Vergleich von Ultraschall-Konzentrations-Messverfahren zu anderen  Dichtemessverfahren (Coriolis, Leitfähigkeit, pH-Wert, Refraktometer)

Die Konzentration einer Flüssigkeit läßt sich mit verschiedenen Messverfahren bestimmen:

• Schallgeschwindigkeits-Analysatoren
• Coriolis-Dichtemesser
• Biegeschwinger-Dichtemesser
• pH-Wert-Messgeräte
• Refraktometer

Jedes dieser Messgeräte oder Messverfahren weist Vor- und Nachteile gegenüber den anderen Verfahren auf

Coriolis-Massedurchflussmesser

Messverfahren

Die Phasenverschiebung eines durchströmten, schwingenden Rohres hängt über die Corioliskraft mit dem Massefluss der durchströmenden Flüssigkeit zusammen.

Verschiedene Hersteller von Coriolis-Massedurchflussmessern propagieren die Eignung ihrer Geräte zur Bestimmung der Dichte.

Coriolisdurchflussmesser sind jedoch konstruktiv auf die Erfassung der Phasenverschiebung des Schwingungssystems optimiert, während die Dichtemessung eine präzise Messung der Schwingfrequenz erfordert. Daher ist die erreichbare Genauigkeit in den meisten Fällen schlechter als +/- 5 bis +/-10% vom Messbereich.

Die Dichte- und Konzentrationsmessung ist daher nur bedingt möglich und vielen Nachteilen verbunden:

• hohe Empfindlichkeit bei Gasblasen und Sedimenten
• Es erfolgt eine Temperaturkompensation des Gerätes, aber nicht der Dichteberechnung.
• Die Dichtekalibrierung ist nur werksseitig möglich
• Hoher Installationsaufwand bei größeren Nennweiten
• Interne Reduzierung der Nennweite, daher hoher Druckabfall und Verschmutzungsempfindlichkeit

Ein konkreten Vergleich zwischen einem LiquiSonic System und einem Massedurchflussmesser können sie downloaden: LSM019

Biegeschwinger

Messverfahren

Das Biegeschwingerprinzip ist ein im Laborbereich bewährtes Verfahren zur Dichtemessung und nutzt die Abhängigkeit der Schwingfrequenz eines durchströmten Rohres von der Dichte der durchströmenden Flüssigkeit.

Bei Prozessanwendungen stößt diese Methode jedoch auf Grenzen:

• Nur im by-pass einsetzbar, maximale Nennweite beträgt typisch 12mm
• Der Biegeschwinger ist druckempfindlich und druckstossempfindlich
• Keine Tauchsensoren realisierbar
• hohe Empfindlichkeit bei Gasblasen und Sedimenten

Leitfähigkeit

Messverfahren

Die Leitfähigkeit einer Flüssigkeit ist abhängig von der Konzentration und der Aktivität der elektrisch leitenden Ionen in dieser Flüssigkeit.

Die (induktive) Leitfähigkeitmessung ist daher ein preisgünstiges Verfahren zur Konzentrationsmessung, weist jedoch folgende Nachteile auf:

• Die Aktivität und damit die Leitfähigkeit der Ionen ist stark temperaturabhängig (bis zu 3% je °C)
• Die Aktivität wird stark durch Verschmutzungen, Komplexbildungen, Hydrathüllen etc. beeinflusst
• Das Verfahren ist prinzipbedingt nur bei Messaufgaben in anorganischen Medien einsetzbar

pH-Wert

Messverfahren

Die Bestimmung des pH-Wertes ist ein aus dem Labor übernommenes Verfahren zur indirekten Ermittlung von Konzentration oder Dichte.

Dem Vorteil des niedrigen Preises für die verwendeten Sensoren stehen jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen gegenüber:

• Direkter Kontakt der Membran zum Prozess notwendig
• Schlechte Drifteigenschaften erfordern einen laufenden Kalibrieraufwand sowie aufwendige und teure Armaturen- und Probennahmetechnik
• Hohe Drift erfordert laufenden Kalibrieraufwand und aufwendige und teure Armaturen- und Probennahmetechnik
• In typischen Konzentrationsmessbereichen von größer 1%wt nicht mehr einsetzbar
• pH-Sensoren werden aus Glas gefertigt. Aufgrund der Bruchempfindlichkeit ist ihr Einsatz im bestimmten Branchen kritisch (Lebensmittel, Pharma)

Brechungsindex

Messverfahren

Die Bestimmung des Grenzwinkels der Totalreflexion (Brechungsindex) ist ein aus dem Labor übernommenes Verfahren zur Ermittlung von Konzentration oder Dichte über Kalibrierkurven.

Der Brechungsindex wird am optischen Fenster bestimmt. Daraus ergeben sich für Prozessgeräte eine ganze Reihe von Nachteilen:

• Ablagerungen auf dem Fenster erzeugen eine Drift der Messwerte oder verhindern die Messung.
• Optische Fenster benötigen eine Dichtung oder Klebung die von korrosiven Prozessflüssigkeiten angegriffen werden kann.
• Teile der Elektronik (CCD-Zeile) benötigen eine Peltierkühlung, dadurch ergibt sich eine eingeschränkte Lebensdauer.
• Der Brechungsindex ist von der Wellenlänge des Lichtes abhängig
• Brechungsindexwerte aus der Literatur oder eines Hand- bzw. Laborrefraktometers können nicht für Prozessgeräte übernommen werden