Durchflussmessung in der Lebensmittelindustrie Ultraschall für's Gelato misst Volumenströme

Stabilisatoren verhindern die unschöne Eiskristallbildung und sorgen für bessere Schmelzeigenschaften des Speiseeises. Emulgatoren binden Fett- und wässrige Bestandteile für eine gleichmäßige, homogene Textur. Aromen sorgen für den unvergesslichen, süßen Geschmack. Und Farbstoffe dafür, dass das Eis auf uns so ansprechend wirkt: Das Auge isst ja bekanntlich mit. Die Eisproduktion ist nur ein kleiner Sektor in der Lebensmittelbranche, der Zusatzstoffe während des Herstellungsprozesses in kleinen Mengen einsetzt. Und die Lebensmittelbranche ist wiederum nur einer von vielen Märkten, in denen Zusatzstoffe unabdingbar sind.

Zugleich ist insbesondere in der chemischen Industrie, in der Lebensmittel- und Pharmabranche in den letzten Jahren ein Trend Richtung kontinuierlichem Produktionsprozess, Vermeidung von Abfällen, geringere Standzeiten und höhere Flexibilität zu beobachten. Für die Verwendung von Additiven, Katalysatoren und Co. bedingt dies die Messung und Regelung kleiner Durchflüsse. Herkömmliche Ultraschall-Durchflussmesser arbeiten entweder auf Basis des Doppler-Effekts oder über eine Transitzeit-Messmethode. Beides ist für große Rohrquerschnitte geeignet; die Methoden stoßen bei kleineren Durchmessern jedoch an ihre Grenzen.

Toleranz von einem Prozent

In enger Zusammenarbeit mit der TNO (Niederländische Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung) hat Bronkhorst einen Ultraschall-Durchflussmesser namens ES-FLOW entwickelt. Die Serie misst Volumenströme von Flüssigkeiten zwischen vier und 1.500 ml/min – unabhängig von Dichte, Temperatur und Viskosität – mit einer Toleranz von einem Prozent.

Die Messung erfolgt in einem geraden Edelstahlrohr mit einem Innendurchmesser von 1,3 mm – ohne Hindernisse oder Totvolumina. An der Außenseite befinden sich mehrere Ultraschall-Sensoren (Transducer Discs), die durch radiale Oszillation Ultraschallwellen erzeugen. Jeder Messumformer kann senden und empfangen, alle Up- und Downstream-Kombinationen werden folglich aufgezeichnet und verarbeitet. Durch genaues Messen der Zeitdifferenz zwischen den Aufnahmen (im Nanosekundenbereich) werden die Strömungs- und Schallgeschwindigkeit berechnet. Bei Kenntnis dieser Parameter und des Rohrquerschnitts ist der Ultraschall-Durchflussmesser in der Lage, Flüssigkeitsvolumen zu messen.

Rekalibrierung ist unnötig

Der Durchflussmesser ist fluidunabhängig. Viele Unternehmen haben wechselnde Prozessbedingungen und nutzen verschiedene Flüssigkeiten wie Additive oder Lösungsmittel. Bei einem Wechsel ist somit keine Rekalibrierung nötig. Auch nicht-leitfähige Flüssigkeiten wie destilliertes und demineralisiertes Wasser oder Lösemittel können gemessen werden. Zudem ist der Sensor aufgrund der Ultraschall-Technologie unempfindlich gegenüber Vibrationen.

Weiter können sich Partikel und Verschmutzungen nur schlecht ablagern und das Rohr verstopfen, da der Sensor gerade und ohne Totvolumina designt wurde. Der Reinigungsprozess dauert folglich nur wenige Minuten, Ausfallzeiten reduzieren so auf ein Mindestmaß. Außerdem verfügt der ES-FLOW über eine integrierte PID-Regelung, mit der Pumpen und Ventile gesteuert werden können. Der Anwender ist damit in der Lage, einen kompletten Regelkreis mit kurzen Reaktionszeiten aufzubauen.