Ingenieurs van de Lehrstuhl für Messtechnik aan de Universität des Saarlandes hebben goedkope sensoren ontwikkeld, waarmee de mengverhouding van vloeistoffen kan worden gemeten. Het toepassingsgebied is breed. In de autotechniek zouden sensoren de nabehandeling van uitlaatgassen van dieselvoertuigen of de kwaliteit van olie, rem- en koelvloeistof kunnen bewaken. Maar ook bij brandstofcellen zouden ze de toepassing kunnen vinden. De sensoren zijn eenvoudig opgebouwd en bijvoorbeeld te integreren in een laptop.
Waar in de techniek meerdere vloeistoffen tegelijkertijd worden gebruikt, geldt: het komt op het mengsel aan. Dat geldt voor uitlaatgasreductie bij dieselvoertuigen, bij brandstofcellen, antivriesmiddel en remvloeistof.
Mengverhouding meten
Het is niet eenvoudig om de juiste mengverhouding van vloeistoffen continu in stand te houden. Een mengsel zou eigenlijk steeds moeten worden bewaakt: als een component te weinig of teveel aanwezig is, moet het juiste evenwicht weer hersteld worden. Anders heeft het mengsel niet het effect dat noodzakelijk is. Maar het bepalen van de verhouding van de bestanddelen van een mengsel zonder al te hoge kosten of inspanningen is tot nog toe nog een probleem.
Meettechnici in Saarbrücken hebben hier een oplossing voor ontwikkeld. Hun sensoren kunnen de mengverhouding van mengsels van twee componenten betrouwbaar bewaken. De beide sensorsystemen, die ook kunnen worden gecombineerd, zijn eenvoudig opgebouwd en de meetwaarden kunnen eenvoudig worden verwerkt. Bovendien zijn ze goedkoop te produceren en voor mobiele toepassingen bijvoorbeeld in laptops geschikt.
In de toekomst zouden sensoren bijvoorbeeld kunnen garanderen, dat de katalysator gevaarlijke uitlaatgassen reduceert (zoals het ook hoort). De zogeheten DeNOx-katalysator in moderne dieselmotoren voor personen- en bedrijfswagens zet schadelijke stikstofoxyden om in stikstof en water. Maar dat werkt alleen als in het uitlaatsysteem de juiste mengverhouding van ureum in water wordt geïnjecteerd. De nieuwe sensoren zouden kunnen bewaken of dit het geval is.
Opbouw van de sensoren
De sensoren bestaat uit een dunne folie met daarop aangebrachte geleiders en zijn nu nog half zo groot als een creditcard. De onderzoekers hebben twee verschillende meetmethoden onderzocht, die allebei goede resultaten geven. Als ze samen worden gebruikt, levert de meting nog exactere gegevens.
Bij de ene meetprocedure stuurt een micro-verwarmingsautomaat op de folie warmtepulsen in het te controleren mengsel. De sensor meet hoe de warmte zich daarin verspreidt. De snelheid, waarmee de warmte zich verspreidt en de hoeveel warmte die wordt opgenomen, verandert met de mengverhouding. Met behulp van de meetwaarden konden de onderzoekers de mengverhouding van vloeistoffen vaststellen.
Wervelingen
Het tweede sensorprincipe werkt met een bekend fenomeen: wervelingen. Als een obstakel in een stroming wordt gehouden, ontstaan daarachter wervelingen. De ingenieurs gaan bij een medium op dezelfde manier te werk. Bij een geringe stroming ontstaat er achter een verstoring een werveling.
Afhankelijk van de viscositeit van het mengsel breiden de wervelingen zich verschillend uit. Bovendien verandert de stroomsnelheid binnen de werveling. Dat kunnen de onderzoekers met hun sensoren opnemen, waarna ze uitspraken kunnen doen over de verhouding van de componenten.
De sensoren zouden met behulp van hun meetprincipes zelfs bevroren mengsels kunnen herkennen of kunnen aantonen, dat er geen vloeistof beschikbaar is, zoals bij een lege tank. De sensor kan bijvoorbeeld ook garanderen dat de katalysator in dieselvoertuigen schadelijke stikstofoxiden in stikstof en water zal omzetten.
