Nach rund zehn Jahren Forschung und Entwicklung ist der Temperatursensor iTherm Trustsens TM371 von Endress+Hauser seit Herbst 2016 in der Vorserienreife bei Feldtestanwendern erfolgreich im Einsatz. Einer der Anwender ist die Walter Rau Neusser Öl und Fett AG. Das traditionsreiche Unternehmen erhitzt frisch gepresste Speiseöle unter Vakuum, um beispielsweise Sonnenblumen- oder Rapsöle zu reinigen und flüchtige Bestandteile und gelöste Gase aus den Ölen zu entfernen. Auf diese Weise verbessert sie die Haltbarkeit und den Geruch der Produkte. Später werden die hochwertigen Öle und Fette in der Lebensmittelindustrie zum Beispiel für die Herstellung von Eis, Backwaren, Molkereiprodukten, Margarinen oder Süßwaren verwendet.
Während des Produktionsverfahrens muss die Walter Rau AG die Prozesstemperatur in der Anlage sehr genau kontrollieren, da zu hohe Temperaturen die Produkte beschädigen würden und die gewünschte Reinigungswirkung bei zu geringen Temperaturen ausbleibt. Auf die strikte Einhaltung der Qualitätsprozesse und auf die Kalibrierung der qualitätsrelevanten Messgeräte legen auch die Kunden des Speiseölverarbeiters größten Wert. Sie lassen ihre Markenprodukte hier in Lohnherstellung produzieren.
Ob Sonnenblumen-, Raps-, Kokos- oder Palmöl: Die verschiedenen Pflanzenöle besitzen unterschiedliche Eigenschaften und Temperaturgrenzen. Folglich ändert sich die Temperatur in der Anlage bei jedem Batch und bei jedem Produktwechsel abhängig von der Sorte. Optimale Bedingungen also für einen Feldtest des iTherm Trustsens. Die Selbstkalibrierung des Temperatursensors erfolgt bei jedem Abkühlvorgang, sobald die Temperatur von mindestens 121 °C auf unter 118 °C fällt. Diese Temperaturen sind normal für eine hygienische Verarbeitung der genannten Öle.
500 Kalibrierungen – 1100 Betriebsstunden – Drift: 0
Die Batch- oder Produktwechsel erfolgen 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 der harschen Bedingungen mit mehr als 1000 Temperaturwechselvorgängen und den damit verbundenen iTherm-Trustsens-Phasenübergängen des Referenzkristalls zeigte sich im Einsatz keine erkennbare Verschiebung zwischen dem Pt100-Temperatursensor und der Fixpunktzelle. Die Stabilität des Verfahrens konnte so zweifelsfrei belegt werden. Dieser Feldtest war ein voller Erfolg.
Auch bei weiteren Feldtestkunden ist der Trustsens aktuell im Einsatz. Bei insgesamt 23 Anwendern zeichnet sich ein klares Bild ab: Bislang wurde keine Abweichung über 0,07 °C gemessen.
Selbstkalibrierung dank integriertem Referenzpunkt
Temperatur stellt in der Lebensmittelproduktion einen Schlüsselparameter dar, weil – wie gezeigt – zahlreiche Prozesse unter definierten Temperaturbedingungen ablaufen müssen. Für qualitätsrelevante Temperaturmessungen werden aktuell häufig Widerstandsthermometer (Pt100-Sensoren) gemäß DIN EN 60 751 benutzt, da sie einerseits über eine hohe Genauigkeit verfügen und sich andererseits in einem breiten Messbereich von −196 bis +600 °C einsetzen lassen.
Der selbstkalibrierende Sensor 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 wird. Langjährige ausgiebige Belastungstests über viele Tausende von Zyklen – sowohl im Labor als auch im Feld – bestätigen eine ausgereifte Lösung.
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. Die Messunsicherheit der Kalibrierung nimmt erwartungsgemäß mit der Entfernung der Temperatur vom Referenztemperaturpunkt zu, jedoch sind die Messunsicherheiten in der Umgebung dieses Referenztemperaturpunktes vernachlässigbar. Sie können je nach gefordertem Messintervall in einem technischen Datenblatt angegeben werden.
Verifikation und Dokumentation der Messstelle
Die integrierte, intelligente Transmitterelektronik verfügt über vielfältige, permanente Prozess- und Diagnosefunktionen, 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, die als Grundlage für eine frühzeitige Trendermittlung und Prädikation nutzbar ist.
Dieses unter der Marke „Heartbeat Technology“ geführte Diagnose- und Prüfkonzept erlaubt einen kosteneffektiven und sicheren Anlagenbetrieb während des gesamten Lebenszyklus, indem es Diagnose-, Verifikations- und Monitoringfunktionen sinnvoll kombiniert. Damit ist das Gerät sehr gut gerüstet für Industrie 4.0.
Audit-sicheres Kalibrierprotokoll
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 nach einer gleichbleibender Produktqualität unterstützt. Unter der Voraussetzung, dass die lebensmittelspezifischen Anforderungen eingehalten werden, spricht dies klar für einen Einsatz der Technologie im regulierten Umfeld. Sie hilft außerdem dabei, sowohl den Aufwand, die Kosten als auch das Risiko maßgeblich zu senken und gleichzeitig die Anlagenverfügbarkeit zu steigern.
Suchwort: dei0418endress+hauser
Halle 11, Stand C43
Autor: Giovanni Colucci
Marketing Manager Temperaturmesstechnik,
Endress+Hauser
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