naar top
Menu
Logo Print
Artikel - 29/11/2017
Deel deze pagina

FLOW+ ONDERZOEK GERICHT OP ONTWIKKELING VAN MULTISENSOREN

Flowmeter van de toekomst geeft veel meer informatie over processtroom

Wat zou het mooi zijn als een flowmeter naast de doorstroming ook andere fysische parameters realtime zou kunnen meten. De samenstelling en dus de kwaliteit van een processtroom zouden dan veel beter te volgen zijn. Met dit idee stapten André Boer van KROHNE Altometer en Joost Lötters van Bronkhorst High-Tech twee jaar geleden naar Technologiestichting STW. Hier is na twee jaar van voorbereiding het partnershipprogramma FLOW+ uit voortgekomen, waarbij de Technische Universiteit Delft en de Universiteit Twente in de tweede helft van 2016 met in totaal vier onderzoeksprojecten van start zijn gegaan.


PUBLIEK-PRIVATE SAMENWERKING

 André Boer, General Manager KROHNE Altometer 
“STW (tegenwoordig NWO Toegepaste en Technische Wetenschappen geheten red.) heeft eerst bijeenkomsten voor onderzoekers van universiteiten georganiseerd, zodat die een beter idee konden krijgen van wat de bedoeling was", licht Boer toe. Eind 2015 dienden de geïnteresseerde universiteiten in totaal achttien voorstellen in voor de opzet van het onderzoek. Hiervan bleven na twee selectierondes vier over. “Het aangaan van een samenwerking met de wetenschappers vonden we best spannend, want doorgaans lopen de doelen van universiteiten en bedrijven niet parallel. Zij zijn immers meer op wetenschappelijke publicaties gericht, wij op nieuwe producten."

Bronkhorst High-Tech en KROHNE Altometer zijn allebei instrumentenfabrikanten die op verschillende markten actief zijn. Het eerste bedrijf maakt voornamelijk flowmeters voor laboratoria en de machinebouw, het tweede bedrijf voornamelijk flowmeters voor de industrie.

André Boer, KROHNE Altometer: “Het aangaan van samenwerking met de wetenschappers vonden we best spannend, want doorgaans lopen de doelen van universiteiten en bedrijven niet parallel”


TWEE DOELSTELLINGEN

Het eerste doel van de samenwerking is te komen tot sensoren die niet alleen de flow meten, maar ook andere parameters. Uit de gemeten waarden van de parameters kunnen vervolgens de waarden van andere parameters worden afgeleid, wat ook de meetnauwkeurigheid ten goede komt.
Het tweede doel is om meetapparatuur voor gas- en vloeistofstromen, en meerfasestromen, te miniaturiseren. “Als je, behalve de flow, ook de druk meet, dan ken je de viscositeit, want die kun je immers van de flow en de druk afleiden", zegt Lötters, die tevens deeltijdhoogleraar aan de Universiteit Twente is. “En de viscositeit zegt weer iets over bijvoorbeeld de kwaliteit van een polymeer."

“Een plantmanager is gericht op de output van een fabriek en heeft doorgaans geen boodschap aan nieuwe sensoren", vervolgt Boer. “Maar als het met een sensor lukt de kwaliteit van het product met tien procent te verbeteren en dus de opbrengst van de fabriek te verhogen, dan wordt het opeens lucratief om zo'n sensor te plaatsen. We zijn overigens niet op zoek naar een sensor die een of twee extra parameters meet, maar naar een multisensor die veel meer informatie over de processtroom oplevert."

Een uitdaging vormt nog het gedrag van zo'n sensor in de praktijk. “Als zo'n sensor geen betrouwbaar signaal afgeeft en het alarm telkens afgaat, dan zullen de operatoren deze sensor snel links laten liggen. Daarom moet de multisensor zo mogelijk nog betrouwbaarder zijn dan de conventionele flowmeter en uiteraard informatie opleveren waar de eindgebruiker wat aan heeft", aldus Boer.

Bij de onderzoeksprojecten vindt er geregeld overleg plaats tussen de onderzoekers van de universiteit, NWO-TTW, Bronkhorst, KROHNE en launching customers.
“We willen sensoren in handen krijgen die we kunnen verkopen, zodat we op zijn minst de kosten van de ontwikkeling terug kunnen verdienen”– Joost Lötters,       Bronkhorst High-Tech
Prof dr. ir. Joost Lötters

Lötters: “Aan de hand van wetenschappelijke vindingen kunnen we nieuwe sensoren ontwikkelen, dat is de eerste stap. Maar we willen ook sensoren in handen krijgen die we kunnen verkopen, zodat we op zijn minst de kosten van de ontwikkeling kunnen terugverdienen. Daarom hebben we eerst de specs opgeschreven waaraan de sensoren moeten voldoen. Daarna hebben we samen met de universiteiten een plan opgesteld, dat zij nu uitvoeren. Het is dus geen lineaire ontwikkeling, waarbij de universiteiten iets bedenken en wij daarop voortborduren. In ons geval leveren zij kennis voor het ontwikkelen van de technologie, waarmee wij een sensor kunnen maken waar de klant wat aan heeft."

Joost Lötters: “We willen sensoren in handen krijgen die we kunnen verkopen, zodat we op zijn minst de kosten van de ontwikkeling terug kunnen verdienen”


VOEDINGSBODEM VOOR ONTWIKKELING SENSOREN

De universiteiten zijn volgens hem actief op de zogenoemde technology readiness levels (TRL) van 1 tot en met 5. Zij leveren als het ware de voedingsbodem voor de ontwikkeling van nieuwe sensoren.

De publiek-private onderzoeksprojecten moeten de ontwikkeling voorthelpen van niveau 5 naar niveau 6, waarna KROHNE en Bronkhorst het stokje overnemen en de ontwikkeling voortzetten door een prototype te maken en uiteindelijk een product op de markt te brengen (TRL 7 t/m 9).


KALIBRATIE

Een belangrijke eis is ook dat de multisensors te kalibreren zijn in de industriële praktijk. Daar horen (inter)nationale standaarden bij. Lötters: “Wij maken Coriolis flowmeters om een stroming van 1 gram per uur te kunnen meten. Er was aanvankelijk echter geen kalibratiestandaard voor flows onder de 100 g/h. Iedere fabrikant kon dus roepen dat zijn flowmeter uiterst nauwkeurig was. In werkelijkheid lieten de flowmeters van diverse fabrikanten verschillen van wel tien procent zien. VSL (Van Swinden Laboratorium
red.) heeft inmiddels samen met Bronkhorst en collega-instituten in Duitsland en Zwitserland een Europese standaard ontwikkeld voor stromingen van minder dan 100 gram per uur."

Boer: “Kalibratie is ook bij het verhandelen van aardgas van belang. Aardgas uit Groningen is van constante kwaliteit, maar bij toevoer van biogas of lng aan het net verandert het aardgas van samenstelling. Je kunt dan niet meer uitgaan van een constante kwaliteit en hebt een betrouwbare massaflowmeter nodig en dus ook ijkgassen waarmee je zo'n meter kunt kalibreren. Euroloop in Rotterdam kalibreert de meters voor de olie- en gaswereld, waarvan sommige eens in de drie maanden en andere eens in de vier jaar. Uiteindelijk draait het om geld. Bij de toevoer van biogas wil je tenslotte weten hoeveel methaan er door de leiding gaat, want daar betaal je voor."

De EL-FLOW Prestige is een massflowmeter en regelaar (inclusief regelventiel) voor gassen in het bereik van 0,014 ml/min. tot 20 liter/min. Dit instrument werkt volgens het thermische meetprincipe en is geschikt voor diverse toepassingen, waaronder lab en voor inbouw in machines (bv. die waarmee ledjes worden gemaakt)
De EL-FLOW Prestige massflowmeter en regelaar
(met regelventiel) voor gassen werkt volgens het thermische meetprincipe
en is geschikt voor diverse toepassingen, waaronder lab en
inbouw in machines (bv. die waarmee leds worden gemaakt)


ENKELE TOEPASSINGEN VAN MULTISENSOREN

Efficiënte oliewinning

Lötters geeft een voorbeeld van een mogelijke toepassing van de multisensor in de praktijk. Oliemaatschappijen maken gebruik van een mengsel van water, zout, een wasmiddel en polymeren om olie gemakkelijker uit de bodem te halen. Zij willen de samenstelling van dat mengsel zo goed mogelijk afstemmen op wat er in de grond zit, en dus niet te weinig of te veel van deze stoffen in de olieput pompen, want in het eerste geval is de productie te laag en in het tweede geval besteden ze te veel geld aan hulpstoffen. Nu gaat er nog een monster naar het lab en komt de uitslag een paar weken later. Als ze de samenstelling met een multisensor realtime kunnen meten, kunnen ze het mengsel veel beter afstemmen op wat er in de bodem zit, en de olie dus veel efficiënter winnen.


Intensive care voor baby's

Een heel andere toepassing van de multisensor is op de zogenoemde neonatale intensive care units (NICU's) van ziekenhuizen. Te vroeg geboren baby's krijgen vaak via infuuspompen verschillende voedingstoffen en geneesmiddelen toegediend, zoals glucose, zout, bloeddrukregelaars, antibiotica et cetera. Belangrijk is dat niet alleen de apotheker de juiste concentratie aanmaakt, maar ook dat de infuuspompen goed functioneren. Meestal gaat dat goed, maar soms gaat het ook mis, wat kan leiden tot een ernstig letsel of zelfs de dood. Een multisensor die niet alleen de flow nauwkeurig meet, maar ook de samenstelling, bijvoorbeeld de concentratie van een bloeddrukverlagend middel, kan een uitkomst zijn.

“Daar hebben we nu nog geen sensoren voor. Wel kunnen we met een druksensor een verstopping signaleren. We moeten echter oppassen dat de sensor niet te vaak vals alarm geeft, want dan wordt elk alarm op den duur genegeerd", aldus Lötters.


Slimme gasmeter

Boer: “Het publiek-private onderzoek is gericht op een FLOW+ meter. De plus wil zeggen dat niet alleen de flow, maar ook de samenstelling van de processtroom wordt gemeten. Dat levert linksom of rechtsom een extra controle op, zoals waarden voor de dichtheid die een maat zijn voor de kwaliteit van een gas. Daarmee kun je de Wobbe-index (maat voor uitwisselbaarheid tussen verschillende kwaliteiten aardgas) van aardgas bepalen."

Lötters: “Nu zijn de cv-ketels en kookplaten ontworpen voor een bepaalde kwaliteit van aardgas. In de toekomst zal het gas veel meer uit verschillende bronnen komen, waardoor de verbrandingswaarde kan variëren. Op een gegeven moment zullen we misschien zelfs waterstofgas bijmengen. Er is dan behoefte aan een slimme gasmeter die niet alleen het aantal kubieke meters meet, maar ook de samenstelling van het gas, want iedereen wil per calorie betalen. Met feed forward krijgt de cv-ketel dan een seintje dat het gas met minder of meer lucht gemengd moet worden voordat het de brander ingaat, al naargelang van de calorische waarde van het gas. Liander en andere distributeurs zijn hierin geïnteresseerd, evenals enkele cv-fabrikanten."