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Lebenserwartung gesteigert

Digitale pH-Sensoren denken mit
Lebenserwartung gesteigert

Um den Energiebedarf der Amerikaner zu decken, wurden in den letzten Jahren erhebliche Aufwände von Seiten der US-Regierung unternommen, alternative Quellen zu erschließen. Hierzu gehört auch die Produktion von Biodiesel aus Mais beim Stärkehersteller ADM in Illinois. Um eine hohe Ausbeute und konstante Qualität des Endprodukts zu erreichen, wird bei ADM besonders auf Sterilität der Produktionsprozesse geachtet. Dazu werden nach Abschluss der Fermentation Rohrleitungen und Kessel mit ca. 135 °C heißem Dampf sterilisiert. Dies stellt eine starke Belastung für die eingesetzten Sensoren und Ventile dar.

Mark Buttmann

Betriebsbedingungen wie die bei ADM üben einen erheblichen Stress auf die emp-findliche pH-Sensorik aus, insbesondere auf die pH-sensitive Glasmembran. Die damit verbundene deutliche Reduzierung der Lebenserwartung hat zur Folge, dass besondere Maßnahmen bei der Wartung der pH-Sensorik implementiert werden müssen. So werden pH-Elektroden nach einer definierten Anzahl von Dampfsterilisationen ausgetauscht, um einen Ausfall während eines Produktionszyklus zu vermeiden. Die Wartungstechniker bei ADM verwenden aus diesem Grund Aufkleber auf den verwendeten pH-Elektroden, die die Anzahl der durchgeführten Dampfsterilisationen zeigen. Als Grundlage der Austauschzyklen dienen Erfahrungswerte aus Tests, die in der Vergangenheit mit den pH-Elektroden durchgeführt wurden.
Intelligente Elektronik im Steckkopf
pH-Elektroden der Memosens-Technologie vereinfachen in der Zukunft solche Anwendungen. Memosens-Elektroden verwenden eine intelligente Elektronik im Steckkopf, die die Rohmesswerte digitalisiert und dann kontaktlos an den Transmitter überträgt. Zudem steht ein Datenspeicher zur Verfügung, der neben den Werksdaten der Elektrode auch Logbücher für maximale Betriebsbedingungen und die Anzahl der Dampfsterilisationen beinhaltet und in der Elektrode bereithält. Diesen Vorteil nutzt ADM bei den neu ausgerüsteten Anlagenteilen: Der angeschlossene pH-Messwertumformer zeigt in einem Untermenü die Anzahl der Dampfsterilisationen der pH-Elektrode an und gibt wahlweise einen Alarm, wenn eine Schwelle überschritten wird. Damit entfällt die aufwändige und fehleranfällige manuelle Rückverfolgung.
Kalibrierung unabhängig vom Messumformer
Durch die Speicherung der Elektrodendaten in der pH-Elektrode kann mit Memosens zudem unabhängig vom Messumformer kalibriert werden. Dies ist gerade in Anwendungen wie oben beschrieben interessant, da die Umgebungsbedingungen im Bereich der Fermenter mit Temperaturen um 45 °C zum Kalibrieren der pH-Sensoren schlecht geeignet sind.
Zur genauen Kalibration ist ein eingeschwungenes Temperatursystem zwischen Elektrode und Puffer notwendig. Dazu müssen zunächst die Elektroden vom heißen Prozessmedium abkühlen, während sich die Puffer, von der Werkstatt kommend, auf die Umgebungstemperatur erwärmen müssen.
Memosens-Sensoren können im Labor oder in der Werkstatt an einem zweiten Umformer unter definierten Bedingungen vorkalibriert und, wenn erforderlich, am Fermenter getauscht werden. Dadurch kann zudem zentral eine Datenerfassung aller Elektroden im Betriebsbereich erfolgen, um die Wartungsintervalle je nach Messstelle zu optimieren.
Ein weiterer Nutzen der Memosens-Technologie ist die kontaktlose Übertragung der Messwerte mittels einer induktiven Kupplung im Stecker. Über diese Kupplung wird auch die Spannungsversorgung für die Elektronik im Sensorkopf realisiert, ähnlich dem Ladegerät von elektrischen Zahnbürsten. Durch den Verzicht auf Metallkontakte gehören Probleme durch Korrosion oder Feuchteeintritt in die Steckverbindung der Vergangenheit an. Gerade in feuchten Umgebungen hat sich dadurch bisher die Lebenszeit von pH-Elektroden häufig verkürzt, da ungewollte Querströme zur Reduktion der Referenzableitung geführt haben. Die völlige galvanische Entkopplung des Sensors vermeidet zudem den Schluss von Erdschleifen vom Messumformer zum Prozessmedium.
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