RITTER MilliGascounter (Bedienungsanleitung)

Inbetriebnahme

Nach dem Erhalt

• 1x MilliGascounter
• 1x Flasche (200 ml) Sperrflüssigkeit (Salzsäurelösung 1,8 vol% = 0,5 mol/ltr)^*
  optional bei Gasmischungen ohne CO₂: Sperrflüssigkeit Silox
• 1x Anschlussschlauch (1,5 m)
• 1x Trichter zur Befüllung mit der Sperrflüssigkeit
• 1x Spritze, für 1 bis 5 MGC’s (zur Einstellung des korrekten Sperrflüssigkeit-Pegels)
• 1x Libelle zur horizontalen Ausrichtung des MilliGascounters
• 1x Reinigungsstab für die Mikrokapillare, für 1 bis 5 MGC’s

^* Da Salzsäure als »Gefahrgut« eingestuft ist, existieren für den Transport hinsichtlich Transportart, Empfängerland der Ware und Menge gesonderte Richtlinien. Bitte erkundigen Sie sich vor Auftragsvergabe bei Ihrem Händler oder direkt bei der Firma RITTER über entsprechende, für Sie gültige Bestimmungen.

Installation

• Der MilliGascounter sollte auf einem horizontalen, festen und schwingungsfreien Untergrund aufgestellt werden.
• Falls Kondensation aus dem zu messenden Gas innerhalb des MilliGascounters auftreten könnte, beachten Sie bitte: »Kondensation«.
• Bei Verwendung von Salzsäurelösung als Sperrflüssigkeit: Bei der Verdunstung von Sperrflüssigkeit kann aus dem Gasausgang des MilliGascounters Salzsäure-Dampf austreten. Es wird daher empfohlen, den mitgelieferten Schlauch an den Gasausgang anzuschließen und das austretende Gas vom MilliGascounter abzuleiten, um eine Korrosion am Zählwerk des MilliGascounters zu vermeiden. Zusätzlich kann der Schlauch in ein Wassergefäß geleitet werden, um den eventuell enthaltenen Salzsäure-Dampf zu neutralisieren. Beim Einsatz mehrerer MilliGascounter an einem Ort kann eine Neutralisations-Flasche mit einer Anschlussmöglichkeit von bis zu 9 MilliGascounters geliefert werden. Die Neutralisations-Flasche wird mit gewöhnlichem Leitungswasser befüllt.

Sperrflüssigkeit

• Aufgrund des pH-Wertes ist eine ätzende Wirkung nicht auszuschließen.
• Berührung mit Augen und Haut vermeiden. Dämpfe nicht einatmen.
• Kann gegenüber Metallen korrosiv sein.
• Behälter dicht geschlossen halten.
• Empfohlene Lagerung bei: 15 – 25 °C
• In Notfällen: Sofort Gift-Informationszentrum +49-551-19240 oder Arzt anrufen! Kein Erbrechen herbeiführen!

Befüllung mit Sperrflüssigkeit

• Verschluss-Schraube (5) für Befüllung lösen
• Mitgelieferten Trichter in die Einfüllöffnung setzen
• Sofern vorhanden, Gas-Anschlussschlauch vom Gasausgang (4) zur Entlüftung entfernen
• Sperrflüssigkeit in das Gehäuse einfüllen

Zur Einstellung des korrekten Sperrflüssigkeit-Pegels (16), siehe »Einstellung des korrekten Sperrflüssigkeit-Pegels«.

Schrauben Sie die Verschluss-Schraube (5) mit einem maximalen Drehmoment von 1 Nm »handfest« zu. Andernfalls besteht die Gefahr, dass das Gewinde bricht.

Einstellung des korrekten Sperrflüssigkeit-Pegels

PMMA-Ausführung (Transparentes Gehäuse)

• Füllen Sie bitte zunächst so viel Sperrflüssigkeit ein, bis die Flüssigkeit die Messzelle komplett überdeckt.
• Kippen Sie den MilliGascounter zweimal, sodass die Messzelle zwei Kippbewegungen ausführt. Halten Sie dazu den MilliGascounter vor sich, mit Blick auf die Anzeige der Zählereinheit, und kippen Sie den MilliGascounter einmal nach rechts und einmal nach links. Hierdurch wird ein eventueller Lufteinschluss in den beiden Messkammern beseitigt.
• Entfernen Sie den Zuleitungsschlauch vom Gaseingangsstutzen oder machen Sie den Gaseingang drucklos. Warten Sie, bis die Sperrflüssigkeit im vertikalen Gaseingangskanal den gleichen Pegelstand erreicht hat wie innerhalb des Gehäuses.
• Für die Erhöhung oder Absenkung der Sperrflüssigkeit, wird die Verwendung der mitgelieferten Injektionsspritze empfohlen. Im oberen Teil des Gehäuses (1) befindet sich die Markierungs-Schraube (2) für den Pegelstand der Sperrflüssigkeit (3).

Die Position dieser Schraube darf auf keinen Fall verändert werden!

PVDF-Ausführung

• Füllen Sie bitte zunächst soviel Sperrflüssigkeit ein, bis sich der Flüssigkeitspegel in etwa in der Mitte des Schauglases (in der Gehäusewand unterhalb des Zählwerks) befindet.
• Kippen Sie den MilliGascounter zweimal, sodass die Messzelle zwei Kippbewegungen ausführt. Halten Sie dazu den MilliGascounter vor sich, mit Blick auf die Anzeige der Zählereinheit, und kippen Sie den MilliGascounter einmal nach rechts und einmal nach links. Hierdurch wird ein eventueller Lufteinschluss in den beiden Messkammern beseitigt.
• Entfernen Sie den Zuleitungsschlauch vom Gaseingangsstutzen oder machen Sie den Gaseingang drucklos. Warten Sie, bis die Sperrflüssigkeit im vertikalen Gaseingangskanal den gleichen Pegelstand erreicht hat wie innerhalb des Gehäuses.
• Für die Fein-Einstellung, d.h. für die Erhöhung oder Absenkung der Sperrflüssigkeit, wird die Verwendung der mitgelieferten Injektionsspritze empfohlen.
• Der MilliGascounter ist korrekt befüllt, wenn der Flüssigkeitspegel mit dem markierten Punkt in der Mitte des Schauglases übereinstimmt (siehe Abb. unten).

Anschluss der Schlauchverbindungen

Messung

Messprinzip und Schemazeichnung

Das zu messende Gas gelangt über den Gaseingangsstutzen (3) durch eine Mikrokapillare (9) von unten in den Flüssigkeitsbehälter des MilliGascounters, der mit einer Sperrflüssigkeit (12) gefüllt ist. Das Gas steigt in Form von kleinen Gasblasen innerhalb der Sperrflüssigkeit nach oben in die Messzelle (13). Die Messzelle besteht aus zwei Messkammern, die alternierend durch die aufsteigenden Gasblasen gefüllt werden. Nach erfolgter Füllung einer Messkammer kippt die Messzelle durch den Auftrieb der gefüllten Messkammer in eine Position, in der die gefüllte Messkammer entleert wird und die Füllung der zweiten Messkammer beginnt.

Die Volumenmessung des Gases erfolgt also in diskreten Schritten durch Zählung der Kippvorgänge der Messzelle (13) mit einer Auflösung von ca. 3 ml (= Inhalt einer Messkammer, siehe auch »Kalibrierung / Messfehler«). Bei einer Abschätzung/Berechnung des Gesamt-Messfehlers ist dieser durch die Auflösung bedingte »Restfehler« (= max. 3 ml) zu berücksichtigen.

Der Kippvorgang löst über einen Permanent-Magneten (11) und einen der beiden Magnetsensoren (Reedkontakte) (10) einen Impuls aus, der vom Zählwerk (1) registriert wird.

Die Schaltimpulse des zweiten Reedkontaktes können über die Buchse (2) erfasst werden. Bitte beachten Sie auch: »Signalausgang«.

Das gemessene Gas entweicht durch den Gasausgangsstutzen (4).

Legende

1. Zählwerk mit LCD-Anzeige
2. Signal Ausgang (Reedkontakt)
3. Gas Eingang
4. Gas Ausgang
5. Entlüftungsschraube für Befüllung
6. Gas-Eingangskanal
7. Gehäuse
8. Bodenplatte
9. Mikrokapillare
10. Zwei Reed-Kontakte
11. Permanent-Magnet
12. Sperrflüssigkeit
13. Messzelle (Kippkörper) mit Zwillings-Messkammern
14. Makierungs-Schraube für Pegelstand (nur bei MilliGascounter MGC-1 PMMA)
15. Revisionsschraube Gaskanal

Kalibrierung / Messfehler

Statische Korrektur der Fertigungstoleranzen

Das exakte Volumen einer Messzelle beträgt aufgrund von Fertigungstoleranzen im Allgemeinen ≠ 3,0 ml und wird daher durch eine individuelle Kalibrierung ermittelt. Dieses reale Zellvolumen …

• wird beim Standard-Volumenstrom von 500 ml/h ermittelt.
• ist im Kalibrierprotokoll angegeben.
• ist im Zählwerk programmiert.

Dynamische Korrektur des volumenstromabhängigen Messfehlers

Einfluss des Totraumvolumens

Wobei:

• V_D = Fehl-Volumen
• V_DS = Totraumvolumen
• P_a = Aktueller Druck (mbar)
• P_DS = Verbleibender Druck im Totraumvolumen = 5 mbar

Kondensation

Einfluss von Schmutzpartikeln im Gasstrom

Auswirkungen von Temperaturschwankungen

Durch die extreme Auflösung des MilliGascounters im Milliliter-Bereich werden auch »Volumenströme« durch Temperaturänderungen erfasst. Eine Temperaturerhöhung (-abnahme) in der Gasquelle bzw. im Zuleitungssystem bewirkt eine Expansion (Kontraktion) des in diesem System befindlichen Gases proportional zu dessen Volumen. Während eine Ausdehnung des Gases einen »virtuellen« Gasstrom (mit entsprechender Anzeige am Zählwerk) generiert, erzeugt eine Kontraktion einen Unterdruck im Zuleitungssystem. Dieser Unterdruck hat zur Folge, dass Sperrflüssigkeit durch die Mikrokapillare in die Gaszuleitungen fließen kann. Sperrflüssigkeit in den Gaszuleitungen bewirkt …

• einen erhöhten Vordruck.
• eine Zeitverzögerung bis zur ersten Anzeige im Zählwerk, bis die Mikrokapillare wieder frei von Sperrflüssigkeit ist.
• schwankende Messergebnisse.

Es sollte daher erst nach der Temperaturangleichung des gesamten Systems^* mit der eigentlichen Messung begonnen werden. Eine Ausdehnung des Gases während der Temperaturangleichung kann gleichzeitig zur Funktionskontrolle des MilliGascounters dienen (Beschreibung der Rückstelltaste, siehe auch »Rückstelltaste«).

Die Raumtemperatur sollte während der gesamten Messung in etwa gleichbleibend sein (Vorsicht bei Temperaturabsenkungen in der Nacht und am Wochenende), anderenfalls muss über eine Temperaturmessung und –protokollierung eine integrierende Korrektur der Messwerte erfolgen (siehe auch »Temperatur- und Druckkorrektur«). Eine weitere Alternative ist die Aufstellung von MilliGascounter, Zuleitungsschlauch und Gasquelle in einem temperierten Schrank.

^* Bei Gärversuchen: Nach Temperaturangleichung der Gärtemperatur.

Einfluss des Gasdrucks im System

Eine Zunahme (Abnahme) des Drucks des in der Gasquelle bzw. im Zuleitungssystem befindlichen Gases bewirkt eine Expansion (Kontraktion) proportional zu dessen Volumen. Dasselbe gilt für den Luftdruck, siehe auch »Auswirkungen von Temperaturschwankungen«.

Einfluss des Wasserdampf-Partialdruckes^*

Wenn das Messergebnis um den Volumenanteil des Wasserdampfes korrigiert werden muss, können in Abhängigkeit der Temperatur die Werte der folgenden Tabelle in die Gleichung eingesetzt werden, gemäß »Temperatur- und Druckkorrektur«:

^* Diese Werte gelten nur für Gase, die Wasserdampf enthalten und wenn das Volumen des Wasserdampfes rechnerisch aus dem Messergebnis eliminiert werden muss. Ist der Wasserdampf ein »natürlicher« Bestandteil des Gases und soll dessen Volumen daher mitberücksichtigt werden, darf keine entsprechende (Partial-)Druckkorrektur durchgeführt werden. In der Gleichung muss in diesem Fall pV = 0 gesetzt werden, gemäß »Temperatur- und Druckkorrektur«.

Temperatur- und Druckkorrektur

Der MilliGascounter ist ein volumetrischer Gaszähler und misst daher das Gasvolumen im jeweils aktuellen Betriebszustand, der von Gastemperatur, Luftdruck und Wasserdampf-Partialdruck abhängt (siehe auch »Einfluss des Wasserdampf-Partialdruckes«). Zur Umrechnung auf Normbedingungen werden daher diese Messgrößen benötigt. Die Gastemperatur wird dabei am Gasausgang gemessen.

Entsprechend der Gasgleichung gilt allgemein:

Wobei:

Besonderheiten bei Gärversuchen

• Bei Brutschränken ohne Zwangsventilation kann durch ungleichmäßige Temperierung ein Unterdruck in den Reaktionsgefäßen auftreten.
• Um die Gesamtgasbildung möglichst genau zu bestimmen, ist es ratsam, nach Beendigung des Gärversuches das gelöste CO₂ im Gärgefäß durch Ansäuern auf pH 1-2 auszutreiben. Dies kann allerdings zur Schaumbildung führen und die Schläuche benetzen.
• Der MilliGascounter wurde bei Raumtemperatur (21 °C) kalibriert. Falls die selbst definierte Standardtemperatur ebenfalls 21 °C beträgt (anstatt der internationalen Standardtemperatur von 0 °C / 273,15 K), kann auf die Temperaturkorrektur verzichtet werden, wenn das Gas auf 21 °C abgekühlt wird. Bei einer Fermentierungstemperatur von 37 °C kann das durch Verwendung eines 1,5 m langen Schlauches erreicht werden.
• Nach vorläufigen Erfahrungen im Labor von Prof. Dr. Paul Scherer14 (University of Applied Sciences Hamburg, Paul.Scherer@rzbd.haw-hamburg.de) bieten insbesondere stark ausgefaulte Impfschlämme Probleme, die dann ohne Testsubstanz (Nullprobe) z.B. 400ml/500 ml Ansatz über 21 Tage an Restgas erzeugen. Diese Restgasmenge bezieht sich auf einen standardisierten Trockenrückstands-Gehalt (TR-Gehalt) von 9% im Ansatz. Geringere TR-Gehalte verstärken bei einer Nullprobe den obigen Effekt. Der TR-Gehalt sollte daher mind. 3% betragen. Die Nullproben sollten auch nicht an der Tür des Wärmeschranks stehen, weil es hier geringfügig kälter sein kann. Es ist auch darauf zu achten, dass auf der Kläranlage eingedickter Faulschlamm Fällungsmittel enthält, die zwar biologisch weitgehend inert sind, die aber mit Öl bzw. Alkanen angemischt werden und daher die Hintergrundaktivität stark erhöhen. Die größten Fehlerquellen können nicht gleichmäßig homogenisierter Impfschlamm und undichte Verbindungen sein.
• Sollte die Gasproduktion des Impfschlammes zu niedrig sein, kann dies in manchen Fällen dazu führen, dass in den Gärflaschen ein Unterdruck entsteht. Dies kann abhängig von den geführten Schlauchverbindungen zu einem Rückfluss der Sperrflüssigkeit in das Prüfgefäß führen. In solchen Fällen wird empfohlen, die Gasproduktion durch Hinzugabe von Zellpulver (z. B. Avicel) zu erhöhen. Weiterhin sollte der Versuchsaufbau bei Zimmertemperatur gestartet werden, so dass die Temperatur im Brutschrank (meist 35 - 37 °C) gleichmäßig ansteigt, und dabei einen leichten Überdruck erzeugt.

^* Scherer, P.A. (2001) Influence of high solid content on anaerobic degradation tests measured online by a MilliGascounter® station for biogas. In: Proceedings of the 9th World Congress on »Anaerobic Digestion 2001« (L. van Velsen, W. Verstraete, Eds.), Antwerpen

Zählwerk

Anzeige

Rückstelltaste

Signalausgang

Reed-Kontakt

Anschlussbuchse

Wartung

Füllstandskontrolle der Sperrflüssigkeit

Die Sperrflüssigkeit im MilliGascounter verdunstet geringfügig in Abhängigkeit des Volumenstromes sowie der Betriebstemperatur. Auch der offene Gasausgangsstutzen hat einen Einfluss auf die Verdunstung. Die Öffnung des Gasausgangsstutzens kann man mittels eines Stopfens, der mit einer Kanüle durchstochen wird, ggf. extrem einengen und damit die Verdunstungsrate nochmals verringern. Für eine gleich bleibende Messgenauigkeit ist daher der Füllstand regelmäßig zu überprüfen Bezüglich des korrekten Füllstands, siehe auch »Einstellung des korrekten Sperrflüssigkeit-Pegels«. Bei Verwendung von Salzsäurelösung als Sperrflüssigkeit, beachten Sie bitte auch »Installation«.

Austausch der Sperrflüssigkeit

Ein Austausch der Sperrflüssigkeit …

• ist notwendig, wenn Partikel oder Substanzen aus dem Gas, die in die Sperrflüssigkeit eingebracht worden sind, eine Blasen- oder Schaumbildung verursachen.
• ist empfohlen, wenn eine sichtbare größere Menge von Partikeln in der Sperrflüssigkeit schweben.

Reinigung der Mikrokapillare

1. Um den MilliGascounter zu reinigen, entleeren Sie die Flüssigkeit entweder durch Ausgießen der Sperrflüssigkeit durch den Gasausgangsstutzen oder durch Heraussaugen der Sperrflüssigkeit mittels einer Pipette durch diesen Stutzen.
2. Entfernen Sie die 4 Verschlussschrauben unterhalb der Gehäuse-Grundplatte des MilliGascounters.
3. Entfernen Sie die 4 Schrauben am Messzellen-Halter (Lagerbock), der sich auf der Gehäuse-Grundplatte befindet.
4. Zur Reinigung der Mikrokapillare verwenden Sie bitte ausschließlich den mitgelieferten Reinigungsstab, in den ein feiner Draht eingelassen ist. Ein Draht mit einem geringeren Durchmesser hätte nicht den gewünschten Reinigungseffekt, ein größerer Durchmesser könnte zu einer Beschädigung der Mikrokapillare und damit zu einer Veränderung des Kalibrierfaktors und Messfehlern führen.
5. Verschrauben Sie den Messzellen-Halter wieder mit der Gehäuse-Grundplatte in der vorherigen Position.
6. Verschrauben Sie die Gehäuse-Grundplatte wieder mit dem Gehäuse. Achten Sie hierbei auf die korrekte Position des Dichtungsrings. Ziehen Sie die 4 Verschluss-Schrauben nacheinander kreuzweise diagonal an (nicht nacheinander in Umfangsrichtung), maximales Drehmoment beim Anziehen der Schrauben: 3 Nm (»handfest«), um ein Ausreißen der Gewinde im Plexiglas zu vermeiden.
7. Befüllen Sie den MilliGascounter mit Sperrflüssigkeit gemäß »Befüllung mit Sperrflüssigkeit«.
8. Zusätzlich kann der Schlauch in ein Wassergefäß geleitet werden, um den eventuell enthaltenen Salzsäure-Dampf zu neutralisieren. Beim Einsatz mehrerer MilliGascounter an einem Ort kann eine Neutralisations-Flasche mit einer Anschlussmöglichkeit von bis zu 9 MilliGascounters geliefert werden. Die Neutralisations-Flasche wird mit gewöhnlichem Leitungswasser befüllt.

Batterie-Wechsel (Zählwerk)

Ausbau / Wechsel der Messzelle

Sollte der Ausbau der Messzelle erforderlich sein, wird empfohlen, das Gerät zum Hersteller zurück zu schicken. Ist dies nicht möglich oder unwirtschaftlich, kann die Messzelle (mit Messzellen-Halter) wie folgt aus- und eingebaut werden:

• Demontieren Sie das Gerät gemäß »Reinigung der Mikrokapillare« (Schritte 1 – 3).
• Nach Erhalt der Austauschzelle (mit Messzellen-Halter) folgen Sie zum Einbau der Messzelle den Anweisungen unter »Reinigung der Mikrokapillare« (Schritte 4 – 7).

Nach dem Einbau sollten folgende Funktionsprüfungen durchgeführt werden:

• Halten Sie den MilliGascounter mit der Unterseite nach oben und schwenken diesen leicht. Die Messzelle sollte hierbei frei schwingen können.
• Um die Dichtheit des MilliGascounters zu gewährleisten, verschließen Sie den Gasausgang durch einen Schlauch mit abgeklemmten Ende. Beaufschlagen Sie den MilliGascounter mit ca. 10 - 20 mbar Überdruck und beobachten die Druckanzeige (Manometer). Der Gasdruck sollte konstant bleiben.

Langzeitlagerung