DIY-Gasmischanlagen mit Alicat-Instrumenten

Die Kunst der Herstellung präziser Gasgemische ist das Rückgrat tausender industrieller und kommerzieller Anwendungen, vom Schweißen und der chemischen Synthese bis zur Lebensmittelverpackung und Halbleiterherstellung. Doch das ist keineswegs einfach. Kleine Abweichungen bei kritischen Faktoren wie Durchfluss, Druck, Temperatur oder Gaseigenschaften können ein Gemisch zerstören und sich auf die nachgeschalteten Ergebnisse auswirken.

Um unser hypothetisches Beispiel fortzusetzen, sollten Sie sich Hilfe besorgen. Eine vorgemischte Gasflasche ist zwar praktisch, kostet aber auch Geld, erfordert Lagerung und Handhabung und berücksichtigt nicht die unterschiedlichen Anforderungen an die Zusammensetzung, z. B. eine Mischung aus 75% und 25% für diese unhandlichen Materialien. Wenn Sie die Möglichkeit hätten, Schutzgas vor Ort zu mischen, könnten Sie Ihre eigene Zusammensetzung erstellen, vorausgesetzt, Sie verfügen über ein System zur genauen Kontrolle der Mischungsverhältnisse in Echtzeit.

Was ist also der richtige Ansatz?

Das Mischen von Gasen ist keine feststehende Wissenschaft; es ist eher ein technisches Dilemma mit vielen gültigen Lösungen, die stark von der erforderlichen Genauigkeit, der Systemkomplexität und der Prozessvariabilität abhängen. In Fällen, in denen sich die Anforderungen an die Zusammensetzung je nach den Bedingungen ändern und eine statische Vormischung nicht ausreicht, ein vollautomatisches System jedoch überfordert sein könnte, bietet sich ein DIY-Ansatz als attraktiver Mittelweg an.

Während Alicat^® bietet vollständige, automatisierte FusionFlow™-Gasmischgeräte, In diesem Artikel geht es um eine flexible Alternative: den Bau von DIY-Gasmischsystemen mit Laminar DP Durchfluss- und Druckmessgeräte von Alicat Scientific und ihre kompatible Software-Tools.

Ganz gleich, ob ein einzelnes Gaspaar gemischt oder ein größeres Mehrkanalsystem koordiniert werden soll, Alicat-Massedurchfluss- und Druckmessgeräte unterstützen das Mischen von Gasen, indem sie eine schnelle und genaue Regelung, eine breite Mehrgasfähigkeit und eine einfache Integration in Automatisierungssysteme bieten.

COMPOSER ermöglicht es den Anwendern, benutzerdefinierte Gasmischungen mit bis zu fünf Bestandteilen mit einer Auflösung von 0,1 Prozent zu definieren. Bis zu 20 benutzerdefinierte Gasmischungen können intern gespeichert werden, so dass ein Wechsel zwischen den Prozessen ohne Arbeitsunterbrechung oder Neukonfiguration der externen Software möglich ist.

Jedes ausgewählte Gas oder benutzerdefinierte Gemisch behält die volle NIST-rückführbare Genauigkeit bei. Die laminare Differenzdrucktechnologie von Alicat passt sich automatisch an die Gaseigenschaften an und stellt sicher, dass die kalibrierte Genauigkeit für alle im Gerät gespeicherten reinen Gase und Mischungen gilt.

Diese Konnektivität ist besonders wertvoll bei DIY-Gasmischsystemen und Systemen zur Lieferung mehrerer Gase, bei denen mehrere Gasströme unabhängig voneinander gesteuert werden müssen, aber als koordiniertes Ganzes funktionieren.

In einer Anwendung baute ein Anwender einen Brennstoffzellenprüfstand, der eine Gegendruckregelung erforderte, wobei Wasserstoff-, Luft- und Spülgasströme getrennt gehalten werden mussten. Obwohl die Gasströme stromaufwärts nicht physisch gemischt wurden, wurden sie digital koordiniert, um präzise Durchflussraten, Druckausgleich und stabile Betriebsbedingungen am Einsatzort aufrechtzuerhalten.

Durch den Anschluss mehrerer Massendurchflussregler, Druckregler und Gegendruckregler über ein gemeinsames BBX-Netzwerk konnte der Benutzer jedes Gerät über eine einzige Steuerschnittstelle mit Strom versorgen, überwachen und einstellen. Dieser Ansatz reduziert die Komplexität der Verdrahtung, vereinfacht die Systemerweiterung und erleichtert das Hinzufügen oder Neukonfigurieren von Gasleitungen, wenn sich die Prüfanforderungen ändern.

FlowVision MX bietet eine einfach zu bedienende Softwareplattform für die Koordination von Mehrkanal-Gasmischsystemen. Über eine einzige Schnittstelle können Benutzer bis zu zehn Massendurchflussregler konfigurieren, Mischungsverhältnisse einstellen und Gesamt- oder Einzelgasanteile anpassen.

Die Software unterstützt das Speichern und erneute Laden von Mischungen, die Aufzeichnung von Leistungsdaten und die Überprüfung der Mischungsgenauigkeit im Zeitverlauf. Die integrierten Steuerelemente erleichtern die Erstellung von Skripten für automatisierte Sequenzen oder die Durchführung von Echtzeit-Anpassungen während der Prüfung.

FlowVision MX läuft auf Standard-Windows-Systemen und lässt sich direkt in die Alicat-Geräte integrieren und bietet eine kostengünstige Möglichkeit zur Verwaltung von Multigas-Setups ohne eigene Programmierung.

Digitale Durchflusszähler zur Überwachung der geförderten Menge

Die Alicat-Instrumente umfassen ein integriertes digitales Zählwerk die die Gesamtmenge des seit dem letzten Reset abgegebenen Gases aufzeichnet. Der Benutzer kann den kumulativen Durchfluss, die verstrichene Zeit und den Spitzendurchfluss direkt auf dem Gerät oder über die serielle Kommunikation anzeigen, was die Überwachung von Chargenläufen oder Langzeittests erleichtert. 

Das FAST-Team (Flying Apple Space Technologies), eine Gruppe von Studenten und Forschern aus Nevada, die sich mit Projekten in großen Höhen befasst, hat diese Fähigkeit in einem Fall in die Praxis umgesetzt. Bei den Vorbereitungen für den Start eines Wetterballons auf der Straße verwendete das Team ein tragbarer Alicat-Durchflussmesser um genau Totalisierung von Helium und Wasserstoff während der Befüllung. Die Echtzeit-Totalisierung ermöglichte es ihnen, die Befüllung genau im richtigen Moment zu stoppen, um eine Überfüllung zu verhindern und einen sicheren Start zu gewährleisten, ohne dass eine feste Laboreinrichtung oder schwerfällige Geräte erforderlich waren.

Chargendosierung für präzise Dosierung

Bei aktivierter Dosierung, Steuergeräte dosieren automatisch ein definiertes Gasvolumen mit der vom Benutzer gewählten Durchflussrate und schließen das Ventil, sobald die Zielmenge erreicht ist. Dies unterstützt wiederholbare Dosierschritte in Gasmischsequenzen, Kalibrierroutinen oder automatisierten Testzyklen.

Analoge Alarme für Echtzeit-Sicherheit und Prozessgrenzen

Mainline-Geräte können mit hohen oder niedrigen Analogalarmen konfiguriert werden die ausgelöst werden, wenn Durchfluss oder Druck definierte Schwellenwerte überschreiten. Diese Alarme lassen sich problemlos in SPS oder Sicherheitsverriegelungen integrieren und bieten eine weitere Ebene des Schutzes und der Prozesssteuerung in Mehrgassystemen.

LabVIEW ist eine grafische Programmierumgebung, die in großem Umfang für die Geräteüberwachung, Automatisierung und Testentwicklung eingesetzt wird. Alicat bietet fertige Treiber für virtuelle Instrumente die es Anwendern ermöglichen, Durchfluss- oder Druckblöcke mit minimalem Programmieraufwand direkt in LabVIEW-Workflows zu integrieren.

Diese Treiber vereinfachen die Datenerfassung, die Gerätekonfiguration und die Gerätebefehle, so dass die Integration mehrerer Alicat-Geräte in bestehende LabVIEW-Prüfstände oder Forschungseinrichtungen problemlos möglich ist.

Dies erleichtert die Erstellung von Prototypen für Mischstrategien, die Konfiguration von Mehrkanalsystemen oder die Einbindung von Alicat-Instrumenten in größere Simulationsrahmen für Tests oder Echtzeitkontrolle.

Breiter Kontrollbereich:

• Präzise Regelung von 0,01 - 100% des Skalenendwertes, mit Durchflussbereiche von 0,5 SCCM bis 12.000 SLPM sowohl für Spuren- als auch für High-Flow-Anwendungen.

Gas Select™-Flexibilität:

• Ein Onboard, NIST-rückführbare Bibliothek mit 90 bis 130 Gasen ermöglicht den Benutzern einen sofortigen Gaswechsel ohne Neukalibrierung.

Schnelle, multivariate Antwort:

• Schnelle Stabilisierung (ab 30 ms) mit integrierten Messungen von Massendurchfluss, Volumendurchfluss, Druck und Temperatur.

Hochgradig anpassbare Integration:

• Kompatibel mit gängigen Protokollen einschließlich RS-232, RS-485, Modbus und IO-Link, mit Optionen für IP66/67-Umgebungsschutz und IS-Max™/IS-Pro™ Modelle für Bereiche mit brennbaren oder explosiven Gasen-Geräte von Alicat lassen sich an eine Vielzahl von Betriebsumgebungen anpassen.

Alicat unterstützt Gasmischanwendungen in Hunderten von Branchen mit Geräten und Software, die auf Ihre Systemanforderungen zugeschnitten sind.