Anwendungsbeispiel
Einführung
Dieses Anwendungsbeispiel zeigt, wie sich der Durchflusssensor (PFS) verhält, wenn Luftblasen in der Flüssigkeit eingeschlossen sind oder wenn nur Luft durch den Sensor strömt. Ein idealer Flüssigkeitsdurchflusssensor würde nur Flüssigkeit messen und Luft/Gase komplett vernachlässigen. Die folgenden Experimente zeigen das Verhalten des PFS in diesem Zusammenhang.
Verwendetes Material
- Gepulster Durchflusssensor V3-B1
- PFS-Controller mit Benutzerschnittstelle
- Nordson EFD55ml Druckkartusche mit Kolben
- Spritzenpumpe
Sensor-Spezifikationen
- Durchflussrate: 3 - 30 ml/min
- Ansprechzeit: 1 ms
- Kalibriermedium: Wasser
- Sensorprinzip: Differenzdruck-Durchflusssensor
Experiment 1 - Bewegung von reinem Wasser und reiner Luft durch den PFS-V3-Sensor
Im Allgemeinen misst der PFS nur den tatsächlichen Durchfluss einer Flüssigkeit (rote Linie). Wenn bei den angegebenen Durchflussraten unter 30 ml/min Luft durch den Sensor strömt, wird dies vom Sensor überhaupt nicht wahrgenommen. Bei höheren Luftdurchflussraten bis zu 500 ml/min misst der PFS ein Signal von bis zu 4,3 % der tatsächlichen Luftmenge.
Experiment 2 - Ausfluss aus einer unter Druck stehenden Kartusche
Bei einigen Dosiervorrichtungen ist der Druckabfall über den Durchflusssensor gegeben. Daher wurde ein Aufbau getestet, bei dem die Flüssigkeit aus einem unter Druck stehenden Reservoir durch den Sensor nach außen fließt. Für diesen Test wurde die Nordson EFD 55 ml Kartusche mit einem Luftkolben verwendet. Der voreingestellte Druck betrug 0,05 bar.
Wasser
Der Wasserdurchfluss erreichte 27 ml/min für etwa 124 Sekunden, bis die Kartusche leer war (Abbildung 2).
Luft
Aufgrund des viel geringeren Widerstands erreichte die Luft eine Durchflussrate von etwa 470 µl/s, und die Kartusche wurde innerhalb von 7 Sekunden geleert. Der Sensor überwachte die Luft als 1,8 ml Flüssigkeit, was etwa 3 % des tatsächlichen Luftvolumens entspricht.
Schlussfolgerung
Wir kommen zu dem Schluss, dass der PFS bei einem Aufbau mit voreingestelltem Druck ein gewisses Signal aus dem Luftstrom erzeugt. Bei 470 ml/min (und Umgebungsdruck am Auslass) sind dies etwa 3 % des tatsächlichen Luftvolumens.
Experiment 3 - Kreation einer Mischung aus Luft und Wasser
Um eine reale Situation zu simulieren, in der Luft im Strömungskanal zum Sensor eingeschlossen ist, wurde eine Spritzenpumpe mit zwei Spritzen verwendet.
Nur Wasser
In einem ersten Schritt wurde nur die Spritze mit Wasser an den PFS angeschlossen (das Wasser wurde zur besseren Sichtbarkeit eingefärbt). Es wurden 40 ml Wasser mit einem Volumenstrom von 15 ml/min durch den Sensor gespritzt. Der gemessene Durchfluss zeigt bei jeder Umdrehung der (etwas abgenutzten) Spindel der Spritzenpumpe Unregelmäßigkeiten. Abgesehen davon ist der Durchfluss linear.
Wasser und Luft
In einem zweiten Versuch wurden zwei gleiche Spritzen angebracht. Eine Spritze mit 40 ml Wasser und eine mit 40 ml Luft. Die Spritzenpumpe wurde mit der gleichen Geschwindigkeit von 15 ml/min pro Spritze betrieben.
Der Sensor zeigt an
Zu Beginn ist ein langsamer Anstieg des Durchflusses zu beobachten, was auf die Kompressibilität der Luft in der zweiten Spritze zurückzuführen ist. Wenn eine Luftblase den Sensor passiert, fällt das Durchflusssignal schnell ab. Aufgrund des geringen Luftwiderstands im Sensor beschleunigt sich der Durchfluss, bis das nächste Wassersegment auf die Drosselstelle des Sensors trifft, eine Durchflussspitze erzeugt und den Durchfluss wieder abbremst. Dieses Muster wiederholt sich während der gesamten Messung.
Am Ende lesen wir die gemessenen Mengen ab:
nur Wasser |
Wasser und Luft |
Differenz |
|
Durchgang 1 |
40237 µl |
40879 µl |
1.60% |
Durchgang 2 |
40302 µl |
40699 µl |
1.00% |
Schlussfolgerung
Der PFS wird durch Luftblasen oder größere Luftmengen nur wenig gestört Der Ablesefehler hängt von der Einstellung ab und liegt in der Regel unter 5 % der Luftmenge, die den Sensor passiert.
