Rheonics Prozessdichtemessgerät für die Nachhaltigkeit von Transportkraftstoffen – SAFEST-Projekt von EMPIR EURAMET und der Thermodynamikgruppe am Imperial College London

August 27, 2024
Pedro Pacherrez
Veröffentlichungsberichte

Rheonics Inline-Dichte- und Viskositätssensoren wurden im EMPIR EURAMET Safest-Projekt eingesetzt [1] und lieferte genaue Viskositäts- und Dichtemessungen an Testflüssigkeiten, die Kraftstoffe im Labor nachahmten [2]. Das Bedürfnis nach Eine verbesserte Durchflussmessung in Kraftstoffleitungen ist für die Nachhaltigkeit im Straßen- und Seeverkehrssektor von entscheidender BedeutungZiel des Safest-Projekts war es, kommerzielle Sensoren zur Inline-Dichte- und Viskositätsmessung zu vergleichen. Rheonics Sensoren lieferten zuverlässig genaue Viskositäts- und Dichtemessungen [3].

Analyse der Sensorergebnisse

Drei Universitäten, jeweils von einer einzelnen Marke, steuerten Ergebnisse für Inline-Dichte- und Viskositätsmessgeräte bei. Ihre Versuchsaufbauten und Methoden variieren stark und sind vollständig in den Ergebnissen des EMPIR EURAMET Safest-Projekts (D7) zu finden. [3].

Aufgrund der unterschiedlichen Protokolle werden die Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen kommerzieller Sensoren im Bericht nur oberflächlich verglichen. Für sich genommen wurde jedoch davon ausgegangen, dass alle drei getesteten Marken akzeptable Dichtemessungen lieferten. Die getesteten Marken decken die wichtigsten Typen von Dichtemessgeräten auf dem Markt ab:

Ausgeglichener Torsionsresonator (BTR)
Vibrationsrohr (VT)
Stimmgabel (TF)
Coriolis-Messgerät (CM)

Typ	Hersteller	Modell	Mengen
BTR	Rheonics	SRV	Viskosität
BTR	Rheonics	SRD	Dichte und Viskosität
VT	Anton Paar	L-Dens 3300	Signaldichte
VT	Anton Paar	L-Dens 7400	Signaldichte
CM mit VT	Emerson	CMFS050M	Dichte und Strömung
TF	Emerson	FVM-Erweiterung	Dichte und Viskosität

In diesem Beitrag werden die wichtigsten Ergebnisse der Studie in Bezug auf die auf dem Markt erhältlichen Inline-Dichtemessgeräte und Viskosimeter berichtet.

Experimente des Imperial College testen Rheonics Sensoren

Auf einem balancierten Torsionsresonator basierende Prozessdichte- und Viskositätssensoren, SRD, von Rheonics werden mit einem Thermostatbad getestet, das die Inline-Sensorkammer enthält, während die Durchflussrate der Testflüssigkeit mit einer ISCO-Spritzenpumpe gesteuert wird. Die Experimente wurden bei 15, 35, 55 und 75 °C, 1 – 100 bar und 0 – 45 ml/min durchgeführt. Der kontinuierliche Durchfluss wird aufrechterhalten und das System wird vor den Messungen 15 Minuten lang ausgeglichen. Trotzdem die Kammer erreicht nie die Solltemperatur des Bades. Die Ausgabeviskositäten des SRD gelten als zuverlässig und genau. Korrekturanpassungen werden angewendet und dann stimmen die Daten mit den Referenzdaten überein, die aus Tait-Andrade-Gleichungen erstellt wurden (Anhang von [3]). Diese Korrekturanpassungen werden notwendig, weil trotz Erreichen eines Gleichgewichts Temperaturinhomogenitäten im System beobachtet werden. Temperaturabweichungen entlang der Sensorlänge bedeuten, dass die Viskosität in der Kammer nicht überall gleich ist. Die gleiche Abweichung gibt es für die Dichte, jedoch ist die SRD-Dichtemessungen gelten ohne hierin enthaltene Korrekturen als genau und zuverlässig. Hier können jedoch Polynomkorrekturen angewendet werden, um die Referenzdaten besser abzugleichen. Temperaturinhomogenitäten im System können auch zu Abweichungen bei Dichtemessungen führen, wenn sich gegenüberliegende Enden des Sensors nicht im thermischen Gleichgewicht befinden. Eine längere Sonde könnte verwendet werden, um sicherzustellen, dass der interne Resonator vollständig in eine Umgebung mit gleichmäßiger Temperatur eingetaucht ist.

Rheonics Das Prozessviskosimeter SRV wurde ebenfalls evaluiert und lieferte akzeptable Inline-Messwerte für Viskosität und Temperatur.

Versuchsaufbau des Imperial College zum Testen von SRV und SRD mit zwei Diesel-Surrogaten: Methyldodecanoat und Ethyltetradecanoat [3],[4]

Experimente der TU Chemnitz testen Sensoren von Anton Paar

Die Tests der Schwingrohrdichtemessgeräte wurden mit Anton Paar L-Dens 3300 und 7400 an der TU Chemnitz durchgeführt. bei 15, 25 und 35 °C, 1 – 10 bar und 0 – 15 ml/min. Diese wurden auch im kleinen Labormaßstab durchgeführt. Bei Drücken unter 2 bar war die Messung unmöglich da die Schwingung des vibrierenden Rohrs bei niedrigen Durchflussraten instabil wurde. Aufgrund der begrenzten Probenvolumina wurden trotz der Gerätespezifikationen niedrige Durchflussraten und statische Messungen verwendet. In den Gerätespezifikationen wurde angegeben, dass diese niedrigen Durchflussraten zu einer Erwärmung der Proben in den Rohren führen würden, und dieser Effekt wurde beobachtet (+3 °C). Trotzdem Es wurde angenommen, dass beide Sensoren genaue Dichtemessungen liefern wobei L-Dens 7400 L-Dens 3300 leicht übertrifft, aber die Experimentatoren weisen auf die Notwendigkeit hin, dynamische Prozessbedingungen für optimale Genauigkeit tatsächlich aufrechtzuerhalten.

Versuchsaufbau der TU Chemnitz zur Erprobung von Anton Paar L-Dens 3300 und L-Dens 7400 mit vier Diesel-Surrogaten: Methyldodecanoat, Ethyltetradecanoat, 2,4,6,8-Tetraoxanonan und 2,4,6,8,10-Pentaoxaundecan [3],[4]

Das Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) führt Experimente zum Testen von Emerson-Sensoren durch

Zwei Dichte- und Viskositätssensoren von Emerson (Micro Motion ELITE CMFS050M und Micro Motion Fork Viscosity/Density Meters (FVM)) wurden in größerem Maßstab getestet als die Rheonics und Anton Paar-Sensoren in den obigen Abschnitten. Insbesondere wurden Emerson-Geräte bei 20 – 40 °C, 2 – 8 bar und 5 – 50 l/min getestet. Verschiedene Flüssigkeiten wurden in unterschiedlichen Aufbauten getestet, was die Vergleichbarkeit einschränkt.

INRIM-Versuchsaufbau für Wasserdurchflusstests (Bild links) und für Öldurchflusstests (Bild rechts) [3]

Für das Emerson Dichtemessgerät Druck und Durchflussrate hatten keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit, eine steigende Temperatur erhöhte jedoch den Messfehler. Durch die Anwendung von Temperaturkorrekturen wurden die Dichtedaten akzeptabel genau, allerdings mussten diese Korrekturen für jede Flüssigkeit und jedes Setup definiert werden. Für das CFMS050M wurden Korrekturfaktoren für Temperatur und Druck hinzugefügt, um genaue Dichte- und Viskositätsdaten zu erhalten.

Letztendlich blieb die Beurteilung dieser Geräte dem Leser überlassen, aber Korrekturen zur Berücksichtigung von Druck und Temperatur waren für die Datengenauigkeit entscheidend.

Fazit

Alle getesteten Typen von handelsüblichen Sensoren können zur Dichtemessung verwendet werden, erfordern jedoch Korrekturfaktoren, wenn sie außerhalb der Herstellergrenzen verwendet werden. Der Betrieb außerhalb der Grenzen oder mit inhomogenen Strömungen wird nicht empfohlen, aber die Ergebnisse dieses Berichts zeigen, dass handelsübliche Sensoren trotz Systemmängeln weiterhin einigermaßen genaue Daten liefern. Rheonics und die Sensoren von Anton Paar wurden bei niedrigen Durchflussraten in geringen Volumina getestet, während die Sensoren von Emerson bei Durchflussraten und Volumina untersucht wurden, die um einige Größenordnungen höher waren. Eine bessere Vergleichbarkeit der Sensorleistung wäre möglich, wenn alle drei bei einem breiteren Spektrum an Durchflussraten und Systemvolumina getestet würden. Für die im Projekt untersuchten unterschiedlichen Maßstäbe beweisen diese Studien jedoch, dass es auf dem Markt Sensoren für die Kraftstoffmesstechnik in allen Maßstäben vom Auto bis zum Schiff gibt.

Rheonics Überprüfung und Empfehlungen

Das Erreichen eines thermischen Gleichgewichts mit der Vielfalt der getesteten Sensoren ist ein kritischer Aspekt beim Einrichten von Flüssigkeitssensoren. Bis XNUMX wird sich der Rheonics Sensoren im Speziellen können folgende Systemdetails berücksichtigt werden:

Während niedrige Durchflussraten für die Rheonics Sensoren hierin, die Rheonics SRV und SRD sind auch in der Lage, in Strömungsumgebungen bis zu 10 m/s zu messen, was 1300 L/min (340 gal/min) bzw. 5000 L/min (1320 gal/min) in 2" bzw. 4" Schedule 40 Stahlrohren entspricht. Dieser Bereich macht Rheonics Sensoren für alle Durchflussraten, die im EMPIR EURAMET Safest-Projekt auf Kraftstoffnachhaltigkeit untersucht wurden [1].
Eine längere Einführsonde kann verwendet werden, um thermische Ungleichgewichte entlang der Resonatorsonde auszugleichen, wie dies beim SRD der Fall ist. [5] .
Selbst unter unvollkommenen Bedingungen Rheonics SRV und SRD sind zuverlässige und genaue Inline-Viskositäts- und Dichtemessgeräte für ein breites Spektrum an Durchflussraten und Anwendungen.