Mai 2013
| von Armin Scheuermann, Redaktion
  • Elektrochemische Sensoren, wie sie zur pH-Messung eingesetzt werden, sind hochempfindlich gegenüber Kontaktproblemen. Der Trend geht deshalb zu digitalen Sensoren, bei denen Sensor und Verkabelung komplett galvanisch getrennt sind.
  • Beim Smartsens-System geschieht die Signalwandlung komplett im Sensorkopf.

Auf Letzteren verzichtet der Hersteller  Krohne Messtechnik mit seiner jüngsten Entwicklung nun auch noch: Mit digitalen elektrochemischen Sensoren zur Messung von pH, Leitfähigkeit und Redoxpotenzial der Smartsens-Baureihe will der Hersteller den Markt für Analysetechnik aufmischen: Bei den elektrochemischen Sensoren wurden die Transmitterfunktionen in den Sensor verlegt. Dieser bietet ein 4…20-mA-Signal mit Hart-Kommunikation an, wird via  Zweileiter-Technik über die Stromschleife gespeist und kann direkt an eine übergeordnete Steuerung bzw. ein Leitsystem angeschlossen werden.
„Der Verzicht auf einen Transmitter mindert das Risiko von Ausfällen entlang der Kette vom Sensor bis zum Prozessleitsystem und vereinfacht die Handhabung der Analysesensoren erheblich“, erläutert Dr. Wolfgang Babel, der bei Krohne für die Entwicklung der Analysetechnik verantwortlich ist. Babel hatte vor seinem Weggang bei Endress+Hauser bereits die Einführung der Memosens-Technik begleitet. Bei dieser werden Daten und Energie zwischen Sensorsteckkopf und Datenkabel zum Transmitter induktiv übertragen, allerdings ist dort nach wie vor ein Transmitter erforderlich.
Krohne rechnet auf Basis von Marktdaten damit, dass in den kommenden fünf bis sieben Jahren in den Unternehmen der Großchemie über 60.000 Transmitter das Ende ihres Lebenszyklus erreichen und ausgetauscht werden müssen. „Dort ist unsere transmitterlose Sensortechnologie eine interessante Alternative“, hofft Babel.

Sensor-, Betriebs- und Prozessdaten werden
im Sensorkopf gespeichert

Bei den neuen Geräten sind im Sensorkopf Informationen wie Seriennummer, Produktionsdatum und Datum der Erstinbetriebnahme gespeichert. Daneben werden zyklische Messdaten wie der pH-Wert und die Temperatur jeweils mit Status, Testdaten wie der maximale und minimale gemessene pH-Wert sowie bis zu 20 Kalibrierdatensätze gespeichert. Letztere umfassen Steilheit, Offset sowie die pH-Werte der jeweils eingesetzten Pufferlösungen. Prozessdaten wie ein Betriebsstundenzähler, SIP-, CIP- und Autoklaviervorgänge sowie die Betriebszeit über zwei festgelegten Temperaturschwellen werden ebenfalls protokolliert und im Sensorkopf gespeichert.
Die in Zweileitertechnik konzipierten Smartsens-Sonden sollen künftig auch in den Ex-Zonen 0 bis 2 eingesetzt werden. Die Kommunikation erfolgt über 4…20 mA/Hart. „Krohne ist damit der erste Anbieter, der eine direkte Verbindung per standardisiertem Feldbus vom elektrochemischen Sensor zum Leitsystem bietet“, erklärt Babel. Da die Kalibrierdaten im Sensor gespeichert werden, können die digitalen Sensoren im Wechselbetrieb eingesetzt werden. Dadurch ist es möglich, auf eine aufwendige Vor-ort-Kalibration zu verzichten und die Sensoren unter kontrollierten Bedingungen offline im Labor zu kalbrieren. „Dabei kann die Glasemembran vor der Kalibrierung im KCl-Bad regeneriert werden, wodurch sich die Standzeit der Sensoren deutlich verlängert“, beschreibt Babel einen Vorteil der Offline-Kalibrierung.

Deutlich niedrigere Betriebskosten
Neben niedrigeren Investitionskosten durch den Wegfall des Transmitters rechnet der Hersteller aufgrund der Laborkalibration mit deutlich niedrigeren Wartungskosten als beim Einsatz analoger Sensoren. Bei 100 Messstellen kalkuliert Krohne Einsparungen von 204.000 Euro, wenn die Sensoren monatlich kalibriert werden und sich der Wechselintervall des Sensors von zwei Monaten auf drei Monate verlängert. Dazu kommt, dass die digitalen Sensoren auch von Betriebspersonal einfach ausgetauscht werden können, wärend die Vor-Ort-Kalibrierung analoger Sensoren geschultes Fachpersonal erfordert.
Für die Offline-Kalibrierung können die Sensoren per USB-Schnittstellenkabel für die bidirektionale Hart 7-Kommunikation und Stromversorgung an einem PC angeschlossen werden. Die Bedienoberfläche liefert dann dieselbe Pactware (FDT/DTM), die auch das
Assetmanagement-System verwendet.

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