Messungen der Viskosität des Edelgases Neon mit einem Schwingdrahtviskosimeter und Korrelationen für die Viskosität von Gasen im Nulldichtelimit

Abstract

Das Edelgas Neon wird als potentielles Arbeitsfluid für Primärthermometer zur direkten Messung thermodynamischer Temperaturen in Betracht gezogen. Für diese Anwendung ist die genaue Kenntnis der thermophysikalischen Eigenschaften von Neon essentiell. Um die Datenlage für dieses Fluid zu verbessern, wurden neue Messungen der Viskosität und Dichte von Neon mit einem Schwingdrahtviskosimeter mit integrierter Dichtemessung durchgeführt. Zur Messung der Viskosität wird ein eingespannter Draht, der sich in einem homogenen Magnetfeld befindet, zu Schwingungen angeregt. Nach Abschalten der Anregung wird die Schwingung gedämpft und durch magnetische Induktion eine elektrische Spannung im bewegten Draht induziert. Aus der detektierten gedämpften harmonischen Schwingung kann die Viskosität bestimmt werden. Das Dichtemessverfahren beruht auf dem Auftriebsprinzip von Archimedes, wobei ein Silizium- Einkristall-Senkkörper verwendet wurde. Das Viskosimeter wurde aus der ehemaligen Arbeitsgruppe von E. Vogel in Rostock an die Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg überführt, dort wieder aufgebaut und modernisiert. Zur Kalibrierung der Viskositätssensoren wurden Messungen an Helium bei 293,15 K und unter Drücken von bis zu 30 MPa durchgeführt. Zur Validierung des Viskosimeters wurden an Stickstoff die beiden Isothermen 293,15 K und 423,15 K vermessen. Die Messungen an Neon decken den Temperaturbereich von 300 K bis 450 K unter Drücken von bis zu 30 MPa ab und zeigen eine gute Übereinstimmung mit vorhandenen Literaturdaten. Zusätzlich wurde die Viskosität des Edelgases Krypton entlang der Isothermen 298,15 K vermessen. Die erreichten Messunsicherheiten (95%-Konfidenzintervall) belaufen sich auf 2,5 mK für die Temperatur, 0,2% für die Viskosität und 0,1% für die Dichte. Zudem wurden Viskositätskorrelationen im Limit von Nulldichte für die Edelgase und Stickstoff basierend auf hoch genauen theoretisch berechneten Werten entwickelt. Die Korrelationen geben die theoretisch berechneten Werte innerhalb ihrer Unsicherheit wieder und zeigen ein physikalisch sinnvolles Extrapolationsverhalten bei hohen und niedrigen Temperaturen.