Hoppe, N: Ultraschall-Dichtesensor

Diese Arbeit präsentiert die Entwicklung eines Ultraschall-Dichtesensors für Flüssigkeiten. Der Dichtesensor besteht neben einem Mess- aus einem zusätzlichen Referenzpfad. Auf der Basis der Analyse der Übertragungsfunktion der Piezokeramik und des Schallfeldes des Referenzpfades wurde eine optimierte Geometrie entwickelt. Bei dieser Geometrie besteht ein besonders hohes Signal-Rausch-Verhältnis in einem bestimmten Messfenster. Eine Dichtebestimmung mit einem maximalen Fehler von 0.2%, ohne flüssigkeitsspezifische Kalibrierung, wird hierdurch möglich. Die digitale Erfassung des gesamten Empfangssignals und eine digitale Signalverarbeitung ermöglichen die Nutzung neuer Amplituden- und Laufzeitmessverfahren.Für dünne Ablagerungen auf der Sensoroberfläche und Streukörper im zu untersuchenden Medium wie Gasblasen oder Feststoffpartikel wurden charakteristische Zusammenhänge bestimmt. Ablagerungen können erkannt und bei bekanntem Ablagerungsmaterial deren Einfluss auf die Messung korrigiert werden. Streukörper wurden theoretisch und experimentell untersucht. Gasblasen haben durch die entwickelten und patentierten Signaldetektionsverfahren keinen signifikanten Einfluss auf die Dichtemessung und sind zusätzlich detektierbar. Feststoffpartikel können die Messung stören. Diese sind ebenfalls detektierbar und eine Minimierung des Feststoffeinflusses ist möglich. Zur Realisierung der digitalen Signalverarbeitung ist eine DSP-gesteuerte Sensor-Interfaceelektronik entwickelt worden.