3.3.2 Ultraschallstreuverfahren zur Charakterisierung von Dispersionen mit hohem Partikelanteil
- Event
- 16. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2012
2012-05-22 - 2012-05-23
Nürnberg, Germany - Chapter
- 3.3 Ultraschallmesstechnik
- Author(s)
- U. Hempel, S. Wöcke - IFAK Institut für Automation und Kommunikation e. V. Magdeburg, R. Weser, B. Wessely - Technische Universität Dresden, J. Auge - Hochschule Magdeburg-Stendal
- Pages
- 344 - 351
- DOI
- 10.5162/sensoren2012/3.3.2
- ISBN
- 978-3-9813484-0-8
- Price
- free
Abstract
Eine Reihe von Prozessen der Lebensmittelindustrie sowie verfahrenstechnische oder biotechnologische Anwendungen sind geprägt durch die Charakterisierung der Feststoffphase in hochkonzentrierten Dispersionen. So können die online bzw. inline gewonnenen Daten zur Partikelgrößenverteilung und -konzentration dazu beitragen, die verschiedenen Prozesse optimal zu steuern, Produktqualitäten gezielt zu steigern oder Anlagenverfügbarkeiten zu erhöhen. Exemplarische Vorgänge, wie die Emulgierung und (Nass-)Zerkleinerung, finden sich in industriell relevanten Applikatione,n wie der Herstellung von Lacken und Farben oder der Aufbereitung von Erz- und Klärschlämmen. In der Halbleiterfertigung ist das Monitoring von hochgefüllten Säge- und Schleifsuspensionen zur Qualitätssicherung des Herstellungsprozesses ein ebensolches Anwendungsfeld für Partikelmesstechniken.
Eine der etablierten Methoden basiert auf der akustischen Durchschallung der Dispersion und zeichnet sich durch eine schnelle, inline-fähige Arbeitsweise aus, die im Gegensatz zu optischen Methoden auch an hoch konzentrierten, opaken Proben ohne Verdünnung angewendet werden kann. Ferner ist die Ultraschall(US)-Technik auch unter rauen Prozessbedingungen einsetzbar und erlaubt den Einsatz in einem weiten Konzentrations- und Partikelgrößenbereich. Hierzu werden die US-Wandler häufig in einer sich gegenüberliegenden Sender-Empfänger-Anordnung positioniert (vgl. Bild 1) oder ein einzelner, in Sende- und Empfangsbetrieb umschaltbarer Wandler unter Ausnutzung eines Reflektors verwendet. Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, sowohl den Transmissions- als auch den Extinktionsanteil (Dämpfung) der mit der Dispersion wechselwirkenden Schallwelle zu bestimmen sowie Informationen zur Dimension, Größenverteilung und Konzentration der Teilchen in Suspensionen und Emulsionen abzuleiten. Aufgrund der erheblichen Schalldämpfung ist es jedoch bei hoch konzentrierten Stoffsystemen erforderlich, den Abstand zwischen Sende- und Empfangswandler hinreichend klein zu gestalten (0,5 mm – 2 mm), um ein noch auswertbares Messsignal zu erhalten. Dies führt bei Inline-Anwendungen häufig zu Verstopfungen innerhalb der Messstrecke (vor allem beim Vorhandensein einzelner großer Feststoffpartikel oder pastöser Medien), was die Zuverlässigkeit und die Akzeptanz der Messeinrichtung bei den Anwendern einschränkt.