DE4435140C2 - Viskositätsmessung mittels einer mit Unterdruck beaufschlagten Kapillare - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der relativen Viskosität einer zähflüssigen Substanz.

Aus Review of Scientific Instruments, Vol. 25, 1954, Nr. 10, S. 1020-1022 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Viskosität von Blut bekannt, bei denen eine vor­ gegebene Menge mittels eines vorgegebenen Unterdrucks gegen­ über dem Umgebungsluftdruck durch eine Kapillare in ein Auf­ fanggefäß befördert wird und der Vergleich der dafür benötig­ ten Zeit mit der für Wasser als Referenzflüssigkeit benötig­ ten Zeit als Maß für die relative Viskosität des Blutes er­ mittelt wird.

Bei der Verarbeitung von zähflüssigen Substanzen hängt die Qualität der erzielten Ergebnisse in hohem Maß von der Visko­ sität der Substanz ab. Beispielsweise ist in der Dickschicht­ schaltungstechnik zur Erzielung einer geringen Ausschußquote bei der Fertigung von Durchkontaktierungen und Widerständen eine gleichbleibende Viskosität der Pasten erforderlich.

Es ist bekannt, Messungen der Viskosität einer zähflüssigen Substanz mittels Rotationsviskosimeter durchzuführen. Mit dieser Art der Viskositätsmessung sind folgende Nachteile verbunden: Die dafür benötigten Meßgeräte erfordern einen ho­ hen finanziellen Aufwand. Die Durchführung der Messung selbst erfordert ein erhebliches know how, so daß dafür ein entspre­ chend qualifiziertes Personal erforderlich ist. Es wird eine relativ große Prüfmenge der Substanz benötigt, was sich umso mehr bemerkbar macht, wenn es sich bei der Substanz um sehr teure Pasten für Dickschichtschaltungen handelt.

Oftmals ist auch gar nicht die Messung der absoluten Viskosi­ tät einer Substanz erforderlich, vielmehr genügt eine Ermitt­ lung der relativen Viskosität der zu prüfenden Substanz im Vergleich zu der bekannten Viskosität einer Referenzsubstanz. Bei einer beispielsweise festgestellten zu hohen Viskosität der zu prüfenden Substanz kann in an sich bekannter Weise durch Zufuhr von Wärme oder durch Zugabe eines Verdünnungs­ mittels die Viskosität solange erniedrigt werden, bis die ge­ wünschte Viskosität erreicht ist.

Die Erfindung löst das Problem, eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zur Messung der relativen Viskosität einer zähflüssi­ gen Substanz anzugeben, die gegenüber der Viskositätsmessung mittels Rotationsviskosimeter eine erhebliche Verringerung des Aufwandes mit sich bringt.

Das Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Anspruch 5 gibt eine das Problem lösende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 an.

Die Erfindung bringt neben einer einfachen Durchführbarkeit und einer hohen Reproduzierbarkeit der Ergebnisse der Messun­ gen die Vorteile eines geringen Aufwandes für die erforder­ lichen Einrichtungen und eines sehr geringen Verbrauchs der zu prüfenden Substanz mit sich, womit insgesamt eine hohe Wirtschaftlichkeit gegeben ist. Zudem ist durch Verwendung einer neuen Kapillare für jeden Meßvorgang und Aufbewahrung einer Kapillare mit der aufgesaugten Prüfsubstanz eine Proto­ kollierbarkeit gegeben.

Die Erfindung wird nun als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher beschrieben.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung

Fig. 2 nähere Einzelheiten der Kapillare aus Fig. 1.

Ein Behälter ist mit einer zähflüssigen Substanz 8, deren Viskosität ermittelt werden soll, gefüllt. Die Substanz kann beispielsweise durch eine Paste für die Herstellung von Dickschichtschaltungen gegeben sein. Auf der Oberfläche der Substanz lastet der Umgebungsluftdruck. Eine Kapillare 7 ist mit ihrem einen Ende ca. 3 mm in die Substanz eingetaucht. Die Kapillare ist mit einem durchsichtigen Material gebildet und weist einen in Abhängigkeit von der Viskosität gewählten Innendurchmesser auf. Für in der Dickschichtschaltungstechnik verwendete Pasten weist der Innendurchmesser vorzugsweise 1 mm auf. Das andere Ende der Kapillare ist über eine Kapil­ larenaufnahme 6 und eine Verbindungsleitung, die beispiels­ weise durch einen flexiblen Schlauch gegeben sein kann, mit einer Absperreinrichtung 9 verbunden. Je nach Zustand der Absperreinrichtung ist die Kapillare mit dem Umgebungsluft­ druck oder mit einem Unterdruckbehälter 4 verbunden. Der Unterdruckbehälter weist ein großes Volumen gegenüber dem Volumen des Verbindungsweges zwischen Kapillare und Unter­ druckbehälter auf. Ein mit dem Unterdruckbehälter verbundenes Manometer zeigt den in dem Unterdruckbehälter herrschenden Unterdruck an. Der Unterdruckbehälter ist über ein Ventil 3 und eine Verbindungsleitung 2 mit einer Vakuumpumpe 1 verbun­ den.

Der Meßvorgang läuft wie folgt ab. Zunächst ist die Absperr­ einrichtung 9 in Richtung des Unterdruckbehälters geschlossen und das Ventil 3 geöffnet. Über die Vakuumpumpe wird in dem Unterdruckbehälter ein Unterdruck aufgebaut. Bei Erreichen des gewünschten Unterdrucks von typischerweise 50.000 Pa, wird das Ventil 3 geschlossen. Die Absperreinrichtung 9 gibt in dem Zustand, in dem es in Richtung zum Unterdruckbehälter geschlossen ist, einen Weg zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem anderen Ende der Kapillare frei. Die Absperreinrich­ tung wird zu Beginn eines vorgegebenen Meßzeitraumes in einen Zustand gebracht, bei dem zwischen dem Unterdruckbehälter und dem anderen Ende der Kapillare ein Weg freigegeben ist. Nun läßt der auf der Substanz lastende Umgebungsluftdruck die Substanz in die Kapillare eindringen. Am Ende des Meß­ zeitraumes von typischerweise 60 Sekunden, wird die Absperr­ einrichtung in den Zustand gebracht, bei dem sie in Richtung des Unterdruckbehälters gesperrt ist und bei dem ein Weg zwischen dem anderen Ende der Kapillare und dem Umgebungs­ luftdruck freigegeben ist. Anschließend wird, wie in Fig. 2 dargestellt, die Länge 1 der eingedrungenen Pastenmenge ermittelt und als Maß für die Viskosität genommen.

Die Viskosität der zu prüfenden Substanz ist gleich groß, wie die in einem vorangegangenen Meßvorgang ermittelte Viskosität einer Referenzsubstanz, wenn die während des vorgegebenen Meßzeitraumes eingedrungenen Mengen gleich lang sind. Die Viskosität der zu prüfenden Substanz ist höher als die Vis­ kosität einer Referenzsubstanz, wenn die während des festen Meßzeitraumes eingedrungene Menge der Prüfsubstanz weniger lang ist als die für die Referenzsubstanz ermittelte Länge. Die Viskosität der zu prüfenden Substanz ist niedriger, als die Viskosität der Referenzsubstanz, wenn die während des Meßzeitraumes eingedrungene Menge länger ist, als die Länge der Referenzsubstanz.

Unterschiedlichen Wertebereichen der mutmaßlichen Viskosität der zu messenden Substanz können unterschiedliche Innendurch­ messer der Kapillare zugeordnet sein, wobei für Substanzen mit höherer Viskosität ein größerer Innendurchmesser und für Substanzen mit niedrigerer Viskosität ein geringerer Innen­ durchmesser zum Einsatz kommt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Messung der relativen Viskosität einer zäh­ flüssigen Prüfsubstanz, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. - eine durchsichtige, an ihren beiden Enden jeweils eine Öff­ nung aufweisende Kapillare eines einzigen Innendurchmessers mit ihrem einen Ende in die mit Umgebungsluftdruck beauf­ schlagte Prüfsubstanz eingetaucht und an ihrem anderen Ende für einen festen Zeitraum mit einem gegenüber dem herr­ schenden Umgebungsluftdruck konstanten Unterdruck beauf­ schlagt wird,
• 2. - am Ende des festen Zeitraumes die Länge der aufgesaugten Prüfsubstanz als Maß für die Viskosität der Prüfsubstanz ermittelt wird und
• 3. - die Länge der aufgesaugten Prüfsubstanz mit der Länge, die für eine Referenzsubstanz mit gegebener Viskosität ermit­ telt wurde, verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Zeitraum annähernd 60 Sekunden beträgt.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck im wesentlichen 50.000 Pa beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsubstanz durch eine Paste für Dickschichtschal­ tungen gegeben ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, mit einer an ihren beiden Enden jeweils eine Öffnung aufwei­ senden, durchsichtigen Kapillare (7) eines konstanten Innen­ durchmessers, welche mit ihrem einen Ende in die Prüfsubstanz einführbar ist und einer Kapillarenaufnahme (6), die über ei­ ne Absperreinrichtung (5) mit einem Unterdruckvorratsbehälter (4) verbunden ist, wobei die Absperreinrichtung so ausgestal­ tet ist, daß sie in dem Zustand, in dem der Weg zwischen Un­ terdruckvorratsbehälter (4) und Kapillare (7) abgesperrt ist, einen Weg zwischen dem anderen Ende der Kapillare (7) und dem Umgebungsluftdruck freigibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Kapillare nach Maßgabe der Viskosi­ tät der Prüfsubstanz gegeben ist.

7. Vorrichtung, nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Kapillare annähernd 1 mm beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (9) mittels einer Stelleinrichtung für den festen Zeitraum selbsttätig betätigbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruckvorratsbehälter (4) einen im wesentlichen kon­ stanten Unterdruck aufweist, und das Volumen des Weges zwi­ schen dem anderen Ende der Kapillare (7) und dem Unterdruck­ vorratsbehälter (4) gegenüber dem Volumen des Unterdruckvor­ ratsbehälters (4) klein ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare im wesentlichen lotrecht ausgerichtet ist.