Ultraschallsensorik So lassen sich die Flüssigkeitszufuhren ohne Luftblasen lautlos und ganz exakt dosieren

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Ultraschallsensoren zur berührungslosen Durchflussmessung und Luftblasendetektion kommen beispielsweise in Abfüll-, Dosier- und Mischsystemen, in Lackieranlagen sowie bei Klebeprozessen zum Einsatz. Dort sorgen die flexiblen und präzisen Sensoren für eine korrekte Fließgeschwindigkeit und reibungslose Funktion.

Firmen zum Thema

Ultraschallsensoren wie der Sonoflow CO.55 gewährleisten eine korrekte Dosierung und Fließgeschwindigkeit.
Ultraschallsensoren wie der Sonoflow CO.55 gewährleisten eine korrekte Dosierung und Fließgeschwindigkeit.
(Bild: Sonotec)

In der Industrie übernehmen zunehmend automatisch gesteuerte Anlagen und Handlingroboter Präzisionsaufgaben wie die sterile Abfüllung und Dosierung von Flüssigkeiten. Auch Mischprozesse sind heute automatisiert. Die falsche Menge, zu schnelle oder langsame Fließgeschwindigkeiten sowie Luftblasen im Medium können bei solchen Abläufen zu schwerwiegenden Fehlern und Produktionsausfällen führen.

Die Folge: Die Produktionskosten klettern in die Höhe. Eine präzise, zuverlässige Durchflussmessung und Luftblasendetektion kann hier einen wertvollen Beitrag zur störungsfreien Produktion leisten und zur Kostensenkung beitragen.

Bildergalerie

Luftblasendetektion per Ultraschall

In vielen industriellen Bereichen kommen beispielsweise modernste Klebetechniken zum Einsatz. Ist hier eine Dichtspur nicht vollständig aufgebracht, weil im automatisch dosierten Klebstoff Luftblasen enthalten sind, ist im schlimmsten Fall die gesamte Klebung hinfällig. Um das zu vermeiden, ist der Einsatz von Ultraschallsensoren zur berührungslosen Luftblasendetektion sinnvoll. Diese erkennen schnell und zuverlässig Blasen in flüssigkeitsdurchströmten Schläuchen und Messkammern.

Die intelligenten Sensoren erlauben sowohl die Flüssigkeitsüberwachung als auch die Nass-Trocken-Meldung und werden zudem zur Füllstandkontrolle und Alarmierung am Ende des Produktionsprozesses eingesetzt. „Man kann den Füllstand von Flüssigkeitsbehältern von außen überwachen. Doch die Installation eines Luftblasendetektors am Flüssigkeitsauslass hat gleich zwei Vorteile: Er stellt sicher, dass die Flüssigkeit frei von Luft- oder Gasblasen ist, und kontrolliert den Füllstand. Denn wenn der Behälter leer ist, strömt nur noch Luft – also eine Endlosblase – am Sensor vorbei“, erklärt Peter Ködderitzsch, zuständig für den Vertrieb bei Sonotec.

Die Spezialisten des Hallenser Unternehmens entwickeln und produzieren Ultraschallsensoren zur Luftblasenerkennung für den Einsatz in der chemischen Industrie. Diese Sensoren schicken ein analoges Signal durch den zu überwachenden Schlauch an den gegenüberliegenden Empfänger. Befindet sich eine Luft- oder Gasblase im Schlauch, wird das Ultraschallsignal an der Grenzschicht zwischen Luft und Flüssigkeit reflektiert. Dies sorgt dafür, dass am Empfänger ein deutlich schwächeres oder auch gar kein Signal mehr ankommt. Ein Mikroprozessor wertet die Amplitude des am Empfänger eingehenden Ultraschallimpulses aus und sendet ein definiertes Signal an das angeschlossene Gerät. Je nach Anwendung reagiert das Gerät auf das Signal und gibt eine Warnmeldung aus.

Prinzip Trockenkopplung: über Monate zuverlässig

Die berührungslose Detektion und die kompakte Bauform der Sensoren bilden die Grundvoraussetzung für hygienische und kontaminationsfreie Anwendungen. Der flüssigkeitsdurchströmte Schlauch wird einfach in den Sensor gelegt und das dreipolige Kabel an die Gerätesteuerung angeschlossen. Damit ist ein schneller, reibungsloser Wechsel garantiert. Ein Koppelmedium ist nicht erforderlich.

„Der Sensor arbeitet nach dem Prinzip der Trockenkopplung“, erläutert Peter Ködderitzsch. „Das hat den Vorteil, dass der Schlauch auch über Monate im Detektor bleiben kann und dennoch absolut zuverlässige Messergebnisse liefert.“ Ein Koppelmedium wie Gel würde mit der Zeit austrocknen und dann zu Problemen führen.

Hohe Abtastraten und kurze Reaktionszeiten

Die Farbe des durch den Schlauch strömenden Mediums hat keinen Einfluss auf die Messung. Ebenso wenig die Arbeitstemperatur, solange sie im Bereich von +5 bis 60° C bleibt. Der Ultraschallsensor passt sich dynamisch variierenden akustischen Bedingungen problemlos an und gewährleistet so eine hohe Stabilität der Messwerte gegenüber schwankenden Umgebungsbedingungen.

Der Messzyklus der nicht-invasiven Sonocheck-Sensoren liegt bei 200 µs. Die Reaktionszeit beträgt typischerweise 1 ms. „Wie unsere Kunden bestätigen, erkennen unsere Sensoren sogar Luftblasen mit einem Volumen von kleiner 2 µl. Wir garantieren auf jeden Fall die Detektion von Blasen mit einer Mindestgröße von 1/3 des Schlauchinnendurchmessers“, sagt Peter Ködderitzsch. Beträgt also der Innendurchmesser des Schlauches beispielsweise 4,9 mm, erkennt der Sensor Blasen ab einem Volumen von 5 µl bei einem Durchfluss von 1 bis 1.000 ml/min.

Die Luftblasendetektoren verfügen über einen anwenderspezifisch programmierbaren Mikrocontroller mit erweiterbaren Funktionalitäten wie beispielsweise Fail-Safe und serielle Kommunikation. Ihre Bauform ist abhängig von Schlauchdurchmesser und -material sowie unter Umständen vom durchströmenden Medium. Ein weiterer großer Vorteil der Sensoren ist ihre freie Parametrierbarkeit: Sie lassen sich individuell anpassen an Sicherheitsroutinen, Spannungsversorgung oder Signalausgänge.

(ID:37961520)