An automatic on-line viscometer for the measurement of non-Newtonian viscosity for process control applications

Summary A coaxial cylinder viscometer, which is available commercially, has been converted into an automatic instrument by replacing the manually-operated speed-selection switch with a cam timer and solenoid-operated switch. This enables the viscometer to operate using a pre-selected sequence of rotational speeds. The torque due to the fluid at each speed is measured by a built-in potentiometer and the electrical signal from this is recorded on punched tape using a data-logger.The conversion of the torque-speed data into shear stress/shear rate relations is carried out with the aid of a digital computer using the explicit formulae that exist in the literature. The computer programme incorporates routines for data smoothing and curve fitting, in which the latter allows for the differentiation of the torque-speed data demanded by the use of the explicit formulae.Although this instrument may be used as a laboratory viscometer to facilitate viscosity determination, it has been developed primarily as an on-line viscometer and will be used for gathering information on the non-Newtonian properties of a process fluid in order to determine how these are affected by different material variables. This appears to be the necessary first step in developing control instrumentation for processes in which the flow properties of the fluid are important.

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Zusammenfassung Ein koaxiales Zylinderviskosimeter, das im Handel erhältlich ist, wurde in ein automatisches Gerät umgebaut, indem der von Hand zu bedienende Schalter für die Geschwindigkeitswahl durch eine Nockensteuerung zur Zeitvorgabe und einen mit einem Solenoid betriebenen Schalter ersetzt wurde. Dadurch kann das Viskosimeter mit einer vorgewählten Folge von Rotationsgeschwindigkeiten betrieben werden. Das durch die Flüssigkeit bei der jeweiligen Geschwindigkeit hervorgerufene Drehmoment wird durch ein eingebautes Potentiometer gemessen. Das von dort kommende elektrische Signal wird auf Lochstreifen unter Benutzung eines Datenerfassungssystems aufgenommen.Die Umwandlung der Drehmoment-Geschwindigkeitswerte in Scherspannungs-Schergeschwindigkeitsbeziehungen geschieht mit Hilfe eines Digitalrechners unter Benutzung von in der Literatur existierenden expliziten Gleichungen. Das Rechenprogramm enthält Schritte zur Größenglättung und Kurvenanpassung. Dieser letzte Schritt berücksichtigt die Differentiation der Drehmoment-Geschwindigkeitswerte, wie es bei der Anwendung der expliziten Formeln verlangt wird.Obwohl dieses Gerät zur Vereinfachung der Viskositätsbestimmung als Laborviskosimeter benutzt werden kann, ist es eigentlich als ein mit einer Datenverarbeitungsanlage gekoppeltes Viskosimeter entwickelt worden. Es wird zur Sammlung von Informationen über nicht-newtonische Eigenschaften einer Prozeßflüssigkeit benutzt, um festzustellen, wie diese durch die verschiedenen Stoffveränderlichen beeinflußt werden. Es scheint dies notwendig als erster Schritt in der Entwicklung von Kontrollgeräten für Prozesse, in denen die Fließeigenschaften der Flüssigkeit von Bedeutung sind.

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Paper presented at the Conference on Experimental Rheology, University of Bradford, April 17–19, 1968.