Wissens-Zwinker: Medien mit hoher Dichte – DLO Dichtemessgerät für Flüssigkeiten

Jahrgang 2 | Nummer 3

Warum dieser Test?

Die durchgeführten Messungen zeigen, dass unser DLO auch in Medien mit einer Dichte weit über den bisher spezifizierten Maximalwert sehr präzise misst.

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?

•        Tetrachlorethen (Carl Roth, Art.-Nr.: 4737.1)

Tetrachlorethen, C2Cl4

  • Carl Roth, Art.-Nr.: 4737.1
  • Molare Masse: 165.83 g/mol
  • Dichte: 1.61 g/cm³

Dichtemessung

Die Messung der Dichte wurde mit den DLO-M1 Dichtesensoren für Flüssigkeiten durchgeführt. Dazu wurden die Sensoren jeweils mit Tetrachlorethen durchströmt. Mittels Protokollfunktion wurde pro Sekunde ein Messwert für Dichte und Temperatur aufgezeichnet. Als Referenz wurde die Dichte mit dem Labormessgerät DSA 5000 M (Anton Paar) gemessen. Dabei wurden die Referenz-Messwerte bei 20 °C und 30 °C linear interpoliert, um die Temperatur abhängige Dichte von Tetrachlorethen zu erhalten.

Der TrueDyne-Sensor

Der DLO-M1 Sensor misst die Dichte von Flüssigkeiten in einem mikroelektromechanischen System (MEMS-System). Innerhalb des MEMS-Systems wird die Flüssigkeit zu einem omegaförmigen Mikrokanal geleitet, dem sogenannten Omega-Chip. Dieses winzige Siliziumrohr – es ist kaum dicker als ein Haar – wird für die Messung in Schwingung versetzt. Aus der Eigenfrequenz dieser Schwingung kann die Dichte des Messstoffes abgeleitet werden: Sie ist umso kleiner, je dichter der Messstoff ist.

TrueDyne_DLO-M1_VLO-M1_rechts
DLO Dichtesensor für Flüssigkeiten

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.

Verfahren

  1. Referenz-Dichtemessung mit Labor-Dichtemessgerät DSA 5000 M (Anton Paar)
  2. Einsetzen des Sensors in den Messaufbau gemäss Abbildung 1
  3. Pumpen des Tetrachlorethens durch den Dichtesensor mittels Spritzen

Messaufbau

  1. Spritze mit Tetrachlorethen
  2. Dichtesensor DLO-M1
  3. Datenauswertung
  4. Rückführung des Mediums
  5. Spritze nimmt das Testfluid wieder auf
DLO Sensor - Tetrachlorethen Messaufbau
Abbildung 1 – Messaufbau

Ergebnisse

Die Messergebnisse sind in Abbildung 2 dargestellt. Die schwarze gestrichelte Linie markiert die temperaturabhängige Referenzdichte, die mit dem Labormessgerät DSA 5000 M (Anton Paar) ermittelt wurde. Die durchgezogenen schwarzen Linien markieren die Referenzdichte mit einer Toleranz von ±0.5 kg/m³ (±0.0005 g/cm³). Dies entspricht der maximalen Messabweichung des TrueDyne Dichtesensors DLO-M1.

DLO Sensor - Tetrachlorethen - Messergebnisse
Abbildung 2: Messergebnisse der TrueDyne DLO-M1 Dichtesensoren mit Tetrachlorethen

Die farbigen Punkte markieren die Messwerte drei unterschiedlicher TrueDyne DLO-M1 Sensoren. Dabei ist zu beachten, dass während der Durchströmung der Sensoren dynamische Messabweichungen entstehen («Dynamic measurement deviations»): Aufgrund der Eigenerwärmung des Sensors, weicht die Sensortemperatur von der Temperatur des einströmenden, kälteren Fluids ab. Bei geringerer Durchflussrate nähern sich diese beiden Temperaturen an, so dass im statischen Fall die Messabweichungen von den Referenz-Dichtenwerten weniger als ±0.1 kg/m³ (±0.0001 g/cm³) betragen.

Fazit

Die dargestellten Messergebnisse zeigen, dass die TrueDyne DLO-M1 Sensoren auch weit über den spezifizierten Dichtebereich (>1600 kg/m³ anstatt ≤1000 kg/m³) die spezifizierte Genauigkeit von ±0.5 kg/m³ in der Dichtemessung erreichen. Durch Kompensation der Eigenerwärmung des Sensors sind sogar Genauigkeiten von ±0.1 kg/m³ möglich.

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