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Temperaturmesstechnik Wenn sich der Sensor selbst kalibriert

| Autor/ Redakteur: Giovanni Colucci* / Sariana Kunze

Ein Thermometer mit einem selbstkalibrierenden Sensor stellt bei der Veredelung von pflanzlichen Rohstoffen zu hochwertigen Ölen und Fetten kontrollierte und reibungslose Prozesstemperatur-Messungen sicher. Dabei handelt es sich um das weltweit erste Thermometer mit integrierter Selbstkalibrierfunktion.

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Mit dem Sensor iTherm Trustsens lässt sich erstmals eine prozessabhängige automatische Inline-Kalibrierung in sehr kurzen Kalibrierintervallen durchführen.
Mit dem Sensor iTherm Trustsens lässt sich erstmals eine prozessabhängige automatische Inline-Kalibrierung in sehr kurzen Kalibrierintervallen durchführen.
(Bild: Endress+Hauser)

Frisch gepresste Speiseöle, z.B. Sonnenblumen- oder Rapsöl, die später etwa zur Herstellung von Eis oder Backwaren verwendet werden, werden bei der deutschen Walter Rau Neusser Öl und Fett AG zur Reinigung unter Vakuum erhitzt, um flüchtige Bestandteile und gelöste Gase aus dem Öl zu entfernen. Dies verbessert die Haltbarkeit und den Geruch des Produktes. In der dafür notwendigen Anlage muss die Prozesstemperatur sehr genau kontrolliert werden, da zu hohe Temperaturen das Produkt beschädigen würden und die gewünschte Reinigungswirkung bei zu geringen Temperaturen ausbleibt. Die verschiedenen Pflanzenöle besitzen unterschiedliche Eigenschaften und Temperaturgrenzen. Folglich ändert sich die Temperatur in der Anlage bei jedem Batch und bei jedem Produktwechsel (Sonnenblumen-, Raps-, Kokos-, Palmöl etc.). Bisher mussten die Sensoren bei jedem Produkt- und Batchwechsel kalibriert werden. Für diese Problemstellung bietet Endress+Hauser mit iTherm Trustsensor eine Lösung an: Der Temperatursensor kalibriert sich selbst im laufenden Prozess. Die Selbstkalibrierung erfolgt bei jedem Abkühlvorgang, sobald die Temperatur von mindestens 121 °C auf unter 118 °C fällt.

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Die Batch- oder Produktwechsel erfolgen bei Walter Rau in einem Abstand von etwa zwei Stunden. In der Summe hat sich der Trustsens nach rund 40 Tagen im Einsatz mehr als 500-mal selbst kalibriert, ohne dass dazu ein Techniker der Walter Rau AG eingreifen musste. Bei Bedarf – z.B. bei einem Audit der Anlage – kann der Techniker jederzeit ein gültiges, aktuelles Kalibrierzertifikat auslesen und drucken. Trotz rauer Bedingungen mit mehr als 1.000 Temperaturwechselvorgängen und den damit verbundenen Phasenübergängen des Referenzkristalls zeigte sich im Einsatz keine erkennbare Verschiebung zwischen dem Pt100-Temperatursensor und der Fixpunktzelle. Die Stabilität des Verfahrens konnte so belegt werden, so Endress+Hauser.

Fixpunkt-Referenz für Inline Selbstkalibrierung

Für qualitätsrelevante Temperaturmessungen werden aktuell häufig Widerstandsthermometer gemäß DIN EN 60 751 benutzt, da diese einerseits über eine hohe Genauigkeit verfügen und andererseits in einem breiten Messbereich (-196 °C bis 600 °C) eingesetzt werden können. Der iTherm Trustsens TM371 besteht aus einem Widerstandsthermometer (Pt100) mit einer integrierten Fixpunkt-Referenz, die sich direkt am Sensor befindet. Das Referenzelement – eine speziell entwickelte Keramikzelle – nutzt einen physikalischen Fixpunkt auf Basis der Curie-Temperatur und ermöglicht eine direkte automatisierte Inline-Kalibrierung des Primärsensors. Der Sensor wird ab Werk mit einem Kalibrierschein für die integrierte Fixpunkt-Referenz ausgeliefert, wodurch die Rückführbarkeit der Kalibrierkette auf nationale bzw. internationale Normale bis zur Internationalen Temperaturskala ITS-90 nachweislich und lückenlos gewährleistet werden kann. Die Kalibrierung erfolgt bei einer Temperatur von ca. 118 °C und erfasst in diesem Punkt die Unterschiede zwischen dem gemessenen Wert des Pt100-Sensors und der Referenz. Sie findet bei Prozessen statt, die die Temperatur erreichen, überschreiten bzw. durchlaufen. Damit kann in diesem Temperaturpunkt gezeigt werden, ob der Sensor noch korrekt misst oder sich bereits außerhalb der zulässigen Toleranz befindet.

Verifizieren & dokumentieren im laufenden Prozess

Die integrierte intelligente Transmitterelektronik verfügt über vielfältige permanente Prozess- und Diagnosefunktionen, geführt als Marke „Heartbeat Technology“, die gemäß der Namur-Empfehlung NE107 kategorisiert, und via HART-Kommunikation übermittelt werden.

Frei programmierbare Limit- und Alarmwerte bieten Kontrolle, Sicherheit und Prozesstransparenz. Zudem werden Statussignale über die im Gerät integrierte LED vor Ort signalisiert. Die Messstelle kann ohne Prozessunterbrechung im eingebauten Zustand jederzeit verifiziert und dokumentiert werden. Neben der automatisierten Kalibrierung an sich werden die Daten der letzten 350 Kalibrierungen direkt im Gerät gespeichert. Dadurch kann auf eine langfristige Geräte- und Prozesshistorie zurückgegriffen werden, welche als Grundlage für eine frühzeitige Trendermittlung und Prädikation nutzbar ist. Die Technologie ermöglicht erstmals eine prozessabhängige automatische Inline-Kalibrierung in sehr kurzen Kalibrierintervallen. Erstmals stehen auch Audit-konforme Kalibrierdaten für eine lückenlose Dokumentation jederzeit zur Verfügung: Für die Ausgabe eines gültigen Kalibrierzertifikats genügt ein Mausklick (z.B. mit der Fieldcare-Software). Der Sensor schließt bereits zahlreiche Fehlerquellen im Vorfeld aus und führt damit automatisch zu einer höheren Prozesssicherheit, die letztendlich die Forderung der gleichbleibenden Produktqualität unterstützt.

BUCHTIPPDas Buch „Industriesensorik“ beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

* Giovanni Colucci, Marketing Manager Temperaturmesstechnik, Endress+Hauser

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