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The application of compact NMR instruments to hot flowing samples or exothermically reacting mixtures is limited by the temperature sensitivity of permanent magnets. Typically, such temperature effects directly influence the achievable magnetic field homogeneity and hence measurement quality. The internal-temperature control loop of the magnet and instruments is not designed for such temperature compensation. Passive insulation is restricted by the small dimensions within the magnet borehole. Here, we present a design approach for active heat shielding with the aim of variable temperature control of NMR samples for benchtop NMR instruments using a compressed airstream which is variable in flow and temperature. Based on the system identification and surface temperature measurements through thermography, a model predictive control was set up to minimise any disturbance effect on the permanent magnet from the probe or sample temperature. This methodology will facilitate the application of variable-temperature shielding and, therefore, extend the application of compact NMR instruments to flowing sample temperatures that differ from the magnet temperature.
Distickstoffmonoxid (N2O, Lachgas) und Helium (He) sind gängige Prüfgase für Dichtheitsprüfungen. Die einfachste Leckgeometrie stellt ein ideal zylindrisches Rohr dar. Es wurden Glaskapillaren verschiedener Abmessungen mit Lachgas und Helium durchströmt. Der Überdruck am Kapillareingang lag zwischen 100 mbar und 400 mbar. Es handelte sich um vier annähernd zylindrische Glaskapillaren mit den mittleren Durchmessern: Kapillare 1: ca. 102 μm; Kapillare 2: ca. 71 μm; Kapillare 3B: ca. 49 μm; Kapillare 4: ca. 53 μm. Zudem wurde eine nichtzylindrische Kapillare geprüft (Kapillare 3A). Die Kapillaren 1, 2 und 3B wurden mit beiden Prüfgasen getestet. Kapillare 3A wurde nur mit Lachgas durchströmt, Kapillare 4 nur mit Helium. Für die Messung der Leckageraten kam das Überdruckverfahren mit Ansammlung (Verfahren B3 nach DIN EN 1779: 1999-10) zum Einsatz. Als Detektor für Lachgas diente der Lachgasdetektor Maihak Unor 6 N, für Helium der Leckdetektor T-Guard der Firma Inficon.
Es wurden verschiedene Theorieansätze verglichen. Beim Theorieansatz Ib erfolgte die Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf die Helium-Messwerte und umgekehrt anhand der Druck-, Temperatur- und Gasartabhängigkeit der Leckagerate für laminar-viskose Gasströmung (DIN EN 1779: 1999-10; DGZfP-Richtlinie DP2: 2009-12). Beim Theorieansatz II wurde die Berechnung der Leckagerate für die laminar-viskose Rohrströmung unter der Annahme einer ideal zylindrischen Kapillare durchgeführt. Zusätzlich wurde mit „ANSYS Fluent“ eine CFD-Simulation vorgenommen. Bei Kapillare 3A wurde eine Serienschaltung der Strömungsleitwerte von Rohr und Düse angesetzt. Bei Anwendung des Ansatzes Ib werden bei Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Messwerte überschätzt. Umgekehrt werden bei der Umrechnung der Lachgas-Messwerte auf Helium die Helium-Messwerte unterschätzt. Bei Analyse der Einlauflängen der Rohrdurchströmung ist festzustellen, dass diese für Lachgas stets größer als für Helium sind. Bei Lachgas liegt daher für einige Messwerte noch keine ausgebildete laminare Rohrströmung vor. Einlaufeffekte können somit nicht vernachlässigt werden. Als Fazit ergibt sich, dass bei Verwendung von Helium als Prüfgas und Umrechnung der Helium-Messwerte auf Lachgas die Lachgas-Leckageraten sicherheitstechnisch konservativ abgeschätzt werden.
The International Dangerous Goods Regulations prescribe the immersion under water method (“bubble test”) as standard method for the leakproofness test of dangerous goods packagings. But this test procedure acts as a test method for leak localisation, not for quantitative leakage rates measurement. Additionally, the sensitivity in detecting leaks of small diameters is restricted, depending on the test liquid and the test pressure. The bubble test is not suitable for a comparison with quantitative limit leakage rates based on realistic transport conditions. This is especially important when estimating the risk of the formation of an explosive atmosphere during the intercontinental carriage of dangerous goods packagings in freight containers. To compare measured leakage rates with limit leakage rates, a quantitative leak testing procedure is required. Therefore a new approach for dangerous goods packagings is implemented: The pressure technique by accumulation using Helium as a tracer gas. This work presents the test equipment necessary for the quantitative measurement of Helium leakage rates through closures of different kinds of dangerous goods packagings. The essential steps to achieve good repeatable results are: A controlled Helium filling process to reach a defined test pressure in the test sample, a sufficient homogenisation of the Helium-air-mixture inside the test sample and the ensuring of a constant pressure level of the test sample during the test. The Helium loss rate of the accumulation chamber has to be measured separately to receive a correction factor for the measured leakage rates. Different constructional measures are introduced to prevent a disturbing influence of the Helium leakage rate of the filling valves on the measurement results. Methods to estimate the disturbing effect of Helium permeation through permeable parts of the test sample are also presented. As a supporting method for the experimental investigations the Helium sniffer test can be applied. This practical application-oriented advice can enable other users to establish a pressure technique by accumulation for their own technical field.
The International Dangerous Goods Regulations prescribe the immersion under water method (“bubble test”) as standard method for the leakproofness test of dangerous goods packagings. But this test procedure acts as a test method for leak localisation, not for quantitative leakage rates measurement. Additionally, the sensitivity in detecting leaks of small diameters is restricted, depending on the test liquid and the test pressure. The bubble test is not suitable for a comparison with quantitative limit leakage rates based on realistic transport conditions. This is especially important when estimating the risk of the formation of an explosive atmosphere during the intercontinental carriage of dangerous goods packagings in freight containers.
To compare measured leakage rates with limit leakage rates, a quantitative leak testing procedure is required. Therefore a new approach for dangerous goods packagings is implemented: The pressure technique by accumulation using Helium as a tracer gas.
This work presents the test equipment necessary for the quantitative measurement of Helium leakage rates through closures of different kinds of dangerous goods packagings. The essential steps to achieve good repeatable results are: A controlled Helium filling process to reach a defined test pressure in the test sample, a sufficient homogenisation of the Helium-air-mixture inside the test sample and the ensuring of a constant pressure level of the test sample during the test. The Helium loss rate of the accumulation chamber has to be measured separately to receive a correction factor for the measured leakage rates. Different constructional measures are introduced to prevent a disturbing influence of the Helium leakage rate of the filling valves on the measurement results. Methods to estimate the disturbing effect of Helium permeation through permeable parts of the test sample are also presented. As a supporting method for the experimental investigations the Helium sniffer test can be applied. This practical application-oriented advice can enable other users to establish a pressure technique by accumulation for their own technical field.
Für die Durchführung einer Dichtheitsprüfung und für die Bewertung des Ergebnisses ist es wichtig, den sich unter Betriebsbedingungen im Prüfobjekt einstellenden Überdruck zu kennen. Entspricht der Prüfüberdruck nicht dem Betriebsüberdruck, so ist es oft erforderlich, die unter Prüfbedingungen gemessenen Leckageraten auf den realen Betriebsüberdruck umzurechnen. Im Bereich der Gefahrgutverpackungen ist jedoch der spätere maximale Betriebsüberdruck nicht genau bekannt. Er hängt für jede einzelne Verpackungsbauart von dem eingefüllten Füllmedium mit seinen spezifischen Stoffeigenschaften, dem Füllgrad sowie den Beförderungsbedingungen, insbesondere der mittleren Transporttemperatur, ab. Es werden Berechnungsansätze vorgestellt, mit denen sich der Überdruck in Gefahrgutverpackungen unter Beförderungsbedingungen rechnerisch ermitteln lässt. Die theoretisch berechneten Überdrücke werden mit Überdruck-Messwerten verglichen, die mit verschiedenen Füllmedien in unterschiedlichen Verpackungsbauarten ermittelt wurden.