Firma:                   TA Instruments

Modell:                CSL 2 100

Kommentar:        Dokumente deut.

1 Stabiles Gußgehäuse (enthält die Elektronik)

2 Halterung für das Luftlager

3 Motorantriebswelle - leichte Auswechselbarkeit der Meßsysteme

4 Luftlagergehäuse

5 Stator des Antriebmotors

6 Luftlager (für axiale und radiale Positionierung

7 Optischer Encoder (Auslenkungswandler)

8 Befestigungsschraube für das Meßsystem

9 Kurzes Kabel für die Spalteinstellung auf Null

10 Einlaß/Auslaß für die Wasserversorgung des Peltier-Elementes

11 Basisplatte des Kegel- und Plattensystems (wartungs­frei) ; die Temperatur wird über das Peltier-Element kontrolliert; wahlweise Flüssigkeits- oder elektrisches System.

12 Automatische Probenpositionierung (pneumatischer Kolben) ; durch den konstanten Hub werden Benutzerfehler vermieden.

13 Mikrometerschraube für die Spalteinstellung; bewegt sich auf einem Rollenlager.

14 Mikrometerskala für die Höhenverstellung

15 Flüssigkristallanzeige (LCD)

16 Verstellbare Füße zur Nivellierung des Gerätes

Das CARRI-MED CSL* Rheometer ist ein Gerät der dritten Generation, in dem das Prinzip der regelbaren Schubspannung eine noch weitergehende Nutzung seiner Möglichkeiten er­laubt. Das Herzstück des Gerätes ist die Auslenkungs­Meßkombination, bestehend aus einem mikroprozessorge­steuerten Induktionsmotor gekoppelt mit einem trägheits‑

armen Luftlager mit minimaler Reibung und einen hochauflösenden digitalen optischen Auslenkungswandler. Dieses System ist für folgende Meßverfahren geeignet:

-            Kriechversuch

-            Relaxationsversuch

-            regelbare Schubspannung

-            regelbare Schergeschwindigkeit

-            Oszillationsversuch mit regelbarer Schubspannung

-            Oszillationsversuch mit regelbarer Verformung

* L = trägheitsarm (Low inertia)

Das CSL-Rheometer verfügt über ein maximales Drehmoment von 50000 µNm und ist im Verbindung mit einer Rechnersteuerung und –analyse eine kosteneffektive Alternative zu weniger vielseitigen herkömmlichen Geräten.

DAS CARRI-MED CSL RHEOMETER MIT REGELBARER SCHUBSPANNUNG

Detaillierte Beschreibung des Gerätes

Das Grundsystem ist ein Kompaktgerät, das auf einem Gußge­häuse montiert ist (siehe Abbildung III-1) . Die elektro­nischen Steuerelemente befinden sich im Basisteil des Meß­standes. Das komplette System setzt sich aus folgenden Teilen zusammen:

Aus einem elektronische gesteuerten Induktionsmotor (5), in dem sich der Luftlagerträger (6) für alle rotierenden Teile des Gerätes befinden. Zwischen den feststehenden und den rotierenden Teilen gibt es keinerlei mechanische Ver­bindungen. Das Motorlager befindet sich in einem Alumin­iumgehäuse.

Der Antriebsmotor ist mit einer Hohlwelle (3) ausge­stattet, durch die die abnehmbare Befestigungsschraube (8) geführt wird. Diese Befestigungsschraube hat am unteren Ende ein Gewinde, mit dem das Meßsystem an dem unteren Teil der Antriebswelle (3) befestigt wird.

Einer Drehwinkelauslenkungs-Meßvorrichtung (7), die als Hauptbestandteil einen optischen Wandler beinhaltet. Dieser kann extrem kleine Winkelbewegungen bis zu Werten von kleiner als 1*10 ^-5 rad registrieren. Der Wandler ent­hält einen berührungslosen Photozellensensor und eine Lichtquelle, die beide jeweils auf einer Seite einer transparenten Scheibe angeordnet sind. Diese Scheibe wiederum ist fest auf der Motorwelle installiert. Auf der einen Seite der Scheibe befinden sich extrem feine und photographisch genau geätzte Linien, ähnlich Beugungs­gitterlinien. Ein weiteres stationäres Beugungsgitter befindet sich zwischen der Lichtquelle und der Wandler­scheibe. Interferenzen des Lichtes, die durch die Wechselwirkung dieser beiden Gitter erzeugt werden, rufen Beugungsgitter hervor, die von der Photozelle registriert werden. Bewegt sich die Wandlerscheibe unter einer Spannungsbelastung, so ändern sich diese Muster und die sich anschließenden Elemente interpolieren und digitali­sieren die resultierenden Signale. Die so digitalisierten Daten stehen in einem direkten Verhältnis zum Auslenk­winkel der Scheibe und somit zur Belastung der Probe.

Das Steuersystem ist nicht nur in der Lage die Winkelaus­lenkung anhand der Wandlerdaten zu berechnen, sondern auch die Winkelgeschwindigkeit (über die Geschwindigkeit mit der sich die Bewegungsgitter ändern). Die Winkelaus­lenkungsinformation für Kriech-, Schwingungs- und Niederbelastungsmethode) kann über dem Wandlerausgang (Abbildung 111-2, Punkt 3) oder über den IEEE-Ausgang

(Abbildung 111-2, Punkt 5) zum Datenanalysen-System über­mittelt werden. Da unter normalen Umständen die Auflösung der IEEE-Schnittstelle schlechter und langsamer als der Wandlerausgang ist, wird von der Software für die Aus­lenkungsdaten der Wandlerausgang (RS 232-Schnittstelle) benutzt.

Die Auslenkungsdaten können zusätzlich noch über den Analogausgang als Analogsignal erfaßt werden (weitere Einzelheiten entnehmen Sie bitte Kapitel 7).

Die Werte für die Winkelgeschwindigkeit (für Fließversuche und Versuche mit regelbarer Schubspannung) können nur über den IEEE-Ausgang erhalten werden.

Der untere, feststehende Teil für die Kegel/Platte-Meßein­richtung bzw. für die koaxialen Zylinder-Meßsysteme ist auf einer Kombination aus Mikrometerschraube und pneuma­tischer Höhenverstellung befestigt. Diese Einrichtung wird für eine Messung bei aufgegebener Probe über den ramp-up­Befehl automatisch nach oben gefahren. Die Abbildung III-1 zeigt das System in der unteren Stellung (ram down Position) . Die Feineinstellung erfolgt über die Mikro­meterschraube, auf deren Skala 0,005 mm (5 gm) als kleinster Wert eingestellt werden kann. Eine komplette Umdrehung der Mikrometerschraube im Uhrzeigersinn ent­spricht einer Anhebung der Basisplatte um 1 mm. Das Mikrometer-Sichtfenster (14) befindet sich an der Vorder­seite des Systems. Die Einstellung erfolgt mit dem als 13 gekennzeichneten Rad.

Die untere Platte (11) des Kelgel/Platten-Meßsystems ist aus hartverchromtem Kupfer und mit einem Peltier-Element mit Pt-100 Steuerung ausgerüstet. Für Temperaturen unter +5°C und oberhalb +80°C muß das durch den Wärmetauscher des Peltier-Element zirkulierende Wasser dem benötigen Temperaturen zur Entlastung des Systems angepasst werden. Das Peltier-Element deckt bei einer solchen Regelung einen Temperaturbereich von -15°C bis +99,9°C ab.

DAS GERÄT DARF NIE OHNE EINEN ENTSPRECHENDEN WASSERDURCH­FLUGS DES PELTIER-ELEMENTES BETRIEBEN WERDEN !!!

Zur Spalteinstellung zwischen Kegel/Platten-Meßsysteme wird das Kabel (9) und die LCD-Anzeige (15) benutzt.

Primär gibt die LCD-Anzeige (15) Informationen über den aktuellen Zustand jeder Meßeinrichtung des Systems oder ihrer gegenwärtigen Aktivität. In einer Vielzahl der Fälle

können die gleichen Parameter auch über die Software erhalten werden.

Beim Einschalten des Gerätes leuchtet die LCD-Anzeige auf und zeigt an, daß ein Systemtest in Form eines Selbst­testes durchgeführt wird. Dabei werden die einzelnen Komponenten des Systems auf ihre volle Funktionsfähigkeit getestet. Danach wird das Setzen des Nullpunktes im Display mit "Setting Bias" angezeigt. Abschließend wird dann die Betriebsbereitschaft des Gerätes angezeigt (Basisplatte in der unteren Position, d.h. Spalt größer als Null; aktuelle Temperatur) . Wird die Basisplatte über die Software angehoben, ändert sich die Anzeige und die gegenwärtige Winkelgeschwindigkeit und die Winkelaus­lenkung angezeigt.

Zusätzlich sind folgende Information über das Display erhältlich:

- Wenn die Funktion G (GAP) im manuellen Modus der Software angewählt wird, wird Spalt- und Temperatur­status im Display angezeigt. Diese Funktion wird für die korrekte Spalteinstellung benutzt.

- Wenn der Luftdruck aus irgendeinem Grunde auf ein für das Gerät kritisches Niveau abfällt, schaltet sich das Drehmoment-Antriebs-System zum Schutz des Luftlagers ab. Über das Display wird dann die Meldung "PRESSURE TO LOW" ausgegeben. Wenn sich die Software im manuellen oder automatischen Modus befindet, wird zusätzlich eine entsprechende Meldung über ein Bildschirmfenster ausge­geben.

Höhenverstellbare Füße (16). Für kritische Messungen bei geringen Schubspannungen ist es wichtig, daß das Gerät absolut waagerecht steht.

Die Verbindungen zum Rechner bzw. die Zuführung der Netz­spannung wird über die Anschlußmöglichkeiten auf der Rück­seite des Gehäuses hergestellt. Diese sind eindeutig ge­kennzeichnet und sind in Abbildung 111-2 gezeigt. Weitere Informationen dazu finden Sie in den Kapiteln VI und XI.

Der Luftschlauch wird auf das Anschlußstück auf der Rück­seite des Gerätes gesteckt . Zum Lösen des Schlauches wird der Schlauch und die Anschluß­buchse hereingedrückt und der Schlauch herausgezogen. Dabei muß die Anschlußbuchse festgehalten werden. Das Schlauchende sollte gerade und sauber sein, da andern­falls die Dichtungen beschädigt werden können.

Auf dem Schreiberausgang liegen analoge Signale für die Winkelauslenkung. Dazu parallel geschaltet sind die Auslenkdaten, die auf dem LCD-Display angezeigt werden. Zum Lieferumfang gehört ein fünfadriges Kabel, mit dem ein geeigneter Schreiber oder ein anderes analoges Instrument an das Gerät angeschlossen werden kann. Weitere Informationen dazu in Kapitel VI.

Das Rheometer ist mit einer IEEE-488-Schnittstelle ausge­rüstet, die die Steuerung des Gerätes durch einen Rechner mit IEEE-488-Schnittstelle ermöglicht. Mit einer geeig­neten Software sind die Datenspeicherung und die Analyse der Meßergebnisse möglich. Es stehen Programme mit Fließ­kurven, Kriech- und Oszillations-Messungen sowie Messungen mit regelbarer Schergeschwindigkeit und niedrigen Scherge­schwindigkeiten zur Verfügung.

Technische Daten für das Carri-Med CSL-Rheometer

Drehmomentbereiche

CSL 50:           1.10 ^-6 bis 5.10 ^-3 Nm in 1.10 ^-7 Nm Schritten

CSL 100:         1.10 ^-6 bis 1.10 ^-2 Nm in 1.10 ^-7 Nm Schritten

CSL 500:         2.10 ^-6 bis 5.10 ^-2 Nm in 1.10 ^-6 Nm Schritten

Schubspannungsbereiche

CSL 50:           0,008 bis 2,54.10 ⁴ Pa ^x

CSL 100:         0,008 bis 5,08.10 ⁴ Pa ^x

CSL 500:         0,016 bis 2,54.10 ⁵ Pa ^x

Schubspannungsmodus (Fließ- und Kriechversuch)

Bereich für Winkelgeschwindigkeit

0 bis 50 rad•s ^-1

Auflösung der Winkelgeschwindigkeit

1x10 ^-4 rad•s ^-1

Bereich der Winkelauslenkung

0 bis theoretisch unbegrenzt (bei Gebrauch der Software)

Auflösung der Winkelauslenkung

1x10 ^-5 rad

Bereich der Schergeschwindigkeit

10 ^-6 bis 5x10 ³ s ^-1 (abhängig vom Material, der Meßgeometrie und angewendeten Technik)

Auflösung der Schubbelastung (für 1 cm Spalt)

5x10 ^{-6 x}

^x Bei Gebrauch von 1cm Parallel-Platten

Viskositätsbereich (abhängig vom Modell, der Meßgeometrie und der angewendeten Technik)

CSL 50:           5.10 ^-5 bis 2,5.10 ¹⁰ Pa•s

CSL 100:         1.10 ^-4 bis 5 -10 ¹⁰ Pa•s

CSL 500:         5.10 ^-4 bis 2,5x10 ¹¹ Pa•s

Oszillationsmodus

Auflösung der Auslenkungsamplitude

1x10 ^-5 rad

Auflösung der Belastungs-Amplitude (für 0,5 cm Spalt)

1x10 ^-5 x

Minimale Auslenkungs-Amplitude

1x10 ^-4 rad

Minimale Belastungs-Amplitude (für 0,5 cm Spalt)

1x10 ^-4

Maximaler Wert für G* (für 0,5 cm Spalt)

CSL 50:           2,5.10 ⁸ Pa ^x

CSL 100:         5 -10 ⁸ Pa ^x

CSL 500:         5 -10 ⁸ Pa ^x

Maximaler Wert für n * (z. B. bei der niedrigsten Frequenz vor 6,29x10-3 rad•s-1)

CSL 50:           3,9.10 ⁹ Pa•s

CSL 100:         7,9.10 ⁹ Pa•s

CSL 500:         3,9*10 ¹⁰ Pa•s

Frequenzbereich

1x10 ^-3 bis 40 Hz

^x Bei Gebrauch von lcm Parallel-Platten

Für alle Meßmethoden

Temperatursteuerung

Standard Peltier-System für den Einsatz mit Kegel/Platte­und Parallelplatten-Meßgeometrie

-            Temperaturbereich:    -15 bis +99,9°C

-            Stabilität:                      ± 0,1°C

-            Toleranz:                     ± 0,1°C

Modul für den erweiterten Temperaturbereich für den Einsatz mit Kegel/Platte- und Parallelplatten-Meßgeometrie

-            Temperaturbereich:    -100 bis +400°C

-            Stabilität:                      ± 0,1°C

-            Toleranz:                     ± 0,5°C

-            Aufheiz-/Abkühlrate:   2°C•s ^-1

Eine Flüssigkeits-Therostatisiereinrichtung ist für kon­zentrische Zylinder lieferbar - zum Einsatz mit einem externen Heiz/Kühl-Kreislauf (typischer Temperaturbereich:

-30 bis +150°C)

Carri-Med behält sich das Recht vor, diese Daten im Interesse der Produktweiterentwicklung zu ändern.

Funktionsgrenzen des Gerätes

Winkelauflösung                 0,00001 (10-5) rad

Winkelbereich                     80 rad

Nullpunkt                             beliebig

Winkelauslenkung

Verzögerungszeit               1 mikrosec.

Bereich für Winkel‑

geschwindigkeit                  0,0001 bis 49,9999

Bewegungs‑

verzögerungszeit                25 ms bis 1 s (0,1% Toleranz)

Datenaufnahmefrequenz   40 mal pro Sekunde maximal

Oszillationsfrequenz

(limitiert durch

Mikroprozessor-

schnittstelle                        40 Hz