Werkingsprincipe van de ultrasonic flow meter - Dopplereffect

Het dopplereffect of de dopplerverschuiving is een bekend verschijnsel in het dagelijks leven. U kent het van als u een ambulance met loeiende sirenes hoort langskomen. U heeft misschien gemerkt dat de toon van de sirene hoger klinkt wanneer de ambulance dichterbij komt (hogere geluidsfrequentie) en ineens lager wordt wanneer de ambulance voorbijrijdt en zich van u verwijdert (lagere frequentie). Dit komt doordat de geluidsgolven enigszins worden samengedrukt wanneer de ‘zender’ u met een bepaalde snelheid nadert, waardoor de frequentie en daarmee de toon hoger wordt. Evenzo worden geluidsgolven uitgerekt wanneer de zender zich verwijdert, waardoor de toon lager wordt.

Iets vergelijkbaars gebeurt in ultrasone beeldvorming bij het meten van de snelheid van de bloedstroom: de frequentie van de ultrasone golf verandert wanneer bewegende deeltjes zoals rode bloedcellen in het bloedvat deze golven reflecteren. Aangezien verandering in frequentie rechtstreeks samenhangt met de snelheid van de bewegende (en reflecterende) deeltjes, is deze frequentieverschuiving een maatstaf voor de stroomsnelheid van de reflecterende (en bewegende) deeltjes, en daarmee van de vloeistof die deze deeltjes bevat. Dit is dan ook de beperking van het dopplereffect voor de meting van vloeistofflows: de vloeistof moet deeltjes – vaste deeltjes of meegevoerde luchtbellen – bevatten die de ultrasone golven reflecteren. Deze techniek is daarom niet bruikbaar voor vloeistoffen met deeltjes.

Werkingsprincipe van de ultrasonic flow meter - Doorlooptijdprincipe

Een andere conventionele manier om ultrageluid te gebruiken voor flowmeting, waarvoor geen deeltjes in de stromende vloeistof nodig zijn, is door aan de ene kant van een vloeistofbuis een ultrasone zender en diagonaal aan de overzijde van de buis een sensor te plaatsen. Wanneer er een vloeistof door de buis stroomt, is het verschil in doorlooptijd van de ultrasone golf van zender tot sensor upstream en downstream een directe maatstaf van de stroomsnelheid van de vloeistof. In combinatie met de doorsnede van de buis, die bekend is, wordt het volumetrische flowbereik berekend.

Flowmeting op basis van doorlooptijden werkt het best voor buizen met een grote doorsnede en hoge flowbereiken met praktisch meetbare verschillen in doorlooptijd, dus niet voor buizen met een kleine doorsnede en lage flows. Als geluid zich van de zender naar de ontvanger voortplant in een buis met een zeer kleine doorsnede, leidt dit tot een zeer klein tijdbereik; wat nog wordt bemoeilijkt doordat de sensorbuis een kleinere doorsnede heeft.

Hoewel hieruit blijkt dat (ultra)geluid kan worden gebruikt voor flowmeting, is meting door middel van het dopplereffect of conventionele doorlooptijden niet geschikt voor pure vloeistoffen of bij lage flows. Hiervoor is een andere oplossing beschikbaar: ultrasone-golftechnologie.

2. Ultrasonic flow meter die gebruikmaakt van ultrasone-golftechnologie

Elke transducer kan zenden en ontvangen, daarom worden alle stroomopwaartse en stroomafwaartse combinaties opgenomen en verwerkt. Door nauwkeurig het tijdsverschil tussen de opnames (nanosecondebereik) te meten wordt de stroomsnelheid en geluidssnelheid berekend. Door deze parameters en de exacte buisdoorsnede te kennen, is de ES-FLOW ultrasonic flow meter in staat om vloeistofvolumeflows in het bereik van 2 tot 1500 ml/min te meten. 

Het onderscheidend vermogen van deze flowmeter is dat hij in staat is om de werkelijke geluidssnelheid te meten, wat betekent dat de technologie vloeistof onafhankelijk is en kalibratie per vloeistof niet nodig is. 

4. Toepassingen waarvoor ultrasonic flow meters een goede keuze zijn

In de zoetwarenindustrie; snoep productie

De zelfledigende gesloten rechte sensorbuis zonder obstakels of loze ruimtes voldoet aan de hygiënenormen die zijn ingesteld voor de productie van dranken en levensmiddelen. Dit is dan ook een van de toepassingsgebieden voor de ES-FLOW ultrasonic flow meter. Deze instrumenten worden gebruikt om de hoeveelheid kleurstof, smaakstof en zuur te meten die als additief aan het productieproces van snoep wordt toegevoerd, waardoor de kwaliteit beter kan worden beheerd.

Ultrasonic flow meters in het HVOF-spuitproces

Ultrasonic flow meter van de ES-FLOW-serie worden gebruikt in HVOF-spuitoplossingen om coatings aan te brengen waarmee stijtage-, roest- en temperatuurbestendigheid wordt verbeterd. Bij deze toepassing is de kwaliteit en dikte van de coating beter te regelen, omdat de ES-FLOW een pomp regelt om de gewenste procesdruk te verkrijgen.

ES-FLOW ultrasonic flow meter bij de productie van mRNA-vaccins

In mengsystemen voor de productie van mRNA-vaccins worden ES-FLOW ultrasone flowregelaars gebruikt voor CIP (cleaning in place), wat betekent dat de proceslijnen tussen de verschillende batches kunnen worden gespoeld met reinigingsmiddelen.