02.10.2023
| Dr. Andreas Eich
Nationale metrologische Institute sind für die Weitergabe der Einheiten physikalischer Größen verantwortlich. Bekannt sind vor allem die Größen Masse, Länge und Zeit: z.B. sind in Deutschland, in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB), vier Atomuhren in Betrieb, die das Zeitnormal für die gesetzliche Zeit in Deutschland liefern. Zudem werden weltweit mehr als 400 Atomuhren in über 60 Instituten miteinander verglichen als Grundlage der internationalen Atomzeit.
Viskosimetrie in Metrologischen Instituten
Manche Metrologische Institute sind in vergleichbarer Weise für die Weitergabe der Einheit der Viskosität zuständig und unterhalten zu diesem Zweck Referenz-Viskosimeter als nationales Normal.
In der Regel werden dazu Kapillar-Viskosimeter nach Ubbelohde verwendet, die als besonderes Merkmal ein hängendes Niveau aufweisen und damit Messwerte unabhängig von der Befüllmenge liefern.
Sie werden für die sehr genaue Bestimmung der kinematischen Viskosität von newtonschen (Referenz-) Flüssigkeiten eingesetzt, die von diesen Instituten weitergegeben werden, um wiederum andere Viskosimeter rückführbar auf das Nationale Normal kalibrieren zu können.
Messmethode
In Kapillarviskosimetern wird die kinematische Viskosität v über die Durchflusszeit t eines definierten Flüssigkeitsvolumens durch eine Messkapillare gemessen und kann mit Hilfe der folgenden Gleichung unter Berücksichtigung der Hagenbach-Korrektur berechnet werden
v = K × t
Dabei ist K die Viskosimeterkonstante des jeweiligen Viskosimeters.
Die Viskosimeter werden mit der zu messenden Flüssigkeit befüllt und in einem Wasserbad mit einer sehr hohen Genauigkeit temperiert. Die Genauigkeit der Temperierung bestimmt maßgeblich die Genauigkeit der Messmethode. Mit der Probe wird dann eine Messreihe von mindestens 3, für metrologische Zwecke typischerweise 5 Messungen der Durchflusszeit durchgeführt.
Besonderheiten der Master-Viskosimeter mit 400 mm Kapillarlänge
Die Kapillaren von Ubbelohde-Master-Viskosimetern weisen im Unterschied zu normalen Ubbelohde-Viskosimetern eine besondere Länge auf, bei SI Analytics® beträgt die Länge 400 mm.
Aufgrund dieser wesentlich höheren Länge im Vergleich zu Standard-Bauformen wird die Hagenbach-Korrektur besonders klein und damit in vielen Fällen vernachlässigbar. Generell führt eine Verringerung der Hagenbach-Korrektur zu einer höheren Messgenauigkeit, weil diese Korrektur zwar individuell ermittelt werden kann, aber der Wert der Korrektur eine vergleichsweise hohe relative Messunsicherheit aufweist.
Was kann Xylem Analytics zu diesen hohen Anforderungen an die Kapillarviskosimetrie beitragen?
Näheres zur Hagenbach-Korrektur findet sich in unserer Visko Fibel im Anhang A.
Aufgrund der jahrzehntelangen Erfahrung mit der Herstellung von Glas-Kapillarviskosimetern im eigenen Haus kann Xylem Analytics auch Sonderbauformen wie Ubbelohde-Master-Viskosimeter berechnen, herstellen und die Qualität gewährleisten, die von einem solchen Referenzmessgerät erwartet wird.
Dazu gehören z.B. handwerklich optimal geformte Ein- und Auslauftrichter sowie Ansatzstellen der Kapillare, um die Hagenbach-Korrektur gering zu halten. Um bestimmte Werte der Viskosimeterkonstante zu erreichen, kann aus einer großen Auswahl von Kapillardurchmessern die richtige Kapillare gewählt und auch das Messkugelvolumen individuell angepasst werden.
SI Analytics® Ubbelohde-Master-Viskosimeter sind deshalb bei mehreren nationalen metrologischen Instituten im Einsatz. Die aufwendige Kalibrierung dieser speziellen Viskosimeter obliegt vollständig den jeweiligen Instituten.