Messdatenerfassung: Datenaufzeichnung am Vakuum

MSR255 Datenlogger mit Drucksensoren auf der Suche nach Leckagen in Vakuumkammern

Mini-Datenlogger erweisen sich in verschiedensten Bereichen der Industrie und Wissenschaft als nützliche Tools zum Erfassen und Aufzeichnen physikalischer Messgrössen. Wie der vorliegende Anwenderbericht über MSR Datenlogger bei der Climeworks AG – einem international ausgezeichneten Entwickler von CO₂-Kollektoren – , zeigt, können die kleinen Datenaufzeichnungsgeräte weit mehr, als von den typischen Anwendungen – z.B. dem Überwachen von Transportbedingungen – bislang bekannt ist

Autoren: Nic Piatkowski, PhD, Climeworks AG, Gabriela Zumkehr, MSR Electronics GmbH

CO₂ ist als Klimakiller in Verruf geraten, hat aber nicht nur Schattenseiten. Das Gas wird etwa als Schutzatmosphäre beim Verpacken von Lebensmitteln eingesetzt oder hilft, das Wachstum von Pflanzen zu beschleunigen. Mit den innovativen Technologien der Züricher Climeworks AG, einem Spinoff der ETH Zürich, wird das Gas – unter Nutzung von Abwärme – praktisch CO₂ -neutral produziert. Climeworks hat mit dem CO₂ -Kollektor eine technische Lösung entwickelt, welche mit geringem Energieaufwand hoch konzentriertes CO₂ aus der Luft gewinnt. Dieses «erneuerbare» CO₂ ist idealer Rohstoff für viele industrielle Anwendungen, unter anderem für synthetische Fahrzeug-Treibstoffe wie Diesel, Benzin oder Methan. Den Nutzen der CO₂-Kollektoren hat zum Beispiel auch der Fahrzeughersteller Audi erkannt: Noch in diesem Jahr soll das weltweit erste Industriemodul eines CO₂-Kollektors in eine Anlage zur Produktion von synthetischem Treibstoff integriert und getestet werden.

Was CO₂-Kollektoren machen

Der Climeworks-Prozess basiert auf der zyklischen Adsorption und Desorption von CO₂ aus der Umgebungsluft. Im Adsorptionsprozess durchströmt Umgebungsluft eine speziell entwickelte Adsorber-Konstruktion, die ein Sorbentmittel enthält, welches das CO₂ an sich bindet. Sobald das Sorbentmittel mit CO₂ gesättigt ist, wird der Vorgang auf die Desorptionsphase umgeschaltet, in der das Sorbentmittel das abgeschiedene CO₂ wieder freisetzt. Dazu wird es mit Hilfe von Niedertemperaturwärme auf ca. 80-130 °C erhitzt und in einer Vakuumkammer einem Grobvakuum ausgesetzt. Für eine neue Produktlinie hat die Firma eine solche Vakuumkammer herstellen lassen, welche mithilfe eines Mini-Datenloggers auf Leckagen und Strukturfestigkeit überprüft wurde.

Datenlogger mit Drucksensor und Temperatursensor überwachen das Vakuum

Climeworks wählte für die Abnahmetests der Vakuumkammer einen Datenlogger des Typs MSR255 der Schweizer Messtechnik-Firma MSR Electronics GmbH aus. Dieses kompakte Mini-Messtechnik-Labor verfügt über einen grossen Speicher (2 Millionen Messwerte), eine individuell konfigurierbare LC-Anzeige und eignet sich ideal für flexible Messungen vor Ort – auch unter speziellen Umgebungsbedingungen. In der Vollversion ist der Datenlogger in der Lage, zeitgleich bis zu fünf verschiedene Messgrössen zu erfassen und deren Werte aufzuzeichnen, bei Climeworks kam der MSR255 jedoch mit einem externen Temperatursensor und mit Analogeingängen zum Anschluss eines eigenen Drucksensors, der in der Vakuumkammer platziert ist, zum Einsatz. Mit dem Logger liessen sich so genaue Aussagen zu den Druckverhältnissen und Druckverläufen pro Zeiteinheit machen; insbesondere konnte ein Druckabfall, verursacht durch eine Leckage, beobachtet werden.

Für den Abnahmetest wurde die Vakuumkammer am Herstellungsort bis auf einen Druck von etwa 1 mbar absolut luftleer gepumpt, wobei die Temperatur- und Druckwerte überwacht wurden, um die Qualität der Dichtung zu überprüfen. Der Druck wurde mit einem 2-Draht-/ 24-V-Drucksensor mit 4…20-mA-Ausgang für einen Druck von 0-1 bar absolut gemessen. Dieser wurde aus einem Labornetzgerät gespeist und mit dem 4—20-mA-Analogeingangskanal des MSR255-Datenloggers verbunden. Der Logger wurde so programmiert, dass das 4…20-mA-Signal direkt in einen Ausgabewert von 0-1 bar (absolut) umskaliert wurde. Die Temperatur der Vakuumkammer wurde mit dem integrierten Temperatursensor des MSR255 gemessen, der an der Wand der Vakuumkammer angebracht war. Zur Auswertung der Messwerte dient die MSR PC-Software, die sehr aussagekräftige Messdiagramme liefert. Aus den daraus ersichtlichen Verläufen der Temperatur- und Druckwerte sowie dem bekannten Volumen der Vakuumkammer konnte die Zunahme der Luftmasse in der Kammer über die thermische Zustandsgleichung idealer Gase bestimmt und somit die Leckrate berechnet werden. Schon an diesem praktischen Beispiel ist zu erkennen, dass die Miniatur-Datenlogger sich in vielfältigen messtechnischen Anwendungs-Szenarien nutzbringend sowie zeit- und dadurch kostensparend einsetzen lassen – das Applikations-Spektrum reicht von der Logistik über die Maschinen- und Transport-Überwachung bis hin zur Labor-Messtechnik, zur Automobil-Prüfstandstechnik und sogar zur Luft- und Raumfahrt.