Messfühler wird Wachmann

Präventive Instandhaltung erhöht die Anlagenverfügbarkeit

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07.10.2009 Feuchtemessungen in der chemischen Industrie bringen aufgrund dort vorkommender Hochfeuchte-Prozesse oder aggressiven Medien so manches Messgerät an seine Grenzen der Genauigkeit. Muss ein defekter Messfühler ausgetauscht werden, bedeutet dies meist einen Stillstand des gesamten Prozesses. Messumformer mit Frühwarnsystemen und Selbstüberwachung hätten diese Pannen verhindern können.

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Oktober 2009

Präventive Instandhaltung durch Feuchtemessung erhöht die Anlagenverfügbarkeit

Wo gehobelt wird, da fallen Späne. Diese Tatsache trifft im übertragenen Sinne auf alle Bereiche der Industrie zu. In der chemischen Industrie kommt es häufig vor, dass Substanzen oder Materialien versehentlich auf Oberflächen von Produktionsmaschinen oder Messgeräten gelangen. Damit diese dadurch nicht angegriffen werden, müssen die Gehäuse resistent gegen Chemikalien und leicht zu reinigen sein. Ein Gehäuse, das diese Eigenschaften erfüllt, besitzt auch der Feuchte-Messumformer 6681. Weil er mit vielen verschiedenen Sonden ausgestattet werden kann, lassen sich mit ihm die unterschiedlichsten stationären Messungen, wie Raumklima oder Feuchte in Produktion, Verfahrenstechnik sowie Reinräumen, vornehmen. Auch eine Vielzahl abgeleiteter Feuchtegrößen, wie beispielsweise Absolutfeuchte oder Enthalpien, lassen sich mit ihm erfassen beziehungsweise berechnen. Seine Messgenauigkeit liegt dabei bei bis zu ±1%rF, welche durch einen 5-jährigen Ringtest von verschiedenen nationalen Kalibrierlaboratorien testiert wurde.

Der richtige Fühler muss es sein

Ob Restfeuchte, Hochfeuchte oder für die Kanalmontage – die Applikation bestimmt den Sondentyp. Prozesse mit hoher Feuchte stellen in der Messtechnik die anspruchsvollsten Herausforderungen dar, weil sich zum einen die Reaktionszeit der Feuchtesensorik verlangsamt und zum anderen der Sensor bei langfristigem Einsatz durch Korrosion beschädigt werden kann. Um bei Prozessen mit einer Feuchte von über 90% die Ansprechzeit des Sensors zu erhöhen, wird der digitale Fühler 6614 mithilfe einer Sensorheizung regelrecht überlistet. Das so erzeugte Mikroklima wird um 5 Kelvin angehoben, sodass neben der schnellen Reaktionszeit auch die Korrosionsfestigkeit und letztendlich die genaue Messung sichergestellt werden. Ein zusätzlicher Temperaturfühler misst die tatsächliche Prozesstemperatur, aus der der Mikroprozessor die Prozessfeuchte errechnet.

Das Prinzip des Mikroklimas wird auch bei dem Restfeuchtefühler 6615 angewendet, wobei das Mikroklima dort dem Selbstabgleich dient. Aufgrund der sehr niedrigen relativen Feuchte in der Messumgebung stoßen herkömmliche Feuchte-Sensoren bei der Messgenauigkeit an ihre Grenzen. Mit dem automatischen Selbstabgleich-Verfahren werden Messunsicherheiten korrigiert – und das hinab bis zu Restfeuchten von -60°C Taupunkt, was bei 25°C einer relativen Feuchte von 0,03% entspricht. Dazu trägt das Gerät auf seiner Rückseite einen Temperatursensor, der als Heizung dient und das Mikroklima erzeugt. Täglich ermittelt der Fühler im beheizten und unbeheizten Zustand ein Wertepaar aus Feuchte und Temperatur. Physikalisch bedingt bleibt der Drucktaupunkt bei beiden Zuständen konstant, sodass sich anhand der Wertepaare nun eine eventuelle Abweichung berechnen und anschließend gegebenenfalls korrigieren lässt.
Für die chemische Industrie besonders interessant ist das Fühlermodell 6617. Ausgestattet mit einer Widerstandsmessung der Deckelelektrode erkennt der Sensor sofort, wenn er von aggressiven Medien angegriffen wird. Die Sonde bzw. das Gerät signalisiert dies umgehend mit einem Alarm. Diese unkomplizierte Art der präventiven Instandhaltung erhöht die Anlagenverfügbarkeit enorm, denn durch den frühzeitigen Alarm kann der Fühler bereits vor einem Defekt ausgetauscht und ein Produktionsausfall verhindert werden.

Schutzmöglichkeiten für den Sensor

Es gibt aber auch Anwendungen, in denen es sich nicht vermeiden lässt, dass der Fühler mit schädigenden Verbindungen in Kontakt kommt, deren Feuchte er messen soll. Sterilisationsprozesse mit Wasserstoff-Peroxid sind so ein Fall. Hierfür gibt es spezielle Schutzkappen für H2O2 -Applikationen. Diese wirken katalytisch und verhindern durch eine Aufspaltung in H2O und O2 eine Beschädigung des Sensors. Um dennoch den Feuchtegehalt messen zu können, muss der Anwender dem Messumformer zuvor den ihm bekannten H2O2-Gewichtsanteil der Umgebung „mitteilen“. Der „gemessene“ Gemischtaupunkt wird dann berechnet.

Neben der H2O2-Schutzkappe steht für jede Applikation die richtige Kappe zur Verfügung. Angefangen von Edelstahl-Schutzkappen für Standardanwendungen bis hin zu Teflon-Varianten mit Abtropfloch für hochfeuchte Prozesse.

Software analysiert und gleicht ab

Nicht nur der Frühwarn-Feuchtefühler 6617 gewährleistet die Anlagenverfügbarkeit, auch der Messumformer an sich verfügt über zahlreiche Selbstanalysen, die einen ausfallsicheren Betrieb ermöglichen. Dazu zählen unter anderem Warnungen bei zu lang andauerndem Betauungszustand, bei Drift-Verdacht auf Basis der 2-Punkt-Abgleiche und bei unpassender Betriebsspannung. Treten Fehler wie diese auf, können sie mit Hilfe der Software P2A (PAA = Parametrierung, Abgleich, Analyse) auch direkt auf dem Rechner analysiert werden, da Alarmmeldungen in einer Historie zur Nachvollziehbarkeit gespeichert werden. Die Software gestattet auch das einfache Skalieren der Analogausgänge oder der Signaldämpfung. Wurde ein Parametrieren eines Messumformers vorgenommen, so kann diese als Datensatz gespeichert und per „drag and drop“ an weitere Geräte übertragen werden.

Informationen über Abgleiche sind ebenfalls in der Historie abgelegt. Möglich sind ein 1-Punkt-Abgleich, der ein Referenzgerät erfordert, und ein 2-Punkt-Abgleich, für den zwei Salztöpfchen mit definierten Feuchten oder ein Feuchtegenerator notwendig sind.

Zwei Premieren in einem Gerät

Frühwarnungen, wie die für den nötigen Abgleich, können auch als Einzelmeldungen an die Steuerung übertragen werden, sofern der Messumformer über die digitale Feldbus-Kommunikation Profibus-DP verfügt. Beim Modell 6681 wurde diese erstmals in der Feuchte-Messtechnik realisiert. Zu dieser Neuerung gesellt sich ein dritter Analog-Ausgang, sodass nun neben der Überwachung von Feuchte und Temperatur auch beispielsweise die berechnete Absolut-Feuchte ausgegeben werden kann. Parallel zur Nutzung der Analogausgänge zu Regelungszwecken kann ein durchgängiges Messdaten-Monitoring von der Feld- zur Managementebene stattfinden. Dafür wurde ein Ethernet-Modul realisiert, durch das die Feuchte-Überwachung in Spezialanwendungen wie der Chemie noch sicherer wird.

Heftausgabe: Oktober 2009
Alexander Walz , Marketing Assistent Messsysteme Testo

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Alexander Walz , Marketing Assistent Messsysteme Testo

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