In Echtzeit und hygienisch

Tim Schrodt

Der Vibrationsgrenzschalter Liquiphant M gehört zu den erfolgreichsten Produkten von Endress+Hauser. Um die Geräte für die Dichtemessung einsetzbar zu machen, musste ihr traditionelles Schwinggabel-Messprinzip nicht abgewandelt werden. Diese neue Funktionalität wird über einen zusätzlichen Elektronikbaustein erreicht, mit dem nun jedes Gerät der Liqui-phant-M-Produktpalette ausgestattet ist.

Vibrationsgrenzschalter stellen mechanisch schwingfähige Systeme dar, die auf ihrer Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt werden. Herzstück des Schalters ist ein Piezoantrieb. Dieser überträgt die von ihm erzeugten Antriebsimpulse auf eine Schwinggabel aus Edelstahl, dem einzigen produktberührten Teil des Systems. Als Grenzstandschalter eingesetzt hat die Elektronik bisher nur die Änderung der Frequenz erkannt, wenn die Schwinggabel mit dem jeweiligen flüssigen Medium bedeckt war oder nicht. Das heißt: Der Schalter konnte nur erkennen, ob er in Luft oder in eine Flüssigkeit eintaucht.

Der neu in die Liquiphant-M-Geräte integrierte Elektronikbaustein wertet nun auch die Resonanzfrequenz aus, mit der die Gabel schwingt. Und diese ist direkt abhängig von der Dichte des jeweiligen Mediums. Um der Resonanzfrequenz aber auch einen Dichtewert zuordnen zu können, wird der Liquiphant M mit dem Dichterechner FML621 kombiniert. Er errechnet aus der eingespeisten Resonanzfrequenz die entsprechende Dichte. Über einen zusätzlichen Temperatursensor, beispielsweise einen Omnigrad M, korrigiert die Software den Einfluss der Mediumtemperatur auf die Dichte. Außerdem kann der Anwender spezifische Konzentrationstabellen im Dichterechner hinterlegen, sodass die Dichte direkt in die korrespondierende Konzentration umgerechnet und in der gewünschten Einheit, beispielsweise °Brix (Zuckergehalt), °Baumé (Salzgehalt), °Plato (Stammwürzekonzentration), angezeigt wird.

An jeden Dichterechner lassen sich bis zu fünf Liquiphant-M-Geräte anschließen. In puncto Leistungsfähigkeit entspricht das Dichtemesssystem herkömmlichen Verfahren: Die Genauigkeit der Messung liegt nach einem Feldabgleich bei ±0,002 g/cm³ und mit ±0,0007 g/cm³ weist sie eine sehr hohe Reproduzierbarkeit auf. Das System eignet sich für Medien mit einer Dichte von 0,3 bis 2 g/cm3.

Mit dem Liquiphant M, der EHEDG zertifiziert ist, lässt sich im hygienisch sensiblen Prozessumfeld der Lebensmittelindustrie die Dichte inline im Tank und in der Leitung messen. Dabei kann auf Bypasslösungen verzichtet werden. Über eine breite Palette von Prozessanschlüssen kann der Anwender die Liquiphant-M-Geräte direkt in den Prozesskreislauf integrieren. Ein Feldabgleich empfiehlt sich bei Rohrnennweiten kleiner DN 80. Für Rohre mit Nennweiten unter DN 50 ist der Liquiphant M nicht geeignet. Zu beachten ist ferner, dass bei Fließgeschwindigkeiten unter 2 m/s die Genauigkeit des Gerätes abnimmt.

Wesentlicher Vorteil der Dichtemessung mit dem Liquiphant M ist, dass eine manuelle Probeentnahme entfällt.

Für die kontinuierliche Überwachung von Konzentrationswerten ist das Liquiphant- M-Dichtemesssystem ein wichtiger Helfer. Ein Beispiel: In Käsereien hat die Konzentration des Salzbades einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität des Käses. Bisher wurde die Salzkonzentration manuell mithilfe einer Spindel bestimmt. Viel zeitsparender und genauer ist die Konzentrationsbestimmung mit dem Liquiphant M. Am Beckenrand installiert, misst er die Salzkonzentration in °Baumé. Selbst bei Salzablagerungen auf der Schwinggabel arbeitet das System im geforderten Toleranzbereich von 0,5 bis 1,0 °Baumé. Auch bei der Herstellung von Softdrinks kann das Liquiphant-M-Dichtemesssystem ähnlich vorteilhaft eingesetzt werden. Es dient hier zur Überwachung der rezepturgenauen Ausmischung von Sirup, Wasser, Zucker und Aromen.

Bei der aseptischen Verpackung von Lebensmitteln nutzt man Wasserstoffperoxid zur Desinfektion der Packmittel. Dabei muss sichergestellt werden, dass das Peroxid stets die desinfektionswirksamer Konzentration hat. Auch in dieser Anwendung konnte die Konzentrationsbestimmung mit dem Liquiphant-M-Dichtemesssystem die zeitaufwendige Laboranalytik ablösen.

Ein anderes wichtiges Einsatzgebiet des Liquiphant-M-Dichtemesssystems ist die Erkennung und Identifizierung von Produkten. Es leistet auf diese Weise einen wesentlichen Beitrag zur Produktsicherheit auch im Rahmen der gesetzlich vorgeschriebenen Rückverfolgung von Produkten.

Die Grundlage: Die Dichte ist eine charakteristische Stoffkenngröße. Sie kann, ähnlich einem Fingerabdruck, zur Produkt-identifizierung herangezogen werden. Diesen Umstand nutzt man beispielsweise bei der Überwachung von Tanks und Behältern aus, in denen unterschiedliche Produkte gelagert werden. Das Liquiphant-M-Dichtemesssystem zeigt an, welches Produkt gerade im jeweiligen Tank oder Behälter gelagert wird. Als Leermelder ist diese Messstelle ohnehin bei den meisten Installationen vorgesehen.

Eine derartige Überwachungslösung ist auch bei der Abfüllung von Produkten sinnvoll. Hier können mithilfe des Liqui-phant-M-Dichtemesssystems Produktverwechselungen ausgeschlossen werden. Zudem zeigt das Messsystem an, welches Produkt gerade abgefüllt wird.

Zu wissen, welches Produkt oder welcher Prozesshilfsstoff in welcher Konzentration gerade durch die Leitung fließt, hilft Produktverluste bei der Medientrennung zu minimieren. Ob vor Reinigungszyklen oder bei Produktwechseln, der Liquiphant M detektiert ohne Zeitverzögerung die Produktdichte und erlaubt so eine schärfere Abgrenzung zwischen Produkt- und Mischphase. Vorteilhaft ist der Einsatz des weiterentwickelten Vibrationsgrenzschalters immer dann, wenn optische oder elektrochemische Messverfahren aufgrund zu ähnlicher Medien versagen.

Die Inline-Dichtemessung mit dem Liqui-phant M lässt sich des Weiteren auch zur Prozessüberwachung einsetzen. Als Beispiel seien hier Fermentationsprozesse genannt, wie sie für die Herstellung von Bier, Wein oder Most typisch sind. In diesen Anwendungen liefert der Liquiphant M zum einen ein Dichtesignal mit dessen Hilfe Gärstörungen frühzeitig erkannt werden können. Trotz der CO2-Entwicklung ist das Messsignal ausreichend genau. Lediglich am Beginn des Prozesses – hier verläuft die Gärung besonders stürmisch – ist das Messsignal zu unruhig, um verwertbare Daten zur Produktdichte geben zu können. Zum anderen dient der Liquiphant M zur sofortigen Detektion des Endprodukts der Vergärung. Dies kann umgehend abgezogen werden. Auf diese Weise leistet das Gerät einen wichtigen Beitrag zur effizienten Prozessgestaltung.

Fazit: Durch die Kombination des weiterentwickelten Liquiphant M, des Dichterechners FML621 und eines Temperatursensors entsteht ein leistungsstarkes und vor allem hygienisches Dichtemesssystem, das in verschiedenen Bereichen der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden kann. Auch unter Kostengesichtspunkten bietet diese Gerätekombination Vorteile. Da bis zu fünf Messstellen an einen Dichterechner angeschlossen werden können, ist das Liquiphant-M-Dichtemesssystem eine preislich attraktive Alternative zu herkömmlichen Dichtemessgeräten wie Aräometer, Biegeschwinger- oder Ultraschallgeräte.

dei 405

Weitere Informationen zu den beschriebenen Produkten

Achema 2009