Töltsön magának egy kávét egy automatából, csapoljon egy sört, vagy töltsön meg egy palackot egy vízadagolónál – jó eséllyel valahol a háttérben éppen egy áramlásmérő végezte a dolgát. Ezek a kis érzékelők pontosan nyomon követik, mennyi folyadék halad át egy rendszeren, az élelmiszer- és italgyártásban pedig ez fontosabb, mint azt a legtöbben gondolnák. Ha a mérés nem pontos, az egyenetlen minőségű italokhoz, elpazarolt termékhez vagy – ami még rosszabb – olyan higiéniai problémához vezethet, amelyet senki sem szeretne egy egészségügyi ellenőrnek megmagyarázni.
Ez a cikk bemutatja, hogyan működnek valójában az áramlásmérők, hol találkozhatunk velük az élelmiszer- és italiparban, valamint milyen más mérési technológiák versengenek ugyanazért a feladatért. A végére megérti, miért váltak az ultrahangos áramlásmérők – különösen az Allengra érzékelőiben alkalmazott time-of-flight elv – a higiénikus, élelmiszeripari alkalmazások első számú választásává.
Hogyan működnek az áramlásmérők?
Nem minden áramlásmérő működik ugyanúgy, de az élelmiszer- és italipari felhasználásra legalkalmasabb típusok az úgynevezett time-of-flight ultrahangos mérési módszert alkalmazzák.
Képzeljen el két, az áramlási útvonal két ellentétes végén elhelyezett kis ultrahangos jelátalakítót: az egyik az áramlás irányában, a másik azzal szemben helyezkedik el. Mindkét jelátalakító képes hanghullámok kibocsátására és fogadására. A folyamat a következő:
Az áramlás előtti jelátalakító hanghullámot bocsát ki, amely a folyadék áramlásának irányában halad, a lejjebb elhelyezkedő érzékelő felé.
Az áramlás utáni jelátalakító hanghullámot bocsát vissza, az áramlással szemben, az előrébb elhelyezkedő érzékelő felé.
Mindkét hullám menetidejét megmérik. Az áramlással együtt haladó hullám gyorsabban érkezik meg (t1), míg az áramlással szemben haladó valamivel tovább tart (t2).
Ez a különbség – hogy t1 rövidebb t2-nél – jelzi az érzékelő számára, milyen gyorsan és milyen irányban mozog a folyadék.
Mindez nem igényli, hogy az érzékelő érintkezzen a folyadékkal vagy befolyásolja annak áramlását. Mivel a mérés a folyadékkal való érintkezés nélkül történik, kevesebb alkatrész van kitéve a tejnek, szirupnak vagy sörmaradványoknak, amelyek baktériumokat hordozhatnak vagy idővel eltömődést okozhatnak – ez pedig minden élelmiszeripari környezetben fontos szempont.
Az ultrahangos áramlásmérőkben ráadásul nincsenek olyan mozgó alkatrészek, mint a lapátok vagy fogaskerekek, így a belső elemek nem kopnak és nem akadnak el. Az érzékelő felületén létrejövő mikrovibrációk enyhe öntisztító hatást fejtenek ki, ezért a mérő akkor is pontos marad, ha a folyadék nem tökéletesen tiszta. Az olyan italvezetékekben, ahol a szirup, a pép vagy az ásványi anyagok más berendezéseken lerakódhatnak, ez a szennyeződésekkel szembeni ellenállás jelentős előny.
A modern ultrahangos érzékelők nem csupán az áramlást számlálják. Az Allengra konstrukciói integrált hőmérséklet-érzékelést is tartalmaznak, 0,25 másodperc alatti válaszidővel (T09 < 0.25 sec), ami elég gyors ahhoz, hogy nyomon kövesse az eszpresszó felmelegedését az adagolás közben. Egyes modellek a vezetékben lévő gázbuborékokat is érzékelik – erről a cikk későbbi részében lesz szó.
Hol találhatók meg az áramlásmérők az élelmiszer- és italgyártásban?
Számos áramlásmérő mélyen egy ipari üzem belsejében rejtőzik. Sok másik azonban olyan berendezésekbe van beépítve, amelyeket közvetlenül használunk – az irodai kávégépektől az üzletek vízadagolóiig. A legfontosabb alkalmazások a következők.
Az automata kávégépek az egyik legjelentősebb felhasználási területet jelentik. Minden adaghoz pontos vízmennyiség szükséges, a víz pedig gyakran forráspont közeli hőmérsékletű, ezért az érzékelőnek a pontosságot és a hőterhelést egyaránt kezelnie kell. Itt különösen fontos a gyors hőmérséklet-válasz: egy hagyományos RTD-érzékelő nehezen követi a víz előkészítés közbeni gyors felmelegedését, míg egy nagy sebességű ultrahangos érzékelő valós időben képes nyomon követni azt. Az Allengra Micro Flow Meter 2nd Gen termékét kifejezetten ilyen alkalmazásokra tervezték: tömege kevesebb mint 50 gramm, pontossága pedig kompakt, push-fit kialakításban eléri a ±2%-ot.
A víz- és üdítőital-adagolóknak
Hasonló pontosságra van szükségük, különösen kereskedelmi környezetben, ahol naponta több száz adagnak kell azonos mennyiségben kiáramolnia.
Gyümölcscentrifugák
A pép és a rostok elszennyezik a mechanikus érzékelőket. Mivel az ultrahangos mérőkben nincs forgó alkatrész az áramlási útvonalon belül, hosszú távon jobban ellenállnak ezeknek a hatásoknak.
Automata söradagolók
A sör szénsavas, ami megnehezíti a mérését. A forgó turbinával működő mechanikus mérőt megzavarják az áramlási útvonalban lévő buborékok, ami egyenetlen adagoláshoz vezet. Az ultrahangos érzékelőket ez nem befolyásolja, az Allengra konstrukciói pedig a szénsavas italokat is figyelembe veszik: a nyomástól és a hőmérséklettől függetlenül pontosan mérnek egészen az adagolás pillanatáig. A Micro Flow Meter 2nd Gen a szabványos, ∅9.5mm-es szivacsgolyós tisztítást is támogatja.
Szirup- és CO2-adagolás
Az adagolás kevésbé látható a fogyasztó számára, a gyártónak azonban kritikus jelentőségű. Egy italgyártó soron a szirup és a víz megfelelő aránya – amely néha akár 1:200 arányú hígítást is jelenthet – dönti el, hogy minden palack íze azonos lesz-e. A szénsavasító sorok CO2-adagolása ugyanezt az elvet követi: túl kevés CO2 esetén az ital lapos, túl sok esetén pedig túl szénsavas lesz. Az áramlásmérő szabályozza ezt az adagolási lépést, és tételről tételre állandó értéken tartja az arányt.
Buborék- és üresedény-érzékelés
Egy kávégépben az üres tejtartály nem mindig jelzi azonnal a problémát, így a szivattyú több cikluson keresztül levegőt szívhat tej helyett, mielőtt bárki észrevenné. A folyadékáramban lévő légbuborékokat érzékelő szenzor korán jelzi a problémát, amivel elkerülhetők a felesleges ciklusok, és állandó szinten tartható az ital minősége.
Ezekben az alkalmazásokban az Allengra mikroszenzorai közös műszaki jellemzőkkel rendelkeznek:
Áramlási tartomány: a változattól függően körülbelül 0,02–5 liter/perc
Üzemi nyomás: legfeljebb 10 vagy 16 bar
Hőmérséklet: legfeljebb 105 °C, a hideg víz adagolásától a forráspont közeli kávékészítésig
Az Allengra élelmiszer- és italipari oldala az alkalmazások és felhasználási esetek teljes körét felsorolja.
Az élelmiszer- és italiparban használt egyéb áramlásmérőtípusok
Az ultrahangos technológia nem az egyetlen választási lehetőség, az alternatívák pedig megmutatják, miért esik a gyártók választása mégis olyan gyakran erre a megoldásra.
A turbinás és mechanikus mérők az áramlási útvonalon belül elhelyezett, kis méretű forgórészt vagy lapátkereket használnak. Egyszerűek és olcsók, de éppen a forgó alkatrész jelenti a gyenge pontot: idővel elkopik, a folyadékban lévő részecskék vagy buborékok befolyásolják a működését, és a tökéletesen tiszta folyadékoktól eltérő közegekben gyakoribb karbantartást igényel.
Az elektromágneses (mágneses) áramlásmérők Faraday törvénye alapján működnek, lényegében azt a feszültséget érzékelik, amely akkor keletkezik, amikor egy vezetőképes folyadék mágneses mezőn halad át. Pontosak, és széles körben használják őket vízhez és tejhez, van azonban egy korlátozásuk: csak vezetőképes folyadékokkal működnek. Az olajok, a szirupok és néhány más ital-összetevő egyszerűen nem jelenik meg egy mágneses mérőn, ami korlátozza az alkalmazhatóságát egy vegyes gyártósoron.
A Coriolis-áramlásmérők közvetlenül a tömegáramot mérik, és azt érzékelik, hogyan csavarodik el egy rezgő cső, amikor a folyadék áthalad rajta. A pontosság tekintetében valamiféle arany standardnak számítanak, emellett a sűrűséget és a hőmérsékletet is képesek egyidejűleg mérni. Ennek ára a nagyobb méret, a magasabb költség és a nyomásesés. A Coriolis-mérők általában nagyobbak és drágábbak az ultrahangos alternatíváknál, ezért nehezebben illeszthetők olyan kompakt OEM-alkalmazásokba, mint egy kávégép vagy pultos adagoló, ahol minden gramm és minden köbcentiméter számít.
Mindegyik technológiának megvan a maga helye, és a nagyobb ipari csővezetékekben jó okkal alkalmaznak Coriolis- vagy mágneses mérőket. A kompakt, higiénikus, OEM-integrációra szánt élelmiszer- és italipari berendezések esetében azonban az ultrahangos érzékelők egyszerre több szempontnak is megfelelnek: nincsenek mozgó alkatrészeik, szinte bármilyen – vezetőképes vagy nem vezetőképes – folyadékon működnek, elég kompaktak a szűk készülékházakhoz, és természetüknél fogva öntisztulók, nincs szükségük külön karbantartásra.
Miért bizonyul az ultrahangos technológia jobb választásnak az élelmiszer- és italiparban?
Az ultrahangos technológia nem minden helyzetben győztes. Több ezer liter/óra áramlás mérése nagy ipari csővezetékben pénzügyileg kedvezőbbé tehet egy másik technológiát. Az élelmiszer- és italipar legtöbb meghatározó alkalmazásánál – adagolókban, kávégépekben, adagolórendszerekben és tejipari sorokon – a higiénikus kialakítás, a mozgó alkatrészek hiánya és a különböző folyadéktípusokkal való kompatibilitás kombinációját nehéz felülmúlni.
Az ultrahangos érzékelők emellett csendesek, már nulla áramlásnál megkezdik a mérést (egyes mechanikus mérőknek minimális küszöbértékre van szükségük, mielőtt bármit regisztrálnának), és mindkét irányban képesek mérni az áramlást. Az élelmiszeriparban engedélyezett anyagokkal, valamint ahol szükséges, ivóvízre vonatkozó tanúsítványokkal az érzékelő közvetlenül beépíthető olyan berendezésekbe, amelyek az emberek által elfogyasztott élelmiszerrel és itallal érintkeznek.
Ha olyan berendezést tervez, amelynek pontosan, karbantartási igény nélkül kell mérnie a kávé, tej, gyümölcslé, üdítőital vagy sör áramlását, érdemes egy kompakt ultrahangos érzékelőt összevetni az adott áramlási tartománnyal és csatlakozástípussal. Az Allengra élelmiszer- és italipari oldala részletesebben bemutatja az alkalmazásokat, a Micro Flow Meter 2nd Gen és az Inline Micro Flow Meter termékoldalai pedig a teljes műszaki specifikációt tartalmazzák a paraméterek összehasonlításához.
