Technologische und algorithmische Verbesserung von Ultraschallverfahren zur eingriffsfreien Füllstandsmessung unter schwierigen Prozessbedingungen (TILT)

Problemstellung
Für die Überwachung von Produktionsprozessen, beispielsweise in der chemischen, der Lebensmittel- und der Pharmaindustrie, sind Sensorsysteme zur Erfassung von Durchflussmengen und Füllständen von Flüssigkeiten von grundlegender Bedeutung. Ultraschall-basierte Messverfahren gewinnen durch die einfache Handhabung zunehmende Marktrelevanz. Die Verfahren sind jedoch bislang meist invasiv, d.h. sie müssen in der Flüssigkeit messen, die oftmals chemisch aggressiv ist. Die sogenannte Clamp-on-Technologie, bei der die Messung durch Ultraschall von außen an der Behälterwand erfolgt, bietet dabei grundlegende Vorteile: Die Messung muss nicht im aggressiven Medium erfolgen und ein direkter Eingriff in den Behälter kann unterbleiben, da die Schallwandler lediglich von außen angebracht werden. Trotzdem kann diese Methode auf Grund anlagen- und verfahrensbedingter Probleme, wie z. B. Einschallung unter Fehlwinkeln und Entstehung störender Schallanteile in Behälterwänden, in der Praxis derzeit kaum eingesetzt werden.

Projektziele und Vorgehensweise
Zielstellung des Forschungsvorhabens TILT ist es daher, die Ultraschall-basierte Füllstandmessung durch Nutzung leistungsfähiger Sensoren, selbstkalibrierender Installationen und eines integrierten Datenmanagements grundlegend zu verbessern. Die Messsysteme sollen vielfältig einsetzbar, zuverlässig sowie nutzerfreundlich sein.
Erreicht werden soll dies durch die Verwendung von Gruppenstrahlern mit einigen wenigen kostengünstigen Schallwandlern. Das Abstrahl und Empfangsverhalten des Systems soll sich durch eine Kombination von intelligenten Algorithmen automatisch an die gängigen Verhältnisse einer Industrieumgebung anpassen. Die Sensoren werden zusätzlich mit einem zentralen Datenbankserver verknüpft. Dies gewährleistet den Aufbau und die langfristige Nutzbarmachung von Expertenwissen in einer Applikationsdatenbank. Dadurch lässt sich die Störanfälligkeit gegenüber wechselnden Medien und Reflexionen an den Behälterwandungen weiter reduzieren. Ein prototypischer Aufbau und die Inbetriebnahme eines Prüfstandes runden die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ab. Eine Erprobung des Gesamtsystems an industriellen Anlagen bildet den Abschluß.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Deutlich variablere Einbaumöglichkeiten der neuartigen Sensortechnologie gepaart mit großer Flexibilität sollen zukünftig eine erheblich größere Einsatzvielfalt der Clamp-on-Technologie ermöglichen. Der Mehrwert durch leistungsstarke Sensoren, selbstkalibrierende Installationen und integriertes Datenmanagement wird im industriellen Einsatz zu erweiterten Anwendungsmöglichkeiten und neuen Geschäftsfeldern, wie z. B. im Anlagen- und Behälterbau, führen.

• AW-SYSTEMS GmbH
• Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
• SONOTEC GmbH