本發(fā)明涉及一種用于測量介質(zhì)的彈性和粘度的測量裝置，所述測量裝置即使在分別地高壓或高溫下也容許介質(zhì)的彈性和粘度的測量。特別地，本發(fā)明涉及一種用于在高壓和高溫下測量低粘度液體的彈性的裝置。

背景技術：

由現(xiàn)有技術得知例如借助于測量壓力降、從毛細管通過的流量或通過測量浸入式探針的振蕩的緩沖來進行粘度測量。此外，用于測量粘度的旋轉(zhuǎn)流變儀是已知的。借助于這種類型的測量方法和測量裝置，確實偶爾甚至在高溫和高壓下也可以測量粘度；然而，借助于這種類型的測量，不可能在同時很低的粘度下測量彈性特性。

技術實現(xiàn)要素：

因此可見，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于在分別地高壓或高溫下測量介質(zhì)的彈性的裝置，特別是用于在高壓和高溫下測量低粘度液體的彈性的裝置。

本發(fā)明的該目的通過獨立權利要求的主題來實現(xiàn)，而本發(fā)明的有利的細化方案通過從屬權利要求來實施。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種用于測量介質(zhì)的彈性和粘度的測量裝置，其中所述測量裝置具有：用于接納待測量的介質(zhì)的容積，所述容積由第一測量裝置部件界定；突出到所述容積中的第二測量裝置部件，其中所述第一測量裝置部件借助于氣流密封相對于所述第二測量裝置部件被密封，其中所述第一測量裝置部件能在圍繞預定軸線的轉(zhuǎn)動運動中相對于所述第二測量裝置部件運動。

這樣，借助于氣流密封，可以以這樣的方式將第一測量裝置部件和第二測量裝置部件相對于彼此密封，即第一測量裝置部件和第二測量裝置部件能相對轉(zhuǎn)動以便基于該轉(zhuǎn)動運動來確定介質(zhì)的彈性或粘度，所述介質(zhì)位于用于接納待測量的介質(zhì)的相應容積中。氣流密封使得能夠提供摩擦盡可能低或基本上無摩擦的兩個測量裝置部件的相互密封，以使得待測量的介質(zhì)甚至在高壓或高溫下也能被保持在所述容積中，其中不會明顯妥協(xié)第一測量裝置部件和第二測量裝置部件相對于彼此運動的能力。本發(fā)明的上下文中的高溫應理解為高達約200℃的溫度，并且本發(fā)明的上下文中的高壓應理解為高達約16bar(絕對值)的壓力。

氣流密封容許所述容積的密封，以使得甚至在高壓和高溫下也能測量位于其中的介質(zhì)，但不會通過實心墊片而限制或篡改轉(zhuǎn)矩的測量值。氣流密封與三路徑結(jié)構(gòu)有區(qū)別，其中一個路徑終止于待密封的容積中，而另外兩個路徑分別用于供給氣體或排出氣體。密封效果借助于第一路徑中的背壓來實現(xiàn)，所述背壓通過氣體從第二路徑向第三路徑的通流而產(chǎn)生。第一路徑與所述容積連接，以使得所述容積中通常不存在氣流。這里的待測量的樣品位于所述容積中，其中所述容積由第一和第二測量裝置部件界定并且借助于氣流密封來密封。由第一和第二測量裝置部件界定的容積被構(gòu)思為在其中進行粘度測量或彈性測量。這里的氣流用于密封，其中接納待測量的樣品的容積本身一般不會發(fā)生空氣的通流。確切而言，所述容積接納待測量的液體并且保持該液體。與其中發(fā)生從屏障容積通過的恒定流量的空氣軸承形成對比，在氣流密封的情況下，測量容積的內(nèi)部建立靜壓力。與其中軸承需要緊間隙尺寸的轉(zhuǎn)動部件的空氣軸承相反，氣流密封相對于外部氣氛密封用于接納樣品介質(zhì)的容積。此外，氣流密封由于動態(tài)流動原理而使得諸如驅(qū)動裝置和測量裝置的周邊設備能夠被保持在加壓區(qū)的外部，這在具有靜壓力的反壓密封的情況下不容易實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述容積在設置用于接納所述待測量的介質(zhì)的區(qū)域中是旋轉(zhuǎn)對稱的，并且所述第二測量裝置部件在突出到所述容積的設置用于接納所述待測量的介質(zhì)的區(qū)域中的那個區(qū)域/區(qū)段中是旋轉(zhuǎn)對稱的，其中所述第一測量裝置部件具有中空圓柱形部分，并且所述第二測量裝置部件具有圓柱形部分，其中所述中空圓柱形部分和所述圓柱形部分在設置用于接納所述待測量的介質(zhì)的區(qū)域中形成圓筒形間隙。

這樣，可以開始第一測量裝置部件與第二測量裝置部件之間的一致轉(zhuǎn)動運動，以便實現(xiàn)層狀和無湍流的流動。由于該旋轉(zhuǎn)對稱，可以避免待測量的介質(zhì)位于其中的容積內(nèi)在轉(zhuǎn)動運動的作用下而出現(xiàn)不同壓力狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，轉(zhuǎn)動運動包括振蕩運動。

這樣，在第一測量裝置部件或第二測量裝置部件上可以設置有用于傳感器或致動器的供給管線或排出管線，其中不存在必須使相應裝置的接觸在任何轉(zhuǎn)動的情況下與后者一致的問題。特別地，當不存在自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動運動而是僅存在振蕩轉(zhuǎn)動運動時，能簡化介質(zhì)流的供給和排出裝置如液體管線和氣體管線。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述振蕩運動具有正弦振蕩。

這樣，能在第一測量裝置部件與第二測量裝置部件之間提供盡可能小幅的包含第一測量裝置部件相對于第二測量裝置部件的一定程度的加速或反之的一致振蕩運動。此外，當能以盡可能簡單的方式、也就是說以正弦振蕩的形式展現(xiàn)振蕩行為時，能以簡單方式評估在振蕩運動中為了測量彈性和粘度而確定的測定值，并且因此能從測定值消除相應影響。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述振蕩運動具有在0.01hz與100hz之間的頻率。

這樣，能考慮待測量的介質(zhì)的不相似的彈性和粘度特性，并且能跨特定頻率范圍確定待測量介質(zhì)的彈性或粘度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述振蕩運動具有在1*10^-6°與180°之間的幅度。

這樣，能在待測量的介質(zhì)的彈性和粘度的測量中實現(xiàn)最大精確程度。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述振蕩運動具有在5*10^-5°與45°之間的幅度，其中360°對應于圓的完整一周。根據(jù)一個實施例，所述振蕩幅度能以迭代方式適合待測量的介質(zhì)。為此，一個測量裝置部件上的測定轉(zhuǎn)矩在另一測量裝置部件的振蕩幅度的變化過程中的變化就幅度而言能被用作致動開始振蕩運動的致動器的基礎。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述測量裝置具有轉(zhuǎn)矩傳感器，其中所述轉(zhuǎn)矩傳感器設置在所述第一測量裝置部件和所述第二測量裝置部件中的一者上。

這樣，能借助于確定設定第一測量裝置部件相對于第二測量裝置部件進行轉(zhuǎn)動運動、特別是振蕩運動所需的轉(zhuǎn)矩來確定待測量的介質(zhì)的彈性或粘度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一測量裝置部件和所述第二測量裝置部件中的一者相對于基準點被固定，并且所述轉(zhuǎn)矩傳感器設置在所述第一測量裝置部件和所述第二測量裝置部件中的被固定的那一者上。

這樣，轉(zhuǎn)矩傳感器能關于直接抵靠在相應測量裝置部件上的基準點確定該轉(zhuǎn)矩，其中不存在影響彈性或粘度的測量的致動器的干擾影響。這特別適用于致動器設置在不是相對于基準點固定而是在致動器的促使下相對于固定在基準點上的測量裝置部件圍繞預定軸線進行轉(zhuǎn)動運動的另一測量裝置部件上的情況。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一測量裝置部件在氣流密封的區(qū)域中具有第一圓筒形套筒部分和第二圓筒形套筒部分，并且所述第二測量裝置部件在所述氣流密封的區(qū)域中具有第一圓柱形部分和第二圓柱形部分，其中所述第一圓筒形套筒部分和所述第一圓柱形部分形成第一圓筒形間隙，并且所述第二圓筒形套筒部分和所述第二圓柱形部分形成第二圓筒形間隙，其中在所述第一圓筒形間隙與所述第二圓筒形間隙之間設置有加壓氣體供給裝置。

這樣，可以供給加壓氣體以使得借助于通向所述容積中的圓筒形間隙發(fā)生壓力的積聚，并且氣體的流出借助于另一圓筒形間隙以這樣的方式進行，即由于該另一圓筒形間隙中的和相應氣體供給裝置中的流動阻力，待測量的介質(zhì)設置在其中的容積中出現(xiàn)被維持的壓力。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述加壓氣體供給裝置設置在所述第一測量裝置部件上。

這樣，氣體供給裝置能設置在不與轉(zhuǎn)矩傳感器連接的那個部件上，使得當?shù)诙y量裝置部件相對于基準點被固定時第二測量裝置部件上不會出現(xiàn)由于加壓氣體供給裝置的聯(lián)接而對轉(zhuǎn)矩測量的影響。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一測量裝置部件的第一圓筒形套筒部分和第二圓筒形套筒部分以及所述加壓氣體供給裝置共同形成能夠與所述第一測量裝置部件的設置用于接納所述待測量的介質(zhì)的杯狀部分離的單元。

這樣，第一測量裝置部件的一部分實際上保留在第二測量裝置部件上，但這樣能維持第一和第二測量裝置部件之間的氣流密封的密封幾何形狀，所述密封幾何形狀由圓筒形間隙組成，所述圓筒形間隙由第二測量裝置部件的圓柱形部分和第一測量裝置部件的圓筒形套筒部分形成。此外，第二測量裝置部件在相對于基準點被固定時能保持就位，而第一測量裝置部件的可從加壓氣體供給單元移除的例如呈杯狀部形式的部分能被移除。因此能更換杯狀部中的介質(zhì)，所述杯狀部基本上代表用于接納待測量的介質(zhì)的容積。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，位于背對加壓氣體供給裝置的一側(cè)的第二圓筒形間隙通向設置用于接納待測量的介質(zhì)的容積中。

這樣，能通過經(jīng)由第二圓筒形間隙供給加壓氣體來維持所述容積中的壓力，使得即使在高溫或高壓下也能在所述容積中保持和測量介質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述測量裝置具有溫度控制裝置，其中用于接納待測量的介質(zhì)的容積能夠借助于所述溫度控制裝置來控制溫度。

這樣，能設定所述容積中的溫度并進而設定待測量的介質(zhì)的溫度。這可以借助于例如珀爾帖元件來進行，使得能在一定程度上進行介質(zhì)的冷卻和加熱兩者。對于比較大的溫度控制范圍而言，例如能提供附加的(或替代的)電加熱。應注意，另外的溫度控制機構(gòu)也能用于例如通過供給冷卻液或加熱液或冷卻氣體或加熱氣體來進行加熱或冷卻。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述溫度控制裝置具有以控制接納在所述容積中的所述待測量的介質(zhì)的溫度這樣的方式構(gòu)思和配置的珀爾帖元件。

當然，以上描述的各個特征也能互相組合，由此也能派生超過各個效果之和的有利效果。

將通過引用以下描述的示例性實施例來說明和強調(diào)本發(fā)明的這些和其它方面。

附圖說明

圖1示出貫穿測量裝置的一個示例性實施例的剖視圖。

圖2示出測量裝置的一個示例性實施例的剖視圖的片段，所述剖視圖示出了氣流密封區(qū)域。

圖3示出測量裝置的一個示例性實施例的剖視圖的片段，所述剖視圖示出了用于接納待測量的介質(zhì)的容積。

具體實施方式

圖1示出貫穿根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的測量裝置的剖視圖。圖1所示的測量裝置具有第一測量裝置部件10，該第一測量裝置部件10又具有杯狀部8，該杯狀部8具有待測量的介質(zhì)被接納在其中的容積11。這里的第二測量裝置部件20浸入待測量的介質(zhì)100中，所述第二測量裝置部件20在其浸入到待測量的介質(zhì)100中的那個區(qū)域中具有位移體或圓柱體28。這種用于避免二次流動的位移圓柱體可向例如在din53019-1中指定的下部區(qū)域中的一個點收斂。第一測量裝置部件10和第二測量裝置部件20可繞轉(zhuǎn)動軸線a相對轉(zhuǎn)動。這里的第二測量裝置部件20相對于例如基準點被固定，并且第一測量裝置部件10相對于第二測量裝置部件20轉(zhuǎn)動。能借助于這兩個部件的相對轉(zhuǎn)動經(jīng)由占主導的轉(zhuǎn)矩來確定待測量的介質(zhì)100的流變特性。受待測量的介質(zhì)100的液體特性的影響，相對于轉(zhuǎn)動軸線a作用在第二測量裝置部件20上的轉(zhuǎn)矩作用在一方面第二測量裝置部件20在容積11中的圓柱形部分23與另一方面第一測量裝置部件10在容積11中的中空圓柱形部分13之間。這樣，中空圓柱形部分13和圓柱形部分23形成圓筒形套筒部分，其壁相對轉(zhuǎn)動。能由產(chǎn)生的阻力并因此由占主導的轉(zhuǎn)矩來推導介質(zhì)的流變特性，特別是彈性和粘度。這里，可在第二測量裝置部件20上設置轉(zhuǎn)矩傳感器40，特別是當?shù)诙y量裝置部件相對于基準點被固定時。這里能使用絕大多數(shù)各種類型的轉(zhuǎn)矩傳感器，只要所述轉(zhuǎn)矩傳感器能夠確定第二測量裝置20與基準點之間的轉(zhuǎn)矩并提供足夠的分辨率即可。杯狀部8或容積11能借助于溫度控制裝置70進行溫度控制。該溫度控制裝置70可以是例如珀爾帖元件，能借助于該珀爾帖元件對杯狀部8并進而對容積11進行加熱和冷卻兩者。在僅必須實現(xiàn)容積11的加熱的情況下，也能設置電加熱裝置作為替代方案。應注意，也能使用珀爾帖元件和電阻式加熱器的組合，特別是當要實現(xiàn)比較高的溫度時。溫度控制裝置特別是能配置成使得前者在位于要充填介質(zhì)的區(qū)域中——也就是說如圖1所示也沿比較大的壁部分——的壁區(qū)域上對杯狀部8進行溫度控制。為了以基本上無摩擦或低摩擦的方式相對于第二測量裝置部件20密封第一測量裝置部件10，在第一測量裝置部件與第二測量裝置部件之間使用氣流密封50。該氣流密封基本上通過借助于加壓氣體供給單元6經(jīng)加壓氣體供給裝置60將加壓氣體導入圓筒形間隙50a、50b中而形成，圓筒形間隙一方面由第一測量裝置部件10的圓筒形套筒部分15a、15b且另一方面由第二測量裝置部件20的圓柱形部分25a、25b形成。從加壓氣體供給裝置60開始，形成了從加壓氣體供給裝置60沿朝向容積11的方向延伸的第二圓筒形間隙50b，其中第二圓筒形間隙50b由第一測量裝置部件10的圓筒形套筒部分15b和第二測量裝置部件20的第二圓柱形部分25b形成。從加壓氣體供給裝置60開始，第一圓筒形間隙50a沿反方向延伸，其中第一圓筒形間隙50a由第一測量裝置部件10的第一圓筒形套筒部分15a和第二測量裝置部件20的第一圓柱形部分25a形成。氣流密封50現(xiàn)在通過借助于加壓氣體供給單元6向加壓氣體供給裝置60供給加壓氣體而建立，其中加壓氣體沿朝向容積11的方向流經(jīng)第二圓筒形間隙50b并且在容積11中積聚壓力。此外，位于加壓氣體供給裝置60中的氣體流入第一圓筒形間隙50a中，并且通過該路徑離開測量裝置1(圖1中向上)。由于第一圓筒形間隙50a中的流動阻力和加壓氣體供給裝置中的追逐氣體的壓力，容積11中的壓力借助在加壓氣體供給裝置中設定的氣體壓力建立，從而以此方式實現(xiàn)容積11相對于外部氣氛的密封。這里，氣體流動僅從加壓氣體供給裝置60向第二圓筒形間隙50a中進行，而圓筒形間隙50b中不發(fā)生實質(zhì)的氣體流動。這樣，第二測量裝置部件20——特別是第二測量裝置部件20的從第一測量裝置部件10引出并容許與基準點聯(lián)接的軸——能相對于第一測量裝置部件10以很小的損失被引導。借助于這里的氣流密封50實現(xiàn)的密封具有很小的摩擦，使得能使因第一測量裝置部件10的驅(qū)動裝置(這里未示出)而對在轉(zhuǎn)矩傳感器40處進行的轉(zhuǎn)矩測量的任何影響被最小化。該驅(qū)動裝置(未示出)將第一測量裝置部件10設定成圍繞轉(zhuǎn)動軸線a進行轉(zhuǎn)動運動，而第二測量裝置部件20相對于基準點被固定。如上文已經(jīng)陳述的，使用圖1所示的測量裝置，在高達約200℃的溫度范圍內(nèi)和高達約16bar(絕對值)的壓力范圍內(nèi)的測量值是可以的。常見的溫度范圍為約150℃，而常見的壓力范圍為約5bar(絕對值)。

圖2示出如上所述的視圖的片段，所述視圖特別示出了氣流密封50的一部分。從圖2再次可見，用于氣流密封的氣體經(jīng)加壓氣體供給單元6(雙箭頭)流入并且然后流入例如環(huán)形腔室中的加壓氣體供給裝置60中，然后到達第二測量裝置部件20的相應軸，流入圓筒形間隙50a和50b中。這里在壓力積聚時的氣流首先被分割成在第二圓筒形間隙50b中流動(圖2中向下)的部分和在第一圓筒形間隙50a中流動(圖2中向上)的部分。只要容積11中已積聚壓力，容積11中就由于加壓氣體向加壓氣體供給裝置60中的供給和氣體的經(jīng)第一圓筒形間隙50a沿第二測量裝置部件20的軸流出的部分而建立基本上恒定的壓力。該壓力能借助于經(jīng)由加壓氣體供給單元6供給的氣體的壓力設定。這里的第一圓筒形間隙50a由第二測量裝置部件20的第一圓柱形部分25a和第一測量裝置部件10的第一圓筒形套筒部分15a形成。第二圓筒形間隙50b由第二測量裝置部件20的第二圓柱形部分25b和第一測量裝置部件10的第二圓筒形套筒部分15b形成。這里的第一圓筒形套筒部分15a和第二圓筒形套筒部分15b可以設置在例如加壓氣體供給單元6上，后者為了容積11中的測量而與第一測量裝置部件10的杯狀部8固定地連接但能從杯狀部8釋放以更換容積11中的待測量的介質(zhì)100。加壓氣體供給單元6實際上安裝成能相對于第二測量裝置部件20轉(zhuǎn)動，但在杯狀部8被移除以便例如更換杯狀部8中或容積11中的待測量的介質(zhì)100時保持在第二測量裝置部件上。

圖3示出容積11的區(qū)域的放大剖視圖，容積11一方面由第一測量裝置部件10、特別是由第一測量裝置部件10的杯狀部8且另一方面由第二測量裝置部件20的位移圓柱體28界定。位移圓柱體28具有圓柱形部分23，而杯狀部8具有中空圓柱形部分13。在中空圓柱形部分13與圓柱形部分23之間形成有待測量的介質(zhì)100位于其中的圓筒形間隙30。轉(zhuǎn)動的第一測量裝置部件10與靜止的測量裝置部件20之間的運動或阻力基本上由圓筒形間隙30中的液體的特性限定。取決于其中使用的液體，在第一測量裝置部件10在第二測量裝置部件20上進行凸起的轉(zhuǎn)動運動的情況下建立能通過轉(zhuǎn)矩傳感器40(參見圖1)確定的轉(zhuǎn)矩。位移圓柱體28能通過擰松而能從部件20移除，或者位移圓柱體28能以一體方式與部件20連接。

應注意，用語“包括”不排除其它元件或方法步驟，并且用語“一個”和“一”不排除多個元件或步驟。

所使用的附圖標記僅用于增強可理解性且不應理解為以任何方式加以限制，其中本發(fā)明的保護范圍通過權利要求來反映。

附圖標記清單

1測量裝置

6加壓氣體供給單元

8杯狀部

10第一測量裝置部件

11用于接納介質(zhì)的容積

13容積中的第一測量裝置部件的中空圓柱形部分

15a第一測量裝置部件的第一圓筒形套筒部分

15b第一測量裝置部件的第二圓筒形套筒部分

20第二測量裝置部件

23容積中的第二測量裝置部件的圓柱形部分

25a第二測量裝置部件的第一圓柱形部分

25b第二測量裝置部件的第二圓柱形部分

28位移圓柱體

30容積中的用于接納待測量的介質(zhì)的圓筒形間隙

40轉(zhuǎn)矩傳感器

50氣流密封

50a第一圓筒形間隙

50b第二圓筒形間隙

60加壓氣體供給裝置

70溫度控制裝置

100待測量的介質(zhì)

a軸線，轉(zhuǎn)動軸線