningful rheological examination of so-called non-Newtonian liquids, in which the viscosity is dependent on the shear rate.
  • media with very different viscosities can be examined with many conventional rotary viscometers.
  • rotational viscometers are also easier to clean than, for example, capillary viscometers. Rotation viscosimeters are therefore often used for the examination of Newtonian liquids.
  • the rotor In the case of the rotary viscometers which have been customary to date, the rotor is driven by a synchronous motor via a switchable gear. This is due to the viscosity of the medium on the rotor axis and on the measuring vessel The torque exerted is usually measured by turning a torsion spring. The desired size of the viscosity results from the torque together with the rotational speed of the rotor.
  • the measuring vessel with the rotor and the material to be measured cannot be sealed off in the usual devices, since sealing rings rub on the rotor axis and would thus falsify the measurement result. There is therefore always a risk, particularly when examining corrosive media and at higher temperatures, that aggressive vapors penetrate the measuring system or the gearbox or the motor and reduce the accuracy of the device due to corrosion.
  • the viscosity • of many liquids is strongly dependent on the temperature, the material to be measured must then be able to be precisely thermostated.
  • the object of the present invention is therefore to overcome these previous disadvantages and to provide a device for measuring rheological values of high accuracy, which manages with only one mechanically moving part, and in which the measuring vessel is sealed and thermostated at the same time can be in the form of a rotary viscometer or in the form of a device for. Measuring elastic and plastic sizes or in the form of a universally usable combined device for measuring viscosities and elastic and plastic sizes.
  • this object is achieved in that, in the invented device for measuring rheological properties of a medium, a rotor immersed in the material to be measured has a permanent magnetic moment and, by means of a rotatable or rotating exterior, by means of fixed standing magnetic coils of an electromagnetically generated magnetic field is driven, the angle of rotation of the rotor relative to the external, driving magnetic field being measured without contact and the shear stress and the rheological values corresponding to the measuring process being determined from the size of this angle of rotation.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention in a cone-plate arrangement with Helmholtz coils, in a partial sectional view from the side,
  • FIG. 2 shows the top view of the same embodiment, on a smaller scale than in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows the cross section of a second embodiment of the invention with a cylindrical rotor and a wound annular core
  • FIG. 4 shows schematically the type of winding and control of the core of the embodiment of FIG. 3.
  • the exemplary embodiment 1 shown schematically in a lateral partial section in FIG. 1 is a combined device for measuring viscosities or elastic or plastic properties of a medium. It essentially consists of the measuring part 1, the non-contact measuring device, the electromagnetic drive device 2 and the supply / evaluation device 3.
  • the measuring part i rests, secured against rotation, in a thermally insulated, 20 measuring part holder 19. This measuring part which aid of for cleaning and filling under supply ei 'Jie handle can be removed from the measuring portion holder 19 27, consists of the following three parts, which can be separated for the purpose of filling or cleaning of each other: a lower measuring section 4, a upper measuring section 5 and a rotor 6.
  • the rotor 6 is designed at the bottom as a conical measuring body 33 and is mounted with an adjustable tip bearing 24, 32 above the plate 21 of the lower measuring part 4.
  • the top stock consists for example of ei ⁇ ner sapphire ball socket 32 and a tungsten carbide tip 24 which can be adjusted by means of a retaining screw "22 and a nut 23 in height.
  • the upper end of the rotor shaft 34 carries the Axis 36 of an upper bearing, which is guided by a perforated brick 31.
  • a permanent magnet 35 is fixedly connected to the rotor shaft 34 and gives the rotor a magnetic moment.
  • the lower measurement section 4 and thus the measurement material 7 and the rotor 6 are removed with the aid of a thermostatted liquid which the supply and routing hoses 28, 28 'and flowing through a heat exchanger 26 are kept at an adjustable, desired temperature.
  • a thermostatted liquid which the supply and routing hoses 28, 28 'and flowing through a heat exchanger 26 are kept at an adjustable, desired temperature.
  • both the calotte 32 of the lower bearing and the perforated brick 31 of the upper bearing with a relatively large cone for self-insertion of the lower bearing tip 24 or the axis 36 of the upper one Bearing.
  • the measuring part 1 carries the non-contact measuring device, here in the form of an electro-optical passage detector, consisting of an autocollimator 9 with a mirror 10, which images the image of a gap 38 illuminated with a lamp 37 at infinity.
  • the light beam after reflection on the mirror 10 connected to the rotor shaft 34, passes through an objective 40 for the second time, and after reflection on a semi-transparent mirror 39, the bright slit becomes a Photodiode 41 shown.
  • the electromagnetic drive device 2 consists of two pairs of Helmholtz coils 13/13 ', 13 "/ 13"', the axes of which lie in a horizontal plane and intersect at right angles.
  • a pair of Helmholtz coils is the coaxial arrangement of two identical, circular coils with a small winding cross section through which the same current flows.
  • the measuring part aging 19 is attached to a base plate that can be horizontally adjusted using foot screws and a spirit level, on which the Helmholtz coil pairs are also fixed by means of special mounting parts.
  • the supply / evaluation device 3 supplies two sinusoidal alternating currents which are phase-shifted by 90 ° and which feed the Helmholtz coil pairs 13/13 ', .13 "/ 13"' via feed lines.17.
  • the feed / evaluation device 35 also receives the signals of the contactless electro-optical passage detector 9, 10 via the lines 18 and evaluates them.
  • a very homogeneous rotating magnetic field can be generated in the vicinity of the crossing points of the coil axes, where the magnet 35 is also located the rotor 6 rotated smoothly.
  • a signal is given via an electronic detector and thus a signal when the driving magnetic field is oriented, for example when the alternating current in the Helmholtz coil pair 13/13 'passes through zero from the positive side Time measurement triggered in a time measurement device.
  • This time measurement (t) is also ended before the period is repeated.
  • the two measured times t 1 and t 2 are stored and displayed and the two clocks (counters) of the time measuring device are set to zero.
  • the sum of the two times is equal to the period for one revolution of the rotor and the ratio of one of the two times to the period is a measure of the phase shift of the rotor with respect to the driving magnetic field.
  • the following formulas can be used with good approximation to calculate the shear stress ⁇ , the shear rate ⁇ used and the viscosity ⁇ of the medium:
  • the formulas 1 and 3 may have to be modified to take into account further magnetic properties of the rotor so that the desired measurement accuracy is achieved.
  • the instrument constant ⁇ 0 is determined by the construction of the instrument and can also be determined experimentally by examining a Newtonian liquid, of which one does not need to know the viscosity, at different rotational speeds of the rotor.
  • Figure 2 shows the same embodiment as Figure 1, but visual representation here in construction and in smaller 'scale.
  • the screws 8 and 8 ' serve to connect the upper measuring part 5 to the lower measuring part 4.
  • Certain liquid-like media show 'elastic and plastic properties which, in addition to the normal viscosity measurement likewise appropriate, can be investigated, with the first embodiment of the invention.
  • the supply / evaluation device 3 can be switched over to another operating mode, in which the external magnetic field generated by the Helmholtz coils no longer rotates at an adjustable, but constant, speed, but rather the direction of this magnetic field by actuating one a rotary knob on the feed / evaluation unit can be brought into a certain range in an arbitrary orientation that can be read on the scale of the rotary knob.
  • the rotor also has an additional angle scale 11 and a reading device 12 attached to the fixed part of the measuring part for determining the orientation p of the rotor.
  • the direction x of the external magnetic field is set on the rotary knob mentioned in such a way that the rotor is at the same location when the magnetic field is switched on and off.
  • the rotor follows in the case of statically elastic behavior of the medium only by a fraction of .DELTA.x, which results in a change in the rotor orientation of .DELTA.p on scale 11 , while in the case of purely viscous, non-elastic media, the rotor must follow the entire angle ⁇ .
  • the elasticity can be calculated from the two angle differences ⁇ x and ⁇ p and the geometry of the rotor, as well as the other physical data of the instrument.
  • the position of the rotor changes continuously after the magnetic field is switched off.
  • the characteristic ⁇ 0 the yield point, which is characteristic of the plastic behavior, was exceeded.
  • other methods with the same device can also be used, e.g. the observation of the size of the relaxation after continuous shear deformation.
  • the direction p of the rotor can also be measured by a bright gap with a projector, after reflection on a mirror attached to the rotor shaft, on a fixed scale is mapped.
  • the scale can also consist of a series of photodiodes, which enables a rapid electrical measurement of ⁇ p and therefore also the implementation of dynamic measurements, such as determining relaxation times.
  • Pressure measuring devices can be built into the plate 21 for measuring normal stresses, such as occur during the deformation of viscoelastic liquids.
  • This first embodiment of the invention is also equipped with a device for compensating Vor ⁇ blocking DC magnetic fields such as the earth's magnetic field, provided by superimposing a compensating 'counter-current to the Helmholtz coils.
  • a device for compensating Vor ⁇ blocking DC magnetic fields such as the earth's magnetic field
  • a compensating 'counter-current to the Helmholtz coils.
  • the influence of external fields can also be eliminated by a housing made of material with shielding properties, such as mu-metal.
  • a second embodiment of the invention with a tightly closable vessel 25, 5 'and without an axis bushing, is used as a rotational viscometer and is shown in cross section in FIG.
  • the measuring part consists of a cylindrical vessel 25 in which a cylindrical rotor 6 'is mounted; the vessel is closed with the lid 5 '.
  • the bearing cap 32 and the perforated brick 31 are each provided with a large cone for self-insertion of the tip 24 or the axis 36.
  • a device 30 for precentering the rotor 6' is placed on a corresponding holder in the vessel 25.
  • the vessel contains a connecting piece for a pressure compensation line or for connecting a pressure measuring device.
  • the contactless measuring device 9, 10 is designed in the same way as in the first exemplary embodiment in FIG. 1; the measurement takes place here through a pressure-resistant window 29 inserted in the vessel 25.
  • the electromagnetic drive device 2 'here consists of a horizontally arranged annular core 15 made of soft magnetic
  • This second embodiment allows measurements under pressure and at higher temperatures and is suitable for the investigation of substances with volatile components.
  • the supply / evaluation unit 3 includes an electronic computer, both the' processing of the measurement results executes controls as well as the expiration Mess ⁇ by it can cause, for example a programmed change in the rotational frequency to the possibly pronounce ⁇ Newtonian material to be measured in to investigate different shear rates.
  • the calculator can also be used for control purposes, such as controlling the temperature of the measured material.
  • the invented measuring device is ideally suited for direct connection to a digital computer anyway, since the actual measuring process involves measuring times, i.e. that is, counting periodic processes. Particularly in the case of thick-walled metallic vessels for high pressures, the use of a computer is advisable in order to take account of eddy current effects, which may not be negligible, and also the temperature dependence of the magnetic moment of the rotor.
  • the phase-shifted alternating currents for supplying the electromagnetic drive device can also be generated digitally and with.
  • a DA converter can be converted into an analog signal.
  • a third embodiment of the invention is' similar to the first embodiment shown in Figures 1 and 2 constructed and used as a rotational viscometer. In contrast to the first embodiment, this third embodiment has no continuity detector and the phase shift of the rotor with respect to that . driving magnetic field is optically displayed on a scale.
  • the following construction is used: A fixed projector with one t
  • Ultraviolet flash lamp is so arranged that it images the image of a gap after being deflected by a 'fixed to the rotor mirror on a fixed scale with fluorescent and luminous visible coating.
  • the first time measurement is not triggered, but the UV flash lamp is ignited. This results in an afterglow mark on the scale, which appears at a different point on the scale depending on the phase shift or shear stress or "viscosity.
  • the scale can, for example, be calibrated directly in units of the shear stress.
  • the tip bearings in the embodiments 1, 2 and 3 are specifically relatively heavily loaded.
  • the tip of the bearing or the spherical cap can be gripped in such a way that a spring is reversibly deformed when a certain load is exceeded and thereby preventing the bearing from being overloaded.
  • other bearings such as. B. of rolling bearings or magnetically relieved bearings.
  • the instrument can have a plurality of mirrors or a plurality of electro-optical detectors in order to measure the phase shift several times during a revolution, which is particularly advantageous at low shear rates.
  • Passage detectors can also be constructed in such a way that the filament of a lamp is imaged instead of a gap and that only a simple projector is used which images the bright image onto a photodiode via a mirror attached to the rotor shaft.
  • the use of infrared, UV light, laser, X-ray or gamma rays for the known Non-contact measuring device can be advantageous in certain cases.
  • a continuity detector can also be implemented in that the vertical magnetic field component emanating from the magnet 35 is determined using, for example, a Hall detector.
  • the invention is also not limited by the fact that the intensity of the driving magnetic field should remain constant during the measurement process. There are cases where it is indicated that the phase shift between the rotor and the rotating magnetic field assumes a constant value even at different shear stresses or at least a minimum value is reached, for which purpose the intensity of the rotating magnetic field is varied accordingly.
  • the invented device can be adapted to the intended use.
  • the sensitivity of the instrument can be changed by varying the distance of the magnet 35 from the drive device 2 '.
  • the ring core of this second embodiment consists, for example, of a wound ring of 20 turns of M6X transformer sheet metal strip (23 mm x 0.35 mm), with an inner diameter of 110 mm. 70 mm above the center, the strength of the rotating magnetic field is only around V3 of the value in the center; the measuring range of the device "is changed accordingly.
  • the driving rotating magnetic field could also be generated with, for example, four parallel-oriented magnetic coils, each containing a ferromagnetic core. Although there are discrete ferro magnetic poles in this arrangement of the coils, which generally has a disadvantageous effect on the uniformity of the rotation of the rotor, the present invention does not always exclude the use of these or similar coil arrangements in a special case of need.
  • Another variant for generating a rotating magnetic field would be the rotation of an additional permanent magnet by means of a mechanical drive device. However, this version is mechanically complex and prone to failure and is therefore not recommended.
  • a piece of a suitable soft magnetic material could also be used, but in this case the turning forces would be very small and the quantitative relationship between the shear stress and the angle of rotation would be complicated.

Abstract

The apparatus for measuring rheologic properties of a medium comprises a rotor (6') immersed in the medium which is integral with a permanent magnet (35) and is actuated by an electromagnetic field rotatable or rotationally orientable and generated by fixed coils (14, 14', 14'', 14'''). The rotation angle of the rotor (6') with respect to the actuation field will be measured (9, 10) without mechanical intervention. It is thus possible to measure the cutting effort, the viscosity or other elastic or plastic properties of the medium. The actuation of the rotor as well as the measurement of the rotation angle will be implemented without involving mechanical parts in motion by means of the wall of a closed container (25, 5'). The apparatus is appropriate for studying fluids under pressure or comprising volatile components. The outer magnetic field may be brought to any position and held thereto. Thus, by determining the orientation of the rotor, it is possible to determine the elastic and plastic properties of the object under study. The rotor (6') is the only part in motion of the apparatus.

Description

Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften Device for measuring rheological properties
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen von rheolo¬ gischen Eigenschaften eines Mediums, bei dem sich ein geeignet ge¬ formter Rotor im Messgut befindet und durch eine Antriebs orrichtung um einen gewissen Betrag gedreht oder in kontinuierliche Drehung ver- setzt wird. Bei der Drehung des Rotors wird das Medium verformt (ge¬ schert) und die resultierende Scherspannung wird gemessen. Aus der Scherspannung werden die entsprechenden rheologischen Grossen des Mediums, wie Viskosität oder elastische oder plastische Grossen, berechnet. Eine Form der Anwendung des erfundenen Gerätes ist die Verwendung als Rotationsviskosimeter zum Messen von Viskositäten.The present invention relates to a device for measuring rheological properties of a medium, in which a suitably shaped rotor is located in the material to be measured and is rotated by a certain amount by a drive device or is set in continuous rotation. When the rotor rotates, the medium is deformed (sheared) and the resulting shear stress is measured. The corresponding rheological parameters of the medium, such as viscosity or elastic or plastic parameters, are calculated from the shear stress. One form of application of the invented device is the use as a rotary viscometer for measuring viscosities.
Rotationsviskosimeter haben gegenüber vielen anderen Arten von Visko- simetern den Vorteil, dass bei Anwendung geeigneter Rotoren und Mess- gefässe (z.B. Kegel-Platte-Anordnung) die Schergeschwindigkeit im Mess- gut einheitlich ist. Rotationsviskosimeter eignen sich daher sehr zur aussagekräftigen rheologischen Untersuchung auch von sogenannten nicht- Newton'schen Flüssigkeiten, bei denen die Viskosität von der Scherge¬ schwindigkeit abhängig ist. Durch Anwendung verschiedener Rotoren und Messgefässe und durch die Möglichkeit der Veränderung der Rotor- Drehgeschwindigkeit lassen sich mit vielen herkömmlichen Rotations- viskosimetern Medien mit sehr verschiedenen Viskositäten untersuchen. In vielen Fällen lassen sich Rotationsviskosimeter auch leichter reinigen als beipielsweise Kapillarviskosimeter. Rotationsviskosi¬ meter werden daher auch häufig zur Untersuchung von Newton'sehen Flüssigkeiten verwendet.Rotary viscometers have the advantage over many other types of viscometers that when using suitable rotors and measuring vessels (e.g. cone and plate arrangement), the shear rate in the material being measured is uniform. Rotational viscometers are therefore very suitable for a meaningful rheological examination of so-called non-Newtonian liquids, in which the viscosity is dependent on the shear rate. By using different rotors and measuring vessels and by the possibility of changing the rotor rotation speed, media with very different viscosities can be examined with many conventional rotary viscometers. In many cases, rotational viscometers are also easier to clean than, for example, capillary viscometers. Rotation viscosimeters are therefore often used for the examination of Newtonian liquids.
Bei den bisher üblichen Rotationsviskosimetern wird der Rotor über ein schaltbares Getriebe von einem Synchronmotor angetrieben. Das durch' die Viskosität des Mediums auf die Rotorachse und auf das Messgef ss ausgeübtes Drehmoment wird meist durch die Verdrehung einer Torsions¬ feder gemessen. Aus dem Drehmoment ergibt sich zusammen mit der Um¬ drehungsgeschwindigkeit des Rotors die gesuchte Grosse der Viskosität.In the case of the rotary viscometers which have been customary to date, the rotor is driven by a synchronous motor via a switchable gear. This is due to the viscosity of the medium on the rotor axis and on the measuring vessel The torque exerted is usually measured by turning a torsion spring. The desired size of the viscosity results from the torque together with the rotational speed of the rotor.
Die üblichen Rotationsviskosimeter weisen also viele bewegliche Teile in einem komplizierten mechanischen System auf und sind daher empfind¬ lich und teuer. Besonders die direkte Verbindung des Rotors mit dem Messwerk und dem Antriebssystem kann in vielen Fällen sehr nachteilig sein, wie anschliessend-gezeigt wird.The usual rotary viscometers therefore have many moving parts in a complicated mechanical system and are therefore sensitive and expensive. In particular, the direct connection of the rotor to the measuring mechanism and the drive system can be very disadvantageous in many cases, as will be shown subsequently.
Das Messgefäss mit dem Rotor und dem Messgut kann bei den üblichen Ge¬ räten nicht dicht abgeschlossen werden, da Dichtringe auf der Rotor¬ achse reiben und somit das Messresultat verfälschen würden. Es besteht daher besonders bei der Untersuchung von korrosiven Medien und bei höheren Temepraturen immer die Gefahr, dass aggressive Dämpfe in das Messsystem bzw. in das Getriebe bzw. in den Motor eindringen und durch Korrosion die Genauigkeit des Gerätes herabsetzen. Di.e Viskosität • vieler Flüssigkeiten ist stark von der Temperatur abhängig, das Mess¬ gut muss dann genau thermostatiert werden können. Durch direkte mechanische Kupplung des Rotors mit dem Getriebe bzw. dem Motor oder dem Messsystem besteht bei Messtemperaturen, die von der Umgebungs¬ temperatur abweichen, die Gefahr der Verfälschung der Messresultate, da über den Rotor Umgebungswärme dem Messgut zugeführt oder Wärme aus dem Messgut abgeführt wird. Die feste mechanische Verbindung des Rotors mit dem Messsystem und der Antriebsvorrichtung ist zudem für die Rei¬ nigung hinderlich. Bei der sogenannten Kegel^Platte-Anordnung, die wegen der ausgeprägten Einheitlichkeit der Scherbedingungen im Messgut oft angewendet wird, ist der Abstand zwischen dem rotierenden Kegel und der feststehenden Platte sehr genau einzuhalten. Bei vielen her¬ kömmlichen Rotationsviskosi etern ist dieser kleine Abstand als Differenz"zweier langer Bauteile (Rotorachse und Plattehalterung) definiert, as sich auf die Reproduzierbarkeit der Resultate nach¬ teilig auswirken kann. Da bei den bisher üblichen Rotationsviskosi¬ metern das Messgefäss nicht dicht abgeschlossen werden kann, sind Messungen unter Druck nicht möglich und Messungen an Substanzgemischen mit einer flüchtigen Komponente sind nur ungenau möglich. Die bisher üblichen Rotationsviskosimeter ermöglichen nur Messungen von Viskositäten und liefern daher keine Angaben über elastische oder plastische Eigenschaften eines' Mediums. Daher ist z.B. die technisch oft wichtige exakte Unterscheidung zwischen plastischen und pseudo- plastischen Medien mit diesen Instrumenten nicht möglich.The measuring vessel with the rotor and the material to be measured cannot be sealed off in the usual devices, since sealing rings rub on the rotor axis and would thus falsify the measurement result. There is therefore always a risk, particularly when examining corrosive media and at higher temperatures, that aggressive vapors penetrate the measuring system or the gearbox or the motor and reduce the accuracy of the device due to corrosion. The viscosity • of many liquids is strongly dependent on the temperature, the material to be measured must then be able to be precisely thermostated. Due to the direct mechanical coupling of the rotor with the gearbox or the motor or the measuring system, there is a risk of falsification of the measurement results at measuring temperatures which deviate from the ambient temperature, since ambient heat is supplied to the measured material or heat is removed from the measured material via the rotor . The fixed mechanical connection of the rotor to the measuring system and the drive device is also a hindrance to cleaning. With the so-called cone-plate arrangement, which is often used in the material to be measured due to the pronounced uniformity of the shear conditions, the distance between the rotating cone and the fixed plate must be observed very precisely. In the case of many conventional rotary viscometers, this small distance is defined as the difference between " two long components (rotor axis and plate holder), which can have a negative effect on the reproducibility of the results. Since the measuring vessel is not tightly sealed in the previously used rotary viscometers measurements under pressure are not possible and measurements on substance mixtures with a volatile component are only possible imprecisely. The usual rotational only allow measurements of viscosities and therefore provide no information on elastic or plastic properties of a 'medium. For this reason, for example, the technically often important exact distinction between plastic and pseudo-plastic media is not possible with these instruments.
Die bisherigen Geräte zur Untersuchung von elastischen oder plastischen Eigenschaften weisen teilweise die gleichen grundsätzlichen Nachteile auf, wie die üblichen Rotationsviskosimeter (komplizierte Mechanik, offene Messgefässe, Korrosions- und Wärmeleitprobleme). Es sind Vorschläge bekannt geworden (z.B. Deutsche PatentschriftThe previous devices for the investigation of elastic or plastic properties sometimes have the same basic disadvantages as the usual rotary viscometers (complicated mechanics, open measuring vessels, problems with corrosion and heat conduction). Proposals have become known (e.g. German patent
Nr. 1 648858), um einige der Mängel- der bisherigen Rotationsviskosi¬ meter dadurch zu verhindern, dass der Rotor über eine magnetische Mit¬ nehmerkupplung angetrieben wird. Diese Kupplung wirkt durch eine Trenn¬ wand hindurch, welche den FVüssigkeitsraum mit dem Messgut vom übrigen Teil des Gerätes abschliesst.No. 1 648858), in order to prevent some of the deficiencies of the previous rotary viscometers by driving the rotor via a magnetic drive clutch. This coupling acts through a partition which seals off the liquid space with the material to be measured from the rest of the device.
Diese Konstruktion kann aber nicht voll befriedigen, da zu den bis¬ herigen komplizierten Bauteilen eines Rotationsviskosimeters die Magnetkupplung als weiteres rotierendes Bauteil zugefügt wurde. Durch die Magnetkupplung wird zudem das Trägheitsmoment des Systems erhöht und es können verstärkte axiale Lagerkräfte auftreten.However, this construction cannot be completely satisfactory, since the magnetic coupling was added as a further rotating component to the previously complicated components of a rotary viscometer. The magnetic coupling also increases the system's moment of inertia and increased axial bearing forces can occur.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese bisherigen Nachteile zu überwinden und ein Gerät zum Messen von rheologischen Grossen hoher Genauigkeit zu schaffen, das mit möglichst nur einem mechanisch bewegten Teil auskommt, und bei dem gleichzeitig das Mess- gefäss dicht geschlossen,wie auch thermostatisiert werden kann und das in der Form eines Rotationsviskosimeters oder in der Form eines Gerätes zum. Messen von elastischen und plastischen Grossen oder in der Form eines universell einsetzbaren kombinierten Gerätes zum Messen von Viskositäten und von elastischen und plastischen Grossen ausgeführt werden kann.The object of the present invention is therefore to overcome these previous disadvantages and to provide a device for measuring rheological values of high accuracy, which manages with only one mechanically moving part, and in which the measuring vessel is sealed and thermostated at the same time can be in the form of a rotary viscometer or in the form of a device for. Measuring elastic and plastic sizes or in the form of a universally usable combined device for measuring viscosities and elastic and plastic sizes.
Diese Aufgabe ist erfindungsmässig dadurch gelöst, dass beim erfundenen Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums ein in das Messgut eingetauchter Rotor ein permanentes magnetisches Moment hat und durch ein drehbares oder rotierendes äusseres, mittels fest- stehender Magnetspulen elektromagnetisch erzeugten Magnetfeldes ange¬ trieben wird, wobei der Verdrehungswinkel des Rotors gegenüber dem äusseren, antreibenden Magnetfeld berührungslos gemessen wird und aus der Grosse dieses Verdrehungswinkels die Scherspannung und daraus die dem Messvorgang entsprechenden rheologischen Grossen bestimmt werden.According to the invention, this object is achieved in that, in the invented device for measuring rheological properties of a medium, a rotor immersed in the material to be measured has a permanent magnetic moment and, by means of a rotatable or rotating exterior, by means of fixed standing magnetic coils of an electromagnetically generated magnetic field is driven, the angle of rotation of the rotor relative to the external, driving magnetic field being measured without contact and the shear stress and the rheological values corresponding to the measuring process being determined from the size of this angle of rotation.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielsweise erläutert. Dabei zeigt:In the following the invention is explained for example with reference to drawings. It shows:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in Kegel-Platte- Anordnung mit Helmholtzspulen, in Teilschnittdarstellung von der Seite,1 shows a first embodiment of the invention in a cone-plate arrangement with Helmholtz coils, in a partial sectional view from the side,
Figur 2 die Aufsicht derselben Ausführungsform, in kleinerem Massstab als bei Figur 1,FIG. 2 shows the top view of the same embodiment, on a smaller scale than in FIG. 1,
Figur 3 den Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfin¬ dung mit zylindrischem Rotor und bewickeltem ringförmigem Kern, Figur 4 schematisch die Art der Bewicklung und Ansteuerung des Kerns der Ausführungsform von Figur 3.3 shows the cross section of a second embodiment of the invention with a cylindrical rotor and a wound annular core, FIG. 4 shows schematically the type of winding and control of the core of the embodiment of FIG. 3.
Das in Figur 1 in einem seitlichen Teilschnitt schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel 1 ist ein kombiniertes Gerät zum Messen von Visko¬ sitäten oder von elastischen oder plastischen Eigenschaften eines Mediums. Es besteht im wesentlichen aus dem Messteil 1, der berüh¬ rungslosen Messvorrichtung, der elektromagnetischen Antriebsvorrich¬ tung 2 und dem Speise-/Auswertegerät 3. Der Messteil i ruht, gegen Verdrehung gesichert, in einer thermisch isolierten, 20, Messteil- halterung 19. Dieser Messteil, der zum Reinigen und Füllen unter Zu- hilfenahme ei'jies Griffs 27 aus der Messteilhalterung 19 entfernt werden kann, besteht aus den folgenden drei Teilen, die sich zum Zwecke des Füllens oder Reinigens voneinander trennen lassen: einem unteren Messteilstück 4, einem oberen Messteilstück 5 und einem Rotor 6.The exemplary embodiment 1 shown schematically in a lateral partial section in FIG. 1 is a combined device for measuring viscosities or elastic or plastic properties of a medium. It essentially consists of the measuring part 1, the non-contact measuring device, the electromagnetic drive device 2 and the supply / evaluation device 3. The measuring part i rests, secured against rotation, in a thermally insulated, 20 measuring part holder 19. this measuring part which aid of for cleaning and filling under supply ei 'Jie handle can be removed from the measuring portion holder 19 27, consists of the following three parts, which can be separated for the purpose of filling or cleaning of each other: a lower measuring section 4, a upper measuring section 5 and a rotor 6.
Der Rotor 6 ist unten als kegelförmiger Messkörper 33 ausgebildet und wird mit einem einstellbaren Spitzenlager 24, 32 über der Platte 21 des unteren MessteilStücks 4 gelagert. Das Spitzenlager besteht z.B. aus ei¬ ner Saphir-Lagerkalotte 32 und einer Wolframkarbidspitze 24, welche mit Hilfe einer Halterungsschraube' 22 und einer Mutter 23 in der Höhe justiert werden kann. Das obere Ende des Rotorschafts 34 trägt die Achse 36 eines oberen Lagers, welche von einem Lochstein 31 ge¬ führt wird. Ein Permanentmagnet 35 ist fest mit dem Rotorschaft 34 verbunden und verleiht dem Rotor ein magnetisches Moment. Im Zwischen¬ raum zwischen der Platte 21 und dem Kegel 33 des leicht drehbar ge- lagerten Rotors 6 befindet sich das Messgut 7. Das untere Messteil- stück 4 und damit das Messgut 7 und der Rotor 6 werden mit Hilfe einer thermostatisierten Flüssigkeit, welche durch die Zuleitungs- und Wegleitungsschl uche 28, 28' und durch einen Wärmetauscher 26 fliesst, auf einer einstellbaren , gewünschten Temperatur gehalten. Zur Erleichterung des Zusammensetzen der einzelnen Teile 4, 5, 6 des Messteils 1 ist sowohl die Kalotte 32 des unteren Lagers, wie auch der Lochstein 31 des oberen Lagers mit einem relativ grossen Konus zur Selbsteinführung der unteren Lagerspitze 24 bzw. der Achse 36 des oberen Lagers versehen. Der Messteil 1 trägt die berührungslose Messvorrichtung, hier in der Form eines elektrooptisehen Durchgangsdetektors, bestehend aus einem Autokollimator 9 mit einem Spiegel 10, welcher das Bild eines mit einer Lampe 37 beleuchteten Spaltes 38 im Unendlichen abbildet. Be¬ findet sich der Rotor 6 in einer bestimmten Orientierung, so geht der Lichtstrahl nach Reflexion an dem mit dem Rotorschaft 34 verbundenen Spiegel 10 zum zweiten Mal durch ein Objektiv 40 hindurch, und nach Reflexion an einem halbdurchlässigen Spiegel 39 wird der helle Spalt auf eine Photodiode 41 abgebildet.The rotor 6 is designed at the bottom as a conical measuring body 33 and is mounted with an adjustable tip bearing 24, 32 above the plate 21 of the lower measuring part 4. The top stock consists for example of ei¬ ner sapphire ball socket 32 and a tungsten carbide tip 24 which can be adjusted by means of a retaining screw "22 and a nut 23 in height. The upper end of the rotor shaft 34 carries the Axis 36 of an upper bearing, which is guided by a perforated brick 31. A permanent magnet 35 is fixedly connected to the rotor shaft 34 and gives the rotor a magnetic moment. In the intermediate space between the plate 21 and the cone 33 of the easily rotatably mounted rotor 6 there is the measurement material 7. The lower measurement section 4 and thus the measurement material 7 and the rotor 6 are removed with the aid of a thermostatted liquid which the supply and routing hoses 28, 28 'and flowing through a heat exchanger 26 are kept at an adjustable, desired temperature. To facilitate the assembly of the individual parts 4, 5, 6 of the measuring part 1, both the calotte 32 of the lower bearing and the perforated brick 31 of the upper bearing with a relatively large cone for self-insertion of the lower bearing tip 24 or the axis 36 of the upper one Bearing. The measuring part 1 carries the non-contact measuring device, here in the form of an electro-optical passage detector, consisting of an autocollimator 9 with a mirror 10, which images the image of a gap 38 illuminated with a lamp 37 at infinity. If the rotor 6 is in a certain orientation, the light beam, after reflection on the mirror 10 connected to the rotor shaft 34, passes through an objective 40 for the second time, and after reflection on a semi-transparent mirror 39, the bright slit becomes a Photodiode 41 shown.
Die elektromagnetische Antriebsvorrichtung 2 besteht aus zwei Paaren von Helmholtzspulen 13/13', 13"/13"' , deren Achsen in einer horizon¬ talen Ebene liegen und sich rechtwinklig kreuzen. Ein Helmholtzspulen- paar ist die koaxiale Anordnung von zwei gleichartigen, kreisförmigen Spulen mit kleinem Wicklungsquerschnitt, die vom gleichen Strom durch¬ flössen werden . Die Messteil alterung 19 ist auf einer mit Hilfe von Fussschrauben und einer Libelle horizontierbaren Grundplatte befestigt, auf der auch die Helmholtzspulenpaare mittels spezieller Halterungsteile fixiert sind. Das Speise-/Auswertegerät 3 liefert bei Verwendung des universellen Gerätes als Rotationsviskosimeter zwei um 90° phasenverschobene sinusförmige Wechselströme, welche über Zuleitungen.17 die Helmholtz- spulenpaare 13/13' ,.13"/13"' speisen. Das Speise-/Auswertegerät 3 5 empfängt auch die Signale des berührungslosen elektrooptisehen Durch¬ gangsdetektors 9, 10 über die Leitungen 18 und wertet sie aus.The electromagnetic drive device 2 consists of two pairs of Helmholtz coils 13/13 ', 13 "/ 13"', the axes of which lie in a horizontal plane and intersect at right angles. A pair of Helmholtz coils is the coaxial arrangement of two identical, circular coils with a small winding cross section through which the same current flows. The measuring part aging 19 is attached to a base plate that can be horizontally adjusted using foot screws and a spirit level, on which the Helmholtz coil pairs are also fixed by means of special mounting parts. When using the universal device as a rotary viscometer, the supply / evaluation device 3 supplies two sinusoidal alternating currents which are phase-shifted by 90 ° and which feed the Helmholtz coil pairs 13/13 ', .13 "/ 13"' via feed lines.17. The feed / evaluation device 35 also receives the signals of the contactless electro-optical passage detector 9, 10 via the lines 18 and evaluates them.
Durch die Speisung der Helmholtzspulenpaare 13/13' , 13"/13"' mit den um 90° phasenverschobenen sinusförmigen Wechselströmen kann in der Nähe der Kreuzungspunkte der Spulenachsen, wo sich auch der Magnet 35 befindet, ein sehr homogenes rotierendes Magnetfeld erzeugt werden, welches den Rotor 6 in gleichmässige Drehung versetzt. Im Speise-/Aus- wertegerät 3 wird jeweils bei einer bestimmten Orientierung des an¬ treibenden Magnetfeldes, z.B. wenn der Wechselstrom im Helmholtz- spulenpaair 13/13' von der positiven Seite durch Null hindurchgeht, über einen elektronischen Detektor ein Signal gegeben und damit eine Zeitmessung in einer ZeitmessVorrichtung ausgelöst. Das Signal der • Photodiode 41 des elektrooptisehen Durchgangsdetektors 9, 10 beendet diese Zeitmessung (t-,) und startet eine- zweite Zeitmessung. Vor der Wiederholung der Periode wird auch diese Zeitmessung (t ) beendet. Die beiden gemessenen Zeiten t-, und t2 werden gespeichert und angezeigt und die beiden Uhren (Zähler) der Zeitmessvorrichtung auf Null ge¬ stellt. Die Summe der beiden Zeiten ist im stationären Fall gleich der Periodendauer für eine Umdrehung des Rotors und das Verhältnis einer der beiden Zeiten zur Periodendauer ist ein Mass für die Phasenver- Schiebung des Rotors gegenüber dem antreibenden Magnetfeld. Zur Be¬ rechnung der Scherspannung τ , der angewendeten Schergeschwindigkeit γ und der Viskosität η des Mediums können mit guter Näherung die folgenden Formeln verwendet werden:By feeding the Helmholtz coil pairs 13/13 ', 13 "/ 13"' with the 90 ° phase-shifted sinusoidal alternating currents, a very homogeneous rotating magnetic field can be generated in the vicinity of the crossing points of the coil axes, where the magnet 35 is also located the rotor 6 rotated smoothly. In the feed / evaluation device 3, a signal is given via an electronic detector and thus a signal when the driving magnetic field is oriented, for example when the alternating current in the Helmholtz coil pair 13/13 'passes through zero from the positive side Time measurement triggered in a time measurement device. The signal from the • photodiode 41 of the electro-optical continuity detector 9, 10 ends this time measurement (t-,) and starts a second time measurement. This time measurement (t) is also ended before the period is repeated. The two measured times t 1 and t 2 are stored and displayed and the two clocks (counters) of the time measuring device are set to zero. In the stationary case, the sum of the two times is equal to the period for one revolution of the rotor and the ratio of one of the two times to the period is a measure of the phase shift of the rotor with respect to the driving magnetic field. The following formulas can be used with good approximation to calculate the shear stress τ, the shear rate γ used and the viscosity η of the medium:
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001
2) t]+t2
Figure imgf000009_0001
2) t ] + t 2
Figure imgf000009_0001
dabei istis there
Mß das magnetische Moment des RotorsM ß the magnetic moment of the rotor
B die magnetische Induktion des antreibenden Feldes a, b je eine Instrumentenkonstante, die durch die geo¬ metrischen Abmessungen des Rotors bestimmt sindB the magnetic induction of the driving field a, b each an instrument constant, which are determined by the geometric dimensions of the rotor
Ψo eine weitere InstrumentenkonstanteΨo another instrument constant
Falls das antreibende Magnetfeld sehr stark ist, so müssen die Formeln 1 und 3 gegebenenfalls abgeändert werden, um weitere magnetische Eigenschaften des Rotors zu berücksichtigen, damit die gewünschte Messgenauigkeit erreicht wird. Die Instrumentenkonstante ψ0 ist durch die Konstruktion des Instruments festgelegt und lässt sich auch experimentell ermitteln, indem eine Newton'sehe Flüssigkeit, von der man die Viskosität nicht zu kennen braucht, bei verschiedenen Rotationsgeschwindigkeiten des Rotors untersucht wird.If the driving magnetic field is very strong, the formulas 1 and 3 may have to be modified to take into account further magnetic properties of the rotor so that the desired measurement accuracy is achieved. The instrument constant ψ 0 is determined by the construction of the instrument and can also be determined experimentally by examining a Newtonian liquid, of which one does not need to know the viscosity, at different rotational speeds of the rotor.
Es wurde ein Gerät entsprechend dieser ersten Ausführu-ngsform gebaut, welches durch die folgenden Angaben charakterisiert ist: magnetisches Moment des Rotors Mß = 0,1 A«m2 ; magnetische Induktion des antreiben¬ den Magnetfeldes B = 550 μT ; Radius des Kegels r = 24 mm ; Winkel zwischen Kegel und Platte α = 1 ,2° ; Radius der Lagerkalotte: 0,12 mm < r' < 0,15 mm; Radius der Wolframkarbidspitze r" = 0,04 mm ; Fehler im sinusförmigen Verlauf der Ströme zur Speisung der Helmholtz- spulen: < 0,7 % von I ; Fehler in der Phasenverschiebung: < 0,5 ; Frequenz : 0,02 Hz < f < 20 Hz. Mit diesem praktisch ausgeführten Instrument waren die Fehler der mit Hilfe von Formel 1 aus t-, und t2 bestimmten Scherspannungen kleiner als V/o des maximalen Messwertes.A device was built according to this first embodiment, which is characterized by the following information: magnetic moment of the rotor M ß = 0.1 A «m 2 ; magnetic induction of the driving magnetic field B = 550 μT; Radius of the cone r = 24 mm; Angle between cone and plate α = 1, 2 °; Radius of the spherical cap: 0.12 mm <r '<0.15 mm; Radius of the tungsten carbide tip r "= 0.04 mm; error in the sinusoidal course of the currents for feeding the Helmholtz coils: <0.7% of I; error in the phase shift: <0.5; frequency: 0.02 Hz <f <20 Hz. With this practical instrument, the errors of the shear stresses determined with the help of Formula 1 from t and t 2 were less than V / o of the maximum measured value.
Figur 2 zeigt die gleiche Ausführung wie Figur 1, aber hier in Auf- sichtdarstellung und in kleinerem' Massstab. Die Schrauben 8 und 8' dienen zur Verbindung des oberen MessteilStücks 5 mit dem unteren Messteilstück 4. Gewisse flüssigkeitsähnliche Medien zeigen'elastische und plastische Eigenschaften, welche, neben der normalen Viskositätsmessung, eben¬ falls mit der ersten Ausführungsform der Erfindung untersucht werden können. Dazu kann das Speise-/Auswertegerät 3 in eine andere Betriebs- art umgeschaltet werden, in der das durch die Helmholtzspulen erzeugte äussere Magnetfeld nicht mehr mit einstellbarer, aber konstanter, Ge¬ schwindigkeit dreht, sondern die Richtung dieses Magnetfeldes durch Be¬ tätigung eines mit einer Skala versehenen Drehknopfs am Speise-/Aus- wertge ät in einem gewissen Bereich in eine willkürliche, an der Skala des Drehknopfs ablesbare Orientierungvgebracht werden kann. Der Rotor verfügt zudem über eine zusätzliche WinkelSkala 11 und eine auf dem feststehenden Teil des Messteils angebrachte Ablesevorrichtung 12 zur Bestimmung der Orientierung p des Rotors. Zur Untersuchung der statischen elastischen und plastischen Eigenschaften des Mediums kann nun beispielsweise auf folgende Art vorgegangen werden: Die Richtung x des äusseren Magnetfeldes wird am erwähnten Drehknopf so einge¬ stellt, dass in ein- und ausgeschaltetem Zustand des Magnetfeldes der Rotor am gleichen Ort ist. Wird nun die Richtung des äusseren Magnetfeldes um einen kleinen Winkel Δx verstellt, so folgt der Rotor im Falle von statisch elastischem Verhalten des. Mediums nur um einen - Bruchteil von Δx nach, was an der Skala 11 eine Aenderung der Rotor¬ orientierung von Δp ergibt, während bei rein viskosen, nicht ela¬ stischen Medien der Rotor um den ganzen Winkel Δ nachfolgen muss. Aus den beiden Winkeldifferenzen Δx und Δp und der Geometrie des Rotors, sowie den übrigen physikalischen Daten des Instruments, lässt sich die Elastizität berechnen. Ueberschreitet der Wert von Δx - Δp , d.h. die Verdrehung des Rotors gegenüber dem Magnetfeld, ein gewisses Mass, so ergibt sich nach Abschalten des Magnetfeldes eine dauernde Aenderung der Lage des Rotors. In diesem Fall wurde die für das plastische Verhalten charakteristische Grosse τ0, die Fliessgrenze, überschritten. Je nach dem rheologischen Verhalten des Mediums können auch andere Verfahren mit derselben Einrichtung angewendet werden, wie z-.B. die Beobachtung der Grosse der Relaxation nach kontinuierlicher Scherverformung. Die Richtung p des Rotors kann auch dadurch gemessen werden, dass ein heller Spalt mit einem Projektor, nach Reflexion an einem am Rotorschaft befestigten Spiegel,auf eine feststehende Skala abgebildet wird. Die Skala kann auch aus einer Serie von Photodioden bestehen, wodurch eine schnelle elektrische Messung von Δp und daher auch die Durchführung von dynamischen Messungen, wie z.B. Bestimmungen von Relaxationszeiten, möglich wird. Zur Messung von NormalSpannungen, wie sie bei der Verformung von viskoelastischen Flüssigkeiten auf¬ treten, können Druckmesseinrichtungen in die Platte 21 eingebaut werden.Figure 2 shows the same embodiment as Figure 1, but visual representation here in construction and in smaller 'scale. The screws 8 and 8 'serve to connect the upper measuring part 5 to the lower measuring part 4. Certain liquid-like media show 'elastic and plastic properties which, in addition to the normal viscosity measurement likewise appropriate, can be investigated, with the first embodiment of the invention. For this purpose, the supply / evaluation device 3 can be switched over to another operating mode, in which the external magnetic field generated by the Helmholtz coils no longer rotates at an adjustable, but constant, speed, but rather the direction of this magnetic field by actuating one a rotary knob on the feed / evaluation unit can be brought into a certain range in an arbitrary orientation that can be read on the scale of the rotary knob. The rotor also has an additional angle scale 11 and a reading device 12 attached to the fixed part of the measuring part for determining the orientation p of the rotor. To investigate the static elastic and plastic properties of the medium, the following procedure can now be used, for example: The direction x of the external magnetic field is set on the rotary knob mentioned in such a way that the rotor is at the same location when the magnetic field is switched on and off. If the direction of the external magnetic field is now adjusted by a small angle .DELTA.x, the rotor follows in the case of statically elastic behavior of the medium only by a fraction of .DELTA.x, which results in a change in the rotor orientation of .DELTA.p on scale 11 , while in the case of purely viscous, non-elastic media, the rotor must follow the entire angle Δ. The elasticity can be calculated from the two angle differences Δx and Δp and the geometry of the rotor, as well as the other physical data of the instrument. If the value of Δx - Δp, ie the rotation of the rotor with respect to the magnetic field, exceeds a certain degree, the position of the rotor changes continuously after the magnetic field is switched off. In this case the characteristic τ 0 , the yield point, which is characteristic of the plastic behavior, was exceeded. Depending on the rheological behavior of the medium, other methods with the same device can also be used, e.g. the observation of the size of the relaxation after continuous shear deformation. The direction p of the rotor can also be measured by a bright gap with a projector, after reflection on a mirror attached to the rotor shaft, on a fixed scale is mapped. The scale can also consist of a series of photodiodes, which enables a rapid electrical measurement of Δp and therefore also the implementation of dynamic measurements, such as determining relaxation times. Pressure measuring devices can be built into the plate 21 for measuring normal stresses, such as occur during the deformation of viscoelastic liquids.
Diese erste Ausführungsform der Erfindung ist zudem mit einer Vor¬ richtung zur Kompensation störender Gleichmagnetfelder, wie z.B. das Erdmagnetfeld, durch Ueberlagerung eines kompensierenden 'Gegenstromes auf die Helmholtzspulen ausgerüstet. Im Uebrigen kann der Einfluss von Fremdfeldern auch durch ein Gehäuse aus Material mit abschirmenden Eigenschaften, wie z.B. Mu-Metall, eliminiert werden.This first embodiment of the invention is also equipped with a device for compensating Vor¬ blocking DC magnetic fields such as the earth's magnetic field, provided by superimposing a compensating 'counter-current to the Helmholtz coils. In addition, the influence of external fields can also be eliminated by a housing made of material with shielding properties, such as mu-metal.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung, mit einem dicht verschliess- baren Gefäss 25, 5' und ohne Achsdurchführung, wird als Rotations- • viskosimeter verwendet und ist in Figur 3 im Querschnitt dargestellt. Der Messteil besteht aus einem zylindrischen Gefäss 25, in welchem ein zylindrischer Rotor 6' gelagert ist; das Gefäss wird mit dem Deckel 5' verschlossen. Wie in Ausführungsbeispiel 1 ist auch hier die Lager- kalotte 32 und der Lochstein 31 mit je einem grossen Konus zur Selbst¬ einführung der Spitze 24 bzw. der Achse 36 versehen. Vor dem Aufsetzen des Deckels 5' wird eine Vorrichtung 30 zum Vorzentrieren des Rotors 6' auf eine entsprechende Halterung im Gefäss 25 gelegt. Das Gefäss ent¬ hält einen Anschlussstutzen für eine Druckausgleichsleitung oder für den Anschluss eines Druckmessgerätes.A second embodiment of the invention, with a tightly closable vessel 25, 5 'and without an axis bushing, is used as a rotational viscometer and is shown in cross section in FIG. The measuring part consists of a cylindrical vessel 25 in which a cylindrical rotor 6 'is mounted; the vessel is closed with the lid 5 '. As in exemplary embodiment 1, the bearing cap 32 and the perforated brick 31 are each provided with a large cone for self-insertion of the tip 24 or the axis 36. Before the lid 5 'is put on, a device 30 for precentering the rotor 6' is placed on a corresponding holder in the vessel 25. The vessel contains a connecting piece for a pressure compensation line or for connecting a pressure measuring device.
Die berührungslose MessVorrichtung 9, 10 ist gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel in Figur 1 ausgeführt; die Messung erfolgt hier durch ein druckfest im Gefäss 25 eingesetztes Fenster 29 hindurch.The contactless measuring device 9, 10 is designed in the same way as in the first exemplary embodiment in FIG. 1; the measurement takes place here through a pressure-resistant window 29 inserted in the vessel 25.
Die elektromagnetische AntriebsVorrichtung 2' besteht hier aus einem horizontal angeordneten ringförmigen Kern 15 aus weichmagnetischemThe electromagnetic drive device 2 'here consists of a horizontally arranged annular core 15 made of soft magnetic
Material, der mit vier in möglichst tetragonaler Symmetrie angeordneten Magnetspulen 14, 14', 14", 14"' in der Art eines Ringkerns bewickelt ist. Die'Spulen sind paarweise züsammengeschaltet und werden mit zwei um 90 phasenverschobenen sinusförmigen Wechselströmen gespeist. Die Art der Bewicklung und Beschaltung dieser ringförmigen An¬ triebsvorrichtung ist in Figur 4 schematisch dargestellt. 16 und 16' sind die Quellen der zwei um 90° phasenverschobenen Wechselströme. Ein wesentliches Merkmal dieser elektro agentisehen AntriebsVorrichtung ist die rotationssymmetrische Anordnung des weichmagnetischen Kerns um die Achse des Rotors 6' herum. Da der Permanentmagnet 35 des Rotors somit nicht an diskreten ferromagnetisehen Polen hängenbleiben kann, ergibt sich eine sehr gleichmässige Drehung des Rotors.Material which is wound with four magnet coils 14, 14 ', 14 ", 14"' arranged in the manner of a tetragonal symmetry in the manner of a ring core. The 'coils are pairwise züsammengeschaltet and with two phase-shifted by 90 sinusoidal alternating currents fed. The type of winding and wiring of this ring-shaped drive device is shown schematically in FIG. 16 and 16 'are the sources of the two alternating currents which are 90 ° out of phase. An essential feature of this electro-agentic drive device is the rotationally symmetrical arrangement of the soft magnetic core around the axis of the rotor 6 '. Since the permanent magnet 35 of the rotor cannot get stuck on discrete ferromagnetic poles, the rotor rotates very evenly.
Diesezweite Ausführungsform gestattet Messungen unter Druck und bei höheren Temperaturen und ist zur Untersuchung von Substanzen mit leicht flüchtigen Komponenten geeignet.This second embodiment allows measurements under pressure and at higher temperatures and is suitable for the investigation of substances with volatile components.
Das Speise-/Auswertegerät 3' enthält einen elektronischen Rechner, der sowohl die' Aufarbeitung der Messresultate ausführt, wie auch den Mess¬ ablauf steuert, indem er beispielsweise eine programmierte Veränderung der Rotationsfrequenz bewirken kann, um das möglicherweise nicht¬ Newton'sehe Messgut bei verschiedenen Schergeschwindigkeiten zu unter¬ suchen. Der Rechner kann auch zu Regelungszwecken, wie etwa der Regelung der Temperatur des Messgutes, angewendet werden.The supply / evaluation unit 3 'includes an electronic computer, both the' processing of the measurement results executes controls as well as the expiration Mess¬ by it can cause, for example a programmed change in the rotational frequency to the possibly nicht¬ Newtonian material to be measured in to investigate different shear rates. The calculator can also be used for control purposes, such as controlling the temperature of the measured material.
Das erfundene Messgerät eignet sich sowieso hervorragend zur direkten Verbindung mit einem Digitalrechner, da der eigentliche Messvorgang das Messen von Zeiten, d.h. also das Zählen von periodischen Vorgängen, be¬ inhaltet. Besonders bei starkwandigen metallischen Gefässen für hohe Drucke ist die Anwendung eines Rechners angezeigt, umVαie unter Um¬ ständen nicht zu vernachlässigenden WirbelStromeffekte und auch die Temperaturabhängigkeit des magnetischen Moments des Rotors rechnerisch zu berücksichtigen. Auch können die phasenverschobenen Wechselströme zur Speisung der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung digital erzeugt und mit. einem DA-Wandler in ein analoges Signal umgewandelt werden.The invented measuring device is ideally suited for direct connection to a digital computer anyway, since the actual measuring process involves measuring times, i.e. that is, counting periodic processes. Particularly in the case of thick-walled metallic vessels for high pressures, the use of a computer is advisable in order to take account of eddy current effects, which may not be negligible, and also the temperature dependence of the magnetic moment of the rotor. The phase-shifted alternating currents for supplying the electromagnetic drive device can also be generated digitally and with. a DA converter can be converted into an analog signal.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist' ähnlich wie die in den Figuren 1 und 2 gezeigte erste Ausführungsform aufgebaut und wird als Rotationsviskosimeter verwendet. Im Unterschied zur ersten Ausführungs¬ form weist diese dritte Ausführungsform keinen Durchgangsdetektor auf und die Phasenverschiebung des Rotors gegenüber dem.antreibenden Magnetfeld wird auf einer Skala optisch angezeigt. Dabei- wird die fol- gende Konstruktion angewendet: Ein feststehender Projektor mit einer tA third embodiment of the invention is' similar to the first embodiment shown in Figures 1 and 2 constructed and used as a rotational viscometer. In contrast to the first embodiment, this third embodiment has no continuity detector and the phase shift of the rotor with respect to that . driving magnetic field is optically displayed on a scale. The following construction is used: A fixed projector with one t
Ultraviolett-Blitzlampe ist so eingerichtet, dass er das Bild eines Spaltes nach Umlenkung durch einen am Rotor' befestigten Spiegel auf eine feststehende Skala mit fluoreszierender und im sichtbaren Bereich nachleuchtender Beschichtung abbildet. Bei jedem Durchgang des an- treibenden Magnetfeldes durch eine bestimmte Orientierung wird, im Gegensatz zu der ersten und zweiten Ausführungsform, nicht die erste Zeitmessung ausgelöst, sondern die UV-Blitzlampe gezündet. Dadurch ergibt sich auf der Skala eine nachleuchtende Marke, welche je nach der Phasenverschiebung bzw. Scherspannung bzw." Viskosität an einer anderen Stelle der Skala erscheint. Die Skala kann beispiels¬ weise direkt in Einheiten der Scherspannung geeicht werden.Ultraviolet flash lamp is so arranged that it images the image of a gap after being deflected by a 'fixed to the rotor mirror on a fixed scale with fluorescent and luminous visible coating. In contrast to the first and second embodiments, each time the driving magnetic field passes through a certain orientation, the first time measurement is not triggered, but the UV flash lamp is ignited. This results in an afterglow mark on the scale, which appears at a different point on the scale depending on the phase shift or shear stress or "viscosity. The scale can, for example, be calibrated directly in units of the shear stress.
Da eine möglichst kleine Lagerreibung angestrebt wird, sind die Spitzeηlager in den Ausführungsformen 1, 2 und 3 spezifisch relativ stark belastet. Um die Lager vor Zerstörung durch Schläge, die bei unsorgfältigem Abstellen des Messteils auf einer harten Unterlage unter Umständen entstehen können, zu schützen, kann die Lagerspitze oder die Lagerkalotte derart gefasst werden, dass beim Ueber- schreiten einer gewissen Belastung eine Feder reversibel verformt wird und dadurch die Ueberlastung des Lagers verhindert wird. Für gewisse Verwendungszwecke kann auch die Anwendung von anderen Lagern, wie z. B. von Wälzlagern oder von magnetisch entlasteten Lagern, angezeigt sein.Since the smallest possible bearing friction is aimed for, the tip bearings in the embodiments 1, 2 and 3 are specifically relatively heavily loaded. In order to protect the bearings from damage due to impacts that may arise if the measuring part is placed on a hard surface, the tip of the bearing or the spherical cap can be gripped in such a way that a spring is reversibly deformed when a certain load is exceeded and thereby preventing the bearing from being overloaded. For certain uses, the use of other bearings, such as. B. of rolling bearings or magnetically relieved bearings.
Der anspruchsmässige Umfang der Erfindung ist nicht auf die hier be¬ schriebenen Beispiele begrenzt. Praktisch nützliche Ausführungsformen des erfundenen rheologischen Messgerätes können auch mit anderen als den beschriebenen Phasenverschiebungen, Spulenandordnungen, Messkörpern etc. gebaut werden.The demanding scope of the invention is not limited to the examples described here. Practically useful embodiments of the invented rheological measuring device can also be built with phase shifts, coil arrangements, measuring elements etc. other than those described.
So kann beiφieisweise das Instrument mehrere Spiegel oder mehrere elektrooptisehe Detektoren aufweisen, um die Phasenverschiebung mehr¬ mals während einer Umdrehung zu messen, was vor allem bei kleinen Schergeschwindigkeiten von Vorteil ist. Durchgangsdetektoren lassen sich auch so konstruieren, dass der Glühfaden einer Lampe an Stelle eines Spaltes abgebildet wird und dass nur ein einfacher Projektor an¬ gewendet wird, der das helle Bild über einen am Rotorschaft befe¬ stigten Spiegel auf eine Photodiode abbildet. Der Einsatz von Infra¬ rot!icht, UV-Licht, Laser-, Röntgen- oder Gammastrahlen für die be- rührungslose Messvorrichtung kann in gewissen Fällen vorteilhaft sein. Ein Durchgangsdetektor kann auch dadurch realisiert werden, dass die vom Magnet 35 ausgehende vertikale Magnetfeldkomponente mit beispielsweise einem Hall-Detektor festgestellt wird. Die Erfindung ist auch dadurch nicht begrenzt, dass die Intensität des antreibenden Magnetfeldes während des Messvorgangs konstant bleiben müsste. Es gibt Fälle wo es angezeigt ist, dass die Phasenver¬ schiebung zwischen dem Rotor und dem Drehmagnetfeld auch bei ver¬ schiedenen Scherspannungen einen konstanten Wert annimmt oder wenigstens ein Mindestwert erreicht wird, wozu die Intensität des -Drehmagnetfeldes entsprechend variiert wird.For example, the instrument can have a plurality of mirrors or a plurality of electro-optical detectors in order to measure the phase shift several times during a revolution, which is particularly advantageous at low shear rates. Passage detectors can also be constructed in such a way that the filament of a lamp is imaged instead of a gap and that only a simple projector is used which images the bright image onto a photodiode via a mirror attached to the rotor shaft. The use of infrared, UV light, laser, X-ray or gamma rays for the known Non-contact measuring device can be advantageous in certain cases. A continuity detector can also be implemented in that the vertical magnetic field component emanating from the magnet 35 is determined using, for example, a Hall detector. The invention is also not limited by the fact that the intensity of the driving magnetic field should remain constant during the measurement process. There are cases where it is indicated that the phase shift between the rotor and the rotating magnetic field assumes a constant value even at different shear stresses or at least a minimum value is reached, for which purpose the intensity of the rotating magnetic field is varied accordingly.
Durch die Verwendung von verschiedenen Rotoren, Messgefässen, Magneten oder Intensitäten des Drehmagnetfeldes kann das erfundene Gerät je¬ weils dem vorgesehenen Verwendungszweck angepasst werden. Eine für spezielle Fälle, wo ein kleines Totvolumen gewünscht wird, interessante Anordnung des Mess'körpers und Messgefässes besteht aus einem aus zwei Kegeln mit gemeinsamer Basis gebildeten doppelkegligen Rotor, der in einem doppelkegeligen Gefäss mit etwas grösserem Kegelwinke! rotiert. Bei der zweiten, in Figur 3 dargestellten Ausführungsform der Er- findung, kann die Empfindlichkeit des Instruments durch Variation des Abstandes des Magneten 35 von der Antriebsvorrichtung 2' verändert werden. Der Ringkern dieser zweiten Ausführungsform besteht z.B. aus einem gewickelten Ring aus 20 Windungen M6X Trafoblechband (23 mm x 0,35 mm), mit einem Innendurchmesser von 110 mm. 70 mm über dem Zentrum ist die Stärke des Drehmagnetfeldes nur noch rund V3 des Wertes im Zentrum; der Messbereich des Gerätes" wird dadurch ent¬ sprechend verändert.By using different rotors, measuring vessels, magnets or intensities of the rotating magnetic field, the invented device can be adapted to the intended use. One for special cases where a small dead volume is desired, interesting arrangement of the measuring 'the body and consists of a measuring vessel formed from two cones with a common base doppelkegligen rotor larger in a doppelkegeligen vessel with some taper angle? rotates. In the second embodiment of the invention shown in FIG. 3, the sensitivity of the instrument can be changed by varying the distance of the magnet 35 from the drive device 2 '. The ring core of this second embodiment consists, for example, of a wound ring of 20 turns of M6X transformer sheet metal strip (23 mm x 0.35 mm), with an inner diameter of 110 mm. 70 mm above the center, the strength of the rotating magnetic field is only around V3 of the value in the center; the measuring range of the device "is changed accordingly.
Das antreibende Drehmagnetfeld könnte auch mit beispielsweise vier parallelorientierten Magnetspulen, die je einen ferromagnetisςhen Kern enthalten, erzeugt werden. Obschon bei dieser Anordnung der Spu¬ len diskrete ferro agnetische Pole vorhanden sind, was sich im allge¬ meinen nachteilig auf die Gleichmässigkeit der Drehung des Rotors aus¬ wirkt, schliesst die vorliegende Erfindung die Anwendung dieser oder ähnlicher Spulenanordnungen in einem speziellen Bedarfsfall nicht äiTs. Eine weitere Variante zur Erzeugung eines Drehmagnetfeldes wäre die Drehung eines zusätzlichen Permanentmagneten durch eine mechanische Antriebsvorrichtung. Diese Version ist aber mechanisch aufwendig und störungsanfällig und wird daher nicht empfohlen. An Stelle des Permanentmagneten 35 am Rotor liesse sich auch ein Stück eines geeigneten weichmagnetischen Materials anwenden, doch wären in diesem Falle die Drehkräfte sehr klein und der quantitative Zusammen¬ hang zwischen der Scherspannung und dem Verdrehungswinkel kompliziert.The driving rotating magnetic field could also be generated with, for example, four parallel-oriented magnetic coils, each containing a ferromagnetic core. Although there are discrete ferro magnetic poles in this arrangement of the coils, which generally has a disadvantageous effect on the uniformity of the rotation of the rotor, the present invention does not always exclude the use of these or similar coil arrangements in a special case of need. Another variant for generating a rotating magnetic field would be the rotation of an additional permanent magnet by means of a mechanical drive device. However, this version is mechanically complex and prone to failure and is therefore not recommended. Instead of the permanent magnet 35 on the rotor, a piece of a suitable soft magnetic material could also be used, but in this case the turning forces would be very small and the quantitative relationship between the shear stress and the angle of rotation would be complicated.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen, sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in geeigneten Kombinationen, wie beispielsweise die Verwen¬ dung einer ringförmigen elektromagnetischen Antriebsvorrichtung 2', zusammen mit einem kegelförmigen Rotor 6, für die Verwendung der Erfindung in ihren verschiedensten Ausführungsformen wesentlich sein. The features of the invention disclosed in the above description, in the drawings and in the claims can be used both individually and in suitable combinations, such as, for example, the use of an annular electromagnetic drive device 2 ', together with a conical rotor 6, for the Use of the invention in its various embodiments may be essential.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums, mit einem Speise-/Auswertegerät (3), einem Messteil (1) mit einem in das Medium (7) eingetauchten Rotor (6) und einer elektromagnetischen An¬ triebsvorrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) ein permanentes magnetisches Moment hat und von einem drehbaren oder rotierenden Magnetfeld angetrieben wird, welches durch die Speisung von feststehenden Magnetspulen (13, 13', .13", 13"') der elektro¬ magnetischen AntriebsVorrichtung (2) mit Gleichströmen oder mit phasenverschobenen Wechselströmen erzeugt wird, und dass der Ver- drehungswinkel des Rotors gegenüber dem antreibenden Magnetfeld mit einer berührungslosen Messvorrichtung (9, 10) gemessen wird und dass die Scherspannung und damit auch die Viskosität oder andere rheo- logische Grossen des Mediums, aus dem quantitativen Zusammenhang zwischen der Scherspannung, dem Verdrehungswinkel des Rotors gegen- über dem Magnetfeld, der Stärke des Magnetfeldes und den magne¬ tischen Eigenschaften des Rotors, sowie den geometrischen Ab¬ messungen des Messteils bestimmt wird.1. Device for measuring rheological properties of a medium, with a feed / evaluation device (3), a measuring part (1) with a rotor (6) immersed in the medium (7) and an electromagnetic drive device (2), thereby characterized in that the rotor (6) has a permanent magnetic moment and is driven by a rotatable or rotating magnetic field which is supplied by the supply of fixed magnetic coils (13, 13 ', .13 ", 13"') of the electromagnetic drive device ( 2) is generated with direct currents or with phase-shifted alternating currents, and that the angle of rotation of the rotor relative to the driving magnetic field is measured with a non-contact measuring device (9, 10) and that the shear stress and thus also the viscosity or other rheological parameters of the Medium, from the quantitative relationship between the shear stress, the angle of rotation of the rotor with respect to the magnetic field, the strength of the magnetic field and the magnetic properties of the rotor, as well as the geometrical dimensions of the measuring part.
2. Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät als Rotations- viskosimeter verwendet wird, wobei die feststehenden Magnetspulen (13, 13', 13", 13"') der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung (2) mit phasenverschobenen Wechselströmen gespeist werden, und wo der Verdrehungswinkel zwischen dem Rotor (6) und dem rotierenden, antreibenden Magnetfeld als Phasenverschiebung zwischen der Dre- hung des Rotors und der Drehung des antreibenden Magnetfeldes mit einer berührungslosen MessVorrichtung (9, 10) gemessen wird.2. Device for measuring rheological properties of a medium according to claim 1, characterized in that the device is used as a rotational viscometer, the fixed magnetic coils (13, 13 ', 13 ", 13"') of the electromagnetic drive device (2) are fed with phase-shifted alternating currents, and where the angle of rotation between the rotor (6) and the rotating, driving magnetic field is measured as a phase shift between the rotation of the rotor and the rotation of the driving magnetic field with a non-contact measuring device (9, 10).
3. Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät zum Messen von elastischen oder plastischen Eigenschaften des Mediums verwendet wird, wobei die feststehenden Magentspulen (13, 13', 13", 13"') der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung (2) mit Gleichströmen gespeist werden und die Orientierung des so erzeugten Magnetfeldes durch die Wahl der Stärken der speisenden Gleichströme eingestellt wird und wo mit der berührungslosen Messvorrichtung (9, 10) die3. Device for measuring rheological properties of a medium according to claim 1, characterized in that the device used for measuring elastic or plastic properties of the medium is, the fixed magnetic coils (13, 13 ', 13 ", 13"') of the electromagnetic drive device (2) are fed with direct currents and the orientation of the magnetic field thus generated is set by the choice of the strengths of the direct currents and where with the non-contact measuring device (9, 10)
Orientierung des Rotors gemessen wird, womit sich der Verdrehungs¬ winkel des Rotors gegenüber dem antreibenden Magnetfeld als Differenz zwischen der eingestellten Orientierung des Magnetfeldes und der berührungslos gemessenen Orientierung des Rotors ergibt.Orientation of the rotor is measured, which results in the angle of rotation of the rotor relative to the driving magnetic field as the difference between the set orientation of the magnetic field and the contactlessly measured orientation of the rotor.
4. Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische An¬ triebsvorrichtung (2) mindestens zwei Paare von Helmholtzspulen (13/13', 13"/12"') als feststehende Magnetspulen enthält, welche mit Gleichströmen oder mit phasenverschobenen Wechselströmen ge- speist werden.4. Device for measuring rheological properties of a medium according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive device (2) contains at least two pairs of Helmholtz coils (13/13 ', 13 "/ 12"') as fixed magnetic coils, which can be fed with direct currents or with phase-shifted alternating currents.
5. "Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische An- ' triebsvorrichtung (2') mindestens einen ringförmigen Kern (15) aus ferromagnetischem Material aufweist, der mit mindestens zwei fest- stehenden Magnetspulen (14, 14', 14", 14"') in der Art eines Ring¬ kerns bewickelt ist und dass die Magnetspulen mit Gleichströmen oder phasenverschobenen Wechselströmen gespeist werden.5. " Device for measuring rheological properties of a medium according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive device (2 ') has at least one ring-shaped core (15) made of ferromagnetic material, which has at least two fixed magnetic coils ( 14, 14 ', 14 ", 14"') is wound in the manner of a toroidal core and that the solenoids are fed with direct currents or phase-shifted alternating currents.
6. Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zur Führung des Rotors (6) dienendes Lager (32, 24) direkt im Medium (7) befindet.6. Apparatus for measuring rheological properties of a medium, according to claim 1, characterized in that a is serving for guiding the rotor (6) bearing (32, 24) is located directly in the medium (7).
7. Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rotor (61) in einem verschliessbaren Gefäss (25-, 5') befindet, wobei die Achse des Rotors durch keinen Teil des Gefässes nach aussen hindurchgeführt wird. 7. Device for measuring the rheological properties of a medium according to claim 1, characterized in that the rotor (6 1 ) is in a closable vessel (25-, 5 '), the axis of the rotor through no part of the vessel to the outside is passed through.
8. Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät zwecks Aus¬ wertung der Resultate, zur Steuerung des Messablaufes oder für Regelzwecke, direkt mit einem elektronischen Rechner verbunden ist.8. Device for measuring rheological properties of a medium according to claim 1, characterized in that the device is directly connected to an electronic computer for the purpose of evaluating the results, for controlling the measurement process or for control purposes.
9. Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die berührungslose Mess¬ vorrichtung (9, 10) einen oder mehrere kurzwellige elektromagnetische Strahlen, z.B. Licht, aussendet,welcher bzw. welche während einer Umdrehung des Rotors (6) durch diesen ein- oder mehrmals abgelenkt oder in der Intensität verändert wird bzw. werden und dass diese9. Device for measuring rheological properties of a medium according to claim 2, characterized in that the non-contact measuring device (9, 10) one or more short-wave electromagnetic rays, e.g. It emits light which is deflected by the rotor (6) one or more times or changed in intensity during a rotation of the rotor (6) and that this
Vorgänge durch einen oder mehrere elektronische Detektoren (41) eine Zeitmessvorrichtung betätigen, welche auch durch einen weiteren Detektor, welcher die Orientierung des antreibenden , rotierenden Magnetfeldes periodisch feststellt, angesteuert wird, und dass die Phasenverschiebung des Rotors gegenüber dem antreibenden Magnet¬ feld aus diesen gemessenen Zeiten bestimmt wird.Operations by one or more electronic detectors (41) actuate a time measuring device, which is also controlled by a further detector, which periodically determines the orientation of the driving, rotating magnetic field, and that the phase shift of the rotor relative to the driving magnetic field is measured from these Times is determined.
10. Gerät zum Messen von rheologischen Eigenschaften eines Mediums nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils bei einer bestimmten Orientierung des antreibenden, rotierenden Magnetfeldes ein kurz- welliger, impulsförmiger elektromagnetischer Strahl ausgesendet wird,"welcher vom Rotor (6) auf eine feststehende, mit phosphores¬ zierendem Belag versehene Skala abgelenkt wird, womit der Phasenver¬ schiebungswinkel des Rotors gegenüber gegenüber dem antreibenden Magnetfeld abgelesen werden kann. 10. Device for measuring the rheological properties of a medium according to claim 2, characterized in that a short-wave, pulsed electromagnetic beam is emitted at a certain orientation of the driving, rotating magnetic field, " which from the rotor (6) to a fixed, scale provided with a phosphorescent coating is deflected, with which the phase shift angle of the rotor relative to the driving magnetic field can be read.
PCT/CH1985/000100 1984-06-22 1985-06-20 Apparatus for measuring rheologic properties WO1986000408A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH3019/84-3 1984-06-22
CH301984 1984-06-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1986000408A1 true WO1986000408A1 (en) 1986-01-16

Family

ID=4246811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CH1985/000100 WO1986000408A1 (en) 1984-06-22 1985-06-20 Apparatus for measuring rheologic properties

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0185062A1 (en)
JP (1) JPS61502488A (en)
WO (1) WO1986000408A1 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4760734A (en) * 1986-02-07 1988-08-02 Bryce Maxwell Apparatus for measuring the rheological properties of materials
WO1990010213A1 (en) * 1989-02-24 1990-09-07 Contraves Gmbh Device for analysing or measuring a substance
FR2678381A1 (en) * 1991-06-27 1992-12-31 Total Sa CONSISTOMETER.
FR2680873A1 (en) * 1991-09-02 1993-03-05 Elf Aquitaine Device for measuring the viscoelasticity of products having, in particular, low viscosity
US5455703A (en) * 1992-06-24 1995-10-03 Litton Systems, Inc. Fiber optic transceiver with integrated coupler
WO2001002833A1 (en) * 1999-07-07 2001-01-11 Visco Check Ab Method and arrangement for measuring characteristics of a non-newtonian fluid
US6691560B2 (en) * 2001-11-02 2004-02-17 Albert C. Abnett Free rotor viscometer
AT411715B (en) * 2002-07-02 2004-04-26 F Messtechnik Dr Hans Stabinge DEVICE FOR DETERMINING THE VISCOSITY OF A LIQUID
WO2015084822A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 Videojet Technologies Inc. Viscometer
CN105716966A (en) * 2016-02-03 2016-06-29 南京信息工程大学 Device for measuring elastic shear modulus of material
US10443378B2 (en) * 2012-08-31 2019-10-15 Halliburton Energy Services, Inc. Apparatus and method for downhole in-situ determination of fluid viscosity

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1385635A (en) * 1963-12-06 1965-01-15 Centre Nat Rech Scient Precision viscometer
GB1244408A (en) * 1969-03-05 1971-09-02 Rosemount Eng Co Ltd Improvements in or relating to viscometers
SU890148A1 (en) * 1979-12-25 1981-12-15 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тепло-И Массообмена Им.А.В.Лыкова Ан Бсср Rotary viscometer
FR2487520A1 (en) * 1980-07-23 1982-01-29 Brancher Jean Pierre Rotary viscometer - where viscosity is measured by speed of rotation of cup filled with ferromagnetic liq. and rotated in liq. being tested by magnetic field
US4352287A (en) * 1980-06-23 1982-10-05 Dresser Industries, Inc. Rotational viscometer
EP0094319A1 (en) * 1982-05-11 1983-11-16 Association Pour La Recherche Et Le Developpement Des Methodes Et Processus Industriels (Armines) Rotary viscometer for use under high-temperature and pressure conditions provided with sampling means
FR2555316A1 (en) * 1983-11-22 1985-05-24 Saint Cloud Ecole Normale Supe Viscosimeter esp. for viscous liquids

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1385635A (en) * 1963-12-06 1965-01-15 Centre Nat Rech Scient Precision viscometer
GB1244408A (en) * 1969-03-05 1971-09-02 Rosemount Eng Co Ltd Improvements in or relating to viscometers
SU890148A1 (en) * 1979-12-25 1981-12-15 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тепло-И Массообмена Им.А.В.Лыкова Ан Бсср Rotary viscometer
US4352287A (en) * 1980-06-23 1982-10-05 Dresser Industries, Inc. Rotational viscometer
FR2487520A1 (en) * 1980-07-23 1982-01-29 Brancher Jean Pierre Rotary viscometer - where viscosity is measured by speed of rotation of cup filled with ferromagnetic liq. and rotated in liq. being tested by magnetic field
EP0094319A1 (en) * 1982-05-11 1983-11-16 Association Pour La Recherche Et Le Developpement Des Methodes Et Processus Industriels (Armines) Rotary viscometer for use under high-temperature and pressure conditions provided with sampling means
FR2555316A1 (en) * 1983-11-22 1985-05-24 Saint Cloud Ecole Normale Supe Viscosimeter esp. for viscous liquids

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Journal of Physics E. Scientific Instruments, Vol. 17, No. 4, August 1984, Dorking (GB) L. BRUSCHI et al.: "Rotating Disc viscometer", see pages 312-316, in particular chapter 3 "Experimental Apparatus", figures 2a, 2b, 3 *
Journal of Scientific Instruments (Journal of Physics E), Serie 2, Vol. 2, No. 3, March 1969, London (GB) A.R. WILLIAMS: "An Electromagnet Modification of the Zimm-crothers Viscometer", see pages 279-281, in particular figure 1 *
Soviet Inventions Illustrated, Vol. E41, 24 November 1982, Derwent, London (GB) see Abstract N5454E41, & SU, A, 890148 (Heat Mass Transfer) 15 December 1981 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4760734A (en) * 1986-02-07 1988-08-02 Bryce Maxwell Apparatus for measuring the rheological properties of materials
WO1990010213A1 (en) * 1989-02-24 1990-09-07 Contraves Gmbh Device for analysing or measuring a substance
FR2678381A1 (en) * 1991-06-27 1992-12-31 Total Sa CONSISTOMETER.
FR2680873A1 (en) * 1991-09-02 1993-03-05 Elf Aquitaine Device for measuring the viscoelasticity of products having, in particular, low viscosity
WO1993005383A1 (en) * 1991-09-02 1993-03-18 Societe Nationale Elf Aquitaine Device for the measurement of viscoelasticity of products, especially low viscosity products
US5455703A (en) * 1992-06-24 1995-10-03 Litton Systems, Inc. Fiber optic transceiver with integrated coupler
WO2001002833A1 (en) * 1999-07-07 2001-01-11 Visco Check Ab Method and arrangement for measuring characteristics of a non-newtonian fluid
US6591664B2 (en) 1999-07-07 2003-07-15 Viscocheck Ab Method and arrangement for measuring characteristics of a non-newtonian fluid
US6691560B2 (en) * 2001-11-02 2004-02-17 Albert C. Abnett Free rotor viscometer
AT411715B (en) * 2002-07-02 2004-04-26 F Messtechnik Dr Hans Stabinge DEVICE FOR DETERMINING THE VISCOSITY OF A LIQUID
US10443378B2 (en) * 2012-08-31 2019-10-15 Halliburton Energy Services, Inc. Apparatus and method for downhole in-situ determination of fluid viscosity
WO2015084822A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 Videojet Technologies Inc. Viscometer
CN105716966A (en) * 2016-02-03 2016-06-29 南京信息工程大学 Device for measuring elastic shear modulus of material

Also Published As

Publication number Publication date
EP0185062A1 (en) 1986-06-25
JPS61502488A (en) 1986-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10047793B4 (en) Rotational
DE112009001023B4 (en) Device for measuring viscosity and / or elasticity and method for measuring viscosity and / or elasticity
DE2302448C3 (en) Sample cell with agitator, especially for spectrophotometric devices
WO1986000408A1 (en) Apparatus for measuring rheologic properties
AT508706A1 (en) METHOD FOR STUDYING SAMPLES WITH A RHEOMETER AND RHEOMETER
DE2260153A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MIXING A VOLUME OF LIQUID COMBINED FROM SEVERAL LIQUIDS
DE2736729A1 (en) CONCENTRIC CYLINDER VISCOSIMETER
DE2805743A1 (en) AUTOMATIC ELECTROPHORESIS ARRANGEMENT
DE2641046A1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE PHASE CONVERSION IN METALLIC MATERIALS
DE3900900A1 (en) DEVICE FOR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY
EP0225966A1 (en) Method and apparatus for measuring the rheological properties of substances
DE2012711A1 (en) Method and device for contactless measurement of the specific electrical resistance or the specific electrical conductivity
DE4306183C1 (en) Material paramagnetic characteristics measuring device - has measuring cuvette and magnetic compensation device for background interference signal
DE3838049C2 (en)
DE2812995A1 (en) BACK SCREEN MEASURING DEVICE FOR THICKNESS MEASUREMENT ON A LAYER
DE702089C (en) Method and device for toughness measurement
DE19503028B4 (en) Method for measuring the flow behavior of coarse-grained mixtures
DE859382C (en) Measuring device for determining a physical quantity, for example a temperature or gas density
DE102017007200B4 (en) Variable area flowmeter with improved linearity
AT404301B (en) ROTATIONAL VISCOSIMETER
DE4437475C1 (en) Coagulation characteristics measuring device for blood sample
DE2011867A1 (en)
DE723095C (en) Device for measuring the torque curve of shafts over time
DE736252C (en) Method and device for toughness measurement
DE2038542A1 (en) Method and device for measuring the degree of pollution of flow media, in particular the lubricating oil of engines

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Designated state(s): DE JP US

AL Designated countries for regional patents

Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1985902947

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1985902947

Country of ref document: EP

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1985902947

Country of ref document: EP