Vergleichstest von Durchflusssensoren an flexiblen Schläuchen


Der hochspezialisierte nordamerikanische Auftragshersteller Althea, weltweit führend in den Bereichen cGMP, aseptische Abfüllungsprozesse und Dosierungstechnologien für Eiweißpräparate sowie der Entwicklung analytischer Methoden ist auf der Suche nach Durchflussmesssystemen für verschiedenste Anwendungen in seinen Anlagen an den Ultraschallspezialisten SONOTEC herangetreten. Eines der Hauptthemen der Anfrage bestand im avisierten Austausch von Waagen zur Volumenmessung durch Durchflusssensoren. Auf Basis dessen wurden drei konkurrierende Sensorsysteme hinsichtlich ihrer Messleistung und Eignung für die spezifischen Anforderungsprofile des Kunden getestet und miteinander verglichen.

Test Setup

SensorenSONOFLOW CO.55/160 V2.0 / Wettbewerber X / Wettbewerber Y
SchlauchRM-2708, 0.5” ID, 0.75” OD
PumpeWatson Marlow 620S Pumpe, ALT-34345
Data LoggerOmega Data Logger, OM-CP-QUADPROCESS-25MA
Zufuhr100L Kunststoffflasche
Bedingungen Wasser bei Raumtemperatur

Sensorspezifikationen

SONOTEC
(nicht-invasiver Clamp-On Ultraschallsensor)
Wettbewerber X
(Einweg-Turbinenradzähler)
Wettbewerber Y
(nicht-invasiver Clamp-On Ultraschallsensor)
Genauigkeit  ±2 %±5 %±3 %
Präzision±0,5 %≤1 %±20 mL/min (max)
Auflösung0,001 ml/min1 ml/min2 ml/min

Genauigkeit & Präzision

Immer wieder werden die Begriffe fehlerhaft verwendet bzw. nicht konsistent genutzt. Die Genauigkeit beschreibt den Fehler zwischen dem tatsächlichen und dem Messwert. Sie gibt einen Hinweis darauf, wie hoch die Abweichung vom Referenzwert (dem richtigen Wert) ist. Umgekehrt beschreibt Präzision die zufällige Verteilung von Messwerten um die durchschnittlichen Messwerte. Präzisionsangaben definieren schlussendlich, wie konsistent Ergebnisse erreicht werden können. Die Standardabweichung (STDEV) einer Messreihe steht als Indikator für die Präzision bzw. die Wiederholgenauigkeit, welche eine alternative Bezeichnung für Präzision darstellt.

Präzision ist mit Abstand die kritischste Determinante für jedes Messgerät und die Grundlage für eine genaue Messung. Ein präziser Durchflusssensor kann durch korrekte Kalibrierung immer ein genauer werden; der umgekehrte Fall ist indes nicht möglich. Die Auflösung gibt die kleinste erfassbare Änderung des Durchflusses an, die ein Sensor messen und detektieren kann.

Vergleich der Durchflusssensoren an flexiblen Schläuchen

Sensor Setup und Testanordnung

Die Testanordnungen A/B/C/D/E/F stehen jeweils für einen 60-Minuten Messzyklus, wobei die Sensoren von Test zu Test neu angeordnet und befestigt wurden (siehe Übersicht). Setup Z wurde über einen 180-minütigen Zyklus durchgeführt. 

Aufbau mit dem Ziel der Vermeidung systemischer Messfehler

Die Sensoranordnung wurde gewählt, um systemische Messfehler beim Vergleich der Sensoren untereinander zu minimieren. Alle Testbedingungen wurden durch den Einsatz der gleichen Sensoren und der gleichen Anwendungskonfiguration unter konstanten Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftdruck stabil gehalten. Alle Sensoren wurden auf den angewandten Messaufbau kalibriert, um schließlich auf den Volumenoutput der Pumpe von 3,5 Liter pro Minute zu referenzieren. 

Vergleich der Durchflusssensoren an flexiblen Schläuchen – Messergebnisse (Output der Pumpe: 3,5 Liter/Minute, 60/180-minütige Messzyklen)

SONOFLOW CO.55 V2.0 zeichnet sich durch hohe Präzision und höchste Genauigkeit aus – Interpretation der Ergebnisse

Die durchschnittliche Standardabweichung des SONOFLOW CO.55 V2.0 Sensors von 0,0406 Liter pro Minute liefert die höchste Präzision aller drei getesteten Sensoren. Diese Zahl entspricht einer durchschnittlichen Wiederholgenauigkeit von 1,16 % des SONOTEC Sensors, verglichen mit 4,04 % (Sensor X) und 4,82 % (Sensor Y).

Während die Präzision als Indikator für die Wiederholgenauigkeit des Sensors dient, der beschreibt, wie konsistent Ergebnisse erreicht werden können, definiert die Genauigkeit wiederum den Fehler zwischen dem realen und dem Messwert. Genauigkeit ist schlussendlich eine Frage einer hohen Präzision und einer optimalen Kalibrierung des Sensors.

Mit dem Erreichen der jeweils besten Werte für die Standardabweichung für jeden einzelnen Versuchsdurchlauf zeigt der SONOFLOW CO.55 V2.0 die höchste Präzision aller drei Sensoren. Die präzisen Werte sorgen im Umkehrschluss für eine gleichbleibend hohe Genauigkeit der SONOFLOW CO.55 V2.0 Sensoren, die in fünf von sieben Testläufen die besten Ergebnisse der drei Testsensoren lieferten. Durch eine optimierte Kalibrierung der Sensoren auf die jeweilige Testumgebung können auch diese Werte weiter verbessert werden.

Die hohe Auflösung des SONOFLOW CO.55 V2.0 im Vergleich zu den anderen Testsensoren ist ein weiterer Indikator für die hervorragenden Testergebnisse.

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