Wissens-Zwinker: Luft (Air) & Stickstoff (N2) – DGF-I1

Mittwoch, 29 Juli, 2020

Wissens-Zwinker_Air und N2

Wissens-Zwinker: Luft & N2 – DGF-I1 Dichtemessgerät für Gase

Staffel 1 | Episode 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 Dichtemessgerät mit Grössenangabe
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.

 

  1. Gaszufuhr
  2. MFC: Vögtlin red-y GSC-B9SA-BB23 
  3. Statischer Mischer: Swagelok
  4. Dichtesensor: TrueDyne DGF-I1
Aufbau Gasmischer für Wissens-Zwinker-Test
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.

 

  1. Referenzdichte Air – Trockenluft
  2. 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 - Mittelwerte der Messwerte
Tabelle 1 – Berechnung Mittelwerte und Referenzdichte
Wissens-Zwinker_Luft und N2_Grafik
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.

Figure 1 - Verteilung Referenzdichte - N2 Stickstoff
Abbildung 3 – Verteilung Referenzdichte – Air Trockenluft
Figure 2 - 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).

Wissens-Zwinker_Luft und N2_Ausschnitt Tabelle A
Tabelle A – Messergebnisse Luft und N2 – Sekunde 5..15
Wissens-Zwinker_Luft und N2_Ausschnitt Tabelle B
Tabelle B – Messergebnisse Luft und N2 – Sekunde 160..170

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