Immer gleich süß: Dichtemessung jetzt effizienter und breiter anwendbar

18.02.2010: Wenn wir eine Coca Cola trinken, erwarten wir einen ganz bestimmten Geschmack. So ist etwa der Zuckergehalt in diesem Getränk immer gleich und muss vom Hersteller somit genau bestimmt werden können. Solche Messungen erfolgen mit Dichtemessgeräten, die mit speziellen Referenzflüssigkeiten kalibriert werden. Je genauer die Dichte dieser Flüssigkeiten bekannt ist, desto präziser sind die Kalibrierung und schließlich die Dichtemessung. Dem Team um Prof. em. Dr. Wolfgang Wagner und Prof. Dr. Roland Span (Lehrstuhl für Thermodynamik) gelang nun die hochpräzise Messung der Dichte dreier in Industrie und Forschung gängiger Referenzflüssigkeiten: Cyclohexan, Toluol, Ethanol. Da die Messungen in einem breiten Druck- und Temperaturbereich erfolgten, erlauben sie ein weites Anwendungsspektrum. Die Ergebnisse des DFG-geförderten Projekts "Genaue Messung des ppT-Verhaltens von Cyclohexan, Toluol und Ethanol als Dichte-Referenzflüssigkeiten für Kalibrierzwecke" sollen nun den Nutzern auf einfache Weise in Form von Korrelationsgleichungen zur Verfügung gestellt werden.

Minimale Messunsicherheit

Sowohl in der Forschung als auch in der Industrie ist eine große Anzahl sogenannter Biegeschwinger-Dichtemessgeräte im Einsatz. Die Leistungsfähigkeit der Dichtemessgeräte wurde bisher noch nicht ausgeschöpft, da die Dichte der Referenzflüssigkeiten nicht mit der nötigen Genauigkeit bekannt war. Mit der am Lehrstuhl für Thermodynamik entwickelten Ein-Senkkörper-Dichtemessanlage begrenzten die Mitarbeiter die Gesamtmessunsicherheit bei der Dichtebestimmung von Cyclohexan, Toluol und Ethanol auf nur 0,015 Prozent. Dabei erfolgten die Messungen in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +200 °C sowie in einem Druckbereich von 0,1 MPa bis 30 MPa. Dieses breite Datenspektrum erlaubt einen Einsatz weit über Standardanwendungen wie die Bestimmung des Zuckergehalts von Coca Cola hinaus.

Weltweiter Nutzen

Um die Messergebnisse auf einfache Weise nutzbar zu machen, entwickelten die Bochumer Thermodynamiker für alle drei vermessenen Flüssigkeiten genaue Korrelationsgleichungen, die gemeinsam mit den Daten zur Veröffentlichung eingereicht wurden. Diese Korrelationsgleichungen repräsentieren den Zusammenhang zwischen Dichte, Druck und Temperatur. Je nach vorliegenden Druck- und Temperaturbedingungen können die Nutzer mit Hilfe der Gleichungen somit leicht die Dichte der zur Kalibrierung eingesetzten Flüssigkeit bestimmen. Weltweit sind zahlreiche Biegeschwinger-Dichtemessgeräte im Einsatz, von denen die meisten in einem relativ engen Temperatur- und Druckbereich operieren. Etwa zehn Prozent der Anwendungen erfolgen jedoch außerhalb der üblichen Messbedingungen und können somit von den neuen Ergebnissen der Gruppe von Prof. Wagner und Prof. Span profitieren. Forschungslabore an Universitäten und in Firmen weltweit können die Ergebnisse nutzen, um die Effizienz der Dichtemessgeräte zu steigern.