Das hygienische Prozessrefraktometer PR-43-A von K-Patents kann ohne den bisherigen externen Transmitter betrieben werden, denn diese Funktion ist in dem Sensor integriert. In Deutschland werden die Geräte des finnischen Herstellers von Bühler Technologies vertrieben.
Schon die Vorläuferversion PR-23-A zeichnete sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit aus. Einheitlich vorkalibriert waren auch diese Sensoren bereits – auf einen Brechungsindex zwischen 1,32 und 1,53 (0 bis 100 Brix). Daher sind K-Patents-Sensoren untereinander austauschbar. Dank des ISO-9001-zertifizierten Produktionsverfahrens unterstützt K-Patents die Qualifizierung der Anwender und auch die laufende Verifizierung.
Kommunikation via Ethernet
Bisher konnten zwei Sensoren an eine Auswerteelektronik angeschlossen werden. Die Anzeige war jedoch getrennt. „Die Sensoren waren allein nicht einsetzbar“, erinnert sich Rainer Bergmeier, Produktmanager bei Bühler Technologies GmbH, „denn man konnte keine Messwerte für ein übergeordnetes System abgreifen.“ Beim Nachfolgermodell mit integriertem Transmitter ist das problemlos möglich. Es ist komplett digital aufgebaut. Der Messwert lässt sich als 4…20-mA-Analogsignal oder über einen Ethernetausgang auslesen, vor Ort etwa mit einem Laptop. Bergmeier erläutert: „Wer vor Ort kein dauerhaftes Anzeige- und Bedientool benötigt, kann es sich nun sparen. Wenn irgendetwas an den Parametern zu ändern wäre, etwa der Messbereich oder die Umrechnungsparameter beim Umstieg von einem Medium zu einem anderen, kann man das über einen Laptop oder via Ethernet, also etwa über das interne Werksnetzwerk, tun.“ Jedes Gerät verfügt dazu über eine IP-Adresse.
Die komplett digitalisierten Prozessrefraktometer PR-43-A bestimmen den Brechungsindex wie gewohnt als kritischen Winkel der Totalreflexion. Dazu wird Licht auf eine Prismenfläche gerichtet und trifft unter verschiedenen Winkeln auf die Probe, die in Kontakt mit dem Prisma ist. In Abhängigkeit vom Brechungsindex der Probe dringt das Licht teilweise in sie ein und wird nur partiell reflektiert, während bei höheren Einfallswinkeln eine Totalreflexion erfolgt. Es entsteht ein Hell-Dunkel-Bild, das von einer hochauflösenden CCD-Kamera aufgefangen wird. Sie bestimmt die Lichtintensität in Abhängigkeit vom Einfallswinkel. Der Grenzwinkel ist eine Funktion des Brechungsindex. Aus ihm errechnet die Elektronik die Konzentration der Flüssigkeit und gibt den Wert direkt aus.
Stabile Messung ohne Drift
Mathematik und Digitaltechnik also, inklusive einer Temperaturkompensation: „Wir können also sagen: Das Gerät misst nach zehn Jahren noch so wie am ersten Tag. Da gibt es keine Nullpunktdrift“, betont Bergmeier. Vorteil: Eine wiederholte Kalibrierung im eigentlichen Sinne ist nicht nötig, auch nicht bei Medienwechsel. Der Anwender muss auch in diesem Fall nur den Umrechnungsfaktor ändern. Um den Vorschriften Genüge zu tun, gibt es zwar zur Verifizierung Standardlösungen, die nach einer Routine auf das Refraktometer aufgebracht werden müssen, um schließlich einen Verifizierungsbericht zu erhalten. Für eine konstante Messqualität wäre das jedoch nicht nötig.
Durch die vollständige Digitalisierung hat der Anwender weitere Vorteile. Dank des Plattformkonzepts ergeben sich für ihn verschiedene Nutzungsmöglichkeiten. Im einfachsten Fall betreibt er allein das Gerät mit Analogausgang, an den er einen Rechner anschließen kann bzw. über die weiterführenden Möglichkeiten, die ihm das Web-User-Interface bietet. Hiermit kann er neben den Messwerten auch Diagnosewerte und Trends über die Ethernetverbindung abgreifen. Ein handlicher Feldkommunikator ergänzt die Bedienmöglichkeiten. Der Anwender hat aber selbstverständlich auch die Möglichkeit, vor Ort eine Anzeige anzubringen, als Single-Interface, über das er den aktuellen Messwert laufend im Auge behalten, Parameter ändern oder Diagnose betreiben kann.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit ist der Betrieb von bis zu vier Prozessrefraktometern über ein grafisches Multichannel-Interface, das dann die vier Messwerte gleichzeitig anzeigt und über das auch alle angeschlossenen Refraktometer parametriert werden können.
Vier Sensoren an einem Interface
Die Single- und Multichannel-Interfaces sind robust ausgelegt. Das Multichannel-User-Interface (MI) mit Schutzklasse IP 67 widersteht selbst korrosiven Umgebungsbedingungen und den häufigen Reinigungszyklen in Lebensmittel- und Getränkeanlagen. Die Edelstahlausführung verhindert Keimwachstum. Auch bei extremen Temperaturen zwischen -40 und +50 °C kann das MI zum Einsatz kommen. „An diese zentrale Box kann man in Zukunft auch externe Geräte anschließen und sich dann beispielsweise neben den Konzentrationen von zwei Messstellen auch Temperatur und Druck anzeigen lassen“, erläutert Bergmeier. Die Software des User-Interfaces basiert auf Linux.
Mit EHEDG- und 3-A-Zertifikat
Hinsichtlich der Installation gibt es die Prozessrefraktometer PR-43-A in zwei Ausführungen: Die besonders kompakte eignet sich für kleine Leitungen sowie für die Installation an Rohrbögen o. Ä. Und die zweite, ein Eintauchsensor, findet in großen Leitungen, Behältern oder in Komponenten mit einem Heizmantel Verwendung.
Für Betreiber von Lebensmittel- und Getränkeproduktionsanlagen sowie Molkereien sind die Zertifizierungen nach 3-A-Sanitary-Standard und EHEDG (Typ EL Class I) relevant, über die die Messgeräte verfügen. Die In-Prozess-Reinigbarkeit, CIP/SIP-Fähigkeit und die Sicherheit der produktberührenden Teile sind somit sichergestellt.
Eine technische Besonderheit der Prozessrefraktometer PR-43-A ist die Core-Optik. In diesem optischen Modul sind Lichtquelle, Prisma, Temperatursensor und CCD-Kamera integriert. Die Einheit ist mechanisch abgekoppelt, das heißt, sie ist vor Vibrationen oder anderen externen Kräften geschützt. Auch Druckstöße haben keinen Einfluss auf das Messsignal.
Komfortable Selbstdiagnose
Auch in puncto Selbstdiagnose sind die K-Patents-Sensoren gut gerüstet. Ein integrierter Feuchtefühler weist darauf hin, dass Produkt eingedrungen sein könnte. Und der Temperaturfühler warnt, wenn die Kopftemperatur über 55 °C steigt. Bergmeier erläutert: „Dann kann der Anwender reagieren, etwa mit Kühlplatten.“ Auch einen Belag auf dem Prisma, etwa während der Konzentrationsbestimmung in stark zuckerhaltigen, klebrigen Süßigkeiten wie Lakritze, meldet der Sensor automatisch. Auf diese Weise wird der Anwender darauf hingewiesen, dass das Saphirprisma gereinigt werden muss.
Im Vergleich zu den Vorgängermodellen sind die Prozessrefraktometer PR-43-A kompakter gebaut. Das ist für alle Anlagenbauer, die immer kompaktere Anlagen mit noch mehr Funktionen auf immer weniger Raum anbieten wollen, ein großer Vorteil. Und auch für Anlagenbetreiber, die eine Anlage mit einem oder mehreren Refraktometern nachrüsten wollen, ist der geringe Platzbedarf hilfreich.
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