Multivariabele debietmeter maakt verhoogde procescontrole mogelijk

De voedingsindustrie gebruikt debietmeters voor het nauwkeurig meten van fluida (gassen, dampen, vloeistoffen) in leidingen en opslag- en doseertanks. Deze metingen vormen de basis voor een procesmonitoring met het oog op gegarandeerd kwalitatieve en veilige producten. Multivariabele debietmeters meten ook andere kwaliteitsgerelateerde parameters (bv. temperatuur, druk, geleidbaarheid) die helpen om de meetnauwkeurigheid verder te verhogen.

Functies van debietmeter

Nauwkeurig doseren

Debietmeters worden gebruikt om grondstoffen nauwkeurig te doseren alvorens deze volgens de receptuur te vermengen; en om eindproducten af te vullen.

Ze helpen dus in verschillende processtappen om hierover inzicht en controle te krijgen. 

Afhankelijk van de meetresultaten die naar het bovenliggende controlesysteem worden verstuurd, kan het proces indien nodig – al dan niet automatisch – worden bijgeregeld, door middel van kleppen.

Verbruik monitoren

Daarnaast worden debietmeters ook steeds vaker ingezet om het verbruik te monitoren en eventuele lekken op te sporen bij utilities – koel- en afvalwater, stoom, perslucht, CO₂, CIP-vloeistoffen...

Ook dienen ze om de hoeveelheid geleverde grondstof en afgevuld eindproduct te monitoren, als input of check voor de facturatie.

Volumetrisch of massa

Afhankelijk van het medium en zijn karakteristieken in functie van een wijzigende druk en temperatuur, wordt ofwel het volume of de massa per tijdseenheid gemeten. Dit wordt dan uitgedrukt in m³/h, l/min; of in kg/h, kg/min, g/s ...

Werkingsprincipes

De meting kan gebeuren op basis van verschillende technologieën, elk met eigen voor- en nadelen en toepassingen. In wat volgt, bespreken we de meest gebruikte werkingsprincipes in de levensmiddelenindustrie.

Elektromagnetisch

Het elektromagnetische type debietmeter wordt hier veruit het vaakst toegepast; met een breed diameterbereik (mm - m). Ze meten erg nauwkeurig, hebben geen slijtagegevoelige bewegende onderdelen, werken in beide stroomrichtingen en veroorzaken geen drukval (afwezigheid van vernauwingen in de pijpleiding).  

Hun meetprincipe is gebaseerd op de wet van Faraday: een geleider die doorheen een magnetisch veld passeert, genereert een zekere spanning. De gemeten spanning kan worden omgerekend naar de snelheid (m/s), en door die te vermenigvuldigen met de doorsnede-oppervlakte (m²) verkrijg je het volumedebiet (m³/s). 

Een vereiste is dat het hier om een geleidende vloeistof gaat (water, melk, sauzen, chemicaliën ...), die contact maakt met de meetelektroden. Ook weinig geleidende vloeistoffen (vanaf 5 µS/cm) zijn tegenwoordig te meten met een elektromagnetische flowmeter. Dit principe kan echter niet worden ingezet bij olie, gassen, stoom of gedemineraliseerd water.

Een extra functionaliteit is de geleidbaarheidsmeting, wat handig is bij de concentratiebepaling van CIP-vloeistoffen. Voorts is er ook de empty pipe detection, waarbij de elektroden detecteren of de leiding al dan niet volledig gevuld is. Ook dit is handig bij het CIP-proces, om zich ervan te vergewissen dat het volledige leidingoppervlak gereinigd wordt.   

Debietmeters kunnen worden aangewend voor kwantitatieve én kwalitatieve metingen

Coriolis

Het principe van de coriolismeter berust op het corioliseffect, zoals dit destijds werd vastgesteld door de gelijknamige wetenschapper. Daarbij wijzigt de resonantiefrequentie van de (parallelle), oscillerende pijpvernauwing(en), afhankelijk van de vloeistof of het gas dat hier doorheen passeert. Hieruit kunnen dan de snelheid en het volume- of massadebiet van dit medium worden afgeleid.  

Deze technologie onderscheidt zich door de erg hoge nauwkeurigheid, waardoor deze meters ideaal zijn voor doseer- of afvultaken.

Naast het debiet, kunnen hiermee ook de temperatuur, densiteit en viscositeit bidirectioneel worden gemeten. Voorts kunnen dan ook de Brix- of Plato-waarde van vloeistoffen worden bepaald, wat belangrijke kwaliteitsparameters zijn in de drankenindustrie.

Nadelen zijn de beperkte afmetingen en de hoge kostprijs, door de complexe opbouw. Bovendien veroorzaakt deze meter een druk- en snelheidsverlies over het meetpunt, wat gepaard gaat met een zeker energieverbruik om dit te overbruggen. Hiertegenover staat dat er geen rechte leidingstukken nodig zijn net voor en na het meettoestel, wat bij elektromagnetische meters doorgaans wél het geval is. 

Vortex

Vortexmeters bevatten een intern obstakel dat wervelingen veroorzaakt. Een piëzo-element meet de frequentie van de wervelingen, waaruit vervolgens de snelheid en het debiet van het medium kunnen worden bepaald.

Ook dit is een multivariabele meter, die daarnaast ook de de druk en temperatuur kan meten. Los van de extra info die dit oplevert, biedt de combinatie in één meettoestel voordelen naar gebruiksgemak, tijdswinst, kosten en ook nauwkeurigheid toe, omdat zo de foutenmarge van elk apart toestel gereduceerd wordt. 

Hun specifieke design maakt evenwel dat het geen hygiënische meters zijn, waardoor ze niet worden gebruikt voor rechtstreekse voedingstoepassingen.

Ze worden daarentegen wel gebruikt bij stoom, gassen en ook niet-geleidende vloeistoffen, en vormen daarmee een perfecte aanvulling op de eerder vermelde technologieën. Ze kunnen echter niet worden ingezet voor hoogvisceuze vloeistoffen, waar de beoogde wervelingen zullen uitblijven. Ook vaste partikels in vloeistoffen zijn uit den boze, omdat die het obstakel zouden kunnen beschadigen.

Deze meettoestellen zijn minder nauwkeurig, hebben een beperkte dimensionering en kunnen door hun werkingsprincipe maar in één stroomrichting worden gebruikt. Een handigheid bij stoom is dat ze de fractie aan droge of natte stoom kunnen achterhalen, wat een maat is voor de warmte-overdrachtscoëfficiënt hiervan. Bovendien vervullen de meters dan ook een alarmfunctie tegen een eventuele beschadiging door natte stoom. 

Multivariabele meettoestellen bieden voordelen naar gebruiksgemak, kosten en nauwkeurigheid toe

Ultrasoon

De doorlooptijd van ultrasone golven die doorheen de vloeistof of het gas worden gestuurd, ligt hier aan de basis van de debietmeting. Het grote voordeel van deze meettoestellen is dat ze niet alleen 'in-line' kunnen worden gebruikt, maar ook in de 'clamp-on'-opstelling; met klemmen gemonteerd óp de pijpleiding. Zo kunnen ze dus mobiel worden ingezet, voor sporadische checks op verschillende meetpunten.

Dit zijn hygiënische oplossingen, die niet in contact komen met de productiestromen. Toch worden deze toestellen maar weinig toegepast in de voedingsindustrie, wat vooral te wijten is aan de lagere nauwkeurigheid en de hogere kostprijs.

DIFFERENTIAALdruk

Bij dit laatste meetprincipe wordt het drukverschil gemeten vóór en na een obstructie, wat in rechtstreeks verband staat met de snelheid. Deze meettoestellen worden net zoals vortexmeters vooral voor utilities toegepast, omwille van de mindere reinigbaarheid door de aanwezigheid van het element in het toestel. 

Digitalisering
De digitalisering heeft zich ook in dit domein van de meet- en regeltechniek doorgezet. Dankzij de connectiviteit (Industrial Internet of Things), zijn niet alleen de meetgegevens altijd en overal beschikbaar, maar ook certificaten, info over spare parts ... Dit biedt ook mogelijkheden naar de diagnose en verificatie van de meettoestellen toe, waarbij de elektronica gecontroleerd wordt. Hierdoor kan het kalibratie-interval dan worden verlengd. 

Met medewerking van Endress+Hauser, Krohne en Siemens