Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Standard „ASTM D6793-02 American national standard standard test method for determination of isothermal secant and tangent volume modulus“ beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des isothermen Sekanten- und Tangentenvolumenmoduls von Flüssigkeiten, die unter den Testbedingungen mit Edelstahl kompatibel und stabil sind. Dieses Prüfverfahren ist für den Einsatz im Temperaturbereich von minus 40 Grad bis 200 Grad und Umgebungstemperatur bis 68,95 MPa ausgelegt. Aufgrund der Konstruktion der Prüfapparatur ist die erreichbare obere Druckgrenze durch den Kompressionsmodul der Prüfflüssigkeit begrenzt. Bei Flüssigkeiten mit relativ niedrigem Kompressionsmodul werden bei der Testtemperatur keine Drücke von bis zu 68,95 MPa erreicht.
Bei dieser Prüfmethode wird davon ausgegangen, dass der Benutzer über Kenntnisse in der Montage und Verwendung von Gewinde- und Kegelfittings für mittleren Druck verfügt, die für Drücke bis zu 137,9 MPa ausgelegt sind.
Für die Zwecke dieser Norm ist der isotherme Sekantenvolumenmodul das Produkt aus dem ursprünglichen Flüssigkeitsvolumen und der Steigung der Sekante, die an einem beliebigen Punkt in einem Diagramm von Druck gegen Volumen bei konstanter Temperatur aufgetragen ist. Der isotherme Tangentenvolumenmodul ist das Produkt aus dem Volumen einer Flüssigkeit bei einem bestimmten Druck und der partiellen Ableitung des Flüssigkeitsdrucks in Bezug auf das Volumen bei konstanter Temperatur.
Zur Bestimmung des isothermen Sekanten-Volumenmoduls wird ein Kolben in Form eines Mitteldruckventils in eine flüssigkeitsgefüllte Kammer gedrückt. Der durch die Kolbenposition erzeugte Druck wird gemessen. Mithilfe eines bekannten Volumenmodulstandards wird gemäß der in der Norm angegebenen Formel eine Systemkonstante bestimmt. Die Systemkonstante ist somit eine Konstante, die ausschließlich vom Systemvolumen und der Kolbenverschiebung abhängt. Sie ist temperaturunabhängig und kann, sobald sie bekannt ist, zur Bestimmung des isothermen Sekanten-Volumenmoduls aus den für verschiedene Kolbenpositionen ermittelten Druckdaten verwendet werden.
Falls gewünscht, können der isotherme Tangentenvolumenmodul und die Probendichte aus den Daten des isothermen Sekantenvolumenmoduls ermittelt werden, die als Funktion des Drucks mithilfe der in dieser Norm angegebenen Berechnungen bestimmt wurden.
Der isotherme Sekantenkompressionsmodul (statischer Kompressionsmodul) ist eine Eigenschaft, die die Kompressibilität einer Flüssigkeit misst. Je größer der Wert, desto weniger komprimierbar ist die Flüssigkeit.
Der isotherme Sekantenvolumenmodul wird bei der Konstruktion von Hochleistungshydraulikflüssigkeiten und Bremssystemen verwendet. Ein hoher Volumenmodul ist wünschenswert, da die Reaktionszeit des Systems aufgrund der schnelleren Kompression des Arbeitsfluids schneller ist, wenn der angewandte Druck die Wirkung des Systems direkt beeinflusst.
Wenn der isotherme Sekantenvolumenmodul als Funktion des Drucks bekannt ist, können die Daten verwendet werden, um den isothermen Tangentenvolumenmodul und die Dichte als Funktion des Drucks zu berechnen. Die Daten können jedoch nicht zur Bestimmung des isentropen (dynamischen) Kompressionsmoduls verwendet werden. Diese Eigenschaft wird üblicherweise durch Messungen der Schallgeschwindigkeit bestimmt und unterscheidet sich vom isothermen Kompressionsmodul durch das Verhältnis Cp/Cv (das Verhältnis der Wärmekapazität bei konstantem Druck zur Wärmekapazität bei konstantem Volumen für die Testprobe).
Die zur Bestimmung des isothermen Sekantenvolumenmoduls verwendete Apparatur ist schematisch wie in der Norm angegeben dargestellt. Benötigt wird ein Ofen, der die Temperatur bei der gewünschten Prüftemperatur unter plus/minus 0,1 Grad halten kann. Alle Armaturen sind konisch und mit Gewinde für den Einsatz bei Arbeitsdrücken bis zu 137,9 MPa. Über das Druckventil wird Druck im System erzeugt. Bei diesem Ventil wird ein Kolben (Ventilschaft) in das mit Flüssigkeit gefüllte System eingeführt, wobei jede Drehung durch eine am Ventilschaft angebrachte Skala gemessen wird, um die Wiederholbarkeit der Drehungen vom Startpunkt aus sicherzustellen. Druckwandler, Thermoelemente und Systemvorrichtungen sollten so konzipiert sein, dass sie nur minimal zum Systemvolumen beitragen. Daher muss das Systemvolumen so bemessen sein, dass es bei jedem beliebigen Einsteckgrad des Druckventilschafts den maximalen Druckanstieg zulässt.
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