KMU-innovativ Entwicklung eines Ultraschallsensorsystems zur Konzentrationsbestimmung echter gelöster Stoffe in Flüssigdispersionen (KonDispUS)

Problemstellung
Mit Ultraschall lässt sich in homogenen Flüssigkeiten die Konzentration gelöster Stoffe, wie beispielsweise Zucker, über die Schallgeschwindigkeit bestimmen. In heterogenen Flüssigkeiten können zwar Partikel, Tröpfchen oder Gasblasen über Schalldämpfung detektiert werden. Eine Herausforderung besteht derzeit noch darin, die Konzentration gelöster Stoffe in Gegenwart dieser Partikel oder auch Schichtablagerungen am Sensor zu bestimmen, da die Schalldämpfung das Signal verfälscht bzw. verringert. Der Einsatz von Ultraschall zur Konzentrationsmessung von gelösten Stoffen ist daher bisher auf verhältnismäßig klare Lösungen beschränkt.

Zielsetzung
Ziel des KMU-i Forschungsprojekts KonDispUS ist die Entwicklung eines Multisensorsystems, welches die Konzentration von gelösten Stoffen in Flüssigkeiten trotz Luftblasen, Partikel oder Schichtablagerungen am Sensor zuverlässig quantifizieren kann. Dazu wird einerseits ein Sensor konzipiert, der den ausgesendeten Ultraschall variiert, um Störungen zu reduzieren. Andererseits werden Algorithmen zur komplexen Signalauswertung entwickelt.

Vorgehensweise
Im Projekt werden zunächst die Ultraschall-Signalqualitäten in Flüssigkeitsdispersionen mit bestehender Sensorik erforscht. Parallel dazu ist ein Sensorkonzept zur Konzentrationsbestimmung von in solchen Medien gelösten Stoffen zu erarbeiten und zu erproben. Anschließend wird das neue Multisensorsystem hard- und softwareseitig entwickelt und gefertigt. Mit dem System lassen sich Sensorrohdaten in verschiedenen Flüssigkeitsdispersionen generieren und einer umfassenden Datenanalyse unterziehen. Danach erfolgt die Integration der auf diese Weise ermittelten Algorithmen in das Multisensorsystem. Zur experimentellen Erprobung werden abschließend Modelldispersionen im Versuchsstand sowie reale Flüssigkeiten in bestehenden Anlagen untersucht. Auf Basis der erzielten Ergebnisse kann die Datenauswertung optimiert werden.

Ergebnisse und Anwendungspotential
Das im Vorhaben zu entwickelnde Multisensorsystem ermöglicht erstmals die Konzentrationsbestimmung von gelösten Stoffen in Gegenwart von Schwebstoffen, Tröpfchen oder Gasblasen. Besonders in Anlagen der Getränkeindustrie, die allein in Deutschland einen jährlichen Umsatz von 21 Mrd. Euro erwirtschaftet, sind Flüssigkeiten mit solchen Bestandteilen mehr die Regel als die Ausnahme. Darüber hinaus kann das Multisensorsystem in der Pharma- und Chemieindustrie eingesetzt werden.

• Centec GmbH
• Hochschule für angewandte Wissenschaften Coburg