Entwicklung eines Ultraschallsensorsystems zur Konzentrationsbestimmung gelöster Stoffe in Flüssigkeitsdispersionen (KonDispUS); Teilprojekt: Entwicklung des ultraschallbasierten Multisensorkonzepts für Konzentrationsmessung in Flüssigkeitsdispersionen, Datenanalyse

Mit Ultraschall kann in homogenen Flüssigkeiten die Konzentration gelöster Stoffe, wie z. B. Zucker, über die Schallgeschwindigkeit bestimmt werden. In heterogenen Flüssigkeiten können Partikel, Tröpfchen oder
Gasblasen über die 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. reduziert. Der Einsatz von Ultraschall zur Konzentrationsmessung von gelösten Stoffen ist daher bisher auf relativ klare Medien beschränkt. Ziel des
Projektes KonDispUS ist die Entwicklung eines Multisensorsystems, das die Konzentration von gelösten Stoffen in Flüssigkeiten trotz Luftblasen, Partikel oder Schichtablagerungen am Sensor zuverlässig
quantifizieren kann. Aufgabe des ISAT ist die Entwicklung einer neuartige Ultraschallsensorkonfiguration basierend auf der Nutzung mehrerer Signalwege und Frequenzen zur Durchschallung der Flüssigkeit und
deren Erprobung im Labormaßstab. Der Vorteil des Multisensorsystems liegt darin, dass durch Anregung und Auswertung verschiedener Ultraschallmoden und Verwendung unterschiedlicher Frequenzen eine
Vielzahl von Informationen über die Zusammensetzung des dispersen Mediums und Einflussgrößen erfasst werden können. Darüber hinaus entwickelt das ISAT Algorithmen zur Auswertung der Schallsignale (u.a.,
Dämpfung, Auslöschung bestimmter Frequenzbereiche im Frequenzspektrum, akustische Dispersionseffekte). Das im Projekt zu entwickelnde Multisensorsystem ermöglicht erstmals die Konzentrationsbestimmung von gelösten Stoffen in Gegenwart von Schwebstoffen, Tröpfchen oder Gasblasen. V.a. in Anlagen der Getränkeindustrie, die in Deutschland einen Jahresumsatz von 21Milliarden Euro erwirtschaftet, sind Flüssigkeiten mit solchen Bestandteilen eher die Regel als die Ausnahme. Ferner kann das Multisensorsystem in der Pharma- und Chemieindustrie eingesetzt werden.