Vergleichbarkeit von Viskositätsmessungen.

Warum bewährte Messvorschriften nicht umgeschrieben werden müssen!

 

Lothar Gehm, Jutta Schelske-Gehm; proRheo GmbH

In der täglichen Praxis ist die Messung der Viskosität unterschiedlichster Substanzen mit einfachen Viskositätsmessgeräten ein wichtiges Mittel zur Qualitätskontrolle. Da die Viskosität jedoch keine stoffspezifische Konstante ist, sondern von verschiedenen Faktoren wie z. B. Scherbelastung oder Messsystemgeometrie abhängt, ist die Frage nach der Vergleichbarkeit von Messergebnissen nicht einfach zu beantworten. Möchte man ein
anderes Viskositätsmessgerät verwenden, stellt sich die Frage, ob dieses die gleichen Ergebnisse liefern kann und, wenn ja, unter welchen Voraussetzungen. Der Rheomat R180 der Firma proRheo ermöglicht, alle gängigen Messsystemtypen und auch Sondermesssysteme zu adaptieren und Messergebnisse mit einer Genauigkeit besser 99% zu erhalten.
Die physikalischen Grundlagen sind für alle gleich. Zur Messung der Viskosität mit einem Rotationsrheometer wird ein Messkörper in die zu vermessende Substanz eingetaucht und rotiert mit einer vorgegebenen Drehzahl n. Die Kraft M, die benötigt wird, um diese Drehzahl konstant zu halten, ist ein Maß für die dynamische Viskosität η.

Dies ist zunächst einmal sehr einfach betrachtet und wird nun abhängig von der verwendeten Messsystemgeometrie, d. h. Form des Messkörpers und des Messbechers, komplizierter.

Die Berechnung der Viskosität erfolgt bei moderneren Geräten unter Kenntnis des verwendeten Messsystems und Gl. 1 automatisch. Die Maßeinheit ist die Pas (Pascal Sekunde) oder mPas (milli Pascal Sekunde), wobei gilt:

1 Pas = 1000 mPas.

Werden Messgeräte verwendet, die die kinematische Viskosität ν bestimmen, dies sind z.B. Auslaufbecher, Kapillarrheometer oder alle Arten der Kugelfallviskosimeter, so ist der Zusammenhang zwischen den beiden Viskositätswerten die Dichte ρ.

Bei älteren Geräten, die nicht über die Möglichkeit verfügen, intern Berechnungen auszuführen, erfolgt die Anzeige der Viskosität in Skalenteilen, z. B. 0 bis 100%. Diese Skalenteile können dann mittels Tabellen oder Diagrammen in einen Viskositätswert umgerechnet werden.
Oft wird hausintern jedoch diese Umrechnung nicht durchgeführt. Diese Messvorschriften basieren nicht auf der Viskosität in Pas sondern geben direkt den Wert in Skalenteilen an, ohne deren Umrechnung. Hieraus entsteht dann bei der Neubeschaffung eines Messgeräts die Anforderung, dass dieses neue Messgerät nicht Viskositätswerte sonder die gleichen Skalenanteil anzeigt. So kann der Anwender die gewohnten Messwerte beibehalten und es müssen keine neuen Vorschriften, Datenblätter usw. erstellt werden. Folgender wesentlicher Punkt ist festzuhalten: Die Viskosität ist keine stoffspezifische Konstante sondern abhängig von der Scherbelastung. Das kennt jeder, der z.B. beim Frühstück sein Joghurt zunächst rührt oder schüttelt, bevor er es isst. Durch die Scherung wird es deutlich dünnflüssiger. Es gibt nur sehr wenige Substanzen, bei denen die Viskosität konstant, d. h. unabhängig von der Scherbelastung ist, z. B. reine Öle oder Wasser. Diese Stoffe werden als newtonsche Stoffe bezeichnet.
Die Abhängigkeit der Viskosität von der Scherbelastung bedeutet, dass bei einem Wechsel des Messgeräts darauf geachtet werden muss, dass die Viskosität weiterhin bei der
gleichen Drehzahl und mit dem gleichen Messsystem bestimmt wird …