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Viskositätssensor VLO-M2 für Flüssigkeiten

Der VLO-M2 Viskositätssensor misst die Viskosität eines Fluides in einem mikroelektromechanischen System (MEMS-System). Der Messstoff wird im Sensor über ein Druckgefälle zum Omega-Chip geleitet, einem omegaförmigen Mikrokanal. Dieses vibronische Messsystem generiert die Messwerte, indem ein Siliziumrohr im Chip in resonante Schwingung versetzt und diese analysiert wird. Denn die Schwingungsgüte hängt von der Viskosität der Flüssigkeit im Mikrokanal ab. Gleichzeitig – und unabhängig von der Viskosität – lässt sich über die Frequenz des Mikrokanals die Dichte des Messstoffes bestimmen. Da die Temperatur sowohl Viskosität als auch Dichte beeinflusst, wird im Chip auch die Temperatur des Messstoffes in Echtzeit erfasst. So kann der Temperatureffekt ausgeglichen werden.

Dank der Messung im MEMS-System ist der Sensor nur 30 x 80 x 15 mm³ klein und findet auch bei engen Verhältnissen Platz. Die hochpräzisen Messresultate sind sofort verfügbar, damit ist eine kontinuierliche Messung im laufenden Prozess möglich. Die Dichte von Flüssigkeiten ist abhängig von ihrer Temperatur. Um diesen Effekt zu kompensieren, erfasst ein integrierter Widerstand aus Platin die Temperatur der Flüssigkeit.

Der Viskositätssensor sendet die Messdaten über die Datenleitung im Modbus RTU Übertragungsmodus an das Auslesesystem.

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Produktbeschreibung

Modbus RTU

Modbus RTU
RS-485 Punkt-zu-Punkt Verbindung
Modbus over serial line – Spezifikation

Inline Messung

Direkt im laufenden Prozess
Werte werden instantan ausgegeben
Schneller Wechsel der Medien möglich

Dichte

Dichtewert
Max. Messabweichung:
±0.2 kg/m³ (bzw 0.0075 x abs (T-25 °C)] kg/m³ wenn der Wert >0.2 kg/m³ ist)
Wiederholbarkeit: ±0,1 kg/m³

Viskosität

Viskositätswert: Dynamisch & kinematisch
Messgenauigkeit:
±[0,2 mPa s + 5% vom Messwert]
Wiederholbarkeit: ±0,1 mPa s

Flüssigkeiten

Kohlenwasserstoffe
Wässrige Medien
u.v.m. – Fragen Sie uns

Konzentrationspakete (Option)

Zucker / Wasser nach ICUMSA (%mass)
NaCl / Wasser nach Laliberté / Cooper (%mass)

Fortsetzung Konzentrationspakete

Maissirup mit hohem Fruktosegehalt HFCS42, HFCS55, HFCS90
(%mass / °Brix / °Plato / °Balling)

Fortsetzung Konzentrationspakete

Ethanol / Wasser nach OIML IST-90
(%mass / %vol@20°C / ABF@20°C)

Fortsetzung Konzentrationspakete

Methanol / Wasser (%mass)
Ethylenglykol / Wasser in (%mass)

Fortsetzung Konzentrationspakete

Mineralgehalt in Wasser nach Huber (mg/l)
Wasserstoffperoxid in Wasser (H₂O₂) (%mass)

Anwendungen

Überwachung von Treibstoffkonzentrationen

Neuwagen müssen vor ihrer Zulassung genau auf Herz und Nieren getestet werden. Der Motor wird dafür an den Grenzen seiner Möglichkeiten getestet und oft «kalt» gestartet. Dadurch verbrennt der Treibstoff nicht mehr vollständig und vermischt sich mit dem Motorenöl. Ist zu viel Treibstoff im Motorenöl, kann dies den Motor zerstören. Mit dem Viskositätssensor müssen die Tests nicht mehr unterbrochen werden – überwachen Sie die Viskosität des Öls direkt im Prozess und wechseln Sie es nur noch bei Bedarf aus.

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1. Prüfstand zum Prüfen von Motoren. 2. Motor, der geprüft wird. 3. Treibstoff, der für die Prüfung verwendet wird. 4. Im Motor verwendetes Motorenöl. 5. Die Qualität des Motorenöls wird direkt im Prozess geprüft, Schäden durch allfällige Verunreinigungen können vermieden werden.

Technik

Überblick

Der Dichtesensor wurde konzipiert, um die Dichte von Fluiden zu messen. Dies geschieht mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS) mit omegaförmigem Mikrokanal (Omega-Chip), der in einen internen Bypass eingebaut ist.

Fliesst Messstoff durch den Dichtesensor, wird durch die Bypassanordnung ein Druckgefälle über den Mikrokanal erzeugt, wodurch der Messstoff zum Omega-Chip gelangt. Der Messstoff beeinflusst die physikalischen Eigenschaften des angeregten Sensors (Resonanzfrequenz und Güte), diese werden digitalisiert und im Microcontroller ausgewertet. Die Messwerte können über die serielle Schnittstelle (RS-485, Modbus) ausgelesen werden.

So sind Dichtemessungen im Bereich 600…1000 kg/m3 (weitere Optionen siehe Produktspezifikationen) bei einer Durchflussmenge von 0…10 l/h realisierbar. settings.

Omega-Chip

Der Omega-Chip, ein vibronisches Mikrosystem, ist das Herz des Messsystems und dient der Sensorsignalgenerierung im Gesamtsystem. Wesentlicher Bestandteil dieses Mikrosystems ist ein Siliziumrohr (Mikro kanal), das elektrostatisch in einer Vakuumatmosphäre in Schwingung versetzt wird. Zur Kompensation von Temperatureffekten ist ein Platinwiderstand integriert, der eine lokale Echtzeittemperaturerfassung zulässt. Der Omega-Chip besteht im Wesentlichen aus kristallinem Silizium und Glas.

Messprinzip (Omega-Chip)

Dichtemessung

Zur Dichtemessung verwendet der Dichtesensor den Omega-Chip. Der befüllte Mikrokanal wird dazu in resonante Schwingung versetzt und analysiert.

Die resultierende Eigenfrequenz des Mikrokanals hängt von der Masse und damit von der Dichte des Messstoffs im Mikrokanal ab: Je grösser die Messstoffdichte, desto kleiner ist die Eigenfrequenz. Die Eigenfrequenz ist somit eine Funktion der Messstoffdichte.

f = Eigenfrequenz, E ⋅ I = Rohrsteifigkeit, ρTube = Rohrdichte, ATube = Rohrquerschnitt, ρFluid = Messstoffdichte, AFluid = Messstoffquerschnitt.

Spezifikationen

Allgemein

Messgrösse:

Dichte und daraus abgeleitete Grössen (z.B. Normdichte, Konzentration, etc.)

Typische Medien:

Partikelfreie (<30 μm) Medien wie zum Beispiel:

Benzin, Diesel, Kerosin
OME (synthetische Stoffe)
Öle und Schmierstoffe
Wasserbasierte Medien
Methanol, Ethanol, Isopropanol
LPG*
AdBlue®*
Glykol-Mischungen*

Weitere Medien können ggf. nach Einzelabklärung verwendet werden. *Optional

Konzentrationspakete:

Diverse Zucker in Wasser
Invertzucker in Wasser
High Fructose corn sirup
Methanol in Wasser
Ethanol in Wasser
Kochsalz in Wasser
Minerale in Wasser
Wasserstoffperoxid in Wasser
Ethylenglycol in Wasser
Butan in Propan

Hinweis: Benutzerspezifische Konzentrationspakete auf Anfrage

Messperformance

Max. Messabweichung :

Viskosität: ±[0,2 mPa s + 5% vom Messwert]
Dichte: ±0.2 kg/m³ (bzw 0.0075 x abs (T-25 °C)] kg/m³ wenn der Wert >0.2 kg/m³ ist)
Temperatur: ±0.15 °C (bzw. ±[0.005 x abs(T-25 °C)] °C wenn der Wert >0.15 °C ist)

Wiederholbarkeit:

Viskosität: ±0,1 mPa s
Dichte: ±0,1 kg/m³
Temperatur: ±0,05 °C

Temperaturbedingungen

Zulässige Mediumstemperatur:

-40…+60 °C

Zulässige Umgebungstemperatur:

-40…+60 °C

Zulässige Lagerungstemperatur:

-40…+60 °C

Einsatzbereich

Zulässiger Dichtemessbereich:

0…1600 kg/m³

Zulässiger Viskositätsbereich:

0,3…50 mPa s

Zulässiger Messstoffdruck:

0…20 bar (abs)
Berstdruck 80 bar (abs)

Zulässige Partikelgrösse:

Max. 30 μm

Zulässiger Durchflussbereich:

0…10 l/h (Wasser)

Vibrationen:

Vibrationen (<20 kHz) haben aufgrund der hohen Arbeitsfrequenz des Mikrokanals keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit.

Ein- und Auslaufstrecken:

Ein- und Auslaufstrecken haben keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit.

Umgebungsbedingungen

Klimaklasse:

Noch nicht definiert

Elektromagnetische Verträglichkeit:

EMV 2014/30/EU (EN 61326-1)

Schwingungs – und Stossfestigkeit:

Noch nicht definiert

Schutzart:

IP54 (IEC 60529)

Material

Gehäuse:

Rostfreier Stahl:

1.4404 (316L)
1.4542 (AISI/SUS 630)

Medienberührend:

Rostfreier Stahl:

1.4542 (AISI/SUS 630)

BOROFLOAT® 33 Glas
Silizium
Epoxidharz

Dimensionen / Bauform

Bauform: VLO-M2_ex (Beim VLO-M2 (nicht Ex) entfällt der Klemmbügel auf Erdungsplatte mit Schrauben M3×8 TORX – In der Grafik orange markiert

Abmessungen:

30 mm x 66 mm x 15 mm (ohne Kabel und Kabeldurchführung)

Gewicht:

<200 g

Abmessungen Messkanal:

160 x 200 μm (500 nl)

Fluidische Schnittstellen

Fluidische Schnittstellen:

2 x M5 Gewindebohrungen im 45°-Winkel zur Seiten- und Stirnfläche

Elektrische Schnittstelle

Kommunikation:

Auf dem Hardware-Standard RS485.
Modbus RTU-Kommunikationsprotokoll (siehe Datenblatt)

Kabelbauform:

Fest verbautes Kabel. Anschlusskabel Typ KS-Li9YD11Y 4xAWG 28, Hersteller: Kabel Sterner

Kabellänge:

3 m (Option bis 30 m)

Kabelaussendurchmesser:

2,3 mm

Aderdurchmesser:

4 x AWG 28

Pegelführung:

Digitale Kommunikationsleitungen und Spannungsversorgung in einem gemeinsam geschirmten Kabel Unidirektional, RS-485
Terminierungswiderstand von 330 Ω auf der Client Seite vorsehen

Energieversorgung:

Maximale Stromaufnahme 26 mA
Maximale Leistungsaufnahme 350 mW

Versorgung: 5 V…13.3 V

Spannungsfestigkeit:

Das Bezugspotential (GND) ist mit dem Gehäuse und dem Erdanschluss (siehe Produktaufbau) verbunden. Es existiert keine galvanische Trennung zwischen den Versorgungskreisen, der Kommunikationsschnittstelle und GND

Datenrate:

Ansprechzeit: 100 ms

Kabelbelegung:

Aderfarbe Belegung

gelb – RS485 B,D1
grün – RS485 A,D0
braun – GND (Signalmasse),common
weiss – VDD (Versorgungsspannung)
blank – Schirmung

Zertifikate / Zulassungen

CE-Zeichen:

Der Dichtesensor erfüllt die gesetzlichen Anforderungen der EG-Richtlinien. Die TrueDyne Sensors AG bestätigt die erfolgreiche Prüfung des Dichtesensors mit der Anbringung des CE-Zeichens.

Richtlinien:

LVD 2014/35/EU(L96/357)
EMC 2014/30/EU (L96/79)
RoHS 2011/65/EU(L174/88)

Standards:

EN 61010-1: 2010
EN 61326-1: 2013
EN 61326-2-3: 2013
EN 50581: 2012

Produktaufbau

Produktaufbau:

Dichtesensor VLO-M2(_ex)
Montagelöcher für mechanische Befestigung (6 x M3-Gewindebohrungen)
Fluidische Schnittstelle (2 x M5-Gewindebohrungen)
Klemmbügel auf Erdungsplatte mit Schrauben M3×8 TORX
Elektronische Schnittstelle für Kommunikation und für Stromversorgung

Beim VLO-M2 (nicht Ex) entfällt der Punkt 4 (Klemmbügel auf Erdungsplatte mit Schrauben M3×8 TORX).
In der Grafik orange markiert.

Mechanische Befestigung: VLO-M2