Hoe kleiner de fysische grootheid, denk aan het schrijven van ultra-dunne lijntjes in halfgeleiderlithografie, des te groter – en aantrekkelijker – de mechatronische uitdaging voor DEMCON. Neem het meten van een kleine massastroom. Bij een gangbaar thermisch meetprincipe zorgen andere eigenschappen van het medium, zoals dichtheid en warmtegeleiding, voor onzekerheid bij het nauwkeurig bepalen van meetwaardes. Het Coriolis-meetprincipe heeft dit nadeel niet. Coriolis is allang bekend, maar voor kleine flows was er nog geen betrouwbaar instrument.
Flowmeter
In samenwerking met Bronkhorst®, producent van nauwkeurige flowmeters, en voortbouwend op onderzoek van de Universiteit Twente heeft DEMCON een compacte flowmeter ontwikkeld die werkt volgens het Coriolis-meetprincipe. Hierbij wordt een gebogen dun buisje (diameter < 1 mm) in een rotatietrilling gebracht. Het door de buis stromende medium (vloeistof of gas) wekt Corioliskrachten op, die zorgen voor een kleine verandering van de vorm van de trillingsbeweging. Uit meting van deze verandering volgt direct de grootte van de massastroom door de buis, zonder dat andere eigenschappen van het medium daar invloed op uitoefenen.
Uitdagingen
De uitdaging van kleine flows zit met name in het laminaire karakter van stroming, met een ongunstiger schaling over het flowbereik dan turbulente stroming, en in de gevoeligheid voor verstoring door actuatie, meting en externe trillingen. In antwoord daarop verwerkte DEMCON de nodige innovaties in het ontwerp. Zo heeft het trillende buisje een vorm gekregen die het mogelijk maakt om het buisje slap op te hangen voor de gewenste bewegingen. Ook voor de (contactloze) excitatie van de trillingen, de (eveneens contactloze) meting van de bewegingen en de signaalverwerking zijn vernieuwingen ingebracht. Voor de nauwkeurigheid is de signaal-ruisverhouding van sensoren en versterkers een beperkende factor. De meting is daarom vertaald naar een bepaling van faseverschil, oftewel tijdsverschil. Een nauwkeurige klok volstaat nu.
In nauwe afstemming met Bronkhorst® heeft DEMCON het gehele ontwikkeltraject doorlopen, vanaf de eerste proof-of-principle tot aan een productierijp instrument, voor zowel de mechanische constructie als de elektronica en de embedded software. Voorts heeft DEMCON een belangrijke rol gespeeld bij het inrichten van het productieproces voor de kern van het instrument. Dit betrof speciaal gereedschap voor het nauwkeurig buigen van het dunne buisje en het solderen in een mal. De mini-Coriolis is inmiddels enthousiast in de markt ontvangen. Alle reden voor de partners om samen verder te schalen naar uitvoeringen voor grotere maar ook voor nog kleinere flows.
