Een methode om lage vloeistof flows te meten met ultrasone golven

Een methode om lage debieten bij vloeistoffen te meten met ultrasone golven

Erwin Eekelder
Cover Image

Steeds meer bedrijven in uiteenlopende bedrijfstakken willen overstappen op oplossingen voor een laag debiet. Met name in de chemische industrie en in de voedings- & farmaceutische branche concentreert men zich steeds meer op doorlopende productie, afvalvermindering, kortere uitvaltijd en meer flexibiliteit. In deze branches zijn enorm veel ultrasone vloeistof-flowmeters geschikt voor pijpleidingen van 2,5 cm of groter verkrijgbaar, maar is het veel moeilijker om een oplossing voor een kleinere pijpleiding te vinden. Bij een traditionele ultrasone flowmeter wordt voor de meting gebruik gemaakt van het dopplereffect of van looptijdverschil. Deze technieken zijn goed geschikt voor grote diameters.

Maar hoe zit het met ultrasone flowmeters voor debieten kleiner dan 1500 ml/min of zelfs 200 ml/min?

Door de complexiteit van de fysica en technologie bestaan er voor dit specifieke flowbereik weinig meetprincipes, vooral wat ultrasone flowmeters betreft. De grote uitdaging was dus om een oplossing te vinden voor het gebruik van ultrasone golven in pijpen met een hele kleine diameter. Bronkhorst is erin geslaagd om in nauwe samenwerking met TNO een innovatief instrument met Ultrasonic Wave Technology te ontwikkelen. Deze technologie wordt toegepast in het nieuwe ES-FLOW™-assortiment om vloeistofvolumedebieten tussen 4 en 1500 ml/min te meten, onafhankelijk van de dichtheid, temperatuur en viscositeit van de vloeistof en met een nauwkeurigheid van 1% bij een snelheid van ± 1 ml/min

Hoe werkt Ultrasonic Wave Technology?

De ES-FLOW™ is gebaseerd op Ultrasonic Wave Technology. De meting wordt verricht in een rechte, roestvrijstalen buis met een binnendiameter van 1,3 mm zonder obstakels of loze ruimtes. Aan de buitenkant van de sensorbuis bevinden zich meerdere transducerschijfjes die door middel van radiale oscillatie ultrasone golven opwekken. Elke transducer kan zenden en ontvangen, waardoor alle up- en downstreamcombinaties worden geregistreerd en verwerkt. Door nauwkeurig het tijdsverschil tussen de waarnemingen te meten (nanoseconde-bereik), worden de stroom- en geluidssnelheid berekend. Met deze parameters en de exacte diameter van de buis kan de ES-FLOW™ vloeistofdebieten meten. Deze flowmeter onderscheidt zich doordat hij de daadwerkelijke geluidssnelheid kan meten, waardoor de technologie vloeistofonafhankelijk is, wat kalibratie per vloeistof onnodig maakt. Bovendien kan de geluidssnelheid worden gebruikt als indicator van het soort vloeistof dat zich in de flowmeter bevindt.

Afbeeldingsomschrijving [picture1: ES-FLOW transducer]

Vier redenen voor het gebruik van een ES-FLOW™ ultrasone flowmeter

1. Eén sensor voor meerdere vloeistoffen

Veel bedrijven hebben veranderende procesvoorwaarden en gebruiken verschillende vloeistoffen, zoals toevoegingen of oplosmiddelen. Omdat de ES-FLOW™-technologie vloeistofonafhankelijk is, is er geen herkalibratie of omrekening nodig bij verandering van vloeistof. Daarnaast kunnen ook niet-geleidende vloeistoffen, zoals demiwater, worden gemeten.

2. Eenvoudig schoon te maken en minder kans op verstopping

Schoonmaakprocessen zijn vaak tijdrovend. Door de rechte sensorbuis zonder loze ruimte is de kans dat deeltjes het instrument verstoppen kleiner. Het schoonmaken duurt slechts enkele minuten, waardoor de uitvaltijd kort is.

3. Ongevoelig voor trillingen

Ultrasone meting is ongevoelig voor trillingen, omdat de meting niet afhankelijk is van frequenties of rotaties. Het maakt ook niet uit of de stroming laminair of turbulent is.

4. Geïntegreerde PID-regelaar en snelle respons

De ingebouwde PID-regelaar kan worden gebruikt om een regelventiel of -pomp aan te drijven, waardoor de gebruiker een volledige, compacte regelkring met een snelle responstijd kan instellen.

  • Bekijk hier de video van de ES-FLOW

Ultrasone technologie bij uitstek geschikt om smaken aan zoetwaren toe te voegen

Ultrasone technologie bij uitstek geschikt om smaken aan zoetwaren toe te voegen

Erwin Eekelder
Cover Image

Nu de vraag naar natuurlijke en gezondere ingrediënten toeneemt (zoals de vraag naar snoepgoed met vitamines), vervangen producenten van chocola en zoetwaren de bestaande kunstmatige smaken, aroma's en kleuren steeds vaker door natuurlijke additieven. Maar omdat deze additieven duurder zijn en verschillende vloeistoffen verschillende eigenschappen hebben (bijv. qua dichtheid en viscositeit) is hiervoor een bijzonder nauwkeurige technologie nodig, mede omdat die additieven traceerbaar moeten zijn.

De gewenste flowoplossing moet dan ook niet alleen uitgebreide procesinformatie verschaffen, maar ook voor efficiëntere productielijnen, een betere productconsistentie en meer kwaliteit in het totale proces zorgen. Tegen die achtergrond hebben wij een ultrasone flowmeter voor kleine volumeflows ontwikkeld onder de naam ES-FLOW.

Markt voor zoetwaren

Naar verwachting zal de zoetwarensector in 2025 wereldwijd gegroeid zijn tot een omvang van $ 275 miljard; een bijzonder omvangrijke en lucratieve markt. Wat de detailhandelsomzet betreft, neemt Amerika de eerste plaats in, maar als de consumptie per hoofd van de bevolking wordt bekeken, lijken de Europese landen als winnaar uit de bus te komen. Duitsland kent de hoogste consumptie per inwoner (op basis van marktgegevens en schattingen van Euromonitor in 2016).

De producenten van zoetwaren zijn voortdurend op zoek naar nieuwe marktinformatie om het dagelijks leven van hun klanten nog aangenamer te maken. Om op de langetermijnbehoeften in deze markt in te spelen, zijn een duurzame toeleveringsketen, een verbetering van het welzijn van de consumenten en continue productinnovatie noodzakelijk.

Chocolade

Continue productieproces

Tegelijkertijd is er in de afgelopen jaren sowieso al sprake van meer aandacht voor continue productieprocessen, afvalpreventie, kortere uitvaltijden en meer flexibiliteit. Niet alleen in de voedingsmiddelensector, maar ook in de chemische sector.

Het gebruik van additieven (smaken, aroma's en kleuren) vereist dat er kleine debieten gemeten en gecontroleerd kunnen worden. Daarvoor zijn echter niet veel alternatieven beschikbaar. Tegenwoordig maken veel producenten van zoetwaren gebruik van doseerpompen en vertrouwen zij op een positieve verplaatsing van de additieven. Maar hoe kun je er zeker van zijn dat het gewenste volume ook daadwerkelijk is verplaatst? En was de pomp wel de hele tijd afdoende gevuld met vloeistof? Of is er (deels) ook sprake geweest van 'dry-running'?

Doseerpompen worden vaak gekalibreerd of ingesteld voor bepaalde vloeistoffen en debieten. Wanneer de omstandigheden in het productieproces veranderen of wanneer er op de fabricage van een ander product wordt overgeschakeld, moet er doorgaans opnieuw gekalibreerd worden. Dat kan tot lange uitvaltijden in het productieproces leiden. De ES-FLOW ultrasone volumeflowmeter beschikt over een geïntegreerde PID-regelaar om de pompen en kleppen aan te sturen. Hierdoor kan de gebruiker een volledig geautomatiseerd controlecircuit creëren met snelle responstijden.

Flow-metingen in real time en instellen van debieten van minder dan 1500 ml/min of zelfs 200 ml/min?

In nauwe samenwerking met TNO hebben wij een instrument ontwikkeld dat gebruik maakt van de Ultrasonic Wave Technology. Deze technologie wordt toegepast in onze ES-FLOW-lijn van ultrasone flow-meters voor het meten en regelen van vloeistofvolumedebieten tussen 4 tot 1500 ml/min onafhankelijk van de dichtheid, temperatuur en viscositeit van de vloeistof en met een nauwkeurigheid van 1% bij een snelheid van ± 1 ml/min.

Wil je meer weten over de Ultrasonic Wave Technology?

Lees dan ons blog: Een methode om lage vloeistof flows te meten met ultrasone golven.

Opnieuw kalibreren is niet nodig

Veel bedrijven hanteren uiteenlopende productieprocessen die aan verschillende voorwaarden moeten voldoen. Daarnaast gebruiken zij vaak meerdere vloeistoffen, zoals toevoegingen of oplosmiddelen. De ES-FLOW ultrasone volumeflowmeter is vloeistofonafhankelijk en er is dus geen nieuwe kalibratie nodig als er op een andere vloeistof overgeschakeld wordt. Daarnaast kunnen ook niet-geleidende vloeistoffen, zoals gedistilleerd water, demiwater of oplosmiddelen, worden gemeten. Bovendien wordt de sensor niet beïnvloed door trillingen in de omgeving.

Hygiënisch ontwerp

Het instrument is ontworpen op basis van strenge hygiënische normen met een zelfreinigende, rechte sensorbuis met een oppervlakteruwheid van ≤ 0,8 µm en geen loze ruimte. Dat betekent dat deeltjes of bacteriën vrijwel geen kans krijgen om de sensorbuis te verontreinigen. Het schoonmaken vergt dan ook maar een paar minuten waardoor de uitvaltijd minimaal is.

Bekijk de video voor meer informatie over de werking van de ES-FLOW ultrasone volumeflowmeter voor bijzonder kleine vloeistofdebieten:

Lees meer over de Pilot Series Process voor de ES-FLOW ultrasone volumeflow-meter op de blog van onze Engelse collega's.