DE102005026777B4

DE102005026777B4 - Verfahren zur Bestimmung der Gesamtleckrate von mit Druck zu beaufschlagenden Systemen sowie Kontrollarmatur zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE102005026777B4
Application number: DE200510026777
Authority: DE
Inventors: Peter Behrends
Original assignee: Testo SE and Co KGaA
Current assignee: Testo SE and Co KGaA
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2025-06-11
Also published as: WO2006131312A1; US20090299659A1; DE102005026777A1; US7899629B2

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Gesamtleckrate von einem mit Druck zu beaufschlagenden System, welches an eine Kontrollarmatur angeschlossen wird, die eine Ventilbatterie (1) mit einer Testseite (T) und einer Referenzseite (R) aufweist, wobei die Ventilbatterie (1) über eine Messeinheit (2) steuerbar ist, mit folgenden Schritten:
– Befüllen des Systems und der Kontrollarmatur mit einem Prüfmedium (F)
– Schließen der Verbindung zwischen dem System und der Testseite (T) der Kontrollarmatur
– Öffnen eines Referenzlecks an der Referenzseite (R) der Ventilbatterie (1)
– Bestimmen einer Referenzleckrate (H) des Referenzlecks
– Öffnen der Verbindung zwischen dem System und der Kontrollarmatur
– Bestimmen des Einflusses des Systems auf die Referenzleckrate (I)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Gesamtleckrate von mit Druck zu beaufschlagenden Systemen sowie eine Kontrollarmatur zur Durchführung dieses Verfahrens.
In vielen Bereichen der Technik, beispielsweise der Kältetechnik, ist es notwendig, sowohl die im Betrieb zu erwartenden Einzellecks des Systems zu lokalisieren und gegebenenfalls zu quantifizieren als auch die Gesamtleckrate des Systems zu bestimmen.
Bekannt sind Verfahren zur Bestimmung einer Gesamtleckrate, die auf einer Druckabfall- oder Druckanstiegsprüfung beruhen. Dabei wird das zu überprüfende System mit dem Solldruck befällt und nach einiger Zeit überprüft, ob eine Druckänderung eingetreten ist.
Die bekannten Druckabfallsprüfungen zum Bestimmen der Gesamtleckrate weisen jedoch erhebliche Ungenauigkeiten auf. Diese beruhen zum einen auf der verwendeten Druckmesstechnik, welche im Allgemeinen nur eine Auflösung von 10000 Pa zulässt. Schon bei kleinen inneren Volumina des Systems würde unter Berücksichtigung der zulässigen maximalen Leckraten die notwendige Prüfung in Abhängigkeit vom Prüfdruck mehrere Tage dauern, da erst dann festgestellt werden kann, ob tatsächlich eine Druckänderung eingetreten ist. Derart lange Messzeiträume haben den Nachteil, dass nicht berücksichtigte Temperaturänderungen die Messergebnisse erheblich verfälschen. Bei großen inneren Volumina von mehreren dm³ und nur kleinen Gesamtleckraten ist eine derartige Messung überhaupt nicht mehr praktikabel.
Aber auch eine Erhöhung der Auflösung bspw. auf 5 Pa würde immer noch eine Messdauer von mehreren Minuten erfordern. Selbst bei derart kurzen Messzeiten treten jedoch noch Temperaturänderungen im zu überprüfenden System auf, die zu Ungenauigkeiten des Messergebnisses führen.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Druckabfallprüfung liegt darin, dass das innere Volumen des Systems nicht oder nicht genau genug bekannt ist. Da jedoch das Volumen des Systems linear in das Ergebnis der Leckrate einfließt, ergeben sich daraus weitere Ungenauigkeiten des Messergebnisses. Gleichzeitig ergeben sich aufgrund dieser Unkenntnis falsche Schlüsse bezüglich der notwendigen Prüfzeit und damit eine weitere Fehlerquelle. Weitere Fehlerquellen ergeben sich aus allgemein wenig bekannten Zusammenhängen zwischen Leckraten bei der Prüfung und während des Betriebs sowie deren Abhängigkeiten von Druck-, Temperatur- und Viskositätsunterschieden sowie aus der fehlenden Beachtung der Leckrate der Messanordnung selbst. Insgesamt stellen die bekannten Verfahren zur Bestimmung der Gesamtleckrate eines Systems nur eine Grobleckprüfung dar.
Die Bestimmung der Gesamtleckrate eines Systems, bspw. eines Druckgerätes oder einer Baugruppe aus Druckgeräten, kann auch durch Multiplikation aller potentiellen Leckstellen wie Lötstellen, Verbindungen, Verschraubungen usw. mit der nachgewiesenen Leckrate der Leckstellen abgeschätzt werden. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass, falls die Leckrate einer potentiellen Leckstelle nicht nachweisbar ist, sich durch die Berechnung eine verschwindend geringe Gesamtleckrate ergibt, während tatsächlich eine relevante Leckrate vorliegt, welche weitaus größer als maximal zulässig sein kann.
Weiterhin ergibt sich die Gesamtleckrate des Systems auch durch Feststellen der nachzufüllenden Menge an Betriebsmittel wie bspw. Kältemittel im Verlauf des Betriebs. Allerdings ist eine Reparatur des Lecks bei einer bereits in Betrieb genom menen Anlage kostenintensiv und zeitaufwändig und führt insbesondere nicht zu den gewünschten genauen Ergebnissen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem auch bei Systemen mit großen Volumina von mehreren dm³ kleine Gesamtleckraten innerhalb eines angemessenen Zeitraumes mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Kontrollarmatur zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 54.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Gesamtleckraten von einem mit Druck zu beaufschlagenden System, welches an eine Kontrollarmatur angeschlossen wird, die eine Ventilbatterie mit einer Testseite und einer Referenzseite aufweist, wobei die Ventilbatterie über eine Messeinheit steuerbar ist, weist folgende Schritte auf: Zunächst wird das System und die Kontrollarmatur mit einem Prüfmedium gefüllt (Verfahrensschritt F). Anschließend wird die Verbindung zwischen dem System und der Kontrollarmatur geschlossen. Dann wird ein an der Ventilbatterie angeordnetes Referenzleck geöffnet, um eine Referenzleckrate bestimmen zu können (Verfahrensschritt H). Schließlich wird die Verbindung zwischen dem System und der Kontrollarmatur wieder geöffnet, um dann den Einfluss des Systems auf die Referenzleckrate bestimmen zu können (Verfahrensschritt I).
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht somit darauf, ein geeignetes Referenzleck zunächst an ein kleines Volumen, nämlich einen Teil der Kontrollarmatur, anzuschließen und dort die Leckrate zu bestimmen, die dieses Referenzleck verursacht, um anschließend die Testseite der Kontrollarmatur mit dem zu prüfenden System zu verbinden, indem die Verbindung zwischen der Kontrollarmatur und dem System geöffnet wird, und daraufhin den Einfluss des Systems auf die Leckrate zu bestimmen, woraus sich ein Maß für die Gesamtleckrate des Systems ergibt.
Das Referenzleck kann eine bestimmte vorgegebene Größe aufweisen, aus welcher sich in Abhängigkeit von dem Druck, der Temperatur und der Viskosität des Prüfmediums die Referenzleckrate ergibt. Vorzugsweise wird jedoch die Referenzleckrate während des Prüfverfahrens bestimmt, da die Referenzleckrate auch von Toleranzen der Öffnung des Referenzlecks abhängig ist. Die Referenzleckrate wird in diesem Fall entweder dadurch bestimmt, dass die Zeit gemessen wird, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen Testseite und einem in der Kontrollarmatur definierten Volumen, der Referenzseite, zu erreichen oder alternativ dadurch, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit die darauf folgende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz zwischen der Testseite und der Referenzseite gemessen und die Zeit bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz bestimmt wird.
Der Einfluss des Systems auf die Referenzleckrate wird vorzugsweise im Verfahrensschritt I dadurch bestimmt, dass die Verbindung zwischen der Testseite und dem System geöffnet wird und erneut die Referenzleckrate bestimmt wird. Da das System selbstverständlich auch Lecks aufweist, wird sich die Zeit bis zum Erreichen der vorgegebenen Druckdifferenz bzw. die Zeit bis zum Erreichen der Druckdifferenz nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit verändern. Diese Änderung ist ein direktes Maß des Quotienten aus Volumen und Gesamtleckrate des zu prüfenden Systems.
Vorzugsweise wird während des Verfahrensschritts der Bestimmung des Einflusses des Systems auf die Referenzleckrate das Vorhandensein eines Groblecks überprüft. Sollte sich aus der Zeitänderung ergeben, dass das System derart große Lecks auf weist, dass zunächst eine Reparatur notwendig ist, kann zu diesem Zeitpunkt die Bestimmung der Gesamtleckrate abgebrochen werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird nach dem Befüllen des Systems und der Kontrollarmatur mit einem Prüfmedium eine Stabilisierungsphase durchgeführt wird (Verfahrensschritt G). Wird ein Prüfmedium in ein System gefüllt, ergibt sich durch Temperaturunterschiede zwischen Prüfmedium und System ein instabiler Zustand, in welchem der absolute Druck innerhalb des Systems und die Temperatur des Prüfmediums schwanken. Die Stabilisierungsphase bewirkt, dass das System für einen gewissen Zeitabschnitt stabil ist. Dieser Zeitabschnitt soll mindestens so lang sein wie die zu erwartenden Messzyklen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Bestimmung des Grobvolumens des zu überprüfenden Systems vorgenommen wird (Verfahrensschritt E). Diese Bestimmung geschieht bevorzugt vor dem Verfahrensschritt des Befüllens der Anlage (Verfahrensschritt F). Nur wenn das Volumen des Systems bekannt ist, kann zuverlässig die Gesamtleckrate des Systems bestimmt werden.
Für die grobe Bestimmung des Grobvolumens werden zunächst das System und ein innerhalb der Kontrollarmatur definiertes Volumen mit einem Prüfmedium befüllt (Verfahrensschritt B). Anschließend wird eine Verbindung von der Testseite zu einem Referenzvolumen geöffnet wird, so dass das Prüfmedium in das Referenzvolumen expandieren kann (Verfahrensschritt D). Dabei wird bevorzugt sowohl der Druck des Prüfmediums vor der Expansion als auch der Druck des Prüfmediums nach der Expansion gemessen. Da der Druckausgleich schnell genug vonstatten geht, kann davon ausgegangen werden, dass die weiteren Parameter wie insbesondere die Temperatur annähernd konstant bleiben, so dass das ungefähre Volumen des Systems aus der Druckdifferenz abgeschätzt werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in Abhängigkeit von dem ungefähren Grobvolumen des Systems bestimmt, ob zusätzlich zu dem Referenzleck ein weiteres Messleck parallel geschaltet wird. Um auch bei größeren Volumina von mehreren dm³ eine kurze Messzeit zu gewährleisten, soll im weiteren die mögliche Gesamtleckrate durch diese bekannte Rate des Messlecks vergrößert werden. Das zusätzliche Messleck vergrößert die Leckrate auf der Referenzseite und hat den Vorteil, dass mit ihm gezielt die Leckrate und damit auch die Messzeit bis zum Erreichen einer vorgegebenen Druckdifferenz eingestellt werden kann. Das Messleck wird so gewählt, dass die erwartete Messzeit nur wenige Sekunden dauert, um Einflüsse auf die Gesamtleckrate durch Temperaturschwankungen zu vermeiden.
Vorzugsweise wird nach Bestimmung des Messlecks die Messleckrate, die durch das zusätzlich an der Referenzseite zugeschaltete Messleck verursacht wird, bestimmt (Verfahrensschritt K). Diese wird bevorzugt entweder dadurch bestimmt, dass die Zeit gemessen wird, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen der Testseite und der Referenzseite zu erreichen oder dadurch, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit die darauf folgende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz zwischen der Testseite und der Referenzseite gemessen und die Zeit bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz bestimmt wird.
Vorzugsweise wird auch nach dem Verfahrensschritt des Befüllens des Systems und der Kontrollarmatur (Verfahrensschritt B) und vor dem Verfahrensschritt der Bestimmung des Grobvolumens (Verfahrensschritt E) eine Stabilisierungsphase (Verfahrensschritt D) durchgeführt. Diese Stabilisierungsphase soll ebenfalls einen stabilen Zustand des Systems bewirken, nachdem das Prüfmedium eingefüllt wurde und möglicherweise noch Instabilitäten durch Temperaturdifferenzen vorhanden sind.
In einem das eigentliche Prüfverfahren beendenden Verfahrensschritt (L) wird nach Bestimmen der Messleckrate im Verfahrensschritt (K) das Volumen des Systems und die Gesamtleckrate des Systems bestimmt wird.
Die Bestimmung der Gesamtleckrate geschieht bevorzugt entweder dadurch, dass die Zeit gemessen wird, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen dem System und der Referenzseite zu erreichen oder dadurch, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit die darauf folgende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz zwischen dem System und der Referenzseite gemessen und die Zeit bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz bestimmt wird. Aus den Messergebnissen lassen sich das genaue Volumen des Systems sowie die genaue Gesamtleckrate des Systems bestimmen.
Eine besonders bevorzugte Variante des Verfahrens sieht vor, als ersten Verfahrensschritt (A) zu überprüfen, ob innerhalb der Ventilbatterie ein Leck zwischen der Testseite, welche mit dem System verbunden werden kann, und der Referenzseite, welche mit dem Referenzleck und/oder den Messlecks verbunden werden kann, vorhanden ist, wobei die zwischen der Testseite und der Referenzseite ein Differenzdrucksensor und ein Ventil angeordnet ist. Dieser Verfahrensschritt wird Eigenprüfung genannt.
Zur Eigenprüfung wird bevorzugt die Verbindung von der Ventilbatterie zum System verschlossen wird, die Testseite und die Referenzseite mit dem gleichen Druck beaufschlagt, das Ventil zwischen der Testseite und der Referenzseite geschlossen und nach einer vorgegebenen Zeitdifferenz die Druckdifferenz über dem Differenzdrucksensor gemessen. Ausgangspunkt dieser Messung ist, dass sowohl die Testseite als auch die Referenzseite Lecks und Volumina aufweisen, die in unterschiedlichen Größe liegen. Somit wird erwartet, dass sich am Differenzdrucksensor eine Differenz aufbaut. Sollte das Ventil oder der Differenzdrucksensor ein Leck haben, findet je doch ein Druckausgleich zwischen der Testseite und der Referenzseite statt. Liegt die Druckdifferenz nach einer vorgegebenen Zeitdifferenz unterhalb einer vorgegebenen Mindestdifferenz, ist das Leck größer als tolerabel und die Kontrollarmatur muss vor weiteren Messungen überprüft werden, da das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich darauf beruht, die Druckdifferenz zwischen der Testseite und der Referenzseite mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, was durch eine Undichtigkeit zwischen diesen beiden Seiten verhindert wird. Daher sollte die Eigenmessung vor jeder durchzuführenden Messung an einem System durchgeführt werden.
Alternativ könnten zur Eigenprüfung die Testseite und die Referenzseite mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden und überprüft werden, ob diese Druckdifferenz über eine gewisse Zeitspanne aufrechterhalten wird oder ob ein Druckausgleich aufgrund eines Lecks am Ventil oder am Differenzdrucksensor stattfindet.
Vorzugsweise wird vor Beginn der eigentlichen Prüfung die Eigenleckrate der Kontrollarmatur bestimmt. Eine derartige Überprüfung muss nicht notwendigerweise vor jeder Messung durchgeführt werden, sondern es genügt in der Regel, je nach Häufigkeit der Einsätze der Kontrollarmatur eine Überprüfung im Abstand von einigen Monaten.
Um die Eigenleckrate der Kontrollarmatur bestimmen zu können, wird bevorzugt die Verbindung zwischen der Kontrollarmatur und dem System verschlossen, die Kontrollarmatur mit einem Druck beaufschlagt und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdifferenz (Δt) über eine zu berechnende Zeitspanne (Δt^def _Eig.) der Absolutdruck (p_abs.ST) und die Temperatur (ϑ_N.ST) des Prüfmediums in der Kontrollarmatur gemessen wird.
Vorzugsweise ist die vorgegebenen Zeitdifferenz Δt wie folgt bestimmt: Δt = 1sPa·p² _abs/(Eig.)/p_amb, da sich in Abhängigkeit von dem umgebenden Luftdruck und dem in die Kontrollar matur gefüllten Druck ein stabiler Zustand nach unterschiedlich langer Zeit einstellt.
Aufgrund der Abhängigkeit einer Leckrate von Druck und Temperatur wird die zu berechnende Prüfzeit wie folgt bestimmt: Δt^def _Eig. = Δp^def _Eig.·V^def _Eig./q^lim _Eig.·√T^def _Eig./(ϑ_N.ST – 173,15)·(p² _abs.ST – p² _amb)/(p^2def _Eig. – p² _amb), wobei Δp^def _Eig. eine festgelegte Druckdifferenz bei der Eigenmessung, V^def _Eig. das festgelegte Volumen bei der Eigenprüfung, q^lim _Eig. die maximal zulässige Leckrate und p^def _Eig. der festgelegte Druck bei der Eigenprüfung bezeichnet.
Vorzugsweise wird durch Bestimmen des tatsächlichen Druckabfalls nach einem Zehntel der vorgegebenen Zeitdifferenz durch folgenden Vergleich festgestellt, ob ein Grobleck vorliegt. Falls der Druckabfall Δp_Eig./1/10·t > Δt^def _Eig.·q^lim _Eig.·V^def _Eig., liegt ein Grobleck vor, falls Δp_Eig./1/10·t ≤ Δt^def _Eig.·q^lim _Eig.·V^def _Eig., liegt kein Grobleck vor. Falls ein Grobleck vorliegen sollte, kann in diesem Fall die Messung sofort abgebrochen werden und das System überprüft werden.
Die Eigenleckrate (q^Prüf _Eig.) der Kontrollarmatur wird schließlich wie folgt bestimmt: q^Prüf _Eig. = V_Eig.·(Δp_Eig. + (ϑ_N.Ist + 273,35)/(ϑ_N.Ist + 273,1) – p_abs.Ist)/Δt_Eig _. und mit der der maximal zulässigen Eigenleckrate verglichen wird.
Bevorzugt wird als Prüfmedium Stickstoff verwendet.
Die erfindungsgemäße Kontrollarmatur zur Durchführung des Verfahrens weist mit eine Ventilbatterie auf, welche durch eine Messeinheit steuerbar ist, wobei die Ventilbatterie eine Testseite und eine Referenzseite aufweist, welche durch einen Differenzdrucksensor und ein parallel dazu geschaltetes Test- und Prüfventil getrennt sind. Durch diese Ausgestaltung wird es ermöglicht, eine der beiden Seiten mit dem System und die andere der beiden Seiten mit einem Referenzleck zu verbinden, um zunächst die durch das Referenzleck verursachte Leckrate anhand des definierten Volumens der Referenzseite und anschließend den Einfluss des Systems auf diese Leckrate bestimmen zu können.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Testseite über ein Anlagenventil mit dem System verbindbar, um das System einfach an die Testseite an- und wieder von ihr abzukoppeln.
Vorzugsweise ist an der Testseite ein Füll- und Entleerventil angeordnet, um die Kontrollarmatur und das zu prüfende System mit einem Prüfmedium befüllen zu können und das Prüfmedium auch wieder ablassen zu können.
Vorzugsweise ist an dem Füll- und Entleerventil ein Anschluss für einen Druckerzeuger angeordnet, um die Kontrollarmatur mit dem nötigen Überdruck beaufschlagen zu können. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Druckerzeuger um einen mit Druck beaufschlagten Gasbehälter, welcher mit einem Druckminderer ausgestattet ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist auf der Testseite ein Temperaturaufnehmer angeordnet, um die Temperatur des Prüfmediums direkt messen zu können.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher auf der Testseite zwischen dem Differenzdrucksensor und dem Test- und Prüfventil ein Absolutdrucksensor angeordnet ist, um auch den Absolutdruck des Prüfmediums bestimmen zu können.
Vorteilhafterweise ist das Test- und Prüfventil ein 3/3-Ventil, um einerseits die Referenzseite vollständig abschließen zu können, sie andererseits mit der Testseite verbinden zu können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Messeinheit eine Auswerteelektronik auf. Mit dieser Auswerteelektronik können einerseits nötige Formeln, Programme, physikalische und chemische Konstanten der unterschiedlichen Prüf- und Betriebsmedium hinterlegt, aufgerufen und verarbeitet werden, andererseits kann die Aufnahme der Messwerte gesteuert werden und die gemessenen Werte können gespeichert und ausgewertet werden. Je nach Ergebnis kann die Auswerteelektronik bevorzugt die daran anschließenden Verfahrensschritte anzeigen und über ein Display mit Kommentierungen und Hinweisen begleiten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Kontrollarmatur mit einer Messeinheit und einer Ventilbatterie,
2a ein Programmablaufschema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2b Fortführung des Programmablaufschemas aus 2a,
2c Fortführung des Programmablaufschemas aus 2b,
2d Fortführung des Programmablaufschemas aus 2c,
3 einen Pneumatikschaltplan der Ventilbatterie aus 1 und
4 ein Blockschaltbild der in der Messeinheit gemäß 1 verwendeten Elektronik.
1 zeigt eine Kontrollarmatur gemäß der Erfindung mit einer Ventilbatterie 2, deren Pneumatikschaltplan in 3 dargestellt ist, und einer Messeinheit 2. Die Messeinheit 2 ist in einem bruchfesten, elektromagnetisch verträglichen Gehäuse angeordnet und beinhaltet einen Absolutdrucksensor 4a und einen Differenzdrucksensor 4b. Das Gehäuse weist ein Display 4e zur Messwert- und Klartextanzeige sowie eine Bedientastatur 4f auf. Die Bedientastatur 4f weist die üblichen Eingabetastet wie ON-/OFF-Taste, Menu/ESC-Taste, Pfeiltasten auf- und abwärts sowie Select-Taste und Enter-Taste auf. In dem Gehäuse der Messeinheit 2 ist weiterhin eine Speicher-, Mess- und Auswerteelektronik 4g angeordnet, welche in 4 ausführlich dargestellt ist. Weiterhin weist die Messeinheit 2 einen Anschluss 4c für einen Temperaturaufnehmer 3k sowie ein Druckausgleichsventil 4d auf.
3 zeigt den Pneumatikschaltplan der Ventilbatterie 1. Die Ventilbatterie 1 weist ein Füll- und Entleerventil 3a zum Füllen einer zu überprüfenden Anlage, einem System, mit Prüfgas, welches über eine Schnellkupplung 3g an die Ventilbatterie 2 angeschlossen werden kann, und zum Entleeren des Systems, insbesondere zum Ablassen von Überdruck über einen Ablass 3h auf. Das Füll- und Entleerventil 3a ist einerseits mit einem Anlagenventil 3b, welches eine Verbindungsleitung 5 zwischen der Ventilbatterie 1 und dem System 7 öffnet und schließt, verbunden. Andererseits ist das Füll- und Entleerventil 3a mit einem 3/3-Prüf- und Testventil 3c mit negativer Schaltüberdeckung, welche einen Druckausgleich des Systems beim Schalten von einer Stellung in eine andere bewirkt, verbunden. Einer der Ausgänge des 3/3-Prüf- und Testventils 3c ist mit einem Sperrventil 3d verbunden, hinter welchem ein Druckbehälter 3l mit einem Referenzvolumen V angeordnet ist. Ferner schließt sich an das Sperrventil 3d eine Verzweigung an, an welcher einerseits ein Referenzleckventil 3e zum Öffnen und Schließen eines Referenzlecks und andererseits ein Messleckventil 3f zum Öffnen und Schließen eines Messlecks 3 angeordnet ist. Der andere Ausgang des 3/3-Prüf- und Testventils 3c ist mit dem Differenzdrucksensor 4b der Messeinheit 1 verbunden, welcher wiederum mit dem Anlagenventil 3b verbunden ist. Zwischen dem 3/3-Prüf- und Testventil 3c und dem Differenzdrucksensor 4b ist der Absolutdrucksensor 4a angeordnet. Zwischen dem Differenzdrucksensor 4b und dem Anlagenventil 3b ist ein Temperaturaufnehmer 3k zur Aufnahme der Umgebungstemperatur angeordnet. Ferner weist die Ventilbatterie im Anschluss an das Anlagenventil 3b einen Anschluss 3i zum Anschluss der Ventilbatterie 1 an das System auf.
Auf das Messleckventil 3f folgt ein Anschluss 3m zum Anschließen des Messlecks 3 an die Ventilbatterie auf. Das Referenzleck sowie die Messlecks 3 sind vorzugsweise als Kapillarröhrenlecks ausgebildet und so gestaltet, dass die Leckströmung im gesamten Arbeitsbereich der Kontrollarmatur ausnahmslos viskos laminar zu erwarten ist. Das Referenzleck weist eine Referenzleckrate q_Ref. auf, welche im gesamten Anwendungsbereich eine Größenordnung von 10-3 Pa·m³/s aufweist. Das Referenzvolumen V hat einen Inhalt von etwa 0,5 bis 0,9 dm³. Die Größen der Leckraten q_Mess. der Messlecks 3 werden so gewählt, dass die gewünschten kurzen Messzeiten von wenigen Sekunden erreicht werden können.
Das zu überprüfende System ist bevorzugt ein mit einem Kälte- oder Kühlmittel beaufschlagbare kältetechnisches System. Zur Prüfung der Gesamtleckrate wird jedoch bevorzugt Stickstoff als Prüfmedium verwendet.
4 zeigt ein Blockschaltbild der in der Messeinheit 1 gemäß 1 verwendeten Elektronik 4g. Der Absolutdrucksensor 4a und der Differenzdrucksensor 4b sowie der Temperaturaufnehmer 3k der Messeinheit 1 liefern elektrische Signale D1, D2 bzw. T1. Die Signale D1 des Absolutdrucksensors 4a und T1 des Temperaturaufnehmers 3k werden direkt einem Analog-/Digitalwandler 11a, welcher in einem Mikroprozessor angeordnet ist, zugeführt, in diesem digitalisiert und anschließend an den Mikroprozessor 11b, auf welchem die erforderliche Software für die nachfolgend beschriebenen Operationen installiert ist, weitergeleitet. Der Absolutdrucksensor 4a und der Temperatursensor 3k stellen sicher, dass der Analog- /Digitalwandler 11a eine Messwertteilung von mehr als 50000 realisieren kann.
Die analogen Signale D2 des Differenzdrucksensors 4b werden in einem ersten Schritt über eine Schnittstelle 11e einem Analog-/Digitalwandler 11c zugeführt, durch diesen Analog-/Digitalwandler 11c gewandelt und im Folgenden nach Setzen eines entsprechenden Messfensters durch den Analog-/Digitalwandler 11a des Mikroprozessors 11b verarbeitet.
Der Mikroprozessor 11b ist mit der Bedientastatur 4f der Messeinheit 1 verbunden, über welche die entsprechenden Operationen gesteuert werden können. Weiterhin ist der Mikroprozessor 11b mit dem Display 4e der Messeinheit 1 verbunden, um die eingegebenen Befehle kontrollieren und die erhaltenen Messwerte direkt ausgeben zu können.
Der Mikroprozessor 11b ist mit einem Programm- und Datenspeicher 11d verbunden. In diesem Programm- und Datenspeicher 11d sind sowohl die zu verwendenden Programme und die bei den Messungen erhaltenen Messwerte, insbesondere die Messprotokolle, als auch die zu verwendenden Formeln sowie relevante physikalische und chemische Konstanten der Prüfgase und der im Betriebszustand des Systems verwendeten Mittel gespeichert. Weiterhin können Informationen über die unterschiedlichen Systeme sowie die verschiedenen Kunden in dem Programm- und Datenspeicher 11d gespeichert werden. Auch die maximal zulässigen Gesamtleckraten, welche länderspezifisch sein können, können in dem Programm- und Datenspeicher 11d hinterlegt werden.
An den Mikroprozessor 11b ist eine nicht dargestellte Echtzeituhr angeschlossen, um alle Daten zeitaufgelöst und im Zusammenhang mit dem jeweiligen Kunden oder dem jeweiligen System in dem Programm- und Datenspeicher 11d hinterlegen zu können.
Über eine Schnittstelle 11h kann der Mikroprozessor 11b an einen externen Personalcomputer oder eine sonstige Vorrichtung zum Speichern und Verarbeiten von Daten angeschlossen werden.
An den Analog-/Digitalwandler 11a des Mikroprozessors 11b ist schließlich eine Stromversorgung 11i angeschlossen, welche entweder durch eine Batterie, einen Akku oder das öffentliche Stromversorgungsnetz realisiert wird. Wird die Stromversorgung über eine Batterie oder einen Akku gewährleistet, wird die aktuelle Betriebsspannung überwacht und die noch vorhandene Kapazität im Display 4e der Messeinheit 1 angezeigt, um dem Benutzer über den Ladezustand der Batterie oder des Akkus zu informieren.

In den 2a bis 2d ist ein Programmablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die folgende Tabelle zeigt dazu eine Übersicht über die Stellungen der einzelnen Ventile während der verschiedenen Verfahrensschritte A bis M.

		Ventil 3a	Ventil 3b	Ventil 3c	Ventil 3d	Ventil 3e	Ventil 3f
A	Eigenprüfung	ZU	ZU	Stell.2	ZU	ZU	ZU
B	Befüllen der Anlage	Füllstell.	OFFEN	Stell.1	ZU	ZU	ZU
D	Stabilisieren	ZU	OFFEN	Stell.1	ZU	ZU	ZU
E	Bestimmen des Grobvolumens	ZU	OFFEN	Stell.1	OFFEN	ZU	ZU
F	Befüllen der Anlage	Füllstell.	OFFEN	Stell.1	OFFEN	ZU	ZU
G	Stabilisieren	ZU	OFFEN	Stell.1	OFFEN	ZU	ZU
H	Bestimmen des Referenzlecks	ZU	ZU	Stell.2	OFFEN	OFFEN	ZU
I	Bestimmen Anlageneinfluss	ZU	OFFEN	Stell.2	OFFEN	OFFEN	ZU
K	Bestimmen des Messlecks	ZU	ZU	Stell.2	OFFEN	OFFEN	OFFEN
L	Volumen und Leckrate	ZU	OFFEN	Stell.3	OFFEN	OFFEN	OFFEN
M	Entleeren	Entleerstellung	OFFEN	Stell.1	OFFEN	OFFEN	OFFEN

Tabelle 1: Stellungen der Ventile während der verschiedenen Verfahrensschritte

Das Programmablaufschema ist in den 2a bis 2d in vier Teile unterteilt. Die Zahlen in den Kreisen verweisen auf den Fortlauf des Programmschemas auf anderen Seiten.
Die Zahlen, welche mit einem Rechteck hinterlegt sind, und jeweils am linken Rand des Programmschemas angeordnet sind, untergliedern das Schema in einzelnen Verfahren. Unter Nummer 1 in 2a ist der Start des Messmodus aufgeführt. Unter Nummer 2 in den 2a bis 2d wird der Prüfmodus zum Bestimmen der Gesamtleckrate eines Systems beschrieben. Das Verfahren unter Nummer 3 in 2d beschreibt, wie gespeicherte Werte eingesehen und geändert werden können. Unter Nummer 4 in 2d wird das Verfahren beschrieben, mit welchem die Eigenleckrate der Kontrollarmatur bestimmt wird. Unter Nummer 5 in 2d wird beschrieben, wie Systemeinstellungen der Messeinheit geändert und eingestellt werden können.
Der wesentliche Gedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in dem Verfahren zum Bestimmen der Gesamtleckrate und des inneren Volumens eines Systems, welches unter Nummer 2 des Programmablaufschemas in den 2a bis 2d beschrieben wird. Vor Beginn der eigentlichen Prüfung kann eine Bestimmung der Eigenleckrate der Kontrollarmatur durchgeführt werden, welche unter Nummer 4 des Programmablaufschemas in 2d beschrieben wird.
Zur Durchführung der eigentlichen Prüfung der Gesamtleckrate eines Systems findet zunächst vor jeder Messung eine Eigen prüfung (Verfahrensschritt A, vgl. Ziffer 2.1 des Programmablaufschemas in 2a) statt. Bei dieser Eigenprüfung soll überprüft werden, ob die zwischen der Testseite T und der Referenzseite R an dem Differenzdrucksensor 4b oder dem Test- und Prüfventil 3c ein Leck besteht. Derartige Lecks würden die Messung zur Bestimmung der Gesamtleckrate eines angeschlossenen Systems drastisch verfälschen.
Zur Eigenmessung A werden sämtliche Ventile 3a bis 3f der Ventilbatterie 1 geschlossen (vgl. Tabelle 1). Um die Kontrollarmatur vollständig mit einem Prüfmedium befüllen zu können, wird anschließend das 3/3-Test- und Prüfventil 3c in die Stellung I gebracht, bei welcher sowohl die der Referenzseite R zugewandte Seite des Differenzdrucksensors 4b als auch das Sperrventil mit dem angeschlossenen Referenzvolumen V_Kontr. mit dem Eingang des 3/3-Test- und Prüfventil 3c verbunden ist. Die Verbindungsleitung 5 zum System wird mit einem Blindstopfen verschlossen und das Anlagenventil 3b geöffnet. Durch Überführen des Füll- und Entleerventils 3a in die Füllstellung wird die Kontrollarmatur mit dem Prüfmedium, bevorzugt mit Stickstoff, bis zu einem bestimmten Prüfdruck, welcher zwischen 20 und 30 bar liegt, befüllt. Anschließend wird das Füll- und Entleerventil 3a wieder geschlossen.
Durch das Einbringen des Prüfmediums in die Kontrollarmatur können Instabilitäten, welche durch Temperaturdifferenzen zwischen dem Prüfmedium und der Kontrollarmatur bestehen, entstehen. Um die Kontrollarmatur einschließlich des eingefüllten Prüfmediums in einen stabilen Zustand überführen zu können, wird eine Stabilisierungsphase zwischengeschaltet, während derer der Absolutdruck p_abs/(A) am Absolutdrucksensor 4a und die Temperatur ϑ_N(A) des Prüfmediums an dem Temperaturaufnehmer 3k überwacht wird. Ein stabiler Zustand ist dann erreicht, wenn der Druck p_abs/(A) während eines vorgegebenen Zeitabschnitts Δt^def _(A.1) vorgegebene Grenzwerte p^lim _abs/min und p^lim _abs/max, welche in dem Programm- und Datenspeicher 11d der Messeinheit 2 hinterlegt sind, nicht über- bzw. unterschreitet.
Ist der stabile Zustand erreicht, wird das Test- und Prüfventil 3c in die Stellung II gebracht, in welcher die Referenzseite R von der Testseite T getrennt ist. Allerdings sind beide Seiten mit dem gleichen Druck beaufschlagt. Die Eigenprüfung beruht nun auf dem Wissen, dass sowohl die Testseite T als auch die Referenzseite R Lecks aufweisen, da kein Volumen vollständig dicht ist, sowohl diese Lecks als auch die Volumina jedoch unterschiedlich groß sind. Nach einer vorgegebenen Zeitdifferenz Δt^def _(A.2) müsste sich somit über dem Differenzdrucksensor 4b ein Differenzdruck Δp_(A) aufgebaut haben. Bestehen jedoch auch Lecks zwischen der Testseite T und der Referenzseite R entweder an dem Differenzdrucksensor 4b oder dem Test- und Prüfventil 3c, gleicht sich der Druck aus. Bei der Eigenprüfung wird daher nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdifferenz Δt^def _(A.2) die Druckdifferenz Δp_(A) gemessen und mit einer vorgegebenen Mindestdruckdifferenz Δp^def _(A), welche ebenfalls in dem Programm- und Datenspeicher 11d hinterlegt ist, verglichen (s. Ziffer 2.1 des Programmablaufschemas in 2a). Nur wenn die Druckdifferenz Δp_(A) größer als die Mindestdruckdifferenz Δp^def _(A) ist, kann davon ausgegangen werden, dass sowohl das Test- und Prüfventil 3c als auch der Differenzdrucksensor 4b genügend dicht ist, um die nachfolgenden Messungen mit der erforderlichen Genauigkeit durchführen zu können.
Ist diese Bedingung erfüllt, wird das Test- und Prüfventil 3c wieder in die Stellung 1 gebracht, in welcher ein Druckausgleich zwischen der Testseite T und der Referenzseite R erfolgt und anschließend die Kontrollarmatur über das Füll- und Entleerventil 3a entleert, um die Kontrollarmatur für weitere Messungen verwenden zu können. Der Enddruck der Kontrollarmatur wird vor Weiterverwendung der Kontrollarmatur nochmals überprüft. Wurde ein Leck an dem Test- und Prüfventil 3c oder an dem Differenzdrucksensor 4b festgestellt, sollte eine Überprüfung der Kontrollarmatur erfolgen.
Nach Abschluss der Eigenprüfung erfolgt die eigentliche Messung zur Bestimmung der Gesamtleckrate eines Systems. An der Messeinheit 1 werden dazu zur Vorbereitung der Prüfung unter Ziffer 2.2 des Programmablaufschemas in 2a der Kunde und die entsprechende Anlage ausgewählt oder neu hinterlegt. Weiterhin werden charakteristische Daten des Systems zur Berechnung von Massenleckrate im Betrieb und von Volumenleckrate unter Prüfbedingungen sowie die zulässigen Leckraten in die Messeinheit eingegeben.
Anschließend erfolgt die eigentliche Bestimmung der Gesamtleckrate, welche zunächst mit einer groben Bestimmung des Volumens des Systems beginnt. Dazu wird zunächst das System einschließlich der Kontrollarmatur mit dem Prüfmedium befüllt (Verfahrensschritt B, vgl. Ziffer 2.3 des Programmablaufschemas in 2a).
Dazu werden zunächst alle Ventile 3a bis 3f geschlossen. Dann wird das Test- und Prüfventil in die Stellung 1 gebracht, so dass bei einem Befallen sowohl die Testseite T als auch die Referenzseite R mit Prüfmedium befüllt werden. Weiterhin wird das Anlagenventil 3b, welches die Kontrollarmatur mit dem System verbindet, geöffnet. Schließlich wird das Füll- und Entleerventil 3a in die Füllstellung gebracht und das System einschließlich der Kontrollarmatur mit einem Druck zwischen 30 und 30 bar befüllt (vgl. Tabelle 1, Verfahrensschritt B). Anschließend wird das Füll- und Entleerventil 3a wieder geschlossen (vgl. Tabelle 1, Verfahrensschritt D).
In einem Verfahrensschritt C (angedeutet durch Ziffer 2.4 des Programmablaufschemas in 2a) werden die Volumenleckraten q_Pr1 und q_Pr2 wie folgt berechnet: qPr1 = mR...·R·TSätt./MR...·a qPr2 = qPr1·η''R.../ηN wobei m_R... die Leckrate, angegeben als Massestrom, R die allgemeine Gaskonstante, T_Sätt. die Absoluttemperatur des Betriebsmittels bei Sättigungsdruck, M_R... die molare Masse des Betriebsmittels, η''_R... die dynamische Viskosität des Betriebsmittels und η_N die dynamische Viskosität des Prüfmittels bezeichnet.
Gleichzeitig befindet sich das System einschließlich der Kontrollarmatur in einer Stabilisierungsphase (Verfahrensschritt D, vgl. Ziffer 2.5 im Programmablaufschema in 2a), um eventuell vorhandene Instabilitäten, welche durch Temperaturdifferenzen zwischen dem eingefüllten Prüfmedium und der Kontrollarmatur oder dem System 7 verursacht wurden, zu stabilisieren.
Während der Stabilisierungsphase D wird der absolute Druck p_abs/(D) des Prüfmediums während eines vorgegebenen Zeitabschnitts Δt^def _(D) gemessen wird. Ein stabiler Zustand ist erreicht, wenn während der Stabilisierungsphase D der absolute Druck des Prüfmediums p_abs/(D) während des Zeitabschnitts Δt^def _(D) vorgegebene Grenzwerte p^lim _abs/min und p^lim _abs/max nicht über- oder unterschreitet.
Weiterhin wird während der Stabilisierungsphase D die Temperatur ϑ_N(D) des Prüfmediums gemessen. Ein stabiler Zustand ist dann erreicht, wenn während der Stabilisierungsphase D die Schwankungen der Temperatur ϑ_N(D) während des Zeitabschnitts Δt^def _(D) einen vorgegebenen Wert Δϑ_zul nicht überschreiten (vgl. Ziffer 2.5 des Programmablaufschemas in den 2a und 2b). Dieser vorgegebene Grenzwert Δϑ_zul wird wie folgt berechnet: Δϑzul = (((pabs/(D) – ((Δpdef </φϑ)·(φϑ – 1)))·(ϑN(E) + 273,15)/pabs/(D))) – (ϑN(D) + 273,15), wobei φ_ϑ den Fehlerfaktor der Temperatur kennzeichnet.
Der vorgegebene Zeitabschnitt Δt^def _(D) bestimmt sich dabei wie folgt: Δt(D) = Δϑ/Δϑzul·tdef <,wobei t^def _< den kleinsten Messzyklus bezeichnet.
Nach diesen Vorbereitungen kann in einem Verfahrensschritt E (vgl. 2.6 des Programmablaufschemas in 2b) eine Bestimmung des Grobvolumens V^≈ _Syst. des Systems 7 erfolgen, indem das Sperrventil 3d geöffnet wird (vgl. Tabelle 1, Verfahrensschritt E). Hinter dem Sperrventil 3d ist ein Referenzvolumen ^VKontr. mit einem definierten Volumen von etwa 0,4 bis 0,9 l angeordnet. Das in dem System und in dem verbleibenden Teil der Kontrollarmatur befindliche Prüfmedium expandiert in das Referenzvolumen V_Kontr., was eine Druckänderung in dem System erzeugt. Bei Abfall eines vorgegebenen Differenzdrucks Δp^def _(E) von bspw. 2 hPa an dem Differenzdrucksensor 4b wird die Messung gestartet und bei einem stabilen Wert beendet. Das Grobvolumen V^≈ _Syst. des Systems 7 berechnet sich aus den Messwerten wie folgt: V≈Syst. = VKontr./((pabs/(E)ST./pabs/(E)E.) – 1),wobei p_abs/(E)ST. der Absolutdruck des Prüfmediums zu Beginn der Messung und p_abs/(E)E. der Absolutdruck des Prüfmediums nach Abschluss der Messung ist.
In Abhängigkeit von dem Grobvolumen V^≈ _Syst. des Systems bestimmt sich, ob zusätzlich zu dem Referenzleck eines von drei vorgegebenen weiteren Messlecks parallel geschaltet wird. Das Referenzleck ist so ausgebildet, dass sich bei einem kleinen Volumen Messzeiten für die Bestimmung der Gesamtleckrate von einigen Sekunden ergeben. Ist jedoch das Volumen größer, bspw. einige dm³, verlängert sich die Messzeit dementsprechend. Um größere Temperaturschwankungen als in den Berechnungen berücksichtigt zu vermeiden, die das Messergebnis verfälschen, wird das Referenzleck durch Zuschalten eines weiteren Messlecks 3, welches sich in Abhängigkeit von der Größe des Volumens V^≈ _Syst. des Systems bestimmt, vergrößert, um so die Messzeit wieder zu verringern. Das nötige Messleck 3 wird von der Messeinheit 1 in dem Display 4e angezeigt und von dem Benutzer an dem Messleckventil 3f montiert.
Zur eigentlichen Bestimmung der Gesamtleckrate wird nun die Anlage in einem weiteren Verfahrensschritt F wieder bis zu dem gewünschten Prüfdruck mit einem Prüfmedium befüllt (vgl. 2.7 im Programmablaufschema in 2b und Tabelle 1, Verfahrensschritt F und G).
Es folgt eine weitere Stabilisierungsphase (Verfahrensschritt G), um die durch eventuell vorhandene Temperaturdifferenzen zwischen dem Prüfmedium und der Kontrollarmatur oder dem System erzeugten Instabilitäten auszugleichen und das System einem stabilen Zustand zu überführen (vgl. 2.8 im Programmablaufschema in 2b).
Während der Stabilisierungsphase G wird der absolute Druck p_abs/(G) des Prüfmediums während eines vorgegebenen Zeitabschnitts Δt^def _(G) gemessen. Dabei darf der absolute Druck des Prüfmediums p_abs/(G) während des Zeitabschnitts Δt^def _(G) vorgegebene Grenzwerte p^lim _abs/min und p^lim _abs/max nicht über- oder unterschreiten.
Während der Stabilisierungsphase G wird weiterhin die Temperatur ϑ_N ₍ _G ₎ des Prüfmediums gemessen. Auch die Schwankungen der Temperatur ϑ_N ₍ _G ₎ dürfen während des Zeitabschnitts Δt^def _(G) einen vorgegebenen Wert Δϑ_zul nicht überschreiten (vgl. Ziffer 2.8 in 2b), ansonsten ist die Stabilisierungsphase G zu wiederholen. Dieser vorgegebene Grenzwert Δϑ_zul wird wie folgt berechnet: Δϑzul = (((pabs/(G) – ((Δpdef </φϑ)·(φϑ – 1)))·(ϑN(G) + 273,15)/pabs/(G))) – (ϑN(G) + 273,15),wobei φ_ϑ der Fehlerfaktor der Temperatur ist.
Der vorgegebene Zeitabschnitt Δt^def _(G) berechnet sich wie folgt: Δtdef (G) = Δϑ/Δϑzul·tdef <,wobei t^def _< die Zeiteinheit des kleinsten Messzyklus ist.
Gleichzeitig wird während der Stabilisierungsphase G eine weitere Volumenleckrate q_Pr3 wie folgt berechnet: qPr3 = qPr2·(p2 abs/(F) – p2 amb)/(p2 Sätt – p2 amb),wobei p_abs/(F) den Prüfdruck, bis zu welchem das System während des Verfahrensschritts des Befüllens (F) gefüllt wurde, p_amb den Luftdruck und p_Sätt. den Sättigungsdruck des Betriebsmittels bei Umgebungstemperatur bezeichnet. Hier wird berücksichtigt, dass die Strömungen bei den zu erwartenden Einzellecks fast ausnahmslos viskos laminar sind oder sich wie am Beginn einer Knudsenströmung verhalten. Es besteht eine quadratische Abhängigkeit der Leckrate von der Differenz zwischen dem inneren und dem äußeren Druck.
Zunächst wird nun in eine Verfahrensschritt H die Referenzleckrate q_Ref. des Referenzlecks 6 bestimmt (vgl. Ziffer 2.9 in 2c). Dabei ist der messtechnischen Bestimmung des Referenzlecks der Vorrang gegenüber einer festen Definition zu geben, da eine Definition des Referenzlecks auf einer definierten Größe des Referenzlecks beruht, welche jedoch Toleranzen unterliegt, die nicht zu unterschätzende Einflüsse auf die tatsächliche Referenzleckrate q_Ref. haben. Weiterhin ist die tatsächliche Referenzleckrate von Druck und Temperatur abhängig, welche stark schwanken können. Daher soll im Folgenden die messtechnische Bestimmung des Referenzlecks beschrieben werden. In die Referenzleckrate gehen die Lecks der Kontrollarmatur mit ein. Da das Bestimmen bei herrschenden Umgebungsbedingungen und dem vorhandenen Prüfdruck erfolgt, entfallen die sonst notwendigen Umrechnungen der Raten.
Zum Bestimmen der Referenzleckrate q_Ref. wird das Anlagenventil 3b geschlossen, das Test- und Prüfventil 3c in die Stellung II gebracht, so dass die Referenzseite R von den weiteren Teilen, insbesondere der Testseite T, der Kontrollarmatur abgekoppelt wird, und das Referenzleckventil 3e geöffnet (vgl. Tabelle 1, Verfahrensschritt H). Die Referenzseite R mit dem Absolutdrucksensor 4b ist somit mit dem Referenzleck verbunden.
Es wird nun die Zeit Δt_Prüf.(H) gemessen, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz Δp^def _(H) zwischen der Testseite T und der Referenzseite R zu erreichen. Alternativ kann die Referenzleckrate q_Ref. dadurch bestimmt werden, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit Δt^def _(H) die darauf folgende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz Δp_(H) zwischen der Testseite T und der Referenzseite R gemessen und die Zeit Δt_Prüf(H) bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz Δp_(H) bestimmt wird. Die Messungen können mehrfach wiederholt werden, wobei die Anzahl der Wiederholungen durch W^def _(H) gegeben ist. Die Ergebnisse der Wiederholungen werden gemittelt.
Die Referenzleckrate q_Ref. berechnet sich wie folgt: qRef. = VKontr.·Δpdef (H)/ΔtPrüf.(H) oder alternativ wie folgt: qRef. = VKontr.·Δp(H)/ΔtPrüf.(H)
Schließlich sollte überprüft werden, ob die ermittelte Referenzleckrate q_Ref. zwischen vorgegebenen Grenzwerten liegt, die sich wie folgt bestimmen: qlim Ref.min = (qdef Ref.·(p2 abs.(H) – p2 amb)/(p2def Ref. – p2 amb))·0.9 qlim Ref.max = (qdef Ref.·(p2 abs.(H) – p2 amb)/(p2def Ref. – p2 amb))·1.1
Falls die die ermittelte Referenzleckrate q_Ref. nicht zwischen den vorgegebenen Grenzwerten q^lim _Ref.min und q^lim _Ref.max liegt, sollte die Kontrollarmatur überprüft werden.
Ansonsten kann in einem weiteren Verfahrensschritt (I) der Einfluss des Systems auf die Leckrate überprüft werden (vgl. Ziffer 2.10 des Programmablaufschemas in 2c). Indem das Anlagenventil 3b geöffnet wird (vgl. Tabelle 1, Ver fahrensschritt I), wird auf der Testseite T das System zugeschaltet. Da das System ebenfalls Lecks aufweist, wird sich in Abhängigkeit von der Größe dieser Lecks und des Volumens des Systems, die es gilt zu bestimmen, die Prüfzeit ^ΔtPrüf.(H) ändern.
Erneut wird die durch den Einfluss des Systems geänderte Referenzleckrate q_Ref. dadurch bestimmt, dass die Zeit ^ΔtPrüf.(I) gemessen wird, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz Δp^def _(I) zwischen dem System und der Referenzseite (R) zu erreichen.
Alternativ kann wiederum die geänderte Referenzleckrate q_Ref. dadurch bestimmt werden, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit Δt^def _(I) die darauf folgende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz Δp_(I) zwischen dem System und der Referenzseite (R) gemessen und die Zeit Δt_Prüf(I) bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz Δp_(I) bestimmt wird. Die Messungen können ebenfalls mehrfach wiederholt werden, wobei die Anzahl der Wiederholungen durch die Anzahl der Wiederholungen W^def _(H) im vorangehenden Verfahrensschritt (H) der Bestimmung der Referenzleckrate gegeben ist. Die Ergebnisse der Wiederholungen werden gemittelt.
Aus der resultierenden Zeit Δt_Prüf(I) für den Druckabfall Δp_(I) wird der Einfluss des Systems Δp_ΦSyst., welcher ein Maß für den Quotienten aus Volumen und Gesamtleckrate des Systems ist, wie folgt berechnet: ΔpΦSyst. = (ΔtPrüf(I)/(VKontr./qRef.·((p2 abs(I) – p2 amb)/(p2 abs(H) – p2 amb)))) – Δpdef (I) oder ΔpΦSyst. = (ΔtPrüf(I)/(VKontr./qRef.·((p2 abs(I) – p2 amb)/(p2 abs(H) – p2 amb)))) – Δp(I)
Je Sekunde beträgt der Einfluss Systems auf das Messergebnis ΔpΦ/S = ΔpΦ/S/ΔtPrüf(I).
Während des Verfahrensschritts (I) des Bestimmens des Einflusses des Systems auf die Leckrate sollte das System auf das Vorhandensein eines Groblecks überprüft werden.
Ein Grobleck dann vorhanden ist, wenn die Zeit Δt_Prüf(I) einen vorgegebenen Wert überschreitet, der sich wie folgt bestimmt: ΔtPrüf(I) = 10·Δp(I)/(qRef.·((p2 abs(I) – p2 amb)/(p2 abs(H) – p2 amb)/VKontr.) – (qPr3·((p2 abs(I) – p2 amb)/(p2 abs(H) – p2 amb)/V≈ Syst.).
Falls ein Grobleck vorliegt, kann die Messung abgebrochen und das System 7 überprüft werden. Ansonsten kann in einem folgenden Verfahrensschritt (K) die Leckrate q_mess1 des Messlecks 3 bestimmt werden (vgl. Ziffer 2.11 in 2c und 2d).
Dazu wird das Anlagenventil 3b wieder geschlossen und das Test- und Prüfventil 3c in die Stellung I gebracht, um zunächst einen Druckausgleich zwischen der Testseite T und der Referenzseite R herzustellen. Schließlich wird das Messleckventil 3f, hinter welchem das entsprechend bestimmte Messleck 3 angeordnet ist, geöffnet und das Test- und Prüfventil 3c in die Stellung II gebracht, um die Referenzseite R abzukoppeln (vgl. Tabelle 1, Verfahrensschritt K). Somit wirkt sich das Messleck 3 nur auf der Referenzseite R aus, so dass eine an dem Differenzdrucksensor 4a zu messende Druckdifferenz Δp_(K) zwischen der Testseite T und der Referenzseite R entsteht.
Die Messleckrate q_Mess1 wird dadurch bestimmt, dass die Zeit Δt_Prüf.(K) gemessen wird, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz Δp^def _(K) zwischen der Testseite T und der Referenzseite R zu erreichen. Alternativ kann die Messleckrate q_Mess1 wiederum dadurch bestimmt werden, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit Δt^def _(K) die darauf folgende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz Δp₍ _K ₎ zwischen der Testseite T und der Referenzseite R gemessen und die Zeit Δt_Prüf(K) bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz Δp₍ _K ₎ bestimmt wird.
Die Anzahl der möglichen Widerholungen W₍ _K ₎ der Messungen ist in dem Programm- und Datenspeicher 11d hinterlegt.
Die Messleckrate q_Mess1 lässt sich anschließend wie folgt berechnen: qMess1 = VKontr.·Δp(K)/ΔtPrüf.(K) – qRef.·((p2 abs(K) – p2 amb)/(p2 abs(H) – p2 amb))).
Schließlich wird in einem Verfahrensschritt (L) das Volumen V_Syst. und die Gesamtleckrate q_Syst. des Systems bestimmt (vgl. Schritt 2.12 des Programmablaufsschemas in 2d). Dazu wird das Test- und Prüfventil 3c in die Stellung I gebracht und das Anlagenventil 3b geöffnet, so dass das System mit der Testseite T verbunden ist. Dadurch, dass das Test- und Prüfventil 3c in die Stellung I gebracht wird, wird zunächst dafür gesorgt, dass sowohl auf der Testseite T einschließlich des Systems als auch auf der Referenzseite R derselbe Druck herrscht. Schließlich wird das Test- und Prüfventil 3c in die Stellung III gebracht, in welcher die zur Referenzseite R weisende Seite des Differenzdrucksensors 4b abgekoppelt und einem im wesentlichen konstanten Druck ausgesetzt wird, während das Referenzleck und das Messleck 3 mit der Testseite T verbunden wird, so dass sich auf der Testseite T der Druck durch die Lecks im System, das Referenzleck und das Messleck 3 ändert (vgl. Tabelle 1, Verfahrensschritt L).
Die Gesamtleckrate q_Syst. wird jetzt dadurch bestimmt, dass die Zeit Δt_Prüf.(L) gemessen wird, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz Δp^def _(L) zwischen dem System und der Referenzseite R, welche vorliegend nur durch das kleine Volumen zwischen der der Referenzseite R zugewandten Seite des Differenzdrucksensors 4b und dem Test- und Prüfventil 3c gebildet wird, zu erreichen. Alternativ kann die Gesamtleckrate q_Syst. dadurch bestimmt wird, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit Δt^def _(L) die darauf folgende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz Δp₍ _L ₎ zwischen dem System und der Referenzseite R gemessen und die Zeit Δt_Prüf(L) bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz Δp₍ _L ₎ bestimmt wird.
Als Endergebnis berechnet sich das Volumen V_Syst. des Systems wie folgt: VSyst. = Δt(L)/(Δp(L) – ΔpΦ/S·Δt(L))·(qRef.·(p2 abs/(L) – p2 amb)/(p2 abs(H) – p2 amb) + qMess1·(p2 abs(L) – p2 amb)/(p2 abs(K) – p2 amb)) – VKontr.
Die Gesamtleckrate q_Syst. ergibt sich im Ergebnis wie folgt: qSyst. = ((VSyst. + VKontr.)·Δp(L)/ΔtPrüf.(L) – (qRef.·(p2 abs/(L) – p2 amb)/(p2 abs/(H) – p2 amb) + qMess1·(p2 abs/(L) – p2 amb)/(p2 abs/(K) – p2 amb)).
Die erhaltene Gesamtleckrate q_Syst. wird schließlich (vgl. 2.12 im Programmablaufschema in 2d) mit einer maximal zulässigen Leckrate m_R... verglichen, welche in dem Programm- und Datenspeicher 11d hinterlegt, vom Nutzer an die Gegebenheiten des Systems 7 angepasst ist und sich wie folgt bestimmt: mR... = qSyst.·(p2 Sätt. – p2 amb)/(p2 abs/(L) – p2 amb)·ηN/η''R...·MR.../(R·TSätt.)·a
Nach Abschluss der Prüfungen sollte in einem letzten Verfahrensschritt (M) das System durch Überführen des Füll- und Entleerventils 3a in die Entleerstellung entlastet werden (vgl. Ziffer 2.13 in 2d und Tabelle 1, Verfahrensschritt M). Dazu ist vorher das Test- und Prüfventil 3c in die Stellung I zu bringen, in welcher die Testseite T mit der Referenzseite R und insbesondere dem kleinen Volumen zwischen dem Differenzdrucksensor 4b und dem Test- und Prüfventil 3c verbunden ist.
Sämtliche ermittelten Werte und auszuführende Verfahrensschritte werden im Display 4e der Messeinheit 2 angezeigt, um der bedienenden Person die Durchführung des Verfahrens zu erleichtern. Die Ergebnisse der Messungen und Berechnungen werden automatisch in dem Programm- und Datenspeicher 11d der Messeinheit 2 hinterlegt.
In Abhängigkeit von der Häufigkeit der Nutzung der Kontrollarmatur sollte in regelmäßigen Abständen von einigen Monaten die Eigenleckrate der Kontrollarmatur geprüft werden. Dieses Verfahren ist unter Nummer 4 des Programmablaufschemas in 2d beschrieben.
Auch zur Bestimmung der Eigenleckrate der Kontrollarmatur werden sämtliche Ventile 3a bis 3f der Ventilbatterie 1 geschlossen, die Verbindungsleitung 5 zum System mit einem Blindstopfen verschlossen und das Anlagenventil 3b geöffnet. Das 3/3-Test- und Prüfventil 3c wird in die Stellung I gebracht und verbleibt während der Messung der Eigenleckrate in dieser Stellung, damit in der Kontrollarmatur nur ein Volumen vorhanden ist und sich keine Druckdifferenzen innerhalb der Kontrollarmatur aufbauen können. Durch Überführen des Füll- und Entleerventils 3a in die Füllstellung wird die Kontrollarmatur mit dem Prüfmedium, bevorzugt mit Stickstoff, bis zu einem bestimmten Prüfdruck, welcher zwischen 20 und 30 bar liegt, befüllt. Anschließend wird das Füll- und Entleerventil 3a wieder geschlossen.
Durch das Einbringen des Prüfmediums in die Kontrollarmatur können Instabilitäten, welche durch Temperaturdifferenzen zwischen dem Prüfmedium und der Kontrollarmatur bestehen, entstehen. Um die Kontrollarmatur einschließlich des eingefüllten Prüfmediums in einen stabilen Zustand überführen zu können, wird eine vorgegebene Zeitdifferenz Δt abgewartet, um erst nach Ablauf dieser Zeitdifferenz Δt über eine zu berechnende Zeitspanne Δt^def _Eig. den Absolutdruck p_abs.ST und die Temperatur ϑ_N.ST des Prüfmediums in der Kontrollarmatur zu messen. Die vorgegebenen Zeitdifferenz Δt ist dabei wie folgt bestimmt: Δt = 1sPa·p2 abs/(Eig.)/pamb,und die zu berechnende Zeitspanne Δt^def _Eig., nach welcher die Messung beendet wird, ist dabei wie folgt bestimmt: Δtdef Eig. = Δpdef Eig.·Vdef Eig./qlim Eig.·√Tdef Eig./(ϑN.ST – 173,15)·(p2 abs.ST – p2 amb)/(p2def Eig. – p2 amb),wobei Δp^def _Eig. eine festgelegte Druckdifferenz bei der Eigenmessung, V^def _Eig. das festgelegte Volumen bei der Eigenprüfung, q^lim _Eig. die maximal zulässige Leckrate und p^def _Eig. der festgelegte Druck bei der Eigenprüfung bezeichnet. Die festgelegte Druckdifferenz Δp^def _Eig. ist dabei so festlegt, dass in der anschließenden Berechnung ein Fehler von etwa 0,2 K in der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur ϑ_N.ST des Prüfmediums zu Beginn der Messung und der Temperatur ϑ_N.E des Prüfmediums zum Ende der Messung berücksichtigt werden kann.
Der tatsächliche Druckabfall Δp_Eig./t nach der Zeitdifferenz Δt^def _Eig. ist wie folgt bestimmt: ΔpEig./t = pabs.ST·(ϑN.Ist + 273,15/ϑN.ST) – pabs.Ist, wobei p_abs.ST den absoluten Druck zu Beginn der Messung, ϑ_N.Ist die Temperatur des Prüfmediums nach der Zeitdifferenz Δt^def _Eig., ϑ_N.ST die Temperatur zu Beginn der Messung und p_abs.Ist den absoluten Druck nach der Zeitdifferenz Δt^def _Eig. bezeichnet.
Um feststellen zu können, ob in der Kontrollarmatur ein Grobleck vorliegt, wird der tatsächliche Druckabfall Δp_Eig./t nach der Zeitdifferenz von 1/10·Δt^def _Eig. bestimmt. Ist diese Druckdifferenz ΔpEig./1/10·t > ½ (Δtdef Eig.·qlim Eig.·Vdef Eig.),liegt ein Grobleck vor, und die Bestimmung der Eigenleckrate sollte abgebrochen und die Kontrollarmatur gewartet werden, falls jedoch diese Druckdifferenz ΔpEig./1/10·t ≤ ½ (Δtdef Eig.·qlim Eig.·Vdef Eig.),liegt kein Grobleck vor und die Kontrollarmatur kann weiter verwendet werden.
Die tatsächliche Eigenleckrate q^Prüf _Eig. der Kontrollarmatur wird anschließend unter Berücksichtigung eines Temperaturfehlers von 0,2 K wie folgt bestimmt: qPrüf Eig. = VEig.·(ΔpEig. + (ϑN.Ist + 273,35)/(ϑN.Ist + 273,1) – pabs.Ist)/ΔtEig.
Anschließend wird die Eigenleckrate q^Prüf _Eig. der Kontrollarmatur mit der maximal zulässigen Eigenleckrate q^lim _Eig. verglichen. Ist die Leckrate zu hoch, sollte entweder eine Wiederholung der Prüfung vorgenommen werden oder gegebenenfalls die Kontrollarmatur gewartet und überprüft werden. Andernfalls wird die ermittelte Eigenleckrate in dem Programm- und Datenspeicher 11d hinterlegt, um bei den weiteren Messungen berücksichtigt werden zu können.
Nach Abschluss der Messung der Eigenleckrate q^Prüf _Eig. der Kontrollarmatur wird die Kontrollarmatur entleert und das Prüfmedium durch Überführen des Füll- und Entleerventils 3a in die Entleerstellung abgelassen.
Unter Nummer 3 des Programmablaufschemas in 2d können die ermittelten Werte eingesehen und geändert werden. Dazu wird über die Messeinheit der Programm- und Datenspeicher 11d angewählt und über die Bedientastatur 4f die entsprechenden Daten ausgewählt, woraufhin die Ergebnisse auf dem Display 4e angezeigt werden.
Unter Nummer 5 des Programmablaufschemas in 2d können Systemeinstellungen der Messeinheit 2, welche in dem Programm- und Datenspeicher 11d hinterlegt sind, eingesehen und geändert werden. Insbesondere kann die Echtzeituhr 11g gestellt werden, die physikalischen Einheiten, die verwendet werden sollen, bspw. ob der Druck in Pa oder hPa angezeigt werden soll, gewählt werden, oder der Programm- und Datenspeicher 11d vollständig gelöscht werden.

1: Messeinheit
2: Ventilbatterie
3: Messleck
4: druckfeste Verbindungen
5: Verbindungsleitung
3a: Füll- und Entleerventil
3b: Anlagenventil
3c: 3/3-Prüf- und Testventil
3d: Sperrventil
3e: Referenzleckventil
3f: Messleckventil
3g: Schnellkupplung (zwischen Ventilbatterie und Druckerzeuger)
3h: Ablass
3i: Anschluss (zwischen Ventilbatterie und System)
3k: Temperaturaufnehmer
3l: Druckbehälter
3m: Anschluss (zwischen Ventilbatterie und Messleck)
4a: Absolutdrucksensor
4b: Differenzdrucksensor
4c: Anschluss (für Temperaturaufnehmer)
4d: Druckausgleichventil
4e: Display
4f: Bedientastatur
4g: Elektronik
11a: Analog-/Digitalwandler
11b: Mikroprozessor
11c: Analog-/Digitalwandler
11d: Programm- und Datenspeicher
11e: Schnittstelle
11h: Schnttstelle
11i: Stromversorgung
φ_ϑ: Fehlerfaktor Temperatur
M_R _. _. _.: Molare Masse des Betriebsmittels
m_R...: Leckrate, angegeben als Massestrom
η''_R...: Dyn. Viskosität des Betriebsmittels
η_N: Dyn. Viskosität des Prüfmittels
p_amb: Luftdruck
PS: zulässiger Betriebsüberdruck des Systems
p_abs/(..): Absolutdruck
p_abs.ST.: Absolutdruck, Beginn der Messung
p_abs.E.: Absolutdruck, Ende der Messung
p_Sätt./R: Sättigungsdruck des Betriebsmittels bei Umgebungstemperatur
Δp^def _(A): festgelegte Druckdifferenz bei Messung (...)
Δp₍ _. _. _. ₎: Druckdifferenz bei Messung (...)
Δp^def _<: kleinste Prüfdifferenz
Δp_ΦSyst.: Einfluss des Systems auf das Messergebnis
Δp_Φ/S: Einfluss des Systems auf das Messergebnis pro Sekunde
p_MB/...: Druckmessbereich Sensor /...
q_Eig.: Leckrate der Messanordnung
q_Syst.: Gesamtleckrate des Systems
q_{Prüf.1,2,...}: Leckrate unter Prüfbedingungen
q_Betr.: Leckrate unter Betriebsbedingungen
q_Ref.: Leckrate des Referenzlecks
q_Mess.1,...: Leckrate der Messlecks 1, 2,...
R: Allgemeine Gaskonstante
T...: Absoluttemperatur
ϑ_N(...): Temperatur des Prüfmediums während Messung (...)
Δϑ_zul.: zulässige Temperaturdifferenz
Δϑ: messbare Temperaturdifferenz
ΔT_zul.: zulässige Temperaturänderung
Δt₍ _. _. _. ₎: Zeitdifferenz bei Messung (...)
t^def _<: kleinster Messzyklus
Δt^def _(A): festgelegte Zeitabschnitte
Δt_Prüf(...): Prüfzeit bei Messung (...)
V^def _Eig.: Volumen bei Eigenprüfung
V_Kontr.: Volumen hinter Ventil 3c (Referenzvolumen)
V^≈ _Syst.: ungefähres Volumen des Systems
V_Syst.: Volumen des Systems
W₍ _. _. _. ₎: Wiederholungen bei Messung (...)

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Gesamtleckrate von einem mit Druck zu beaufschlagenden System, welches an eine Kontrollarmatur angeschlossen wird, die eine Ventilbatterie (1) mit einer Testseite (T) und einer Referenzseite (R) aufweist, wobei die Ventilbatterie (1) über eine Messeinheit (2) steuerbar ist, mit folgenden Schritten: – Befüllen des Systems und der Kontrollarmatur mit einem Prüfmedium (F) – Schließen der Verbindung zwischen dem System und der Testseite (T) der Kontrollarmatur – Öffnen eines Referenzlecks an der Referenzseite (R) der Ventilbatterie (1) – Bestimmen einer Referenzleckrate (H) des Referenzlecks – Öffnen der Verbindung zwischen dem System und der Kontrollarmatur – Bestimmen des Einflusses des Systems auf die Referenzleckrate (I)
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzleck während des Schrittes des Bestimmens der Referenzleckrate (H) mit einem definierten Volumen innerhalb der Kontrollarmatur, der Referenzseite (R), verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzleckrate (q_Ref.) dadurch bestimmt wird, dass die Zeit (Δt_Prüf(H)) gemessen wird, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz (Δp^def _(H)) zwischen der Testseite (T) und der Referenzseite (R) zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzleckrate (q_Ref.) dadurch bestimmt wird, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (Δt^def _(H)) die darauf folgende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz (Δp_(H)) zwischen der Testseite (T) und der Referenzseite (R) gemessen und die Zeit (Δt_Prüf(H)) bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz (Δp_(H)) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzleckrate (q_Ref.) sich wie folgt berechnet: qRef. = VKontr.·Δpdef (H)/ΔtPrüf.(H)
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzleckrate (q_Ref.) sich wie folgt berechnet: qRef. = VKontr.·Δp(H)/ΔtPrüf.(H)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss des Systems dadurch bestimmt wird (I), dass nach dem Verfahrensschritt der Bestimmung der Referenzleckrate (H) die Verbindung zwischen der Testseite (T) und dem System geöffnet wird und erneut die Referenzleckrate (q_Ref.) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die geänderte Referenzleckrate (q_Ref.) dadurch bestimmt wird, dass die Zeit (Δt_Prüf.(I)) gemessen wird, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz (Δp^def _(I)) zwischen dem System und der Referenzseite (R) zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die geänderte Referenzleckrate (q_Ref.) dadurch bestimmt wird, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (Δt^def _(I)) die darauf folgende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz (Δp_(I)) zwischen dem System und der Referenzseite (R) gemessen und die Zeit (Δt_Prüf.(I)) bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz (Δp_(I)) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der resultierenden Zeit (Δt_Prüf.(I)) für den Druckabfall (Δp_(I)) der Einfluss des Systems (Δp_ΦSyst.), welcher ein Maß für den Quotienten aus Volumen und Gesamtleckrate ist, wie folgt berechnet wird: ΔpΦSyst. = (ΔtPrüf(I)/(VKontr./qRef.·((p2 abs(I) – p2 amb)/(p2 abs(H) – p2 amb)))) – Δpdef (I) oder ΔpΦSyst. = (ΔtPrüf(I)/(VKontr./qRef.·((p2 abs(I) – p2 amb)/(p2 abs.(H) – p2 amb)))) – Δp(I)
Verfahren nach einem der Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrensschritts der Bestimmung des Einflusses des Systems das Vorhandensein eines Groblecks überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grobleck dann vorhanden ist, wenn die Zeit (Δt_Prüf(I)) einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befüllen des Systems und der Kontrollarmatur mit einem Prüfgas (F) eine Stabilisierungsphase (G) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wäh rend der Stabilisierungsphase (G) der absolute Druck des Prüfmediums (p_abs/(G)) während eines Zeitabschnitts (Δt^def _(G)) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass während der Stabilisierungsphase (G) der absolute Druck des Prüfmediums (p_abs/(G)) während des Zeitabschnitts (Δt^def _(G)) vorgegebene Grenzwerte (p^lim _abs/min) und (p^lim _abs/max) nicht über- oder unterschreiten darf.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass während der Stabilisierungsphase (G) die Temperatur (ϑ_N(G)) des Prüfmediums gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass während der Stabilisierungsphase (G) die Schwankungen der Temperatur (ϑ_N(G)) während des Zeitabschnitts (Δt^def _(G)) einen vorgegebenen Wert (Δϑ_zul) nicht überschreiten dürfen.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich der vorgegebene Grenzwert (Δϑ_zul) wie folgt berechnet: Δϑzul = (((pabs/(G) – ((Δpdef </φϑ)·(φϑ – 1)))·(ϑN(G) + 273,15)/pabs/(G))) – (ϑN(G) + 273,15),wobei φ_ϑ der Fehlerfaktor der Temperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zeitabschnitt (Δt^def _(G)) wie folgt berechnet: Δtdef (G) = Δϑ/Δϑzul·tdef <,wobei t^def _< die Zeiteinheit des kleinsten Messzyklus ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung des Grobvolumens (V^≈ _Syst.) vorgenommen wird (E).
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Grobvolumens (V^≈ _Syst.) zunächst das System und ein definierter Teil der Kontrollarmatur mit einem Prüfmedium befüllt werden (B) und anschließend eine Verbindung zu einem Referenzvolumen (V_Kontr.) geöffnet wird, so dass das Prüfmedium in das Referenzvolumen (V_Kontr.) expandieren kann (D).
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Grobvolumen (V^≈ _Syst.) des Systems wie folgt berechnet: V≈ Syst. = VKontr./((pabs/(E)ST./pabs/(E)E.) – 1),wobei p_abs/(E)ST. der Absolutdruck zu Beginn der Messung und p_abs/(E)E. der Absolutdruck nach Abschluss der Messung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Grobvolumen (V^≈ _Syst.) des Systems bestimmt wird, ob zusätzlich zu dem Referenzleck (6) ein weiteres Messleck (3) parallel geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt des Bestimmens des Einflusses des Systems (I) in einem Verfahrensschritt (K) die Messleckrate (q_Mess1) des Messlecks (3), welches an der Referenzseite (R) zugeschaltet wird, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (K) die Messleckrate (q_Mess1) dadurch bestimmt wird, dass die Zeit (Δt_Prüf.(K)) gemessen wird, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz (Δp^def _(K)) zwischen der Testseite (T) und der Referenzseite (R) zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleckrate (q_Mess1) dadurch bestimmt wird, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (Δt^def _(K)) die darauf folgende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz (Δp_(K)) zwischen der Testseite (T) und der Referenzseite (R) gemessen und die Zeit (Δt_Prüf(K)) bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz (Δp_(K)) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleckrate (q_Mess1) sich wie folgt berechnet: qMess1 = VKontr.·Δp(K)/ΔtPrüf.(K) – qRef.·((p2 abs(K) – p2 amb)/(p2 abs(H) – p2 amb))).
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt des Befüllens des Systems und der Kontrollarmatur (B) und vor dem Verfahrensschritt der Bestimmung des Grobvolumens (E) eine Stabilisierungsphase (D) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass während der Stabilisierungsphase (D) der absolute Druck des Prüfmediums (p_abs/(D)) während eines Zeitabschnitts (Δt^def _(D)) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass während der Stabilisierungsphase (D) der absolute Druck des Prüfmediums (p_abs/(D)) während des Zeitabschnitts (Δt^def _(D)) vorgegebene Grenzwerte (p^lim _abs/min) und (p^lim _abs/max) nicht über- oder unterschreiten darf.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass während der Stabilisierungsphase (D) die Temperatur (ϑ_N(D)) des Prüfmediums gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass während der Stabilisierungsphase (D) die Schwankungen der Temperatur (ϑ_N(D)) während des Zeitabschnitts (Δt^def ₍ _D)) einen vorgegebenen Wert (ϑ_zul) nicht überschreiten dürfen.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass sich der vorgegebene Grenzwert (Δϑ_zul) wie folgt berechnet: Δϑzul = (((pabs/(D) – ((Δpdef </φϑ)·(φϑ – 1)))·(ϑN(E) + 273,15)/pabs/(D))) – (ϑN(D) + 273,15).
Verfahren nach einem der Ansprüche 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zeitabschnitt (Δt^def ₍ _D)) wie folgt berechnet: Δtdef ( D) = Δϑ/Δϑzul·tdef <
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt des Befüllens des Systems (B) zur Bestimmung des Grobvolumens Volumenleckraten (q_Pr1) und (q_Pr2) wie folgt berechnet werden: qPr1 = mR...·R·TSätt./MR...·a qPr2 = qPr1·η''R.../ηN wobei m_R _. _. _. die Leckrate, angegeben als Massestrom, R die allgemeine Gaskonstante, T_Sätt. die Absoluttemperatur des Betriebsmittels bei Sättigungsdruck, M_R _... die molare Masse des Betriebsmittels, η''_R... die dynamische Viskosität des Betriebsmittels und η_N die dynamische Viskosität des Prüfmittels bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Bestimmung des Referenzlecks (H) eine Volumenleckrate (q_Pr3) wie folgt berechnet wird: qPr3 = qPr2·(p2 abs/(F) – p2 amb)/(p2 Sätt – p2 amb),wobei p_abs/(F) den Prüfdruck, bis zu welchem das System während des Verfahrensschritts des Befüllens (F) gefüllt wurde, p_amb den Luftdruck und p_Sätt. den Sättigungsdruck des Betriebsmittels bei Umgebungstemperatur bezeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt des Bestimmens des Messlecks (K) in einem Verfahrensschritt (L) das Volumen (V_Syst.) des Systems und die Gesamtleckrate (q_Syst.) des Systems bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (L) die Gesamtleckrate (q_Syst.) dadurch bestimmt wird, dass die Zeit (Δt_Prüf.( _L)) gemessen wird, welche benötigt wird, um eine vorgegebene Druckdifferenz (Δp^def _(L)) zwischen dem System und der Referenzseite (R) zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtleckrate (q_Syst.) dadurch bestimmt wird, dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (Δt^def _(L)) die darauf fol gende korrekt messbare anliegende Druckdifferenz (Δp_(L)) zwischen dem System (7) und der Referenzseite (R) gemessen und die Zeit (Δt_Prüf( _L)) bis zum Erreichen dieser Druckdifferenz (Δp₍ _L ₎) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 37, 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen (V_Syst.) des Systems (7) sich wie folgt VSyst. = Δt(L)/(Δp(L) – ΔpΦ/s·Δt(L))·(qRef.·(p2 abs/(L) – p2 amb)/(p2 abs(H) – p2 amb) + qMess1·(p2 abs(L) – p2 amb)/(p2 abs(K) – p2 amb)) – VKontr. und die Gesamtleckrate (q_Syst.) sich wie folgt berechnet: qSyst. = ((VSyst. + VKontr.)·Δp(L)/ΔtPrüf.(L) – (qRef.·(p2 abs/(L) – p2 amb)/(p2 abs/(H) – p2 amb) + qMess1·(p2 abs/(L) – p2 amb)/(p2 abs/(K) – p2 amb)).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Verfahrensschritt überprüft wird, ob innerhalb der Ventilbatterie (1) ein Leck zwischen einer Testseite (T), welche mit dem System verbunden werden kann, und einer Referenzseite (R), welche mit dem Referenzleck und/oder den Messlecks (3) verbunden werden kann, vorhanden ist, wobei zwischen der Testseite (T) und der Referenzseite (R) ein Differenzdrucksensor (4b) und ein Ventil (3c) angeordnet sind (sogenannte Eigenprüfung (A)).
Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass zur Eigenprüfung (A) die Verbindung zum System verschlossen wird, die Testseite und die Referenzseite mit dem gleichen Druck beaufschlagt werden, das Ventil (3c) geschlossen wird und nach einer vorgegebenen Zeitdifferenz (Δt^def _(A.2)) die Druckdifferenz (Δp₍ _A ₎) über dem Differenzdrucksensor (4b) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz (Δp₍ _A ₎) mit einer vorgegebenen Mindestdifferenz (Δp^def ₍ _A ₎) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn der eigentlichen Prüfung die Eigenleckrate der Kontrollarmatur bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zum System verschlossen wird, die Kontrollarmatur mit einem Druck beaufschlagt wird und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdifferenz (Δt) über eine zu berechnende Zeitspanne (Δt^def _Eig.) der Absolutdruck (p_abs.ST) und die Temperatur (ϑ_N.ST) des Prüfmediums in der Kontrollarmatur gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Zeitdifferenz Δt wie folgt bestimmt ist: Δt = 1sPa·p2 abs/(Eig.)/pamb
Verfahren nach Anspruch 45 oder 46, dadurch gekennzeichnet, dass die zu berechnende Zeitspanne (Δt^def _Eig.) wie folgt bestimmt ist: Δtdef Eig. = Δpdef Eig.·Vdef Eig./qlim Eig.·√Tdef Eig./(ϑN.ST – 173,15)·(p2 abs.ST – p2 amb)/(p2def Eig. – p2 amb),wobei Δp^def _Eig. eine festgelegte Druckdifferenz bei der Eigenmessung, V^def _Eig. das festgelegte Volumen bei der Eigenprüfung, q^lim _Eig. die maximal zulässige Leckrate und p^def _Eig. der festgelegte Druck bei der Eigenprüfung bezeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass der tatsächliche Druckabfall (Δp_Eig./t) nach der Zeitdifferenz (Δt^def _Eig.) wie folgt bestimmt ist: ΔpEig./t = pabs.ST·(ϑN.Ist + 273,15/ϑN.ST) – pabs.Ist, wobei p_abs.ST. den absoluten Druck zu Beginn der Messung, ^ϑN.Ist die Temperatur des Prüfmediums nach der Zeitdifferenz Δt^def _Eig., ^ϑN.ST die Temperatur zu Beginn der Messung und p_abs.Ist den absoluten Druck nach der Zeitdifferenz Δt^def _Eig. bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass durch Bestimmen des tatsächlichen Druckabfalls (Δp_Eig./t) nach der Zeitdifferenz (1/10·Δt^def _Eig.) durch folgenden Vergleich festgestellt wird, ob ein Grobleck vorliegt und ein Grobleck vorliegt, falls ΔpEig./1/10·t > ½ (Δtdef Eig.·qlim Eig.·Vdef Eig.),und kein Grobleck vorliegt, falls ΔpEig./1/10·t ≤ ½ (Δtdef Eig.·qlim Eig.·Vdef Eig.).
Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenleckrate (q^Prüf _Eig.) der Kontrollarmatur wie folgt bestimmt wird: qPrüf Eig. = VEig.·(ΔpEig. + (ϑN.Ist + 273,35)/(ϑN.Ist + 273,1) – pabs.Ist)/ΔtEig.
Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenleckrate (q^Prüf _Eig.) der Kontrollarmatur mit der maximal zulässigen Eigenleckrate (q^lim _Eig.) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Prüfmedium Stickstoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als letzter Verfahrensschritt die Anlage vom Prüfmedium entleert wird (M).
Kontrollarmatur zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Gesamtleckrate eines mit Druck zu beaufschlagenden Systems mit – einer Ventilbatterie (1), welche durch eine Messeinheit (2) steuerbar ist, wobei die Ventilbatterie (1) eine mit dem System verbindbare Testseite (T) und eine Referenzseite (R) aufweist, – einem Differenzdrucksensor (4b), der zwischen Testseite (5) und der Referenzseite (R) geschaltet ist, – einem Test- und Prüfventil (3c), das parallel zum Differenzdrucksensor (4b) geschaltet ist, und – einem Referenzleck, das mit der Referenzseite (R) der Ventilbatterie (1) verbunden ist.
Kontrollarmatur nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die Testseite (T) mit dem zu überprüfenden System verbindbar ist.
Kontrollarmatur nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Testseite (T) über ein Anlagenventil (3b) mit dem System verbindbar ist.
Kontrollarmatur nach einem der Ansprüche 54 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass an der Testseite (T) ein Füll- und Entleerventil (3a) angeordnet ist.
Kontrollarmatur nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Füll- und Entleerventil (3a) ein Anschluss (3g) für einen Druckerzeuger angeordnet ist.
Kontrollarmatur nach einem der Ansprüche 54 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass an der Testseite (T) ein Ablass (3h) zum Ablassen von Prüfmedium angeordnet ist.
Kontrollarmatur nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablass (3h) an dem Füll- und Entleerventil (3a) angeordnet ist.
Kontrollarmatur nach einem der Ansprüche 54 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Testseite (T) ein Temperaturaufnehmer (3k) angeordnet ist.
Kontrollarmatur nach einem der Ansprüche 54 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Testseite (T) zwischen dem Differenzdrucksensor (4b) und dem Test- und Prüfventil (3c) ein Absolutdrucksensor (4a) angeordnet ist.
Kontrollarmatur nach einem der Ansprüche 54 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass das Test- und Prüfventil (3c) ein 3/3-Ventil ist.
Kontrollarmatur nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang des 3/3-Test- und Prüfventils (3c) zur Testseite (T) weist, während einer der Ausgänge mit der zur Referenzseite (R) weisenden Seite des Differenzdrucksensors verbunden ist.
Kontrollarmatur nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite der Ausgänge mit einem Sperrventil (3d) verbunden ist.
Kontrollarmatur nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (3d) ausgangsseitig mit einem Referenzvolumen (V_Kontr.) verbunden ist.
Kontrollarmatur nach Anspruch 65 oder 66, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (3d) ausgangseitig mit einem Referenzleckventil (3e) oder einem Referenzleckventil (3e) und einem Messleckventil (3f) verbunden ist.
Kontrollarmatur nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Referenzleckventil (3e) ein Referenzleck und hinter dem Messleckventil (3f) ein Messleck (3) angeordnet ist.
Kontrollarmatur nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzleck und das Messleck (3) als Kapillarröhrenlecks ausgebildet sind.
Kontrollarmatur nach einem der Ansprüche 54 bis 69, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messeinheit (2) ein Absolutdrucksensor (4a) und ein Differenzdrucksensor (4b) angeordnet sind.
Kontrollarmatur nach einem der Ansprüche 54 bis 70, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (2) eine Auswerteelektronik (4g) aufweist.