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Forschungsstelle
METAS
Projektnummer
F-5135.30103
Projekttitel
Complex Fluids

Texte zu diesem Projekt

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Schlüsselwörter
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Kurzbeschreibung
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Projektziele
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Abstract
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Umsetzung und Anwendungen
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Französisch)

Micro-fluidique, liquides non-Newtoniens, caractérisation des liquides, viscosité, débit dynamique

Kurzbeschreibung
(Französisch)

A ce jour, les débitmètres sont souvent étalonnés avec de l’eau et non le liquide qui est mesuré en production. La viscosité et la densité peuvent être très différentes de celles de l’eau. De ce fait, les caractéristiques des liquides, comme la viscosité et la densité, sont toutes aussi intéressantes que la mesure du débit car elles peuvent avoir des effets sur la méthode de mesure. On aborde alors le domaine de la rhéologie. Les liquides utilisés sont des liquides complexes qui se différencient des liquides newtoniens comme l’eau ou des huiles de référence par le fait que la viscosité n’est pas linéairement dépendante du stress appliqué.

De plus, l’étalonnage en laboratoire se fait à des débits constants et continus alors que le processus dans lequel est utilisé un débitmètre est typiquement une production par lot (batch processing) caractérisée par des variations de débits lors d’ouvertures de vannes (des ms) ou d’activations de pompes (des secondes), donc des mesures dynamiques. L’influence des variations rapides de débits sur un compteur n’a été que très peu mesurée et il n’existe pas d’installation traçable pour ce genre de mesures.

Certains fabricants de débitmètre présentent des performances nettement supérieures à leurs concurrents sur les temps de réponse de leurs instruments (information confidentielle) comme arguments commerciaux sans se référer à des mesures indépendantes. Le développement d’une infrastructure permettant de faire des mesures dynamiques est ainsi justifié.
Projektziele
(Französisch)

Les buts du projet sont la création de nouvelles possibilités de mesure à METAS :

  1. L’extension des bancs micro et milli flow pour la génération de débits non-continus dans la plage 50 nL/min à 400 mL/min avec des constantes de temps de l’ordre de la seconde et une incertitude d’au moins 3 % pour la détermination des plus grands débits et de 10 % pour les plus petits débits.
  2. L’extension des bancs micro et milli flow pour la mesure de la viscosité en ligne de liquides complexes dans la plage de 0.5 mPas à 50 mPas avec un objectif d’incertitude de 2 %.
  3. Le développement d’une ligne dédiée pour les mesures optiques avec un système d’injection de particules afin d’effectuer l’étude de faisabilité d’un pipe-viscometer.

Les mesures se feront sur une plage de pression de 1 bar à 50 bar, suivant le débit. Une variation de la température du liquide sera réalisable de 20 °C à 40 °C pour couvrir une plage de viscosité à cause de sa dépendance en température.

Abstract
(Englisch)

Milli-, micro- and nano-flow calibrations are important in several areas of pharmaceutical, flow chemistry and health care applications where volumetric dosage or delivery at given flow rates are crucial for the process. After developing a facility for the micro-flow range, METAS has developed a facility for flow rates from 50 nL/min up to 400 mL/min. The continuous collection of the flowing water into a beaker on a balance without having droplet formation for a continuous increase of the weighing values is a challenge (dynamic gravimetric method). This technique is often used to determine the flow rate over several orders of magnitude. In this paper, we describe the newly developed METAS piston provers and focus on the water collection techniques used for the flow rate determination of very low flow rates going as low as 50 nL/min by means of the dynamic gravimetric method. One water collection technique is to immerse the outlet needle into the water in the beaker. To reduce evaporation either a saturated environment is created or a layer of oil is added on top of the water. Another water collection technique is applied at the METAS facilities, where the outlet needle is positioned just over glass filters on top of the beaker to collect the water by means of a constant water bridge obtained independently of the flow rate. These two techniques are investigated for comparing the stability of the flow rate determination and the influence of the capillary forces acting due to the water or water-oil surface on the outlet needle and on the water bridge between the outlet needle and glass filters. The technique applied at METAS with the water bridge between outlet needle and glass filter reveals to be more stable for the flow rate determination and corrections due to capillary forces acting on the outlet needle can be neglected compared to the water collection technique with the immersed needle.

 

 
    Umsetzung und Anwendungen
    (Deutsch)

    Die neuen Möglichkeiten der Durchflussmessungen werden für einen Antrag auf Verbesserung der CMC-Einträge (bis 20 nL/min) verwendet und werden in den Dienstleistungskatalog aufgenommen.

    Die Messmöglichkeit für die dynamische Viskosität wird aufgrund fehlender Kundenanfragen vorerst nicht in den Messplatz integriert.