Nauwkeurigheid en herhaalbaarheid bij flowmeters

Nauwkeurigheid en herhaalbaarheid bij flowmeters

Chris King
Cover Image

De specificaties van flowmeters geven de doorslag bij de keuze van het juiste model voor uw toepassing. Daarbij zijn nauwkeurigheid en herhaalbaarheid twee belangrijke kenmerken. We leggen eerst uit wat deze twee parameters betekenen:

Nauwkeurigheid van de flowmeter

Nauwkeurigheid geeft aan hoe dicht de meting de werkelijke waarde benadert. Bij flowmeters betekent dat hoe dicht de output van de meter bij zijn kalibratiekromme ligt. Dat wordt uitgedrukt als een percentage, bijvoorbeeld ± 1%. Dit houdt in dat elke meting 1% naar boven of naar beneden van de kalibratiekromme kan afwijken. In het algemeen kan worden gesteld dat hoe lager dit percentage is, hoe nauwkeuriger de meter. Maar dit hangt ook af van de specificatie van ofwel FS (Full Scale) of Rd (Reading). De betekenis van Full Scale en Reading wordt verderop in dit blog uiteengezet. Flowmeters worden steeds nauwkeuriger, vooral sinds de komst van massflowmeters.

Herhaalbaarheid bij een flowmeter

Herhaalbaarheid betekent dat onder dezelfde omstandigheden hetzelfde resultaat wordt verkregen. Met andere woorden: een flowmeter moet dezelfde resultaten geven als deze wordt gebruikt met dezelfde variabelen en onder dezelfde omstandigheden. Ook dit wordt weergegeven met een bereik (als een ±-percentage). Hoewel nauwkeurigheid in de wereld van het meten meestal op de voorgrond staat, is herhaalbaarheid het fundament waarop nauwkeurigheid rust. Zo is hoge herhaalbaarheid zonder hoge nauwkeurigheid zeker mogelijk, maar hoge nauwkeurigheid zonder hoge herhaalbaarheid niet. Een meter die maar af en toe heel nauwkeurig is, is nutteloos. Als de gegevens onbetrouwbaar zijn, als je bij dezelfde omstandigheden en instellingen verschillende resultaten krijgt, kunnen die resultaten nooit allemaal nauwkeurig zijn.

accurate-repeatable

Maar is nauwkeurigheid altijd belangrijk?

Niemand wil een onnauwkeurige meter, maar niet alle toepassingen vereisen een hoge mate van nauwkeurigheid. Een iets grotere afwijking ten opzichte van de kalibratiekromme kan acceptabel zijn als je alleen maar een idee wilt krijgen van de hoeveelheden die door een leiding stromen. Maar bij het mengen van geneesmiddelen of vluchtige elementen is dat niet acceptabel. Bij de keuze van een flowmeter is het belangrijk te bepalen welke mate van nauwkeurigheid je wenst, want meestal stijgt de prijs naarmate je een flowmeter kiest met een hogere nauwkeurigheid.

De nauwkeurigheid van een flowmeter wordt uitgedrukt als een percentage van Full Scale (FS) of Reading (Rd of RD). Het verschil tussen die twee kan significant zijn.

Lees ons blog “Is the high accuracy trend right?”

Wat is Full Scale (FS)?

De definitie van Full Scale is “de nabijheid tot de werkelijke waarde, uitgedrukt als een percentage van de maximale waarde op de schaalverdeling.” Bij Full Scale blijft de afwijking hetzelfde, maar verandert het percentage als de flow toe- of afneemt. Als de nauwkeurigheid is gekalibreerd op 1% van 200 ln/min, is de afwijking 0,01 x 200 ln/min = 2 ln/min. Als de flow 100 ln/min bedraagt, is de afwijking nog steeds 2 ln/min, oftewel 2%, een veel hoger percentage.

Wat is Reading (Rd of RD)?

De definitie van Reading (Rd) is “de nabijheid tot de werkelijke waarde, uitgedrukt als een percentage van de werkelijke waarde.

fullscale reading

Bij Reading is de nauwkeurigheid het percentage van wat gemeten wordt. Het percentage blijft hetzelfde, ongeacht hoe groot of klein de flow is. Als het 1% is bij 200 ln/min, is het ook 1% bij 100 ln/min. Dus is de afwijking bij een flow van 200 ln/min 2 ln/min, maar bij 100 ln/min 1 ln/min in plaats van de 2 ln/min bij Full Scale. Afhankelijk van de toepassing kan het verschil tussen Full Scale (FS) en Reading (Rd) snel oplopen en een significante invloed op het eindproduct hebben.

Full Scale (FS) vs. Reading (Rd)

Full Scale is eigenlijk een overblijfsel van de mechanische meetinstrumenten, waarbij metingen afhankelijk waren van fysieke markeringen op een wijzerplaat. Tegenwoordig kunnen met digitale meters veel nauwkeuriger metingen worden verkregen; daarom gebruiken hoogwaardige meters meestal Reading in plaats van Full Scale.

Hoewel je natuurlijk geen onnauwkeurige flowmeter wilt, vereisen niet alle toepassingen een hoge mate van nauwkeurigheid.

Bij massflow kunnen de nauwkeurigheidseisen invloed hebben op het soort sensor. Als je een zeer hoge nauwkeurigheid nodig hebt, kun je een Coriolis-flowmeter aanschaffen; indien een minder hoge nauwkeurigheid voldoende is, kun je ook kiezen voor een Constant Temperature Anemometry (CTA-) of een ander type sensor.

Lees hier meer over onze Coriolis flow meters of over de genoemde CTA flowmeters

Massflowmeters verbeteren de waterzuivering en garanderen de volksgezondheid

Massflowmeters verbeteren de waterzuivering en garanderen de volksgezondheid

James Walton
Cover Image

Anglian Water Services (UK) zuivert water volgens de strengste normen, levert het aan miljoenen huishoudens en beheert het om te voorkomen dat er ergens tekorten ontstaan. Het bedrijf is een project gestart om de dosering van fosfaten in het waterleidingnet te optimaliseren en te regelen met behulp van flowregelaars.

De functie van orthofosforzuur in het waterleidingnet

Gewoonlijk worden fosfaten aan het drinkwater toegevoegd als corrosieremmer om uitspoeling van lood en koper afkomstig van leidingen en bevestigingen te voorkomen. Er worden anorganische fosfaten (bijvoorbeeld fosforzuur, zinkfosfaat en natriumfosfaat) aan het water toegevoegd om orthofosfaat te vormen, dat dient als beschermende coating van onoplosbare mineralen aan de binnenkant van waterleidingen en huisinstallaties. Deze coating dient als isolatielaag die voorkomt dat corrosieve elementen in het water sommige metalen in de leidingen oplossen. Daardoor blijven de lood- en koperconcentraties in het water laag, binnen de normen ter bescherming van de volksgezondheid.

Hoe verliep het oorspronkelijke proces?

In het oorspronkelijke proces mat een downstreamanalysator de concentratie orthofosforzuur in de hoofdstroom. Nadat de meetresultaten waren vergeleken met de vereiste concentratie, werden zij gebruikt om de pompsnelheid en daarmee de concentratie orthofosforzuur in de hoofdstroom aan te passen. Via dit proces kan Anglian Water Services de koper- en loodconcentraties in het water op een voor de volksgezondheid aanvaardbaar niveau houden. Toch was dit proces voor verbetering vatbaar; daarover gaat dit blog.

oorspronkelijk registratie proces Het oorspronkelijke registratieproces

Wat zijn de beperkingen in het oorspronkelijke proces?

Het reactieve terugkoppelingsmechanisme voor het doseren van fosfaten vormde niet de ideale methode. We konden niet snel genoeg op de veranderende hoofdstroom reageren en de dosis proportioneel verlagen of verhogen. Daartoe moesten we ervoor zorgen dat de dosering niet hoger was dan de wettelijke vereisten, ervan uitgaande dat het station de maximale stroming leverde. Het systeem leidde tot secundaire kosten doordat dubbele redundantie voor de analysator nodig was om te garanderen dat de concentraties orthofosforzuur ononderbroken worden gemeten.

Projectdoelstellingen

  1. Verlagen van de fosfaatconcentraties.
  2. Verlagen van de kosten die het bedrijf maakt om te voldoen aan de wettelijke milieunormen.
  3. Verwijderen van de downstreamanalysator en van de redundantie in het registratieproces.

Er zijn twee technologieën ter verbetering van het proces geëvalueerd: de delta P- en de Coriolis-technologie. De delta-P flow meter was het meest rendabel; hiermee konden we de stroom orthofosforzuur meten als volume, maar er zou een analoge signaalinvoer nodig zijn en de dosering zou proportioneel zijn aan de hoofdstroom. De Coriolis flow meter meet de massaflow rechtstreeks, hetgeen bij deze toepassing de voorkeur geniet boven volume flow. Tevens is het nauwkeuriger en beter herhaalbaar is, maar wel duurder. Ook deze technologie vereist een analoge signaalinvoer en past de dosis aan in verhouding tot de hoofdstroom.

Cori-Flow en Tuthill pomp Combinatie van mini CORI-FLOW en Tuthill-pomp

De beslissing werd grotendeel beïnvloed door de ‘Return on investment’ (ROI) die behaald kan worden; kortom, de periode waarin voldoende besparingen konden worden gerealiseerd. Tijdens de demonstratie van de Coriolis mass flow meter ontdekten we echter iets dat ons op andere gedachten bracht. De Coriolis flow meter gaf de dichtheid van de gemeten vloeistof als uitvoer.

Waarom was dat zo belangrijk?

Fosforzuur wordt verkocht als oplossing, meestal in een concentratie van 80%. Eerder ontdekten we dat er verschil zit in de werkelijke concentratie op het moment van toepassing.

We wisten reeds dat de Delta P- of de Coriolis-technologie ons kon helpen om het registratieproces te verbeteren. Nu konden we een stap verder gaan en een voorheen niet beschikbare, maar zeer belangrijke parameter gebruiken om de dosering echt te verfijnen.

De extra parameter "dichtheid" die de Coriolis mass flow meter kon leveren, gaf voor ons de doorslag. Daardoor kan de dosering in verhouding tot de hoofdstroom worden geregeld en gebruik worden gemaakt van de dichtheid/kwaliteit van het gebruikte fosforzuur.

nieuw doseersysteem voor fosforzuur Het nieuwe doseersysteem voor fosforzuur

Wat zijn de verwachte voordelen van de toepassing van flow meters:

Nu de eerste vijf installaties van deze technologie bijna draaien, verwachten we het volgende:

  1. Een stabiele concentratie orthofosforzuur in het waterleidingnet.
  2. Naleven van de verplichtingen t.a.v. de volksgezondheid door de watersector.
  3. Duidelijk minder toevoeging van fosforzuur aan het milieu.
  4. Dubbele kostenbesparing door verwijdering van de downstreamanalysatoren en lager verbruik van fosforzuur.

Anglian Water Services werkt volgens de "Love Every Drop"-benadering. Deze benadering is een visie op het functioneren van een moderne nutsvoorziening. De visie behelst het realiseren van een land met een bestendig milieu dat duurzame groei mogelijk maakt en dat de uitdagingen van de klimaatverandering het hoofd kan bieden. Verder van belang is het creëren van een infrastructuur die betaalbaar en betrouwbaar is, en die voldoet aan de behoeften van consumenten, gemeenschappen en het milieu. Ook mensen en gemeenschappen zouden bestendig moeten zijn. Fosforzuur heeft te maken met het concept van de eindigheid van hulpbronnen volgens Rockström et al., 2009. Anglian Water Services heeft het verbruik van fosforzuur in zijn processen weten te verminderen zonder afbreuk te doen aan de waterkwaliteit. Dat past in hun manier van werken.

Onze waterzuiveringsspecialisten helpen u graag bij al uw vragen op het gebied van waterzuivering. Neem contact met ons op!

Download de brochure

Chocola ... daar kan niemand van afblijven!

Bij het maken van chocola met special smaakjes spelen flow instrumenten een belangrijke rol

Sandra Wassink
Cover Image

Dit weekend is het het paasweekend! Het is het best verkopende seizoen als je naar chocoladegeschenken kijkt. Als je nu in de supermarkt kijkt, vind je in veel variaties chocolade-eieren, paashazen en bonbons. In ons kantoor hebben we ook al een grote kom gevuld met kleurrijke chocolade-eieren, heerlijk!

En als we het hebben over verschillende smaken chocolade, komen daar onze mass flow meters in beeld.

Productie van chocola

Ik wil je graag meenemen op een trip door de chocoladesector waarbij ik ook aandacht zal besteden aan de trends in smaken. Wie zou hierbij beter als gids kunnen fungeren dan een vrouw hoor ik je denken: 75% van de vrouwen geeft namelijk aan een groot chocoladefan te zijn, terwijl dat bij de mannen 'maar' 68% is.

De chocolademarkt blijft groeien en heeft op dit moment wereldwijd een omvang van $ 100 miljard. En dan te bedenken dat er op die markt in het begin slechts drie keuzes mogelijk waren: melk, puur en witte chocolade. Tegenwoordig lijkt die keuze vrijwel onbeperkt door alle nieuwe en soms exotische smaken.

Chocola is vooral rond de feestdagen een populair cadeau. In vakantieperioden wordt er daarom ook meer chocola verkocht. Gek genoeg ligt de omzetpiek niet bij Valentijnsdag, wat je misschien zou verwachten, maar rond Pasen. Velen van ons zullen ook wel eens chocola voor zichzelf kopen. Niet alleen omdat het lekker is, maar ook vanwege een emotioneel aspect. Chocola kan namelijk een positief effect op je humeur hebben, met name bij jongvolwassenen. Dat is ook een belangrijke reden dat de verkoop van chocola blijft stijgen. De meerderheid van de consumenten kiest overigens voor chocoladevarianten met 'mix-ins' en niet voor de traditionele chocola zonder toegevoegde smaken.

Productie van chocola Productie van chocola

Smaak en textuur

De mondiale chocolademarkt is de afgelopen decennia gekenmerkt door ingrijpende innovaties op het gebied van smaak en textuur. Bij de huidige, inventieve productontwikkelingen gaat de aandacht steeds meer uit naar nieuwe smaken en texturen, zonder dat dit ten koste gaat van de traditionele zoetheid. Niettemin kiezen de meeste consumenten vaak toch gewoon voor ouderwetse chocoladevarianten: 'hazelnoot', 'karamel' en 'amandel' zijn namelijk nog steeds de meest populaire smaken.

Oudere consumenten eten over het algemeen minder chocola. De reden daarvoor is dat zij meer belang hechten aan gezondere voeding. Om deze groep volwassen consumenten weer aan de chocola te krijgen, introduceren bedrijven o.a. chocola met alcoholische smaken en organische ingrediënten of positioneren zij hun producten in het premium-segment (bijv. pure chocolade met limoncello of chocola gevuld met zoete likeuren).

Coriolis-flow-meter dosingblock Doseerunit van een Coriolis-flow-meter om smaken aan chocola toe te voegen

Gezonde levensstijl

Het klinkt wellicht wat tegenstrijdig, maar de nadruk op een gezondere levensstijl (een van de grootste mondiale trends), is tevens verantwoordelijk voor een aanzienlijke groei van de chocolademarkt. En daar zijn goede redenen voor. Chocola, en met name pure chocolade met meer dan 85% cacao, heeft een positief effect op de gezondheid. Zo vermelden verpakkingen van chocola onder andere:

  • 'rijk aan vezels, ijzer, magnesium, koper, mangaan en andere mineralen';
  • 'een belangrijke bron van anti-oxidanten'; en
  • 'minder kans op hart- en vaatziekten'.

Het feit dat mensen bewuster worden van de voordelen van pure chocola voor de gezondheid is een van de redenen dat de consumptie van chocola blijft toenemen. De grotere populariteit van pure chocola heeft er daarnaast toe geleid dat de verkoop van andere varianten eveneens in de lift zit. Mensen willen ook graag nog meer 'gezonde' variaties, zoals suikervrije, glutenvrije, koosjere of fair trade-chocola. Door deze gezondheidsclaims is het aantal variaties in de chocoladesector enorm gegroeid.

Om het gezondheidsimago van chocola te versterken, worden ook steeds vaker functionele ingrediënten aan die chocola toegevoegd. Daarbij kan gedacht worden aan vezels, proteïnen, micronutriënten, energie-boosters (guarana-extract), groene thee-extract of chiazaden.

Cacao

De stijgende vraag naar chocola heeft echter ook een negatieve kant. Er worden jaarlijks zo'n 3 miljoen ton cacaobonen geconsumeerd waarvan meer dan 70% afkomstig is uit vier West-Afrikaanse landen: Ivoorkust, Ghana, Nigeria en Kameroen. Het telen van cacaobonen is echter niet eenvoudig. Na 25 jaar is het economisch nut van de boom ten einde en de grond waarop de bomen staan, is lang niet meer zo vruchtbaar als vroeger. Daarom moeten de bodem en de bomen ingrijpend gesaneerd worden om te voorkomen dat de oogst van cacaobonen dramatisch gaat dalen. Daarnaast brengt de klimaatverandering ook negatieve gevolgen met zich mee.

Dit leidt tot hoge kosten voor grondstoffen en tot instabiele economische omstandigheden in cacaoproducerende landen. Om een tekort in de aanvoer te voorkomen, heeft een aantal gerenommeerde productiebedrijven van chocola besloten in de sanering van de bodem en de bomen te investeren om te zorgen dat er ook in de toekomst voldoende cacao beschikbaar is. En dat die vraag naar cacao zal blijven toenemen, staat buiten kijf: opkomende landen zoals China, India en Rusland verwachten dat hun chocoladeverkopen met 30% zullen toenemen.

Massflow-meters in uw productieproces

Door de enorme toename in de diversiteit van chocoladeproducten, o.a. door het gebruik van smaakstoffen en functionele ingrediënten, worden flowmeters en -regelaars steeds vaker gebruikt in de zoetwarensector. Coriolis flowmeters vormen in combinatie met een doseerpomp dé ideale oplossing voor het toevoegen van smaakstoffen en functionele ingrediënten. Het gebruik van Coriolisinstrumenten voor het doseren van additieven leidt tot minder productie-uitval tussen batches, tot een betere consistentie en kwaliteit van de producten en zorgt ervoor dat ingrediënten traceerbaar zijn.

Download onze brochure (Ultra) low flow Coriolis competence voor de zoetwarensector.

Bekijk de video voor onze oplossing voor het doseren van additieven in de zoetwarensector.

Inductief gekoppeld plasma (ICP) voor milieuanalyse

Inductief gekoppeld plasma (ICP) voor milieuanalyse

Rob ten Haaft
Cover Image

Om gezond te kunnen leven is het wenselijk om de aard en het gehalte van ongewenste chemische elementen in onze omgeving te kennen. Als een gemeente een stuk grond wil saneren om een nieuwe wijk te ontwikkelen, dan is het goed om te weten of er zware metalen of giftige stoffen als arseen in de grond zijn achtergebleven vanuit de vorige bestemming. Maar ook een beheerder van drinkwaterbronnen, oppervlaktewater of viswater wil graag de kwaliteit van zijn water kennen, om na te gaan of er niet teveel ongewenste bestanddelen inzitten die er alsnog uitgehaald moeten worden. En voor een goede luchtkwaliteit moet het gehalte aan sporenelement in de vaste deeltjes die in de lucht zweven, niet te hoog zijn.

Los daarvan: ook buiten het milieuveld zijn er plaatsen waar het handig is om de aanwezige elementen te kunnen identificeren en kwantificeren. Denk aan het vaststellen van de concentratie aan metaal in smeerolie om na te gaan hoe snel een motor slijt, of de concentratie aan meststoffen in landbouwgrond om te bepalen of het nodig is om nog verder te bemesten. Flowmeters- en regelaars spelen ook hierin een betekenis. Als industriespecialist voor de analytische markt leg ik je graag uit hoe dit zit.

Inductief gekoppeld plasma – atomaire emissiespectrometrie, ICP-AES

Het voorgaande laat al zien dat er veel toepassingen zijn waarbij het goed is om te weten welke en hoeveel chemische elementen aanwezig zijn. Nu is ICP-AES een goede analysetechniek om de aard en concentratie van elementen in vaste stoffen, vloeistoffen of gassen te meten. Deze afkorting staat voor inductief gekoppeld plasma - atomaire emissiespectrometrie. Vanwege de hoge nauwkeurigheid tot in het ppb-bereik (deeltjes per miljard) is ICP-AES vooral geschikt om sporenelementen - dus hele lage concentraties - te analyseren. Deze techniek is sterk in het vaststellen van metalen (zoals kwik) en metalloïden (zoals arseen), en vele tientallen elementen kunnen gelijktijdig geanalyseerd worden. Wat gaat er schuil achter deze techniek - en hoe speelt de nauwkeurige toediening van gassen hierin een rol?

Gecontroleerde toevoer van argongas door flowregelaar

Kort gezegd: ICP-AES als elementanalyse maakt gebruik van een inductief gekoppeld plasma (ICP) om aangeslagen ionen en atomen te genereren van de elementen uit het te meten monster, wiens karakteristieke spectrum wordt gemeten met atomaire emissiespectrometrie (AES) wanneer ze terugvallen naar de grondtoestand. De intensiteit van de lijnen in het spectrum is een directe maat voor de concentratie van de elementen in het monster.

Monsters kunnen alleen in vloeibare vorm het ICP-AES-apparaat in. Nu is dat voor water niet zo’n probleem, maar wel voor bodemmonsters en andere vaste stoffen. Hieruit ontsluit je de chemische elementen door het monster op te lossen in een sterk zuur: koningswater, een mengsel van zoutzuur en salpeterzuur. Een peristaltische pomp zuigt de monstervloeistof uit een voorraadvat en transporteert deze naar de vernevelaar, die de vloeistof omzet in een aerosol oftewel nevel. Om de concentratie van de nevel nauwkeurig te regelen - en eventueel te verdunnen - wordt een stroom van argongas aan de vernevelaar toegevoerd met behulp van een flowregelaar. De nevel gaat vervolgens de reactorkamer in, waar het botst op het plasma dat zich al in deze kamer bevindt.

Als je voldoende energie toevoert aan een gas - door er een hoge elektrische spanning overheen te laten gaan met een spoel - dan kunnen elektronen van sommige gasatomen loslaten. Zo houd je, naast de oorspronkelijke gasdeeltjes, een mengsel van negatieve elektronen en positief geladen ionen over. Dit ‘geïoniseerde gasmengsel’ van geladen deeltjes heet een plasma, en zo’n plasma wordt wel gezien als een vierde toestand waarin een materiaal kan voorkomen, naast vast, vloeibaar en gasvormig. Bij ICP vormt argongas de basis voor het plasma, en dit gas moet nauwkeurig worden toegevoerd met behulp van flowregelaars. Het plasma heeft een zeer hoge temperatuur van zo’n 7000 graden Celsius. Omdat het plasma altijd een correcte samenstelling moet hebben, is een nauwkeurige en continue stroom van argongas van belang. En om de buitenwereld tegen deze hoge temperatuur te beschermen wordt er een koelend (argon)gas langs de buitenkant van de reactor geleid.

Regelen van nevel

Als de nevel met de te meten chemische elementen op het plasma botst, dan worden deze elementen ook omgezet in plasma. De elementen nemen hierbij zoveel energie op dat ze in een aangeslagen toestand komen. Zo’n element voelt zich hier echter niet prettig, en wil het liefst terug naar de grondtoestand op een lager energieniveau. Dat gebeurt ook, en bij deze overgang zendt het element straling uit dat karakteristiek is voor het betreffende element. Deze straling valt op een spectrometer, en de intensiteit van de gemeten straling is recht evenredig met het gehalte van het betreffende element in het monster. Aangezien elk element een (voor hem) karakteristieke reeks van golflengtes heeft van de uitgezonden straling, kun je met deze techniek meerdere elementen gelijktijdig identificeren. En als je voor de betreffende elementen een ijkreeks beschikbaar hebt, of een interne standaard hebt meegestuurd in de vernevelaar eerder in het proces, dan kun je deze hoeveelheden ook kwantificeren.

Spectrometer, ICP-AES of ICP-OES

De spectrometer binnen het AES-gedeelte is een combinatie van spiegels, prisma’s, tralies, chromatoren en detectoren die de uitgezonden straling sturen en uiteindelijk meten. Om te voorkomen dat hier verstoring optreedt - bijvoorbeeld door absorptie van straling door zuurstof-bevattende gassen - wordt het gebied met deze optische voorwerpen voortdurend gespoeld met stikstof. Deze gasstroom hoeft niet heel nauwkeurig te zijn, maar wel heel reproduceerbaar. Om deze reproduceerbaarheid te realiseren is het gebruik van flowregelaars belangrijk. Overigens: je komt als alternatief voor ICP-AES (atomaire emissiespectrometrie) ook wel eens de naam ICP-OES (optische emissiespectrometrie) tegen. Dit zijn verschillende namen voor dezelfde technologie.

ICP-MS

Chromatography samples

ICP-MS is een vergelijkbare techniek voor elementanalyse, met als verschil dat hier de detectie niet optisch plaatsvindt. De geladen deeltjes uit het plasma komen in een massaspectrometer (MS) terecht; hier worden ze gescheiden op basis van hun massa/lading-verhouding, en wordt de relatieve verhouding van elk van deze geladen deeltjes geregistreerd. Waar ICP-AES onder atmosferische druk plaatsvindt, is voor ICP-MS vacuüm nodig. De detectiegrens voor ICP-MS ligt lager dan voor ICP-AES.

Bij milieuanalyses wordt niet alleen gekeken naar de totale hoeveelheid van een element in het monster, maar ook of het element in vrije vorm of als onderdeel van een chemische verbinding voorkomt. Ter illustratie: anorganische arseenverbindingen zijn veel giftiger dan hun organisch gebonden tegenhangers. ICP-AES en ICP-MS kun je gebruiken om onderscheid te maken tussen deze verschijningsvormen van de elementen, ook wel ‘speciatie’ genoemd. Daarvoor is het echter wel nodig dat de verschillende verschijningsvormen voorafgaand aan ICP van elkaar worden gescheiden, bijvoorbeeld met ionenuitwisselingschromatografie (IC). De combinatie IC met ICP kom je dan ook regelmatig tegen.

Massaflowmeters en flowregelaars voor ICP-AES

Digital manifold oplossing

'In den beginne' van de ICP ging de toevoer van gassen handmatig. Toen de automatisering op dit gebied begon, werd ook de regeling van gassen niet gespaard, en deden de massflowmeters hun intrede. Massaflowmeters en flowregelaars worden in ICP-AES apparatuur gebruikt voor levering van inerte gassen. Als je een goede gasregeling hebt, dan is het hele systeem nauwkeuriger en stabieler, waardoor lagere detectiegrenzen mogelijk zijn. En dat komt goed van pas bij de kwaliteits- en milieueisen die steeds strenger worden.

Bronkhorst levert veel flowmeters voor de analytische markt en kan een aantal grote leveranciers van analytische apparatuur tot haar klantenkring rekenen. Hiervoor worden veelal klant specifieke ‘manifold’ oplossingen geleverd. In deze oplossingen worden meerdere functionaliteiten geïntegreerd in een voor de klant op-maat gemaakte body. Een compact instrument met kleine ‘footprint’ wordt steeds belangrijker in laboratoriums waar de ruimte steeds beperkter is.

Lees hier meer over onze klantspecifieke oplossingen!

Lees het applicatieverhaal “Controlled supply of gases in Inductively Coupled Plasma (ICP-AES) for environmental analysis.

MEMS-technologie ter ondersteuning van compacte gaschromatografie-apparatuur

Our MEMS Product Manager, Dion Oudejans, explains how MEMS chip technology fits the trend of miniaturization.

Dion Oudejans
Cover Image

De halfgeleiderchiptechnologie verrijkt ons leven in vele opzichten. De MEMS-chiptechnologie, voortgekomen uit die halfgeleidertechnologie, is in de vorm van sensoren aanwezig in allerlei apparaten om ons heen. Zoals in je smartphone, die je stem opneemt en locatie, oriëntatie en beweging bepaalt door middel van Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). De toevoeging van deze functies heeft nauwelijks invloed op de afmetingen van een smartphone; die past nog steeds in je hand en broekzak.

Dit blog gaat over de miniaturisatie van instrumenten met behulp van de MEMS-technologie en de voordelen van geminiaturiseerde gas flowmeters voor toepassing in de gaschromatografie. Als MEMS Product Manager bij Bronkhorst High-Tech zie ik de voordelen van miniaturisatie door MEMS-technologie in dergelijke toepassingen. ![IQ+FLOW solution based on MEMS modules]((iq+solution558px.jpg)

Miniaturisatie

In een laboratoriumomgeving is het handig om te werken met apparatuur met desktopafmetingen. Voordelen van toenemende functionaliteit in desktopapparatuur zijn bijvoorbeeld ruimtebesparing, meer bedieningsgemak en vaak lagere kosten.

Gaschromatografie-apparatuur is een goed voorbeeld van efficent en compact bouwen, waarbij veel functionaliteiten op een klein oppervlak samenkomen. Hiermee kunnen vele soorten gas- en dampsamenstellingen zeer nauwkeurig en in een zeer lage concentratie worden geanalyseerd. Bovendien komt er enige automatisering bij kijken. En dat allemaal letterlijk binnen het handbereik van een laboratoriumanalist.

Gaschromatografie

Een gaschromatograaf wordt gebruikt voor het bepalen en meten van de concentratie van gascomponenten in een gas- of vloeistofmonster. Wanneer ik verderop schrijf over ‘gasmonster’, kan dit ook gelezen worden als ‘vloeistofmonster’. In de gaschromatograaf (zie afbeelding 3) moet in veel gevallen de gasflow of de gasdruk worden geregeld. De afbeelding toont een gasflowregelaar voor de stroom van het transportgas (rood) en een drukregelaar voor de afgesplitste gasflow (geel).

Het principe van gaschromatografie

Het principe van gaschromatografie behelst een gereguleerde stroom transportgas die langs een injector, een kolom en een detector loopt. Daarin wordt kortstondig het gasmonster toegevoerd, waardoor een gasmonsterwolkje ontstaat. Deze wordt in de kolom gescheiden in gascomponenten die bij de detectie als pieken verschijnen. Afbeelding 4 toont een voorbeeld van de output van een gaschromatograaf.

Outputsignaal

Headspace sampling

We gaan wat dieper in op de dynamische headspace sampling die in combinatie met de gaschromatograaf wordt toegepast. Headspace sampling heeft betrekking op de damp boven een vloeistofmonster. Het vloeistofmonster is een oplosmiddel dat het te analyseren materiaal bevat, bijvoorbeeld vluchtige organische verbindingen in omgevingsmonsters, alcohol in bloed, oplosmiddelresten in farmaceutische producten, plastic, smaakstoffen in drank en voedsel, koffie, geuren in parfums en cosmetica.

Dit wordt verduidelijkt in afbeelding 5. Dynamische headspace samplings worden genomen door de headspace en het adsorptiemateriaal te spoelen. Het adsorptiemateriaal vangt het gasmonster op. Na het transport wordt het adsorptiemateriaal opnieuw gespoeld om het gasmonster naar een gaschromatograaf te voeren.

Headspace sampling De gasflowmeter komt in beeld bij het spoelen van de headspace en het adsorptiemateriaal met een constante stroom helium of stikstof. De gasflow, met daarin het gasmonster uit de headspace, loopt langs het adsorptiemateriaal dat het gasmonster opvangt.

Dan wordt het adsorptiemateriaal naar de inlaat van een gaschromatograaf getransporteerd. Daarna loopt opnieuw een geregelde stroom Helium of Stikstof langs het adsorptiemateriaal, zodat het gasmonster uit de heaspace naar de inlaat van de gaschromatograaf wordt gevoerd. De gaschromatograaf analyseert het monster en de verschillende pieken tonen de verschillende componenten en hun concentraties.

IQ+FLOW-gasflowmeters en drukregelaars

Bij headspace sampling en gaschromatografie zijn een aantal specificaties voor flowinstrumenten van belang. De IQ+FLOW-productlijn, gebaseerd op de MEMS-chiptechnologie, voldoet aan deze specificaties dankzij zijn kleine afmetingen, snelle reactietijd, goede herhaalbaarheid, lage energieverbruik, lage kosten en de uitstekende ondersteuning die je van Bronkhorst gewend bent.

Lees meer over de IQ+FLOW-productlijn

Lees meer over een toepassingen van flowmeters en drukregelaars in ons succesverhaal "Gaschromatografie".

iqflowmetercontroller

De toekomst van de MEMS-technologie

Bronkhorst is voortdurend op zoek naar toepassingen die met de MEMS-chiptechnologie kunnen worden verbeterd. Neem gerust contact met ons op als u vragen hebt. We houden u op de hoogte!

Omgaan met trillingen bij gebruik van Coriolis-massflowmeters

Het kan erg lastig zijn om Coriolis-instrumenten te gebruiken voor toepassingen met lage debieten in de zware industrie, waar je met allerlei trillingen te maken kunt krijgen.

Ferdinand Luimes
Cover Image

Coriolis-massflowmeters staan bekend als zeer nauwkeurige instrumenten en bieden een heleboel voordelen ten opzichte van andere meetapparatuur. Bij ieder meetprincipe horen echter uitdagingen, dus ook bij het Coriolis-principe. Het kan erg lastig zijn om Coriolis-instrumenten te gebruiken voor toepassingen met lage debieten in de zware industrie, waar je met allerlei trillingen te maken kunt krijgen. In deze blogpost vertel ik over mijn ervaringen op dit gebied.

Het Coriolis-principe

Zoals ik al zei hebben Coriolis-massflowmeters veel voordelen ten opzichte van andere meetapparaten. Allereerst meten Coriolis-instrumenten de massflow direct. Dit is belangrijk in de industrie, want zo voorkom je dat metingen onnauwkeurig worden door de fysieke eigenschappen van de vloeistof. Daarnaast zijn Coriolis-instrumenten erg nauwkeurig, leveren ze uitstekend herhaalbare metingen, bevatten ze geen bewegende mechanische onderdelen, hebben ze een groot dynamisch bereik, enz.

Tasten trillingen de nauwkeurigheid van een Coriolis-massflowmeter aan?

Bij industriële toepassingen heb je vaak te maken met allerlei soorten trillingen met verschillende amplitudes. Bij een Coriolis-meter wordt de massflow gemeten met behulp van een trillende sensorbuis. Wanneer de vloeistof daardoorheen stroomt, vindt er een faseverschuiving plaats, zoals in de video aan het eind van dit artikel wordt uitgelegd.

Deze manier van meten is in zekere mate gevoelig voor ongewenste trillingen waarvan de frequentie dicht bij de resonantiefrequentie van de sensorbuis ligt (afhankelijk van het ontwerp van de sensorbuis, bijv. 360 Hz) of waarvan de harmonische hoger ligt dan deze frequentie (zie onderstaande afbeelding).

Coriolis-flowmeters zijn alleen gevoelig voor de resonantiefrequentie of een hogere harmonische van deze frequentie

In een industriële omgeving is de kans op dergelijke ongewenste trillingen groter. Fabrikanten van Coriolis-flowmeters doen hun uiterste best om de invloed van trillingen op de gemeten waarden zoveel mogelijk te beperken door middel van algemene technische oplossingen, zoals:

  • hogere aanstotingsfrequenties;
  • tweeledige sensorbuizen;
  • verschillende vormen sensoren;
  • massa traagheid (bijvoorbeeld massablokken);
  • passieve en actieve compensatie van trillingen;
  • trillingsdempende buisconstructie ‘pigtail’

Trillingen kunnen dus inderdaad de nauwkeurigheid van de metingen van uw Coriolis-flowmeter aantasten, maar alleen wanneer de frequentie ervan dicht bij de resonantiefrequentie ligt. Wat u hieraan kunt doen hangt af van het soort trilling.

Welke soorten trillingen zijn er?

In een industriegebied kunnen frequenties worden veroorzaakt door:

  • trillingsbronnen uit de omgeving (bijv. vrachtwagens, spoorvervoer, industriële activiteiten);
  • trillingsbronnen uit het gebouw (mechanische en elektrische installaties, zoals airconditioning); of
  • trillingsbronnen uit gebruik (geïnstalleerde apparatuur en machines, bijv. pompen of transportbanden).

Deze trillingen verspreiden zich via een medium, zoals de vloer, de lucht, een buis of de vloeistof zelf. Als de trillingen de Coriolis-frequentie verstoren, kan de gemeten flow tot op zekere hoogte afwijken.

Om de invloed van trillingen zoveel mogelijk te beperken, is het nuttig om de bronnen ervan te achterhalen. Soms is het mogelijk om de flowmeter een klein stukje te verplaatsen of te draaien (Coriolis-flowmeters zijn meestal minder gevoelig voor trillingen als ze 90 graden gedraaid worden), dan wel om gebruik te maken van grote(re) massablokken, flexibele buizen of metalen buizen met U-bocht, of andere manieren van ophanging.

Hoe kunt u controleren of een Coriolis-flowmeter goed functioneert?

Voor een optimaal procesresultaat moeten de flowmeter en -regelaar goed werken. Als u zware industriële trillingen verwacht, is het daarom aan te raden om een Coriolis-flowmeter bij uw toepassing eerst te testen en niet zomaar volledig te vertrouwen. Pas daarbij op met het filteren van het meetsignaal. Soms is dit een logische stap (bijv. wanneer een snelle respons niet nodig is), maar als u wilt testen of een flowmeter goed functioneert, kan filteren een correct oordeel in de weg staan.

Coriolis-flowmeter in actie Coriolis-flowmeter in actie

Als de Coriolis-flowmeter onder bepaalde omstandigheden niet naar behoren functioneert, zal er een verschuiving te zien zijn in de procesuitvoer. Bij een toepassing voor het doseren van kleurstoffen voor afwasmiddel kan dit bijvoorbeeld leiden tot verschillen in de kleur van het product door incorrecte dosering en/of onverwacht gedrag van het meetsignaal. In zulke gevallen is het goed om het ongecorrigeerde meetsignaal te controleren (zonder filters!), aangezien u op die manier goed zicht krijgt op het functioneren van de flowmeter. Vraag de fabrikant van uw flowmeter hoe u alle signaalfilters kunt uitschakelen.

Normen met betrekking tot trillingen

Opvallend genoeg is de invloed van externe trillingen niet helder gedefinieerd in een norm voor Coriolis-flowmeters. Er zijn verschillende normen opgesteld over trillingen, maar niet in verband met meetnauwkeurigheid. De volgende twee normen met betrekking tot trillingen zijn echter wel bruikbaar:

  • IEC 60068-2: Klimatologische beproevingsmethoden voor elektrotechnische producten met betrekking tot veiligheid;
  • MIL STD 810: Omgevingswetenschappelijke overwegingen met betrekking tot schokken, vervoer en gebruik.

Voor gebruikers van Coriolis-flowmeters is diepgaande kennis van hun toepassingen belangrijk, met name als het gaat om mogelijke externe trillingsbronnen. Wij werken als specialist op het gebied van Coriolis-instrumenten voor lage debieten samen met kennispartners als de Universiteit Twente en TNO (een Nederlandse organisatie voor toegepast wetenschappelijk onderzoek) om voortdurend nieuwe inzichten te vergaren op dit gebied.

Door onze interne testfaciliteiten hebben wij de mogelijkheid om speciale trillingstests uit te voeren. Door middel van die tests, onze ervaring met klanttoepassingen en op maat gemaakte oplossingen zijn we altijd bezig onze Coriolis-flowmeters te verbeteren om zo onze klanten de best mogelijke prestaties te bieden.

Bekijk onze video waarin het Coriolis-principe wordt uitgelegd:

  • Meer informatie over het Coriolis-meetprincipe.
  • In een eerdere blogpost kunt u meer lezen over het belang van massflowmetingen en de relevantie van Coriolis-technologie.
  • Lees ons succesverhaal over het gebruik van Coriolis-massflowmeters om natuurlijk gas van een geur te voorzien (in het Engels).