Ein Allheilmittel wurde in der Druckmesstechnik bislang noch nicht gefunden. Um dennoch die Balance zwischen technischen Anforderungen und finanziellen Möglichkeiten zu halten, müssen spezielle Sensoren für den jeweiligen Einsatzzweck bereitgestellt werden. Anhand des Brauereiprozesses lässt sich leicht nachvollziehen, warum an welcher Stelle welche Technologie zum Einsatz kommt.
Holger Schmidt
Ein gutes Bier braucht zunächst einmal ein gutes Wasser. Viele Brauereien vertrauen daher bei diesem wichtigen Ausgangsmaterial traditionell auf eigene Brunnen. Die optimale Bewirtschaftung und auch der Bestandsschutz erfordern eine Füllstanderfassung an der Entnahmestelle. Eine hydrostatische Druckmessung als Brunnensonde gibt hierzu die passende Auskunft. Die Messzelle muss für diese Anwendung vollständig gegen das umgebende Wasser geschützt sein. Besondere Anforderungen werden dabei an die Kabeleinführung gestellt. Die Endress+Hauser-Sonde YMX70 ist daher mit einer kleinen keramischen Membran ausgestattet, die für den Einbau in 1“-Peilrohre geeignet ist. Auch kleine Schwankungen werden mit dieser Membran einwandfrei erkannt (Bild 1).
Im Sudhaus sind in einigen Prozessschritten wie der Nassschrotung oder der Treberwirtschaft robuste Sensoren notwendig, die einer abrasiven, mechanischen Belastung widerstehen. In diesem Bereich werden bevorzugt keramische Messzellen eingesetzt. Die Membran besteht normalerweise aus hoch reinem Keramikmaterial (99,9%-iges Al2O3), um sowohl Beständigkeitsanforderungen als auch den Bestimmungen der FDA zu genügen. Die Sensoren sind darüber hinaus durch ihre ölfreie Ausführung für den Einsatz im Vakuum, beispielsweise bei der Wasserentgasung, prädestiniert. Auch wenn die Ölfüllung in Sensoren mit metallischer Membran mittlerweile ein immer geringeres Volumen einnimmt, so bleibt doch das Phänomen, dass sich vor allem bei hohen Temperaturen im Vakuumbereich Gasblasen im Öl bilden können, die die Genauigkeit negativ beeinflussen. Dieser Effekt tritt in der ölfreien Messung nicht aus. Erkauft wird dieser Vorteil allerdings durch den Bedarf einer zusätzlichen Prozessdichtung und einer etwas längeren Ansprechzeit nach rapiden Temperaturänderungen. Dafür widersteht die Messzelle im Handling der mechanischen Belastung besser. Leider prüfen manche Anlagenbetreiber immer noch manuell, ob ein Sensor funktioniert. Die keramische Zelle wird auch nach dieser Prozedur noch korrekte Messergebnisse liefern, einer metallischen Membran ist dies oftmals nicht mehr möglich.
Kondensatfeste Sensoren
In den Standardprozessmessungen lassen sich sowohl keramische als auch metallische Sensoren einsetzen. Letztere sind dann zu bevorzugen, wenn vor allem kurze Ansprechzeiten bei starken Temperaturschwankungen benötigt werden. Da in der Regel der Druck relativ zur Umgebung gemessen wird, ist ein Ausgleich mit dem atmosphärischen Druck nötig. Dazu sind die Messzellen mit einer Öffnung zum Gehäuse versehen. Wie dieser Druckausgleich konstruktiv im Sensor gelöst wird, ist vor allem dann relevant, wenn kondensierende Flüssigkeiten eine Rolle spielen. In warmen Anwendungen und in den meisten Rohrleitungen stellt dies üblicherweise kein Problem dar; bei Behältern verhält sich das anders.
Die kondensatdichte Druckmesszelle Contite arbeitet mit einer metallischen Membran und wird in den Bereichen eingesetzt, in denen der Druck von einem kalten Produkt in warmer und ggf. feuchter Umgebung gemessen wird. Dabei lässt sich auch der atmosphärische Druck berücksichtigen. Anders als bei anderen Messzellen wirkt er über eine zweite Membran auf die Rückseite der Messzelle. Der Sensor wird allerdings nur dann vollständig kondensatfest, wenn neben dem Druckausgleich auch die Signalanbindung gegen Feuchtigkeit abgesichert ist. Bei der Contite-Zelle erfolgt dies durch spezielle, absolut gasdichte Glasdurchführungen für die Kabel. Dadurch sind alle kritischen Bereiche sicher geschützt. Diese Bauform eignet sich ideal für den Einsatz zur hydrostatischen Füllstandmessung in Tanks und Behältern. Neben dem Schutz der Messzelle selbst rundet ein Zweikammer-Edelstahlgehäuse das erfolgreiche Kondensatschutzkonzept für den Transmitter ab.
Ein sehr kleines Füllvolumen mit Lebensmittelöl sowie ein prozessnaher Temperatursensor wie der Deltapilot S FMB70 ermöglichen eine hoch genaue Messung auch nach großen Temperatursprüngen. Diese Situation tritt unter anderem ein, wenn der Behälter direkt nach der Reinigung oder einer heißen Sterilisation mit Produkt befüllt wird. Das bei der Abkühlung entstehende geringe Vakuum fügt dem Sensor keinen Schaden zu. Die Integration in die Tankwand erfolgt frontbündig, so dass der Sensor auch bei flachem Konuswinkel ideal in die Tankreinigung mit eingebunden ist.
Schnelle Druckmessung
Wird eine sehr schnelle und hoch auflösende Differenzdruckmessung benötigt, z. B. zwischen Filterein- und -auslauf, oder sollen Betriebszustand und Wirkungsgrad eines Wärmetauschers überwacht werden, kommen Sensoren zum Einsatz, bei denen beide Seiten des Sensors über je eine Kapillare mit dem Prozess verbunden sind. Der absolute Prozessdruck spielt damit keine Rolle. Es wird nur die Differenz zwischen den beiden Aufnahmepunkten erfasst. Dabei kommen sowohl Sensoren mit metallischer als auch keramischer Sensortechnologie zum Einsatz. Zur Prozessanbindung werden häufig metallische Membranen eingesetzt, die auf ölgefüllte Kapillare wirken. Bei der Ölfüllung wird auf kleinstmögliche Volumina geachtet. Auf Temperatureffekte durch Verlegung der Kapillaren in voneinander verschiedenen Temperaturzonen oder auch bei stark differierenden Längen der Kapillare ist zu achten.
Im Bereich der Abfülltechnik ist die bio- logische Sicherheit von besonderer Be- deutung. Da inzwischen viele Biere ohne zusätzliche Pasteurisation im Behälter verkauft werden, müssen nach der Filtration optimale Verhältnisse geschaffen werden. Im Allgemeinen werden Sensoren mit metallischen Membranen bevorzugt, weil sie mit einem kleinen Anschluss frontbündig in den Prozess eingebunden werden können.
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Anwendungsbereiche im Überblick
Im Folgenden sind die Anwendungsbereiche der verschiedenen Messzellen aufgeführt:
- Die robuste keramische Membran wird bevorzugt in Anwendungen mit abrasiven Produkten und im Vakuum verwendet.
- Die metallische Standardzelle wird in Prozessleitungen mit starken Temperaturschwankungen und kleinen Prozessanschlüssen eingesetzt.
- Die hydrostatische Messung in Behältern verlangt nach speziell dafür entwickelten Geräten, die sowohl schnell auf Temperaturschwankungen reagieren als auch hoch genau messen und kompensieren können. Sie sind im Allgemeinen mit einer metallischen Membran und einer Contite-Zelle ausgestattet.
- Effektive Überwachung von Filtern und Wärmetauschern wird mit Differenzdrucktransmittern ermittelt, die nicht vom absoluten Druck beeinflusst werden.
- Bei hoher Temperaturdifferenz zwischen Prozess und Umgebung sollte eine kondensatdichte Messzelle (Contite) eingesetzt werden, um eine Beschädigung der Zelle durch Feuchtigkeit zu vermeiden.
Druckmesstechnik im Überblick
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