Wissens-Zwinker: Ethylenglycol-Wasser-Gemisch – VLO Dichte- und Viskositätsmessgerät für Flüssigkeiten

Jahrgang 2 | Nummer 1

Warum dieser Test?

Die durchgeführten Messungen sollen in einer Serie von diversen Schnelltests aufzeigen, wie die Konzentration zweier Flüssigkeiten mit dem VLO Dichte- und Viskositätssensor im Betrieb kontrolliert werden können. Die vorliegenden Messergebnisse zeigen die Top-Leistung unseres kleinen Sensors auf.

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 Flüssigkeiten wurden verwendet?

  • Ethylenglycol 
    Carl Roth (Art.-Nr.: 2441.4)
  • De-ionisiertes Wasser

Dichtemessung

Die Messung der Dichte wurde mit dem VLO Dichte- und Viskositätssensor für Flüssigkeiten durchgeführt. Dazu wurde der Sensor jeweils von den aufgeführten Gemischen bei konstantem Durchfluss durchströmt. Mittels Protokollfunktion wurde pro Sekunde ein Messwert für Dichte, Temperatur, Druck sowie Referenzdichte aufgezeichnet.

Ethylenglycol (C2H6O2)

1113.37 kg/m³ 2

bei 20 °C, 1.01325 bar abs

Wasser (H2O)

998.21 kg/m³

bei 20 °C, 1.01325 bar abs

Der TrueDyne-Sensor

Der VLO-M1 Viskositätssensor misst die Viskosität eines Fluides in einem mikroelektromechanischen System (MEMS-System). Der Messstoff wird im Sensor über ein Druckgefälle zum sogenannten Omega-Chip geleitet, der einen omegaförmigen Mikrokanal enthält. 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.

Das Messsystem in Submillimetergrösse ermöglicht den kompakten Bau des Sensors. Er ist lediglich 80 x 30 x 15 mm³ klein und findet so auch bei engen Verhältnissen Platz.  Die Messwerte gelangen über eine RS232-Schnittstelle und im ASCII-Befehlsprotokoll im TrueDyne Sensors-Standard an das übergeordnete System.

TrueDyne_DLO-M1_VLO-M1_rechts
VLO Dichte- und Viskositätssensor für Flüssigkeiten

Verfahren

  1. Aufreinigung des Ethylenglycols und Bestimmung der Reinheit über Dichtemessung mit Labor-Dichtemessgerät DSA 5000 M (Anton Paar)
  2. Beimischen von Wasser auf Laborwaage (Kern, PCB 1000-2), um verschiedene Zielkonzentrationen (w/w) als Referenz zu erzeugen.
  3. Einsetzen des Viskositätssensors in den Messaufbau gemäss Skizze
  4. Pumpen des Ethylenglycol-Wasser-Gemischs durch den Viskositätssensor

Messaufbau

  1. Ethylenglycol / Wasser-Gemisch
  2. Schlauchpumpe (Ismatec, ISM930C)
  3. Temperaturbecken (Julabo, F 34)
  4. VLO Dichte- und Viskositätssensor
  5. Rechner zur Auswertung
  6. Schlauch (Medienzufuhr)
  7. Schlauch (Meidenabfuhr)
Messaufbau: VLO-Sensor | Ethlenglycol-Wasser
Abbildung 1 – Messaufbau

Ergebnisse

Die folgende Tabelle zeigt die erzielten Messwerte für Ethylenglycol-Konzentrationen zwischen 0…60%.

Ethylenglycol-Wasser_Tabelle_Messwerte Konzentrationen
Tabelle 1 – Messwerte für Konzentrationen zwischen 0…60%

In der folgenden Grafik ist die Messabweichung auf die Referenz-Ethylenglycol-Konzentration aufgetragen. Über den gesamten Messbereich (0…60% Ethylenglycol) hinweg beträgt die maximale Konzentrationsabweichung weniger als 0.4%.

Neben der direkten Ausgabe der Ethylenglycol-Konzentration sind weitere Anwendungen denkbar, wie z.B. die direkte Ausgabe des Gefrierpunkts des Ethylenglycol-Wasser-Gemischs.

Grafik_Ethylenglycol-Wasser-Gemisch
Abbildung 2 – Messabweichung im getesteten Messbereich zwischen 0…60%

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