Viskosimeter – Verfahren zur Viskositätsmessung im Überblick

Für viele Prozesse ist es nötig, die Viskosität beteiligter Flüssigkeiten und Gase zu kennen. Bestimmen lässt sich dieser Wert mithilfe von Viskosimetern. Diese Messgeräte gibt es in verschiedenen Bauformen, die sich hinsichtlich ihrer Funktionsprinzipien unterscheiden. Wenn Sie mehr darüber wissen möchten, sollten Sie hier weiterlesen.

Was ist ein Viskosimeter?

Bei Viskosimetern handelt es sich um physikalische Messgeräte, mit denen sich der Widerstand eines Fluids gegen eine erzwungene Bewegung (Viskosität) bestimmen lässt. Dabei ist zu beachten, dass sich nicht jedes Viskosimeter für sämtliche Messbereiche der Viskosität eignet.

Mit gängigen Viskosimetern können Sie entweder die dynamische oder die kinematische Viskosität ermitteln. Erstere definiert sich über die Schubspannung und das Geschwindigkeitsgefälle. Sie wird lediglich von der Temperatur und vom Druck beeinflusst. Letztere ergibt sich aus dem Quotienten der dynamischen Viskosität und der Dichte einer Substanz.

In welcher Einheit wird Viskosität gemessen?

Die Einheit der dynamischen Viskosität ist die Pascalsekunde, die der kinematischen Viskosität Quadratmeter pro Sekunde. Die Viskosität selbst wird nicht gemessen, sondern mithilfe bestimmter Messwerte errechnet. Bei modernen Viskosimetern geschieht das automatisch, sodass im Ergebnis statt des eigentlichen Messwerts die daraus berechnete Viskosität angezeigt wird.

Wie funktioniert ein Viskosimeter?

Die Funktionsweise hängt von der Bauart des Viskosimeters ab. Die einfachste Form ist das Auslaufviskosimeter, bei dem die Zeit gemessen wird, die eine Flüssigkeit benötigt, um durch ein Loch im Boden eines Tauchbechers auszufließen. Anwendung findet dieses Verfahren bei Flüssigkeiten, die bei konventionellen Viskosimetern zu starken Verunreinigungen führen würden, beispielsweise bei Farben und Lacken.

Sie haben Fragen zum Aufbau und zur Funktionsweise der Wyatt-Viskosimeter? Setzen Sie sich mit uns in Verbindung. Wir stehen Ihnen gern Rede und Antwort.

Kapillarviskosimeter

Bei dieser auch als Durchfluss-Viskosimeter bezeichneten Variante passiert ein festgelegtes Flüssigkeitsvolumen bei gleichbleibendem Druck eine Kapillare mit bestimmter Länge und definiertem Durchmesser. Gemessen wird die dazu erforderliche Zeit. Die kinematische Viskosität lässt sich durch Multiplikation der Zeit in Sekunden mit der Kapillarkonstante (Gerätekonstante des Viskosimeters) ermitteln. Diese hängt von der genauen Bauart des Viskosimeters ab und wird bei käuflichen Kapillarviskosimetern immer angegeben (z.B. Durchflusszeit 85 s, K=0,11). Für die dynamische Viskosität wird die kinematische Viskosität zusätzlich mit dem Druck multipliziert.

Typische Vertreter des Kapillarviskosimeters sind:

das Ostwald-Viskosimeter
das Ubbelohde-Viskosimeter
das Cannon-Fenske-Viskosimeter

Das Ostwald-Viskosimeter ist ein U-Rohr mit zwei unterschiedlich großen Kolben, die durch ein Kapillarrohr getrennt sind. Das kleinere Behältnis befindet sich weiter oben als das größere. Am oberen und unteren Ende des kleinen Gefäßes befinden sich zwei Markierungen.

Die zu messende Flüssigkeit wird in das U-Rohr gefüllt und durch Saugen in das obere Gefäß verbracht. Während der Messung fällt sie durch die Schwerkraft nach unten. Gemessen wird die Zeit, welche die Flüssigkeit braucht, um die beiden Markierungen am kleineren Kolben zu passieren.

Beim Ubbelohde-Viskosimeter, einer Weiterentwicklung des Ostwald-Viskosimeters, ist die Funktion im Prinzip gleich. Im Gegensatz zum Vorgänger ist es jedoch mit einem Belüftungsrohr zum Druckausgleich ausgestattet. Dadurch werden druckbedingte Messungenauigkeiten ausgeschlossen.

Das Cannon-Fenske-Viskosimeter verringert Probleme, die aus einer nicht vertikalen Anordnung des Viskosimeters resultieren. Bei dieser Modifikation befinden sich beide Kolben in der gleichen vertikalen Achse, während die Kapillare in einem Winkel zur Vertikalen angeordnet ist.

Die Ostwald-Methode eignet sich zum Messen niedriger bis mittlerer Viskositäten von Flüssigkeiten, das Ubbelohde-Verfahren für hohe Viskositäten. Nicht zu verwechseln ist das schwerkraftabhängige Kapillarviskosimeter mit dem Hochdruck-Kapillar-Viskosimeter.

Rotationsviskosimeter

Dieses Messgerät bestimmt die Viskosität mittels Auslenkung eines Torsionselements (Federdrehelement). Dabei werden die newtonsche und die nicht-newtonsche Viskosität unterschieden. In aller Regel arbeiten Rotationsviskosimeter Drehzahl- bzw. Scherraten-gesteuert.

Zu den Rotationsviskometern zählen:

das konzentrische Zylinderviskosimeter,
das Kegel-Platte-Viskosimeter
das Spindelviskosimeter

Beim Zylinderviskosimeter wird die zu untersuchende Flüssigkeit in einen Spalt zwischen einem äußeren und einem inneren Zylinder gegeben. Unterschieden werden das Searle-Viskosimeter, bei dem nur der innere Zylinder rotiert, und das Couette-Viskosimeter, bei dem sich lediglich der äußere Zylinder bewegt.

Beim Kegel-Platte-Viskosimeter wird die Flüssigkeit in einen zwischen einer Platte und einem Kegel befindlichen Spalt eingebracht. Auch hier rotiert zur Messung entweder die Platte oder der Kegel.

Während es sich bei diesen beiden Bauformen um absolute Messgeräte handelt, gehören Spindelviskosimeter wie das Haake-Viskosimeter zu den relativen Messinstrumenten. Hierbei wird ein spindelförmiger Messkörper in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht und mit einer exakt definierten Drehzahl gedreht. Die Kraft, die erforderlich ist, um die Drehzahl konstant zu halten, gibt Auskunft über die dynamische Viskosität. Dieses Verfahren wird häufig auch als Brookfield-Viskosimeter-Prinzip bezeichnet.

Schwingplatten-Viskosimeter

Bei dieser Bauform wird die Viskosität einer Flüssigkeit anhand des elektrischen Stroms bestimmt, der nötig ist, um eine Sensorplatte mit vorgegebener Frequenz und Amplitude in der Probe schwingen zu lassen. Verwendet werden diese Geräte bei der Messung sehr niedriger Viskositäten.

Kugelfallviskosimeter

Die Viskosität lässt sich auch über Fallversuche ermitteln. Die Geschwindigkeit, mit der eine Kugel in einem Fluid fällt, hängt direkt von dessen Viskosität ab. Sie steigt zunächst an, bis die ihr entgegenwirkende Reibungskraft der nach unten wirkenden Gewichtskraft der Kugel entspricht. Danach verändert sie sich bis zum Auftreffen auf dem Boden nicht mehr.

Ein Beispiel hierfür ist das Kugelfallviskosimeter nach Höppler. Bei diesem fällt eine Kugel durch ein leicht schräg gestelltes Fallrohr, in dem sich die zu untersuchende Flüssigkeit befindet. Am Fallrohr befinden sich zwei Markierungen, deren Abstand die Messstrecke darstellt. Die Zeitdauer, während der die Kugel die Messstrecke absolviert, wird mittels Lichtschranken gemessen. Oft ist dieses Fallrohr von einem mit Wasser gefüllten Rohr umgeben, um gleichzeitig den Temperatureinfluss auf die Viskosität untersuchen zu können

Welche Methoden nutzt Wyatt, um die Viskosität zu messen?

Unsere Geräte nutzen das Verfahren der Differenzviskosimetrie. Sie verwenden eine ausbalancierte Kapillarbrücke, um die geringe inkrementelle Viskosität einer Lösung mit einer Polymerprobe im Vergleich zur Viskosität des Lösungsmittels zu ermitteln.

Mit dem ViscoStar bieten wir Ihnen ein hochempfindliches Online-Differenzviskosimeter, das es Ihnen in Verbindung mit einem Konzentrationsdetektor (z. B. Optilab) und der Größenausschlusschromatografie (GPC/ SEC) ermöglicht, die intrinsische Viskosität von Polymeren zu ermitteln.

Ein weiteres Wyatt-Produkt zur Viskositätsmessung ist das microViscoStar, ein Online-Differenzviskosimeter für die Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC). Mit diesem können Sie die Viskosität aller Arten von synthetischen Polymeren, Biopolymeren und sogar Proteinen und Peptiden bestimmen.

Wyatt-Viskosimeter - Viskositätsmessung auf höchstem Niveau

Die Wyatt-Viskosimeter sind effektive Werkzeuge, die Ihnen hochwertige Informationen zur Viskosität von Polymeren, Proteinen und Peptiden liefern. Sind die Messergebnisse schon für sich allein wertvoll, werden sie noch nützlicher, wenn Sie sie mit anderen experimentellen Daten kombinieren, etwa mit Molmasseninformationen aus der Mehrwinkel-Lichtstreuung (SEC-MALS-IV). Hieraus lassen sich beispielsweise der hydrodynamische Radius, das Verzweigungsverhältnis und die Konformation von Makromolekülen in Lösung ableiten.

Setzen Sie sich noch heute mit uns in Verbindung und profitieren Sie von unserer tiefgreifenden Branchenexpertise und unserem exzellenten Service.

Weitere Fragen und Antworten zu Viskosimeter

Was ist ein Viskosimeter und wofür wird es verwendet?

Ein Viskosimeter ist ein physikalisches Messgerät zur Bestimmung der Viskosität von Flüssigkeiten. Es wird verwendet, um den Widerstand eines Fluids gegen eine erzwungene Bewegung zu messen.

Wie wird die Viskosität angegeben?

Die dynamische Viskosität wird in Pascalsekunden (Pa·s) gemessen, während die kinematische Viskosität in Quadratmetern pro Sekunde (m²/s) angegeben wird. Messwerte werden von modernen Viskosimetern automatisch berechnet und angezeigt.

Wie funktioniert ein Kapillarviskosimeter?

Beim Kapillarviskosimeter fließt eine Flüssigkeit durch eine Kapillare, während die benötigte Zeit gemessen wird. Die kinematische Viskosität wird durch Multiplikation der Zeit mit der Kapillarkonstante ermittelt. Verschiedene Bauformen werden verwendet.

Wie kann man die Viskosität messen?

Wyatt nutzt das Verfahren der Differenzviskosimetrie. Das ViscoStar misst die spezifische Viskosität von Polymerlösungen. Das microViscoStar wurde speziell für die UHPLC entwickelt und ermöglicht vielseitige Anwendungen.