DE102020209848A1 - Measuring device and measuring method for determining test gas permeation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (100) zur Bestimmung von Prüfgaspermeation, insbesondere Wasserstoffpermeation, durch Objekte, bspw. Kunststoffplatten, aufweisend: eine erste Kammer (10), die durch ein Trägergas (TG) durchströmt wird, eine zweite Kammer (20), die ein Prüfgas (PG) aufnimmt, wobei die erste Kammer (10) durch ein zu prüfendes Objekt (101) von der zweiten Kammer (20) trennbar ist, sodass das Prüfgas (PG) nur durch das zu prüfende Objekt (101) von der zweiten Kammer (20) in die erste Kammer (10) gelangen kann, und einen Sensor (12) zum Erfassen des Prüfgases (PG) in dem Trägergas (TG). Hierzu ist erfindungsgemäß eine Mengensteuerung (30) für das Trägergas (TG) vorgesehen, um eine Menge an Trägergas (TG), die durch die erste Kammer (10) strömt, zu steuern und/oder zu regeln. The invention relates to a measuring device (100) for determining test gas permeation, in particular hydrogen permeation, through objects, e.g. plastic plates, comprising: a first chamber (10) through which a carrier gas (TG) flows, a second chamber (20) which a test gas (PG), wherein the first chamber (10) can be separated from the second chamber (20) by an object to be tested (101) so that the test gas (PG) can only be separated from the second by the object to be tested (101). Chamber (20) can get into the first chamber (10), and a sensor (12) for detecting the test gas (PG) in the carrier gas (TG). For this purpose, according to the invention, a volume controller (30) for the carrier gas (TG) is provided in order to control and/or regulate the volume of carrier gas (TG) flowing through the first chamber (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Bestimmung von Prüfgaspermeation nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch und ein entsprechendes Messverfahren nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch.The invention relates to a measuring device for determining test gas permeation according to the independent device claim and a corresponding measuring method according to the independent method claim.
Stand der TechnikState of the art
Messvorrichtungen zur Bestimmung von Prüfgaspermeation, insbesondere Wasserstoffpermeation, sind grundsätzlich bekannt. Sie sind bspw. für die Auslegung von Komponenten einer Brennstoffzelle erforderlich. Bei der Auslegung ist es wichtig, die Gasdurchlässigkeitsrate bzw. den Permeationskoeffizient von Kunststoffmaterialien (Elastomere, Thermoplaste und Duroplaste), die in der Brennstoffzelle eingesetzt werden, gegenüber einem Prüfgas, bspw. Wasserstoff, zu kennen. Da kein Werkstoff komplett „dicht“ gegenüber Wasserstoff ist, spielt der Permeationskoeffizient eine entscheidende Rolle für die Gesamtdichtheit des Brennstoffzellensystems. In vielen Normen, wie z. B. ASTM, DIN und ISO, wird die Bestimmung der Gasdurchlässigkeitsrate von Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf und deren Gemischen in Bezug auf Verpackungsfolien beschrieben. Für Wasserstoff-Permeationskoeffizienten werden in der Fachwelt ähnliche Normen erstellt. Im Kern basieren alle Normen auf dem zwei Kammern Prinzip, bei dem eine Kammer mit einem Prüfgas, z. B. Wasserstoff, befüllt wird und in der zweiten Kammer das permeierte Prüfgas erfasst wird. Zwischen den beiden Kammern wird der Prüfling, in den genannten Normen eine Kunststofffolie mit einer Dicke von üblicherweise 2,5 um, eingespannt. Die Messung des permeierten Gases kann bspw. entweder nach der Differenzdruckmethode oder mit einem für das Prüfgas selektivem Sensor erfolgen.Measuring devices for determining test gas permeation, in particular hydrogen permeation, are known in principle. They are required, for example, for the design of fuel cell components. When designing, it is important to know the gas permeability rate or the permeation coefficient of plastic materials (elastomers, thermoplastics and duroplastics) used in the fuel cell compared to a test gas, e.g. hydrogen. Since no material is completely "tight" to hydrogen, the permeation coefficient plays a decisive role in the overall tightness of the fuel cell system. In many standards, such as B. ASTM, DIN and ISO, the determination of the gas permeability rate of oxygen, nitrogen, carbon dioxide, water vapor and mixtures thereof in relation to packaging films is described. Similar standards are established in the professional world for hydrogen permeation coefficients. In essence, all standards are based on the two-chamber principle, in which one chamber contains a test gas, e.g. B. hydrogen, is filled and the permeated test gas is detected in the second chamber. The test object, in the standards mentioned a plastic film with a thickness of usually 2.5 μm, is clamped between the two chambers. The permeated gas can be measured, for example, either using the differential pressure method or with a sensor that is selective for the test gas.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die Erfindung stellt gemäß einem ersten Aspekt eine Messvorrichtung zur Bestimmung von Prüfgaspermeation mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches und gemäß einem zweiten Aspekt ein entsprechendes Messverfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches bereit. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den einzelnen erfindungsgemäßen Aspekten beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen erfindungsgemäßen Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.According to a first aspect, the invention provides a measuring device for determining test gas permeation with the features of the independent device claim and according to a second aspect a corresponding measuring method with the features of the independent method claim. Features and details that are described in connection with the individual aspects of the invention naturally also apply in connection with the other aspects of the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is or can always be referred to reciprocally.
Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt vor: eine Messvorrichtung zur Bestimmung von Prüfgaspermeation, insbesondere Wasserstoffpermeation, durch, insbesondere feste, Objekte, bspw. Kunststoffplatten, aufweisend: eine erste Kammer, die durch ein Trägergas durchströmt wird, eine zweite Kammer, die ein Prüfgas aufnimmt, wobei die erste Kammer durch ein zu prüfendes Objekt von der zweiten Kammer trennbar ist, sodass das Prüfgas nur durch das zu prüfende Objekt von der zweiten Kammer in die erste Kammer gelangen kann, und einen Sensor zum Erfassen des Prüfgases in dem Trägergas. Hierzu ist erfindungsgemäß eine Mengensteuerung für das Trägergas vorgesehen, um eine Menge an Trägergas, die durch die erste Kammer strömt, bzw. um einen Massenstrom des Trägergases oder einfach ausgedrückt einen Trägergasstrom zu steuern und/oder zu regeln.According to the first aspect, the present invention provides: a measuring device for determining test gas permeation, in particular hydrogen permeation, through, in particular solid, objects, e.g. plastic plates, comprising: a first chamber through which a carrier gas flows, a second chamber which Accommodating test gas, the first chamber being separable from the second chamber by an object to be tested so that the test gas can only pass from the second chamber to the first chamber through the object to be tested, and a sensor for detecting the test gas in the carrier gas. For this purpose, according to the invention, a quantity controller for the carrier gas is provided in order to control and/or regulate a quantity of carrier gas flowing through the first chamber or a mass flow of the carrier gas or, simply put, a carrier gas flow.
Die Erfindung sieht somit eine Messvorrichtung vor, um mit einem Zwei-Kammeraufbau eine Gasdurchlässigkeitsrate, eine sog. Permeationsrate oder einen sog. Permeationskoeffizienten, von Kunststoffprüfplatten gegenüber dem Prüfgas, bspw. Wasserstoff, zu bestimmen.The invention thus provides a measuring device for determining a gas permeability rate, a so-called permeation rate or a so-called permeation coefficient, of plastic test plates in relation to the test gas, for example hydrogen, with a two-chamber structure.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist vorzugsweise für die Prüfung von Objekten bzw. Materialproben oder Prüfplatten bis zu 4 mm Materialstärke oder sogar mehr ausgelegt und eignet sich vorteilhafterweise für die Messung von Wasserstoffpermeation.The measuring device according to the invention is preferably designed for testing objects or material samples or test panels with a material thickness of up to 4 mm or even more and is advantageously suitable for measuring hydrogen permeation.
Des Weiteren ermöglicht die spezielle Prüftechnik im Sinne der Erfindung auch Messungen von dichten Materialproben, wie z.B. Thermoplasten und Duroplasten.Furthermore, the special test technology within the meaning of the invention also enables measurements of dense material samples, such as thermoplastics and duroplastics.
Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die erste Kammer mit einem definierten, geringen und konstanten Trägergasstrom (z.B. Stickstoff) durchströmt wird. Der Sensor für das Prüfgas wird gemäß der Erfindung in den Trägergasstrom integriert. Der Sensor für das Prüfgas kann bspw. als ein gasselektiver Sensor, z. B. mit einer bestimmten Empfindlichkeit für das Prüfgas (z.B. ein feststoffelektrolytbasierter Wasserstoff-Sensor) ausgeführt sein. Der Sensor für das Prüfgas kann vorzugsweise in einer entsprechenden Durchflusszelle bzw. Durchflusskammer in den Trägergasstrom integriert werden. Ein optionaler Lüfter innerhalb der ersten, bspw. oberen, Kammer kann die Messergebnisse verbessern, da die Atmosphäre der Kammer optimal mit dem Gasstrom vermischt wird. Alle Teile der Messvorrichtung können vorzugsweise aus einem Material gefertigt sein, welches selbst keine signifikante Wasserstoff Permeation aufweist, wie bspw. austenitische Stähle mit einem Nickelgehalt unterhalb 25 %, wie z.B. 1.4435, oder PEEK.The idea of the invention lies in the fact that the first chamber is flown through with a defined, small and constant flow of carrier gas (e.g. nitrogen). According to the invention, the sensor for the test gas is integrated into the carrier gas flow. The sensor for the test gas can be used, for example, as a gas-selective sensor, e.g. B. be designed with a certain sensitivity for the test gas (e.g. a solid electrolyte-based hydrogen sensor). The sensor for the test gas can preferably be integrated into the carrier gas flow in a corresponding flow cell or flow chamber. An optional fan inside the first, e.g. upper, chamber can improve the measurement results, since the atmosphere in the chamber is optimally mixed with the gas flow. All parts of the measuring device can preferably be made of a material that itself does not have any significant hydrogen permeation, such as austenitic steels with a nickel content below 25%, such as 1.4435, or PEEK.
Ferner kann die Erfindung bei einer Messvorrichtung vorsehen, dass die Mengensteuerung stromaufwärts von der ersten Kammer in einer Zuluftleitung für das Trägergas angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Messvorrichtung eine verbesserte Steuerung und/oder Regelung für die Menge an Trägergas bereitstellen, die durch die erste Kammer strömt.Furthermore, in a measuring device, the invention can provide that the quantity control is arranged upstream of the first chamber in an air supply line for the carrier gas. In this way, the measuring device can provide improved control and/or regulation of the amount of carrier gas flowing through the first chamber.
Weiterhin kann die Erfindung bei einer Messvorrichtung vorsehen, dass die Mengensteuerung eine Steuerelektronik, insbesondere einen Mikrocontroller, aufweist. Auf diese Weise kann eine Mengensteuerung mit einem Prozessor sowie einem Arbeits- und Programmspeicher bereitgestellt werden, um eine autonome Mengensteuerung (30) zur Bestimmung von Prüfgaspermeation zur Verfügung zu stellen. In dem Programmspeicher kann dabei ein Code hinterlegt sein, welcher bei einer zumindest tlw. Ausführung durch den Prozessor ein Verfahren zur Bestimmung von Prüfgaspermeation durchführt.Furthermore, in the case of a measuring device, the invention can provide that the quantity controller has control electronics, in particular a microcontroller. In this way, a volume control can be provided with a processor and a working and program memory in order to provide an autonomous volume control (30) for determining test gas permeation. A code can be stored in the program memory which, when executed at least partially by the processor, carries out a method for determining test gas permeation.
Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Messvorrichtung vorsehen, dass die Mengensteuerung ein Dämpfungselement, ein Ventil, eine Drosselklappe, einen Absperrschieber, und/oder eine Kugelhähne zum Steuern und/oder zu Regeln der Menge an Trägergas aufweist, die durch die erste Kammer strömt. Auf diese Weise kann die Mengensteuerung einfach und kostengünstig ausgeführt sein und vorteilhafterweise ein gezielt einstellbares Dämpfungselement zum Steuern und/oder zu Regeln der Menge an Trägergas bzw. des Trägergasstroms aufweisen.Furthermore, the invention can provide in a measuring device that the quantity controller has a damping element, a valve, a throttle valve, a gate valve, and/or a ball valve for controlling and/or regulating the quantity of carrier gas that flows through the first chamber. In this way, the quantity control can be carried out simply and inexpensively and advantageously have a specifically adjustable damping element for controlling and/or regulating the quantity of carrier gas or the carrier gas flow.
Zudem kann die Erfindung bei einer Messvorrichtung vorsehen, dass der Sensor stromabwärts nach der ersten Kammer in einer Abluftleitung für das Trägergas angeordnet ist. Auf diese Weise können verbesserte Messergebnisse bereitgestellt werden.In addition, in a measuring device, the invention can provide for the sensor to be arranged downstream of the first chamber in an exhaust air line for the carrier gas. In this way, improved measurement results can be provided.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass der Sensor zum Messen eines Differenzdruckes ausgelegt ist, und/oder dass der Sensor als ein für das Prüfgas selektiver Sensor ausgeführt ist. Auf diese Weise können kostengünstige Sensoren genutzt werden, die mithilfe der erfindungsgemäßen Messvorrichtung hochempfindliche Messungen ermöglichen können.Within the scope of the invention, it is conceivable that the sensor is designed to measure a differential pressure and/or that the sensor is designed as a sensor that is selective for the test gas. In this way, inexpensive sensors can be used, which can enable highly sensitive measurements with the aid of the measuring device according to the invention.
Ferner kann die Erfindung bei einer Messvorrichtung vorsehen, dass der Sensor in einer Durchflusskammer in einer Abluftleitung für das Trägergas angeordnet ist. Dadurch kann ermöglicht werden, dass der Sensor mit einem gleichmäßig durchmischten Trägergasstrom in Kontakt kommt, um verbesserte Messergebnisse zu erzielen. Außerdem kann durch die Durchflusskammer ermöglicht werden, dass der Sensor mit einem beruhigten Trägergasstrom in Kontakt kommt.Furthermore, in a measuring device, the invention can provide for the sensor to be arranged in a flow chamber in an exhaust air line for the carrier gas. This can make it possible for the sensor to come into contact with an evenly mixed flow of carrier gas in order to achieve improved measurement results. In addition, the flow chamber can allow the sensor to come into contact with a calmed carrier gas stream.
Vorteilhafterweise kann die Durchflusskammer im Sinne der Erfindung einen größeren Durchmesser aufweist als der Durchmesser der Abluftleitung. Auf diese Weise kann einfach und kostengünstig sichergestellt werden, dass der Sensor mit einem beruhigten Trägergasstrom in Kontakt kommt.Advantageously, according to the invention, the flow chamber can have a larger diameter than the diameter of the exhaust air line. In this way it can be ensured in a simple and cost-effective manner that the sensor comes into contact with a steady carrier gas stream.
Weiterhin kann es im Rahmen der Erfindung bei einer Messvorrichtung vorteilhaft sein, dass in der ersten Kammer ein erster Drucksensor vorgesehen ist, und/oder dass in der zweiten Kammer ein zweiter Drucksensor vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine verbesserte Auslegung der Messvorrichtung und/oder eine verbesserte Funktionsweise der Mengensteuerung sowie ein Kalibrieren der Mengensteuerung ermöglicht werden.Furthermore, within the scope of the invention, it can be advantageous in a measuring device for a first pressure sensor to be provided in the first chamber and/or for a second pressure sensor to be provided in the second chamber. In this way, an improved design of the measuring device and/or an improved functioning of the quantity control and a calibration of the quantity control can be made possible.
Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Messvorrichtung vorsehen, dass zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer ein Stützhalter für das zu prüfende Objekt vorgesehen ist. Dadurch kann die Handhabung des prüfenden Objektes bei der Anordnung in der Messvorrichtung erheblich erleichtert werden.Furthermore, in a measuring device, the invention can provide that a support holder for the object to be tested is provided between the first chamber and the second chamber. As a result, the handling of the object to be tested can be made considerably easier when it is arranged in the measuring device.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass der Stützhalter (24) als ein Stützblech ausgebildet ist. Auf diese Weise kann ein einfacher und kostengünstiger Stützhalter bereitgestellt werden.It is conceivable within the scope of the invention for the support holder (24) to be designed as a support plate. In this way, a simple and inexpensive support bracket can be provided.
Zudem ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass der Stützhalter mit dem zu prüfenden Objekt befestigt, vorzugsweise verschraubt, vernietet und/oder verrastet ist, und/oder dass in der ersten Kammer und/oder der zweiten Kammer ein Einsatzhalter für den Stützhalter vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Anordnung des prüfenden Objektes in der Messvorrichtung noch einfacher gestaltet werden.It is also conceivable within the scope of the invention that the support holder is attached to the object to be tested, preferably screwed, riveted and/or latched, and/or that an insert holder for the support holder is provided in the first chamber and/or the second chamber . In this way, the arrangement of the test object in the measuring device can be made even simpler.
Außerdem kann es im Rahmen der Erfindung bei einer Messvorrichtung vorteilhaft sein, dass in der ersten Kammer eine Mixvorrichtung zum Umwälzen einer Mischung aus dem Trägergas und einem durch das zu prüfende Objekt permetierten Prüfgas vorgesehen ist. Dadurch kann das durch das zu prüfende Objekt durchgesickerte Prüfgas auf eine verbesserte Weise mit dem Trägergas, insbesondere mit dem Trägergasstrom vermischt werden.In addition, it can be advantageous within the scope of the invention in a measuring device that a mixing device for circulating a mixture of the carrier gas and a test gas permeated through the object to be tested is provided in the first chamber. As a result, the test gas that has leaked through the object to be tested can be mixed with the carrier gas, in particular with the carrier gas flow, in an improved manner.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Mixvorrichtung einen Ventilator aufweist. Auf diese Weise kann eine einfache und kostengünstige Mixvorrichtung bereitgestellt werden.It is conceivable within the scope of the invention for the mixing device to have a fan. In this way, a simple and inexpensive mixing device can be provided.
Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Mixvorrichtung in einer Wirkverbindung und/oder einer Signalverbindung und/oder einer Datenkommunikation mit der Mengensteuerung für das Trägergas steht. Auf diese Weise kann eine verbesserte Steuerung und/oder Regelung der Menge an Trägergas, die durch die erste Kammer strömt, bzw. des Trägergasstroms ermöglicht werden.In addition, it is conceivable within the scope of the invention that the mixing device is in an operative connection and/or a signal connection and/or data communication with the volume control for the carrier gas. In this way improved control and/or regulation of the amount of carrier gas flowing through the first chamber or of the carrier gas flow can be made possible.
Ferner kann die Erfindung bei einer Messvorrichtung vorsehen, dass eine Strömungsvorrichtung zum Erzeugen einer Strömung des Trägergases durch die erste Kammer stromabwärts nach der ersten Kammer und/oder nach dem Sensor in einer Abluftleitung für das Trägergas angeordnet ist. Auf diese Weise kann einfach und kostengünstig ermöglicht werden, dass die erste Kammer durch das Trägergas durchströmt wird. Auch kann dadurch auf eine einfache und kostengünstige Weise ermöglicht werden, dass das durchgesickerte Prüfgas sich besser vom zu prüfenden Objekt löst und mit dem Trägergasstrom mitgenommen wird.Furthermore, the invention can provide in a measuring device that a flow device for generating a flow of the carrier gas through the first chamber is arranged downstream after the first chamber and/or after the sensor in an exhaust air line for the carrier gas. In this way, it can be made possible in a simple and cost-effective manner for the carrier gas to flow through the first chamber. This also makes it possible in a simple and cost-effective manner for the test gas that has leaked out to detach better from the object to be tested and be carried along with the carrier gas flow.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Strömungsvorrichtung einen Verdichter aufweist. Auf diese Weise kann eine einfache und kostengünstige Strömungsvorrichtung bereitgestellt werden.It is conceivable within the scope of the invention for the flow device to have a compressor. In this way, a simple and inexpensive flow device can be provided.
Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Strömungsvorrichtung in einer Wirkverbindung und/oder einer Signalverbindung und/oder einer Datenkommunikation mit der Mengensteuerung für das Trägergas steht. Auf diese Weise kann eine verbesserte Steuerung und/oder Regelung der Menge an Trägergas, die durch die erste Kammer strömt, bzw. des Trägergasstroms ermöglicht werden.In addition, it is conceivable within the scope of the invention that the flow device is in an operative connection and/or a signal connection and/or data communication with the volume control for the carrier gas. In this way, improved control and/or regulation of the quantity of carrier gas flowing through the first chamber or of the carrier gas flow can be made possible.
Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem zweiten Aspekt vor: ein Verfahren zur Bestimmung von Prüfgaspermeation, insbesondere Wasserstoffpermeation, durch Objekte, bspw. Kunststoffplatten, mithilfe einer Messvorrichtung, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann, aufweisend: eine erste Kammer, die durch ein Trägergas durchströmt wird, eine zweite Kammer, die ein Prüfgas aufnimmt, wobei die erste Kammer durch ein zu prüfendes Objekt von der zweiten Kammer trennbar ist, sodass das Prüfgas nur durch das zu prüfende Objekt von der zweiten Kammer in die erste Kammer gelangen kann, und einen Sensor zum Erfassen des Prüfgases in dem Trägergas. Hierzu sieht die Erfindung vor, dass die Menge des Trägergases, die durch die erste Kammer strömt, mithilfe einer Mengensteuerung gesteuert und/oder geregelt wird.According to the second aspect, the present invention provides: a method for determining test gas permeation, in particular hydrogen permeation, through objects, e.g a second chamber that receives a test gas, the first chamber being separable from the second chamber by an object to be tested, so that the test gas can only pass from the second chamber to the first chamber through the object to be tested, and a sensor for detecting the test gas in the carrier gas. To this end, the invention provides that the quantity of carrier gas flowing through the first chamber is controlled and/or regulated using a quantity controller.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.The method according to the invention achieves the same advantages as described above in connection with the measuring device according to the invention. Reference is made in full to these advantages here.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhafterweise ermöglicht werden, dass die erste Kammer mit einem definierten, geringen und konstanten Trägergasstrom (z.B. Stickstoff) durchströmt wird.With the aid of the method according to the invention, it can advantageously be made possible for a defined, small and constant flow of carrier gas (e.g. nitrogen) to flow through the first chamber.
Vorteilhafterweise kann die Mengensteuerung die Menge des Trägergases, die durch die erste Kammer strömt, zumindest am Anfang einer Messung derart steuern und/oder regeln, dass ein Druck des Trägergases in der ersten Kammer ungefähr einem Druck des Prüfergases in der zweiten Kammer gleicht. Im Laufe der Messung kann die Mengensteuerung die Menge des Trägergases, die durch die erste Kammer strömt, auf einen am Anfang der Messung eingestellten Druck des Trägergases in der ersten Kammer einregeln, um insbesondere konstanten Trägergasstrom durch die erste Kammer zu ermöglichen und somit möglichst stabile Messergebnisse zu erzielen.Advantageously, the quantity controller can control and/or regulate the quantity of carrier gas flowing through the first chamber, at least at the start of a measurement, such that a pressure of the carrier gas in the first chamber approximately equals a pressure of the tester gas in the second chamber. In the course of the measurement, the quantity controller can regulate the quantity of carrier gas flowing through the first chamber to a pressure of the carrier gas in the first chamber set at the beginning of the measurement, in particular to enable a constant carrier gas flow through the first chamber and thus measurement results that are as stable as possible to achieve.
Nach einem weiteren Vorteil der Erfindung kann die Mengensteuerung mit einer Mixvorrichtung in der ersten Kammer und/oder einer Strömungsvorrichtung in einer Abluftleitung für das Trägergas in einer Wirkverbindung und/oder einer Signalverbindung und/oder einer Datenkommunikation stehen. Dies kann vorteilhaft sein, um insbesondere am Anfang einer Messung die Mengensteuerung zu kalibrieren. Hierzu kann zumindest am Anfang einer Messung ein Betriebsparameter, insbesondere eine Drehzahl, der Mixvorrichtung und/oder ein Betriebsparameter, insbesondere eine Drehzahl, der Strömungsvorrichtung als eine Ist-Größe eingestellt werden, um einen gewünschten Druck des Trägergases in der ersten Kammer als eine Soll-Größe einzustellen und/oder einzuregeln. Weiterhin während der Messung kann die Mengensteuerung den eingestellten Druck des Trägergases in der ersten Kammer möglichst aufrechterhalten.According to a further advantage of the invention, the quantity control can be in an operative connection and/or a signal connection and/or data communication with a mixing device in the first chamber and/or a flow device in an exhaust air line for the carrier gas. This can be advantageous in order to calibrate the quantity control, especially at the beginning of a measurement. For this purpose, at least at the beginning of a measurement, an operating parameter, in particular a speed, of the mixing device and/or an operating parameter, in particular a speed, of the flow device can be set as an actual variable in order to set a desired pressure of the carrier gas in the first chamber as a setpoint set and/or adjust size. Furthermore, during the measurement, the volume control can maintain the set pressure of the carrier gas in the first chamber as far as possible.
Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
-
1 einen schematischen Aufbau einer Messvorrichtung im Sinne der Erfindung und -
2 einen schematischen Aufbau einer Messvorrichtung im Sinne der Erfindung in einer Explosionsdarstellung
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1 a schematic structure of a measuring device according to the invention and -
2 a schematic structure of a measuring device according to the invention in an exploded view
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts of the invention are always provided with the same reference symbols, which is why they are usually only described once.
Die
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 100 weist eine Mengensteuerung 30 für das Trägergas TG auf, um eine Menge an Trägergas TG, die durch die erste Kammer 10 strömt, bzw. um einen Massenstrom des Trägergases TG oder mit anderen Worten einen Trägergasstrom M zu steuern und/oder zu regeln.The measuring
Die Messvorrichtung 100 weist dabei einen Zwei-Kammeraufbau auf. Die Messvorrichtung 100 eignet sich vorteilhafterweise für die Messung von Wasserstoffpermeation.The measuring
Die Messvorrichtung 100 ist vorteilhafterweise für die Prüfung von Objekten 101 bzw. Materialproben oder mit anderen Worten Prüfplatten bis zu 4 mm Materialstärke oder sogar mehr ausgelegt. Die Messvorrichtung 100 ermöglicht auch Messungen von dichten Materialproben, wie z.B. Thermoplasten und Duroplasten.The measuring
Gemäß der Erfindung wird die erste Kammer 10 mit einem definierten, geringen und konstanten Trägergasstrom M, z.B. Stickstoff, durchströmt. Der Sensor 12 für das Prüfgas PG wird gemäß der Erfindung in dem Trägergasstrom M eingesetzt. Der Sensor 12 kann bspw. als ein gasselektiver Sensor, z. B. mit einer bestimmten Empfindlichkeit für das Prüfgas, z.B. in Form eines feststoffelektrolytbasierteren Wasserstoff-Sensors, ausgeführt sein. Auber auch ein Sensor zum Messen eines Differenzdruckes ist im Rahmen der Erfindung als der Sensor 12 für das Prüfgas PG denkbar.According to the invention, a defined, small and constant flow of carrier gas M, e.g. nitrogen, flows through the
Wie es die
Eine optionale Mixvorrichtung 14, bspw. in Form eines Ventilators oder Lüfters, kann innerhalb der ersten, bspw. oberen, Kammer 10 angeordnet sein, um die Atmosphäre in der ersten Kammer 10 optimal mit dem Trägergasstrom M zu vermischen und somit die Messergebnisse zu verbessern.An
Wie es die
Ferner deutet die
Wie es die
Alle Teile der Messvorrichtung 100 können vorzugsweise aus einem Material ausgeführt sein, welches selbst keine signifikante Wasserstoff Permeation aufweist, wie bspw. austenitische Stähle mit einem Nickelgehalt unterhalb 25 %, wie z.B. 1.4435, oder PEEK.All parts of the measuring
Wie es die
Wie es die
Wie es die
Wie es die
Wie es die
Wie es die
Zudem deutet die
Ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung von Prüfgaspermeation, insbesondere Wasserstoffpermeation, durch Objekte 101, bspw. Kunststoffplatten, mithilfe einer Messvorrichtung 100, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann, stellt ebenfalls einen Aspekt der Erfindung dar. Die Erfindung sieht dabei vor, dass die Menge des Trägergases TG, die durch die erste Kammer 10 strömt, mithilfe einer Mengensteuerung 30 gesteuert und/oder geregelt wird.A corresponding method for determining test gas permeation, in particular hydrogen permeation, through
Erfindungsgemäß wird somit die erste Kammer 10 mit einem definierten, geringen und konstanten Trägergasstrom z.B. Stickstoff durchströmt.According to the invention, a defined, small and constant flow of carrier gas, e.g. nitrogen, flows through the
Dabei kann die Mengensteuerung 30 die Menge des Trägergases TG, die durch die erste Kammer 10 strömt, zumindest am Anfang einer Messung derart steuern und/oder regeln, dass ein Druck des Trägergases TG in der ersten Kammer 10 ungefähr einem Druck des Prüfergases PG in der zweiten Kammer 20 gleicht.The
Im Laufe der Messung kann die Mengensteuerung 30 die Menge des Trägergases TG, die durch die erste Kammer 10 strömt, auf einen am Anfang der Messung eingestellten Druck des Trägergases TG in der ersten Kammer 10 einregeln, um insbesondere konstanten Trägergasstrom M durch die erste Kammer 10 zu ermöglichen.In the course of the measurement,
Wie oben bereits erwähnt, kann die Mengensteuerung 30 mit einer Mixvorrichtung 14 in der ersten Kammer 10 und/oder einer Strömungsvorrichtung 15 in einer Abluftleitung L2 für das Trägergas TG in einer Wirkverbindung und/oder einer Signalverbindung und/oder einer Datenkommunikation D stehen. Somit kann am Anfang einer Messung die Mengensteuerung 30 kalibriert werden. Hierzu kann zumindest am Anfang einer Messung ein Betriebsparameter, insbesondere eine Drehzahl, der Mixvorrichtung 14 und/oder ein Betriebsparameter, insbesondere eine Drehzahl, der Strömungsvorrichtung 15 als eine Ist-Größe eingestellt werden, um einen gewünschten Druck des Trägergases TG in der ersten Kammer 10 als eine Soll-Größe einzustellen und/oder einzuregeln.As already mentioned above, the
Weiterhin während der Messung kann die Mengensteuerung 30 den eingestellten Druck des Trägergases TG in der ersten Kammer 10 auf einen am Anfang der Messung eingestellten Druck des Trägergases TG in der ersten Kammer 10 einregeln, um den eingestellten Trägergasstrom M möglichst konstant zu halten.Furthermore, during the measurement, the
Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The above description of the figures describes the present invention exclusively within the framework of examples. It goes without saying that individual features of the embodiments can be freely combined with one another, insofar as this makes technical sense, without departing from the scope of the invention.
Claims (10)
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DE102020209848.4A DE102020209848A1 (en) | 2020-08-05 | 2020-08-05 | Measuring device and measuring method for determining test gas permeation |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116337709A (en) * | 2022-12-14 | 2023-06-27 | 中国石油大学(华东) | High-pressure flow circulating hydrogen permeation test device and method |
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2020
- 2020-08-05 DE DE102020209848.4A patent/DE102020209848A1/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116337709A (en) * | 2022-12-14 | 2023-06-27 | 中国石油大学(华东) | High-pressure flow circulating hydrogen permeation test device and method |
CN116337709B (en) * | 2022-12-14 | 2024-01-30 | 中国石油大学(华东) | High-pressure flow circulating hydrogen permeation test device and method |
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