Mikrofluidische Geräte gewinnen in verschiedenen Bereichen der Pharmazie, der Strömungschemie und des Gesundheitswesens zunehmend an Bedeutung. In den eingebetteten Mikrokanälen spielen die Durchflussraten, die dynamische Viskosität der transportierten Flüssigkeiten und die fluiddynamischen Eigenschaften eine wichtige Rolle. Verschiedene funktionelle Hilfskomponenten von mikrofluidischen Geräten wie Durchflussbegrenzer, Ventile und Durchflussmesser müssen mit Flüssigkeiten charakterisiert werden, die in verschiedenen mikrofluidischen Anwendungen verwendet werden.
Wissens-Zwinker: Luft (Air) & Stickstoff (N2) – DGF-I1
Wissens-Zwinker: Luft & N2 – DGF-I1 Dichtemessgerät für Gase
Jahrgang 1 | Nummer 1
Warum dieser Test?
Die durchgeführten Messungen sollen in einer Serie von diversen Schnelltests aufzeigen wie präzise der DGF-I1 Dichtesensor für Gase im Betrieb arbeitet. Da Luft und Stickstoff einen ähnlichen Dichtebereich haben bestätigen die Testergebnisse unsere Erwartungen an den DGF-I1 Dichtesensor.
Was ist ein Wissens-Zwinker?
Kennen Sie das Bedürfnis manchmal schnell etwas zu messen, zu zeichnen oder zu basteln? Dabei zählt die Geschwindigkeit bis zum Resultat mehr als die perfekte (wissenschaftliche) Herangehensweise. Aus diesem Grund haben wir bei uns einen Wissens-Zwinker eingeführt. Sozusagen Wissenschaft mit einem Augenzwinkern. Dabei wollen wir nicht wissenschaftlich etwas beweisen, sondern schnell etwas pragmatisch aufzeigen Bei Interesse vertiefen wir diese Ergebnisse gerne mit Ihnen und Ihrem Projekt.
Welche Gase wurden verwendet?
- Stickstoff 4.5
PanGas (Materialnummer 6430112) - Trockenluft
Druckluft-Kompressor
Dichtemessung
Die Messung der Dichte wurde mit dem Gasdichtesensor DGF-I1 durchgeführt. Dazu wurde der Sensor jeweils einige Zeit von den aufgeführten Gasen bei konstantem Durchfluss durchströmt. Mittels Protokollfunktion wurde pro Sekunde ein Messwert für die Dichte, Temperatur, Druck sowie Referenzdichte aufgezeichnet.
Stickstoff (N2)
1.2503 kg/m³
bei 0 °C, 1.01325 bar abs
Trockenluft (Air)
1.292 kg/m³
bei 0 °C, 1.01325 bar abs
Der TrueDyne-Sensor
Der DGF-I1 Dichtesensor ist mit einem Durchmesser von 33.5 mm und einer Länge von 63 mm sehr kompakt gebaut und findet auch auf kleinstem Raum Platz. Er wird mit dem integrierten Anschluss direkt in die Gasleitung oder den Gastank geschraubt, ein Filter schützt vor Verschmutzung. Die Messwerte werden über eine RS485-Schnittstelle an das übergeordnete System übertragen. Die Ansprechzeit von 5 Sekunden macht eine Dichtemessung direkt im Prozess möglich – die Messung muss nicht unterbrochen werden.
Zulässige Messstoffe:
Wasserstoff (H2) • Helium (He) • Stickstoff (N2) • Sauerstoff (O2) • Kohlenstoffdioxid (CO2) • Argon (Ar)
Medien, die von zuvor aufgeführten Messstoffen abweichen, können ggf. nach Einzelabklärung verwendet werden. Zum Beispiel Neon (Ne) und Krypton (Kr).
DGF-I1 Dichemessgerät für Gase
Max. Messabweichung:
Dichte: <0,1 kg/m³
Temperatur: <0,8 °C
Druck: <0,04 bar
Mit Feldabgleich Dichte <0,05 kg/m³
Wiederholbarkeit:
Dichte: <0,015 kg/m³
Temperatur: <0,06 °C
Druck: <0,005 bar
Zulässiger Dichtemessbereich:
0,2 … 19 kg/m³
Zulässiger Druckbereich:
Max. Messbereich:
1…10 bar (absolut)
Gasgemische mit Argon (Ar) nur bis
max 9 bar (abs) verwenden.
Berstdruck 30 bar
Prüfaufbau
Abbildung 1 zeigt den Aufbau der Versuchsstation. Über fünf parallel geschaltete thermische Massendurchflussregler (MFC) konnte der Sensor abwechselnd von den verschiedenen Reingasen durchströmt werden. Die Installation der Abfuhr an der seitlichen Öffnung des Sensors begünstigt dabei den Gasaustausch im Gehäuse, wodurch die Reaktionszeit optimiert werden kann.
- Gaszufuhr
- MFC: Vögtlin red-y GSC-B9SA-BB23
- Statischer Mischer: Swagelok
- Dichtesensor: TrueDyne DGF-I1
Abbildung 1 – Aufbau Gasmischanlage
Ergebnisse
Um das Ergebnis der Messungen besser beurteilen zu können wurden die Mittelwerte von Dichte, Druck, Temperatur, und Referenzdichte (bei T = 0 °C, p = 1.01325 bar abs) berechnet. Dafür wurden pro Medium 100 Messpunkte im eingeschwungenen Zustand verwendet.
In Abbildung 2 werden sowohl die Reaktionszeit und Stabilität der Messwerte als auch die vom DGF-I1 ausgegebene Referenzdichte sowie die berechnete Referenzdichte bei 0 °C unter atmosphärischem Druck von 1.01325 bar abs dargestellt.
- Referenzdichte Air – Trockenluft
- Referenzdichte N2 – Stickstoff
A. Datenauszug Tabelle A
B. Datenauszug Tabelle B
Die maximale Messabweichung des DGF-I1 (Dichte: <0,1 kg/m³) liegt deutlich ausserhalb der Skala von Abbildung 2
Tabelle 1 – Berechnung Mittelwerte und Referenzdichte
Abbildung 2 – Messergebnisse Luft und N2
Abbildung 3 und 4 stellen die Häufigkeitsverteilungen der gemessenen Referenzdichten dar und hilft die Wiederholbarkeit des Gasdichtesensors zu visualisieren. Hierbei wurden dieselben Messwerte wie für die Mittelwertberechnungen verwendet, als Klassenbreite wurde für beide Medien 0.001 kg/m³ definiert.
Abbildung 3 – Verteilung Referenzdichte – Air Trockenluft
Abbildung 4 – Verteilung Referenzdichte – N2 Stickstoff
Die in der Abbildung 2 markierten Felder A und B zeigt Ihnen die Herkunft der Rohdaten der Tabellen A (Sekunde 5…15) und Tabelle B (Sekunde 160…170).
Tabelle A – Messergebnisse Luft und N2 – Sekunde 5..15
Tabelle B – Messergebnisse Luft und N2 – Sekunde 160..170
Sensoren, die Sie interessieren könnten
Gase
Viskosität
Applikationen, die Sie interessieren könnten
Weitere Wissens-Zwinker, die Sie interessieren könnten
Beitrag: Inline-Messungen der physikalischen und thermodynamischen Eigenschaften von Einkomponenten- und Mehrkomponentenflüssigkeiten
mehr lesen
Wissens-Zwinker: Luft (Air) & Stickstoff (N2) – DGF-I1
Wissens-Zwinker: Luft & N2 - DGF-I1 Dichtemessgerät für GaseJahrgang 1 | Nummer 1Warum dieser Test?Die durchgeführten Messungen sollen in einer Serie von diversen Schnelltests aufzeigen wie präzise der DGF-I1 Dichtesensor für Gase im Betrieb arbeitet. Da Luft und...
Beitrag: Dichte- und Konzentrationsmessanwendungen für neuartige MEMS-basierte Mikro-Dichtesensoren für Gase
Dichte- und Konzentrationsmessanwendungen für neuartige MEMS-basierte Mikro-Dichtesensoren für GaseC. Huber, TrueDyne Sensors AG, Reinach BL (Switzerland), Endress+Hauser Flowtec, Reinach BL (Switzerland)Abstract Ein auf MEMS-Cantilever basierender resonanter Sensor...
Beitrag: Entwurf, Simulation, Herstellung und Charakterisierung von piezoelektrischen MEMS-Cantilever als Gassensor zur Messung von Dichte- und Viskosität
Entwurf, Simulation, Herstellung und Charakterisierung von piezoelektrischen MEMS-Cantilever als Gassensor zur Messung von Dichte- und ViskositätA. Mehdaoui¹, C. Huber¹, J. Becker¹, F. Schraner¹, L. Villanueva²¹TrueDyne Sensors AG, Reinach BL (Switzerland), ²Ecole...
Beitrag: Multiparameter Gas-Monitoring System
Ziel der Arbeit ist es, ein kompaktes, robustes und wartungsfreies Gaskonzentrations- und Feuchteüberwachungssystem für den industriellen Einsatz im Bereich der inerten Prozessgase zu entwickeln. Unser Prototyp eines Multiparameter-Gasüberwachungssystems ermöglicht die gleichzeitige Messung der thermophysikalischen Eigenschaften (Dichte, Viskosität) sowie des Wasserdampfgehalts (im ppm-Bereich) unter verschiedenen Prozessbedingungen.
Teil 3 – Die MEMS-Technologie
Die MEMS-TechnologieAuf einen BlickIm Teil 2 haben wir die Schwingungsmessungsmethode kennengelernt. Der vorliegende Abschnitt behandelt die Entstehung der MEMS-Technologie bei TrueDyne Sensors AG. Die Technologie hat den MEMS-Sensor hervorgebracht, dessen Herzstück...
