DIN EN ISO 6145-7-2011 Gas analysis - Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods - Part 7 Thermal mass-flow controllers (ISO 6145-7 2009) German versi.pdf

1、Mrz 2011DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 12DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 71.040.40!$l8“1739021www.din.deDDIN EN ISO 61

2、45-7Gasanalyse Herstellung von Kalibriergasgemischen mit Hilfe vondynamisch-volumetrischen Verfahren Teil 7: Thermische Massendurchflussregler (ISO 6145-7:2009);Deutsche Fassung EN ISO 6145-7:2010Gas analysis Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods Part 7: Thermal ma

3、ss-flow controllers (ISO 6145-7:2009);German version EN ISO 6145-7:2010Analyse des gaz Prparation des mlanges de gaz pour talonnage laide de mthodes volumtriquesdynamiques Partie 7: Rgulateurs thermiques de dbit massique (ISO 6145-7:2009);Version allemande EN ISO 6145-7:2010Alleinverkauf der Normen

4、durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 22 SeitenDIN EN ISO 6145-7:2011-03 Nationales Vorwort Dieses Dokument (EN ISO 6145-7:2010) enthlt die deutsche bersetzung der Internationalen Norm ISO 6145-7, die im Technischen Komitee ISO/TC 158 Analysis of gases“ (Sekretariat: NEN, Ni

5、ederlande) ausgearbeitet wurde. Das zustndige nationale Gremium ist der Arbeitsausschuss NA 062-05-73 AA Gasanalyse und Gasbeschaffenheit“ des Normenausschusses Materialprfung (NMP). Die Reihe ISO 6145 Gas analysis Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods besteht aus

6、folgenden Teilen: Part 1: Methods of calibration Part 2: Volumetric pumps Part 4: Continuous syringe injection method Part 5: Capillary calibration devices Part 6: Critical orifices Part 7: Thermal mass-flow controllers Part 8: Diffusion method Part 9: Saturation method Part 10: Permeation method Pa

7、rt 11: Electrochemical generation Fr die in ISO 6145-7 zitierten Dokumente wird im Folgenden auf die entsprechenden nationalen Dokumente verwiesen: ISO 6142 siehe DIN EN ISO 6142 ISO 6143 siehe DIN EN ISO 6143 ISO 6145-1 siehe DIN EN ISO 6145-1 ISO 7504 siehe DIN V 51897 ISO/IEC Guide 98-3 siehe DIN

8、 V ENV 13005 2 DIN EN ISO 6145-7:2011-03 Nationaler Anhang NA (informativ) Literaturhinweise DIN V 51897, Gasanalyse Begriffe und Erluterungen DIN V ENV 13005, Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen DIN EN ISO 6142, Gasanalyse Herstellung von Prfgasen Wgeverfahren DIN EN ISO 6143, Gasanal

9、yse Vergleichsverfahren zur Bestimmung und berprfung der Zusammen-setzung von Kalibriergasgemischen DIN EN ISO 6145-1, Gasanalyse Herstellung von Kalibriergasgemischen mit Hilfe von dynamisch-volumetrischen Verfahren Teil 1: Kalibrierverfahren 3 DIN EN ISO 6145-7:2011-03 4 Leerseite EUROPISCHE NORM

10、EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN ISO 6145-7 Dezember 2010 ICS 71.040.40 Deutsche Fassung Gasanalyse Herstellung von Kalibriergasgemischen mit Hilfe von dynamisch-volumetrischen Verfahren Teil 7: Thermische Massendurchflussregler (ISO 6145-7:2009) Gas analysis Preparation of calibration gas mixtu

11、res using dynamic volumetric methods Part 7: Thermal mass-flow controllers (ISO 6145-7:2009) Analyse des gaz Prparation des mlanges de gaz pour talonnage laide de mthodes volumtriques dynamiques Partie 7: Rgulateurs thermiques de dbit massique (ISO 6145-7:2009) Diese Europische Norm wurde vom CEN am

12、 11. Dezember 2010 angenommen. Die CEN-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser na

13、tionalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Management-Zentrum des CEN-CENELEC oder bei jedem CEN-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CEN-Mi

14、tglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Management-Zentrum mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnlan

15、d, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. EUR

16、OPISCHES KOMITEE FR NORMUNG EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATIONManagement-Zentrum: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2010 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.Ref.

17、 Nr. EN ISO 6145-7:2010 DEN ISO 6145-7:2010 (D) 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen4 3 Begriffe .4 4 Kurzbeschreibung .4 5 Aufbau.5 5.1 Allgemeines5 5.2 Thermische Massendurchflussregler mit konstanter Stromzufuhr .5 5.3 Thermischer Massendurchflussregler mit kon

18、stanter Temperaturregelung 6 6 Herstellung von Gasgemischen.7 6.1 Beschreibung der experimentellen Vorgehensweise 7 6.2 Gltigkeitsbereich10 6.3 Betriebsbedingungen10 7 Berechnungen10 7.1 Volumenanteil 10 7.2 Quellen fr die Unsicherheit.11 7.3 Unsicherheit der Messung12 Anhang A (informativ) Gasvorge

19、mische zur Herstellung von Gemischen hoher Verdnnung13 A.1 Berechnung des Volumenanteils.13 A.2 Unsicherheit des Volumenanteils 13 Anhang B (informativ) Praktische Hinweise.14 B.1 Ausrstung.14 B.2 Betrieb.14 B.3 Kalibrierung und Przision.15 Anhang C (informativ) Berechnung von Unsicherheiten 16 C.1

20、Herleitung der relativen Standardunsicherheit in V,A.16 C.2 Unsicherheit von Volumenanteilen durch mathematische Herleitung 17 Literaturhinweise 18 DIN EN ISO 6145-7:2011-03 EN ISO 6145-7:2010 (D) 3 Vorwort Der Text von ISO 6145-7:2009 wurde vom Technischen Komitee ISO/TC 158 Analysis of gases“ der

21、Internationalen Organisation fr Normung (ISO) erarbeitet und als EN ISO 6145-7:2010 bernommen. Diese Europische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhalten, entweder durch Verffentlichung eines identischen Textes oder durch Anerkennung bis Juni 2011, und etwaige entgegenstehende nationale No

22、rmen mssen bis Juni 2011 zurckgezogen werden. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und/oder CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Entsprechend der CEN/CENELEC-Gesch

23、ftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgenden Lnder gehalten, diese Europische Norm zu bernehmen: Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, ste

24、rreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, Schweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechische Republik, Ungarn, Vereinigtes Knigreich und Zypern. Anerkennungsnotiz Der Text von ISO 6145-7:2009 wurde vom CEN als EN ISO 6145-7:2010 ohne irgendeine Abnderung genehmigt. DIN EN ISO 6145-7:2011-03 EN IS

25、O 6145-7:2010 (D) 4 1 Anwendungsbereich Dieser Teil von ISO 6145 ist Teil einer Reihe Internationaler Normen, die die verschiedenen dynamisch-volumetrischen Verfahren zur Herstellung von Kalibriergasgemischen behandelt. Der vorliegende Teil legt ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kal

26、ibriergasgemischen mit zwei oder mehr Komponenten aus reinen Gasen oder anderen Gasgemischen mithilfe handelsblicher thermischer Massendurchflussregler fest. Wird dieses Verfahren zur Herstellung von Kalibriergasgemischen angewendet, ist die optimale Leistung wie folgt: die relative erweiterte Messu

27、nsicherheit U, die durch Multiplizieren der kombinierten Standard-unsicherheit mit einem berdeckungsfaktor von k = 2 erhalten wird, ist nicht grer als 2 %. Werden anstelle reiner Gase Gasvorgemische verwendet, knnen Molfraktionen unter 106erreicht werden. Die Messung des Massenstroms ist nicht absol

28、ut und fr den Massendurchflussregler ist eine unabhngige Kalibrierung erforderlich. Die Vorzge dieses Verfahrens bestehen darin, dass eine groe Menge des Gasgemischs auf einer kontinuierlichen Grundlage hergestellt werden kann und dass Mehrkomponentengemische genauso leicht herzustellen sind wie bin

29、re Gemische, sofern die entsprechende Anzahl thermischer Massendurchflussregler eingesetzt wird. ANMERKUNG Gasmischsysteme auf der Grundlage thermischer Massendurchflussregler, die zum Teil die Mglichkeit einer Computersteuerung oder automatischen Steuerung einschlieen, sind im Handel erhltlich. 2 N

30、ormative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). ISO

31、 6143, Gas analysis Comparison methods for determining and checking the composition of calibration gas mixtures ISO 6145-1:2003, Gas analysis Preparation of calibration gas mixtures using dynamic volumetric methods Part 1: Methods of calibration ISO 7504, Gas analysis Vocabulary 3 Begriffe Fr die An

32、wendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach ISO 7504. 4 Kurzbeschreibung Die kontinuierliche Herstellung von aus zwei oder mehr Komponenten bestehenden Kalibriergasgemischen aus reinen Gasen oder anderen Gasgemischen mithilfe handelsblicher thermischer Massendurchflussregler wird beschrieben.

33、Durch Einstellung der Sollwerte an den Durchflussreglern auf vorgegebene Werte ist es mglich, die Zusammensetzung des Gasgemisches schnell und kontinuierlich variabel zu ndern. Durch Auswahl geeigneter Kombinationen von thermischen Massendurchflussreglern und bei Anwendung reiner Gase kann der Volum

34、enanteil der betreffenden Komponente im Komplementrgas um einen Faktor von 1 000 variiert werden. DIN EN ISO 6145-7:2011-03 EN ISO 6145-7:2010 (D) 5 5 Aufbau 5.1 Allgemeines Zur Herstellung des Gasgemischs durchluft jede gasfrmige Komponente einen kalibrierten thermischen Massendurchflussregler bei

35、einer bekannten geregelten Durchflussrate und einem konstanten Druck. Fr die Messung der betreffenden Strme sind genaue Strmungsmesser zu verwenden, um ein annehmbares Ma fr die Unsicherheit unabhngig von der Einstellung des Massendurchflussreglers zu erhalten (siehe auch ISO 6145-1:2003, Tabelle 1)

36、. Ein thermischer Massendurchflussregler besteht aus einem Messgert fr den Massendurchfluss und einem Dosierventil, das von einem elektronischen Gert gesteuert wird (siehe auch Literaturhinweise 1 und 2). 5.2 Thermische Massendurchflussregler mit konstanter Stromzufuhr Das strmende Gas wird durch ei

37、n Heizelement, das an eine konstante Stromzufuhr angeschlossen ist, geleitet und die Temperatur wird vor und nach dem Heizelement gemessen. In Bild 1 ist das Prinzip eines thermischen Massendurchflussreglers dargestellt: das Heizelement, die Temperaturmessfhler und die damit verbundene Schalttechnik

38、. Die beiden Temperaturmessfhler vor und nach dem Heizelement bilden die beiden Zweige einer Wheatstoneschen Messbrcke, die so abgestimmt ist, dass sie eine Nullablesung ergibt, wenn kein Gasstrom vorhanden ist. Ist ein Gasstrom durch das System vorhanden, wird zwischen den beiden Temperaturmessfhle

39、rn eine Temperaturdifferenz T aufgebaut, so dass sich der Wrmestrom wie folgt berechnen lsst: mpTqc= (1) Dabei ist cpdie Wrmekapazitt je Masseneinheit oder molare Wrmekapazitt des Gases bei konstantem Druck; qmdie Massendurchflussrate. DIN EN ISO 6145-7:2011-03 EN ISO 6145-7:2010 (D) 6 Legende 1 Tem

40、peraturmessfhler 1 2 Temperaturmessfhler 2 3 Heizelement 4 Gaszufuhr 5 Stromzufhrung 6 Wheatstonesche Messbrcke 7 Differenzverstrker 8 Signal-Ablesung Bild 1 Prinzip eines thermischen Massendurchflussreglers mit konstanter Stromzufuhr Die Temperaturdifferenz zwischen den Messfhlern fhrt zu einer Pot

41、entialdifferenz ber die Wheatstonesche Messbrckenschaltung und erzeugt somit ein Signal. Das Signal wird mit einer einstellbaren Bezugsspannung in einem Differenzverstrker verglichen. Das sich ergebende Ausgangssignal wird wiederum zur Bettigung eines Steuerventils zur Regelung des Gasstroms verwend

42、et. 5.3 Thermischer Massendurchflussregler mit konstanter Temperaturregelung Bei diesem System (siehe Bild 2) strmt das Gas der Reihe nach durch drei Heizelemente, von denen jedes an einen Zweig einer selbstregelnden Wheatstoneschen Messbrcke angeschlossen ist. Statt eine Temperaturdifferenz zu mess

43、en, ist der Eingang in jedes Heizelement so, dass die Temperaturverteilung entlang des Durchflusswegs gleichfrmig bleibt. Die Stromstrke der Wheatstoneschen Messbrcke ist proportional zum Wrmeverlust und daher auch proportional zum Massendurchfluss des Gases. Das Ausgangssignal wird wieder genutzt,

44、um ein Magnetventil zur Steuerung der Massendurchflussrate zu bettigen. DIN EN ISO 6145-7:2011-03 EN ISO 6145-7:2010 (D) 7 Legende 1 Heizelement 1 2 Heizelement 2 3 Heizelement 3 4 Gaszufuhr 5 Stromzufhrung 6 Wheatstonesche Messbrcke 7 Differenzverstrker 8 Signal-Ablesung Bild 2 Thermischer Massendu

45、rchflussregler mit konstanter Temperaturregelung Bei der Herstellung von Mehrkomponentengemischen ist es im Allgemeinen notwendig, einen Massendurchflussregler fr jede Komponente einzusetzen. Zweikanal-Regler sind verfgbar und drfen zur Herstellung von binren Gemischen oder z. B. zur Herstellung von

46、 Gemischen eines vorgegebenen Gases in Luft angewendet werden. 6 Herstellung von Gasgemischen 6.1 Beschreibung der experimentellen Vorgehensweise Eine schematische Darstellung der Anordnung zur Herstellung von binren Gemischen ist Bild 3 zu entnehmen. Der Druck und die Temperatur zum Zeitpunkt der K

47、alibrierung sind aufzuzeichnen. In Abhngigkeit von den zu mischenden Gasen und der Tatsache, dass sie nicht ideal sind, kann der Volumenanteil etwas vom Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur beeinflusst werden. Der Druck und die Temperatur zum Zeitpunkt der Kalibrierung des Analysegertes sollte

48、n mglichst nah bei den Werten liegen, die zum Zeitpunkt, an dem die thermischen Massendurchflussregler mit dem in ISO 6143 angegebenen Vergleichsverfahren (siehe 7.3) berprft wurden, vorherrschten. DIN EN ISO 6145-7:2011-03 EN ISO 6145-7:2010 (D) 8 Die Konzentrationen von Kalibriergasgemischen werde

49、n blicherweise als Volumenanteile angegeben, die Festlegungen der Hersteller zur Genauigkeit von thermischen Massendurchflussreglern werden jedoch als prozentualer Anteil am Skalenendwert des Messgertes angegeben. Die relative erweiterte Unsicherheit von 2 %, die im Anwendungsbereich des vorliegenden Teils von ISO 6145 angefhrt wird, betrgt 2