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Gasfluss

Gasfluss-Regelung

Unsere Technologie gestattet das genaue, schnelle und zuverlässige Regeln extrem geringer Gasflüsse (1 ml/min ist kein Problem) selbst bei 50 atm Vordruck mit 1% Genauigkeit. Das patentierte, thermodynamische Prinzip des Reglers kommt völlig ohne bewegte Teile aus.
 


Patentiertes Prinzip

Der eigentliche Durchtritts-Kanal besteht aus einer Kapillare in einem Kunststoff-Polymer (PTFE), welches einen recht großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Dieses Teil wird fast vollständig von einem Metallmantel umschlossen, der seinerseits nur einen sehr kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Erwärmt man diese Kombination, richtet sich die Ausdehnung des Kunststoffes nach innen und verringert dadurch den Durchmesser der Kapillare.

Die Abhängigkeit des Durchflusses vom Durchmesser sowie weiteren Größen ist schon seit dem 19. Jahrhundert als Hagen-Poiseuille-Gesetz bekannt:

Formel




Die technische Zeichnung aus der Patentschrift zeigt das Prinzip:

Skizze
ist die Kapillare
8
6,7 ist das Kunststoff-Teil
2 ist die Metall-Ummantelung. (Dass diese fast
vollständig ist, kann man hier schwrer erkennen!)
II ist der Temperatur-Regler


Das bestechend einfache Prinzip spiegelt sich in der unspektakulär kleinen Zahl von Komponenten.

Ventil
Dosierventil


Der erste Satz von 4 Gasfluss-Reglern wurde für eine Mikrokosmananlage am IBW, Uni Gö, entwickelt (siehe Gasanalytik). Die Boden-Monolithen wurden einer künstlichen Atmosphäre mit unterschiedlichem Sauerstoffgehalt (0.1%, 0.5%, 1%, 5%) ausgesetzt.
Die konkrete Realisierung offenbarte eine Reihe von regelungstechnischen Tücken, die man dem prinzipiell genial einfachen Aufbau zunächst nicht zugetraut hätte:
  • Der Radius geht zur 4. Potenz in den Fluss ein.
  • Der Joule-Thompson-Effekt bei der Expansion des Gases ist als Temperatur-Einfluss mit dem Durchmesser der Kapillare gekoppelt.
  • Bei schon fast verschlossenem Ventil ist der verbleibende offene Querschnitt der Kapillare extrem empfindlich gegen geringste weitere Expansion des Kunststoffs. Erst allerhöchste Präzision bei der Temperaturmessung erlaubte die Beherrschung dieses Zustandes.
  • Die Umgebung ist leider nicht temperaturstabil.
  • Der Kunstoff unterliegt bei Ausdehnung und Schrumpfung einer Hysterese.
  • Das System weist erhebliche Totzeiten auf.
Ein optimierter Aufbau bezüglich Isolation, Heizung, Kühlfläche, Vorwärmung und Plazierung des Temperaturfühlers war offensichtlich nötig. Den letzten Schritt zum Erfolg bildete eine auf der Prognose einer virtuellen Temperatur beruhende, vorausschauend arbeitende Software. Das Ergebnis kann sich sehen lassen.
Flowregler
Schemazeichnung des optimierten Flussreglers

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Vorteile

  • Präzision: Eingestellte Flüsse werden mit extremer Präzision gehalten. Abweichungen betragen weniger als 1% über Jahre hinweg.
  • Regelgeschwindigkeit: Innerhalb von 10 Minuten im Bereich von 1 ml/min bis 20 ml/min ohne Überschwingen.
  • Lebensdauer: Fragen Sie mal Ihre Enkel, wenn diese groß sind.
  • Preis: Klopfen Sie mal bei mir an!
Und... bitte entschuldigen Sie meinen Enthusiasmus.

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Grafiken

Die folgenden Grafiken wurden erstellt unter Verwendung von Aufzeichnungen der Regelsoftware GASDOSI.

Stufen
Schrittweise wird Gasfluss von 1 ml/min
über 2,4,6,8 ml/min auf 10 ml/min erhöht.
Anschließend wird er als lineare Rampe
auf 1 ml/min zurückgefahren. Der Vordurck
betrug 50 bar.


Detail
Eine Flussänderung von 1 ml/min auf
5 ml/min im Detail. Man beachte die Regelung
der Heizung.


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Patent

Das unserem Gasfluss-Regler zugrunde liegende Dosierventil für fließfähige Medien ist in Deutschland patentrechtlich geschützt (DBP 100 27 379).

USA-Fahne
Grossbritannien-Fahne
english
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