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Mikrowellenmesstechnik Nischentechnologie optimiert mit Präzision und Robustheit die industrielle Produktion

Redakteur: Sariana Kunze

Präzises und permanentes Messen der Konzentration in Flüssigkeitsgemischen ist für die direkte Regelung vieler Prozesse im Produktionsablauf essentiell. Auf der Sensor + Test 2014 stellt proMtec Theisen eine neuartige Mikrowellenmesstechnik vor: Die mittlere Standardabweichung beträgt nur +/- 0,1 bis 0,2 Prozent zu den entsprechenden Laborergebnissen. Dadurch kann ein Inline-Monitoring per Mikrowellenmesstechnik helfen, Ausfälle zu verhindern, und erlaubt eine bessere Regelung der Produktionsprozesse.

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proMtec passt seine Messgeräte genau den Prozessbedingungen – etwa in der Zuckerindustrie – an. Jedes Grundgerät wird dazu mit einer entsprechenden Sensorik versehen.
proMtec passt seine Messgeräte genau den Prozessbedingungen – etwa in der Zuckerindustrie – an. Jedes Grundgerät wird dazu mit einer entsprechenden Sensorik versehen.
(proMtec Theisen)

Um ein gleichbleibendes Produktionsergebnis gewährleisten zu können, sind ständige Überprüfungen, Kontrollen und Probenentnahmen während des Prozesses nötig. Diese werden meist mittels Probenauswertung im jeweiligen Betriebslabor vorgenommen. Doch schon auf dem Weg von der Entnahmestelle bis zum Labor kann das Messergebnis durch Umgebungseinflüsse verfälscht werden. Auch handelt es sich nur um eine Stichprobe. Besser wären dagegen permanente Messungen, die direkt vor Ort unter den immer gleichen Bedingungen vorgenommen werden. Hier setzt die Mikrowellenmesstechnologie an. „Unter optimalen Bedingungen können sogar Messabweichungen von bis zu +/- 0,05 Prozent des Feststoffanteils festgestellt werden“, erklärt Karl-Heinz Theisen, Geschäftsführer von proMtec Theisen.

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Um diese Genauigkeit zu erreichen, wird ein Mikrowellenoszillator verwendet, der elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz erzeugt. Dieses Signal kann über einen Sensor durch ein beliebiges wasserhaltiges Medium geführt werden, das sich in einer festen Messgeometrie wie zum Beispiel einer Rohrleitung oder einem Tank befindet. Da die Mikrowelle von den freien Wassermolekülen absorbiert wird, verringert sich zum einen ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit und zum anderen wird sie proportional zum Wassergehalt gedämpft. Sobald die Mikrowelle den Empfangssensor auf der gegenüberliegenden Seite der Messgeometrie erreicht, werden Phasenverschiebung und Dämpfung gemessen, bewertet und daraus die Feststoffkonzentration berechnet.

Das zu messende Medium nicht beeinflussen

Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es nicht auf die optische Durchlässigkeit eines Mediums angewiesen ist. Die elektromagnetischen Wellen durchdringen alle metallfreien, nicht leitenden Materialien und sprechen sehr gut auf Wasser an, da dieses mit seiner hohen Dielektrizitätszahl von 80 die elektromagnetischen Wellen stark absorbiert, wodurch ein gutes Messergebnis erreicht werden kann. Da sich Mikrowellen zudem in Form von Feldern ausbreiten, erreichen die Messgeräte im Vergleich zu anderen Technologien wie Ultraschall, optischen, elektrischen und mechanischen Messverfahren eine wesentlich höhere Repräsentativität des Messergebnisses. Gleichzeitig wird das zu messende Medium nicht beeinflusst.

Durch Nischentechnologie profitieren

Diese Messgenauigkeit macht sich vor allem die Zuckerindustrie bereits zu Nutze. Aber auch Brauereien und Molkereien, die Baustoff- und die Papierindustrie sowie die Abwasser- und Biogasbranche setzen proMtec-Messgeräte mittlerweile vermehrt zur Kontrolle in ihren Herstellungsprozessen ein. Je nach Anwender und Einsatzbereich stehen zwei verschiedene Varianten zur Auswahl: µ-ICC 2.45 Standard oder µ-ICC 2.45 Compact. „Das Standardgerät ist ein Vierkanal-Messsystem und damit die preisgünstigere Variante bei mehreren Messstellen“, erklärt Theisen. „Das Compactgerät ist dagegen als Einkanal-Messsystem für Einzelanwendungen konzipiert.“ Das Gerät wird direkt an den Leitungen angebracht und misst dort inline das jeweilige Medium. Zur Auslegung eines Messsystems muss der Anwender nur Angaben zur Rohrleitungsdimension, zum Produkt, zur Temperatur, dem gewünschten Messbereich und der erwarteten Messgenauigkeit mitteilen.

Nach der Installation wird das Messsystem zunächst individuell an die vorhandene Messbedingung und den gewünschten Messbereich angepasst. Dafür benötigt das Unternehmen zirka einen Tag. Der wichtigste Schritt sei dabei die Kalibrierung, das heißt die Skalierung des Messsignals entsprechend den im Betrieb üblichen Referenzwerten und Arbeitspunkten, so Theisen. Da die Geräte berührungslos funktionieren, also nicht verschleißen, fallen im Weiteren praktisch keine Wartungsarbeiten an. So kann selbst unter harten Einsatzbedingungen eine lange Lebensdauer gewährleistet werden.

Sensor+Test: Halle 11, Stand 340

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