Monitoring Physical Fluid Properties Using a Piezoelectric Tuning Fork Resonant Sensor

Die Bestimmung von Fluidparametern, beispielsweise in der Ölzustandsüberwachung, zur Messung der Treibstoffqualität oder von Gaskonzentrationen ist ein Anwendungsgebiet, in dem resonante Sensoren vielfältige Vorteile aufweisen. In den letzten Jahren konnten durch verschiedene Entwicklungen im Zusammenhang mit der Auswertung solcher Sensoren signifikante Verbesserungen in Messgeschwindigkeit und Messgenauigkeit und eine deutliche Reduktion von potentiellen Querempfindlichkeiten erzielt werden. Besonders bei der Auswertung stark gedämpfter Resonatoren, wie bei der Messung von Flüssigkeitseigenschaften, ergeben sich dadurch neue Anwendungsfelder für diese Sensorfamilie. In diesem Beitrag wird die Leistungsfähigkeit dieser Technologie am Beispiel eines miniaturisierten Quarz-Resonators gezeigt und mit einem hochwertigen kommerziellen Analysegerät verglichen.For fluid analysis applications, such as oil condition monitoring, fuel quality, or gas concentration measurements, resonant sensors deliver an outstanding performance when signal processing is optimized and the fluid-mechanical model of the electromechanical resonator is suitable and accurate for the particular resonator. By combining recent advancements, significant improvements in accuracy, measurement speed, dynamic range, and suppression of cross-sensitivities could be achieved. These features enable the development of new solutions for a variety of measurement issues in industry and bio technology. In this contribution the performance of a highly universal evaluation system is demonstrated using a commercially available quartz crystal tuning fork resonator as sensing element for liquid viscosity and mass density. The obtained results are quantified with respect to an accurate lab bench viscosity and mass density meter. A significant advantage of this system is that it operates reliably and accurately even for strongly damped resonators. Therefore, the sensor elements can be used in a larger viscosity range than with alternative evaluation methods.(VLID)342643