專利名稱：粘度確定方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及借助于流變儀確定結(jié)構(gòu)粘性流體(structural viscous fluid)或飲料的粘度的方法以及裝置，所述結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料包含將要在灌裝、果汁制備、奶制品或釀酒處理設(shè)備(P)中進行處理的小塊、纖維、果肉、果實細(xì)胞、谷物、顆粒等。
背景技術(shù)：
在飲料和食品工業(yè)中，特別是在灌裝、果汁制備、奶制品或釀酒(brewery)處理設(shè)備中進行處理時，為了處理將要被灌裝的諸如包含小塊、纖維、果肉、果實細(xì)胞、顆粒等的結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料的塊狀產(chǎn)品，對于諸如熱交換器、灌裝器、閥以及管道系統(tǒng)等的處理設(shè)備裝備的計算設(shè)計，還受溫度影響的將處理的流體或者飲料的粘度確定是極其重要的，例如也能夠計算機仿真(asses)流動形式和停留時間(residence time)，并且作為數(shù)字模擬和技術(shù)計算的基礎(chǔ)，或者用于處理設(shè)備的設(shè)計基礎(chǔ)。通常，采用流變儀確定這些流體或者飲料的粘度，這對于它們的絕對粘度的確定是非常重要的，其中取決于剪切速率(shearing rate)的粘度確定依賴于測量系統(tǒng)中限定的間隙。例如，它們是karl或者Couette的板/ 板(plate/plate)或者筒/碗(cylinder/bowl)系統(tǒng)。在該些測量系統(tǒng)中，超大的塊、纖維等能夠?qū)е聣K的阻塞或剪切，結(jié)果產(chǎn)生錯誤的/無效的測量值。此外，例如通過增加測量間隙中的紊流，通過氣流分離、或具有漩渦的流峰(flow front)、或產(chǎn)品中阻礙測量所需的層流的形成的不均勻性，流體或者飲料中的可能太多的液體介質(zhì)常導(dǎo)致無效的測量值，特別在高的剪切速率的范圍。特別地，在相當(dāng)大的顆粒的情況下所需的相當(dāng)長的間隙距離的情況下，利用更大的剪切速率，也能發(fā)生間隙排空。但是，在低的剪切速率的范圍，特別地在相當(dāng)大的剪切間隙和具有屈服點的介質(zhì)的情況下，可能在間隙區(qū)域發(fā)生壁滑效果，這導(dǎo)致錯誤的壁剪切速度。因此，在流變儀中形成錯誤的扭矩。這些導(dǎo)致無效的測量值。然而，現(xiàn)在仍不能利用依賴間隙的系統(tǒng)充分可靠和/或快速地確定所提到的流體和飲料的粘度。此外，具有直的測量管、螺旋形測量管或者豎直U形測量管和泵的管式流變儀以及流量控制部件在 EP 0 458 391 A、DE10 2005 024 575 B4、US 5 315 863 A,DE 4111295 C2中進一步地論述，例如用于地基鉆探(ground-boring)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的裝置以及方法，該裝置適于實現(xiàn)該方法，借助于所述裝置和方法，能夠快速和可靠地確定流體和飲料的粘度，迄今為止，這對于流體和飲料的粘度的確定是非常重要的。關(guān)于該方法，利用如下特征來實現(xiàn)所設(shè)定的目的一種借助于流變儀確定結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料的粘度的方法，所述結(jié)構(gòu)粘性流體是指具有粘性的流體而不論是否含有結(jié)構(gòu)體或結(jié)構(gòu)成分，所述結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料包含將要在灌裝、果汁制備、奶制品或釀酒處理設(shè)備中進行處理的小塊、纖維、果肉、果實細(xì)胞、谷物、顆粒等，所述方法的特征在于，在具有至少基本上水平的、直的測量管的管式流變儀中，測量僅由于重量而產(chǎn)生的容積流量的壓力損失，通過確定僅由于重量而產(chǎn)生并且被調(diào)節(jié)為大致恒定的至少兩個不同的容積流量的流動指數(shù)和稠度系數(shù)來確定粘度，其中所述測量管在整個測量管長度上具有內(nèi)徑，關(guān)于該裝置，利用如下特征來實現(xiàn)一種用于利用流變儀確定結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料的粘度的裝置，所述結(jié)構(gòu)粘性流體是指具有粘性的流體而不論是否含有結(jié)構(gòu)體或結(jié)構(gòu)成分，所述結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料包含將要在灌裝、果汁制備、奶制品或釀酒處理設(shè)備中進行處理的小塊、纖維、果肉、果實細(xì)胞、谷物、顆粒等，所述裝置的特征在于，所述裝置包括具有至少基本上水平的、 直的測量管的管式流變儀，所述測量管在整個測量管長度上具有內(nèi)徑，所述測量管與配置在所述測量管上方的至少一個配料罐連通，用于僅在重量的作用下調(diào)節(jié)通過所述測量管的至少兩個不同的且均大體恒定的容積流量。采用具有至少基本上水平的、直的測量管的管式流變儀、測量壓力損失以及從至少兩個不同的容積流量確定稠度系數(shù)和流動指數(shù)令人驚訝地允許可靠地確定流體或者飲料的粘度，這對流體或者飲料的粘度的確定是非常重要的，該測量管在整個測量管的長度上具有一個直徑，該容積流量僅在重力的影響下被調(diào)節(jié)為至少大體恒定。這里，能夠容易地由具有不同尺寸和/或長度的可更換的測量管覆蓋不同的測量范圍，然而，為了產(chǎn)生所需的剪切速率，容積流量的極其恒定的流速僅在重量的作用下調(diào)節(jié)，即，沒有泵，由此移除失真的靈敏源，裝備和控制系統(tǒng)的復(fù)雜性被最小化。本發(fā)明能極其靈活地用于流體和飲料，能夠自動化由此被在線集成，還允許評估對總粘度的影響以及對簇或者總體流量(bulk flow)的影響。本裝置結(jié)構(gòu)簡單并且能夠在沒有使測量結(jié)果失真的泵的情況下運行，因為至少兩個容積流量僅在重力的影響下被調(diào)節(jié)為恒定。在測量期間配料罐是產(chǎn)生均勻流速的重要原因，使得填充有不同顆粒濃度的小塊等的結(jié)構(gòu)性粘性流體和飲料的粘度能夠被可靠地確定。該裝置能夠用于處理設(shè)備或者能用作移動領(lǐng)域的測試器具而被廣泛采用。該裝置能夠被容易地設(shè)計為非常衛(wèi)生和清潔，在處理運行的同時，該裝置能夠作為旁路或通向槽 (gully)的出口被安裝于處理設(shè)備。此外，該裝置同樣還適用于在技術(shù)學(xué)?；蛘咴趯嶒炇抑胁捎谩Ｔ谝粋€適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ冃椭?，利用Ostwald de Waele模型▽=尺· yli借助于管式
流變儀來確定粘度。當(dāng)至少2個不同的容積流量被調(diào)節(jié)時，借助于該模型，能夠清楚地基于計算粘度而測量的壓力損失來確定稠度系數(shù)和流動指數(shù)。本方法特別地適于確定剪切速率高達(dá)約lOOOsec—1的流體或飲料的粘度，管式流變儀被設(shè)計用于該剪切速率范圍，例如從具有不同尺寸的測量管中使用各自匹配的測量管。根據(jù)該方法，在壓力損失的測量期間，各自的容積流量特別適于利用位于管式流變儀上方的至少一個配料罐來調(diào)節(jié)并且保持恒定，在測量期間，在配料罐中保持預(yù)定的灌裝水平。容積流量之比能夠達(dá)到1 3以上，適當(dāng)?shù)叵鄬π〉娜莘e流量被調(diào)節(jié)，例如，第一容積流量大約為0. lm3/h，而另一容積流量大約為0. 3m3/h。容積流量必須在所設(shè)置的測量管的合理測量范圍中。為了容易處理，通過配料罐相對于測量管的相對高度調(diào)節(jié)和/或配料罐的灌裝水平來調(diào)節(jié)容積流量。通過對配料罐中的流體或者飲料狀態(tài)的可視檢查能夠容易地處理調(diào)節(jié)。在裝置的一個適當(dāng)?shù)膶嵤┓绞街?，被設(shè)計用于高達(dá)約lOOOsec—1的剪切速率的測量管具有大于約100的L/R，該L/R是長度L與內(nèi)徑D的半徑R之比。對于粘度確定重要的流體或者飲料，半徑R應(yīng)為例如至少5mm ；對于水狀的填充有顆粒的流體，大約IOmm的半徑尤其適當(dāng)。為此，能夠測量包含例如尺寸遠(yuǎn)低于1.0mm的果肉或尺寸為IXlX (3mm 至5mm或IOmm至15mm或20mm)的長方形纖維等顆粒的流體和飲料，以及能夠測量包含例如椰子或者仿制品的顆粒的流體和飲料，例如椰果等，尺寸為3mmX3mmX3mm至 5mmX 5mmX 5mm/6mmX 6mmX 6mm，可選地具有直到IOmmX IOmmX IOmm的顆粒尺寸。對于填充有特別大的成分的流體或者飲料，也可以采用較大尺寸和/或長度的測量管。這里，作為在分散介質(zhì)中顆粒的容許尺寸所應(yīng)用范圍的限制的最適當(dāng)?shù)膬?nèi)徑位于測量管的內(nèi)徑D與典型的顆粒尺寸PA之間，其中，D/PA為大約2至5是合適的。對于有效的測量，該內(nèi)徑依賴于整個流變能力并且必須被檢查。適當(dāng)?shù)?，配料?7包括灌裝水平調(diào)節(jié)器，該灌裝水平調(diào)節(jié)器用于在測量期間保持灌裝水平恒定，為了改變?nèi)莘e流量，配料罐的相對高度位置和/或配料罐中的灌裝水平能夠相對測量管改變。作為替換和/或另外，能夠調(diào)節(jié)測量管的高度。為了能夠在與處理設(shè)備中某些點占優(yōu)的溫度相同或者類似的溫度下確定粘度，測量管包括加熱部并且優(yōu)選地被容納在加熱套管中是適當(dāng)?shù)?。加熱套也能?yīng)用到測量管，或者測量管能夠安裝于加熱室。為了保存具有基本上靜流(calm flows)的配料罐中的配料容積，在配料罐的上游配置預(yù)沉淀罐是適當(dāng)?shù)模擃A(yù)沉淀罐向配料罐進行供給。優(yōu)選地，預(yù)沉淀罐的容積明顯大于配料罐的容積。然而，應(yīng)當(dāng)注意，在預(yù)沉淀罐與配料罐之間不發(fā)生流量中斷，但是在測量步驟期間，僅配料罐中的恒定灌裝水平是有效的。適當(dāng)?shù)?，配料罐以其高度能夠調(diào)節(jié)的方式被保持于支撐控制臺，優(yōu)選地以高度能夠調(diào)節(jié)的方式與預(yù)沉淀罐一起被保持于支撐控制臺。適當(dāng)?shù)?，在預(yù)沉淀罐和/或配料罐處，和/或在測量管附近，通氣部件還被設(shè)置成能夠在進行測量之前排出(expel)使測量失真的氣泡。壓力測量傳感器以基本上與測量管的長度對應(yīng)的距離間隔開地配置于測量管，優(yōu)選地配置于從測量管分支的壓力測量管座。壓力測量傳感器能夠與流體或者飲料接觸，或者壓力測量傳感器能夠以壓力傳遞的方式與流體或者飲料隔離。沿著測量管評估由壓力測量傳感器檢測到的壓力以確定壓力損失。為了提高在測量管附近均勻地流入和流出的流動狀態(tài)，虹吸管可被設(shè)置在測量管的上游和/或下游。為了便于視覺檢查預(yù)沉淀罐和/或配料罐中的流體或者飲料的狀態(tài)，檢查玻璃可以設(shè)置于預(yù)沉淀罐和/或配料罐，或者至少罐的對于可視檢查起決定作用的區(qū)域由透明材料制成。攪拌器等能夠被安裝在配料罐和/或預(yù)沉淀罐以防止不均勻液體的沉淀。為了快速地實現(xiàn)適用于越來越小的剪切速率范圍的非?？煽康臏y量結(jié)果，以使測量管可被具有其他尺寸的另一測量管更換和替換的方式安裝測量管是適當(dāng)?shù)摹?br> 為了不失真或者不會不利地影響通過測量管的各容積流量，還適于包括諸如柔性 管等從配料罐到測量管的連通連接件，和/或優(yōu)選在測量管下游的至少ー個虹吸管，該虹 吸管的內(nèi)截面與由測量管的內(nèi)徑限定的內(nèi)截面的倍數(shù)對應(yīng)。對于通向罐和槽的其他供給線 路和排出線路，加大直徑的導(dǎo)管也是適當(dāng)?shù)?。計算機化評估部件可以與評估至少壓カ測量傳感器的測量值的裝置相關(guān)聯(lián)，可選 地即時計算粘度，或者，如果評估部件被在線集成到處理設(shè)備控制系統(tǒng)，在測量值被評估或 者不被評估的情況下向前傳送測量值。關(guān)于采用本裝置的一般領(lǐng)域，適當(dāng)?shù)氖菍⒈狙b置安裝為可動或可運送的単元，例 如，在處理設(shè)備或者在實驗室中作為旁路或者通向槽的出口，或者相當(dāng)于形成處理設(shè)備的 一部分，作為永久安裝単元，也作為旁路或者通向槽的出ロ。


參照附圖，將示出本發(fā)明的主題的實施方式。在附圖中圖1示出了用于確定粘度的裝置的示意性側(cè)視圖，以及圖2示出了該裝置轉(zhuǎn)動90°之后的圖。
具體實施例方式圖1和圖2中示出的裝置M用于根據(jù)如下的方法確定結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料的粘 度，所述結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料包含例如用于在灌裝、果汁制備、奶制品或釀酒處理設(shè)備P中 進行處理的小塊、纖維、果肉、顆粒、果實細(xì)胞(fruit cell)、谷物、碎谷物(bruised grain)寸。在具有至少基本上水平的、直的測量管2的管式流變儀1中，該測量管在整個測量 管長度L上具有直徑D，至少兩個不同的容積流量れ、^z被調(diào)節(jié)到大體恒定的流速，借助 于布置在測量管2的前端和后端的壓カ測量傳感器5、6，由測量管2來測量各自的壓カ差
Ap0例如，在模型〃=發(fā) ダ的情況下，確定流動指數(shù)m及稠度系數(shù)K，根據(jù)以下公式從
該公式算出剪切速率れ.* =れ,其中，采用公式卻‘R
Jt-R1'21。對于高的非牛頓介質(zhì)，可以使用Rabinowitsch形式
權(quán)利要求
1.一種借助于流變儀確定結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料的粘度(n)的方法，所述結(jié)構(gòu)粘性流體是指具有粘性的流體而不論是否含有結(jié)構(gòu)體或結(jié)構(gòu)成分，所述結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料包含將要在灌裝、果汁制備、奶制品或釀酒處理設(shè)備(P)中進行處理的小塊、纖維、果肉、果實細(xì)胞、谷物、顆粒等，所述方法的特征在于，在具有至少基本上水平的、直的測量管O)的管式流變儀(1)中，測量僅由于重量而產(chǎn)生的容積流量(^，V2 )的壓力損失(Δρ)，通過確定僅由于重量而產(chǎn)生并且被調(diào)節(jié)為大致恒定的至少兩個不同的容積流量(I，V2 )的流動指數(shù)(m)和稠度系數(shù)(K)來確定粘度(η)，其中所述測量管( 在整個測量管長度(L)上具有內(nèi)徑(D)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用Ostwaldde Waele模型 rj^K·rm~x ，借助于所述管式流變儀α)來確定粘度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述管式流變儀(1)被設(shè)計用于剪切速率高達(dá)lOOOsec—1的流體或飲料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用來自位于所述管式流變儀(1)上方的至少一個配料罐(17)的預(yù)定樣本量部分地調(diào)節(jié)各容積流量(I，P2),在壓力損失(Δρ) 的測量中，在所述配料罐(17)中保持預(yù)定的灌裝水平04)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過所述配料罐(17)的相對高度調(diào)節(jié)和 /或所述配料罐(17)的灌裝水平04)來調(diào)節(jié)不同的容積流量(P1, F2 )o
6.一種用于利用流變儀確定結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料的粘度(η)的裝置(M)，所述結(jié)構(gòu)粘性流體是指具有粘性的流體而不論是否含有結(jié)構(gòu)體或結(jié)構(gòu)成分，所述結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料包含將要在灌裝、果汁制備、奶制品或釀酒處理設(shè)備(P)中進行處理的小塊、纖維、果肉、果實細(xì)胞、谷物、顆粒等，所述裝置的特征在于，所述裝置包括具有至少基本上水平的、直的測量管⑵的管式流變儀(1)，所述測量管⑵在整個測量管長度(L)上具有內(nèi)徑(D)，所述測量管與配置在所述測量管(2)上方的至少一個配料罐(17)連通，用于僅在重量的作用下調(diào)節(jié)通過所述測量管O)的至少兩個不同的且均大體恒定的容積流量(<，F(xiàn)2) =
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，對于高達(dá)約lOOOsec—1的剪切速率(Y)， 所述測量管⑵的L/R大于100，所述L/R是指長度(L)與內(nèi)徑⑶的半徑(R)之比，優(yōu)選地半徑(R)至少為5. 0mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述配料罐(17)包括灌裝水平調(diào)節(jié)器 (19，20，21)，所述灌裝水平調(diào)節(jié)器優(yōu)選地包括用于灌裝水平控制的溢流部O0)，為了改變?nèi)莘e流量(P1,眾2 ),所述配料罐(17)的相對高度和/或所述配料罐(17)的灌裝水平04) 能相對于所述測量管( 被改變。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述測量管( 具有加熱部，所述測量管 (2)優(yōu)選地被容納在加熱套管(3)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，在所述配料罐(17)的上游配置預(yù)沉淀罐 (18)，所述預(yù)沉淀罐(18)的預(yù)沉淀容積優(yōu)選地大于所述配料罐(17)的配料容積，所述預(yù)沉淀罐(18)優(yōu)選地經(jīng)由溢流連接05)中的閥06)被斷開。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述配料罐(17)以高度能調(diào)節(jié)的方式被保持于支撐控制臺(16)，所述配料罐(17)優(yōu)選地以高度能調(diào)節(jié)的方式與所述預(yù)沉淀罐 (18) 一起被保持于支撐控制臺(16)，并且優(yōu)選地設(shè)置攪拌器(R)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，至少一個通氣部件(11)被設(shè)置于所述預(yù)沉淀罐(18)和/或所述配料罐(17)，和/或被設(shè)置在所述測量管O)附近。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，壓力測量傳感器(5，6)以基本上與所述長度(L)對應(yīng)的距離間隔開地配置于所述測量管O)，所述壓力測量傳感器(5，6)優(yōu)選地配置于從所述測量管( 分支的壓力測量管座G)。
14.根據(jù)權(quán)利要求6至13中的至少一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置(M)包括計算機化評估部件(C)，所述裝置(M)優(yōu)選地在線集成到處理設(shè)備控制系統(tǒng)(CU)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置(M)被構(gòu)造為可運送單元或者永久安裝單元，并且能夠作為所述處理設(shè)備(P)的旁路或者通向槽(G)的出口被安裝于所述處理設(shè)備(P)。
全文摘要
粘度確定方法及裝置。在借助于流變儀確定包含固體成分的結(jié)構(gòu)粘性流體或飲料的粘度的方法中，利用具有至少基本上水平的、直的測量管(2)的管式流變儀(1)來測量容積流量的壓力損失(Δp)，通過確定至少兩個不同的容積流量的稠度系數(shù)(K)和流動指數(shù)(m)來確定粘度(η)，所述容積流量僅在重力的影響被調(diào)節(jié)為至少基本上恒定。用于確定粘度的裝置(M)包括式流變儀(1)，該流變儀(1)與配置在測量管(2)上方、用于各個容積流量的重量調(diào)節(jié)的至少一個配料罐(17)連通。
文檔編號G01N11/08GK102374961SQ20111022517
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者喬戈·扎卡賴亞斯 申請人:克朗斯股份公司