Vorteil digitale Datenverarbeitung: Reinhard Poft, Produktspezialist bei ABB, stellte die weiterentwickelte Sensor-Baureihe vor. (Bild. Redaktion)
Ein thermischer Durchfluss-Sensor funktioniert nach dem Prinzip des Heißfilm-Anemometers: Das zu messende Gas umströmt einen beheizten Sensor und kühlt diesen ab. Der nötige elektrische Strom, um diesen Temperaturabfall auszugleichen und die Temperatur des Sensors konstant zu halten, lässt sich präzise bestimmen. Diese Energiemenge gibt Aufschluss über die Gasmenge. Um eventuelle Temperaturschwankungen des Mediums auszugleichen, dient der zweite Sensor direkt als Temperaturfühler.
Messbereich beginnt fast bei null
Auf diese Art lassen sich auch sehr geringe Gasströme erfassen, die zum Auslenken der Messschleifen eines Coriolis-Geräts noch nicht ausreichen. Daher erfasst der thermische Sensor beispielsweise auch kleine Leckagen, der Messbereich beginnt nahezu bei null. Der Platzbedarf thermischer Sensoren ist sehr gering, und sie verursachen kaum Druckabfall: „Man merkt nicht, dass das System in einer Rohrleitung steckt“, betont Reinhard Poft, Produktspezialist im Bereich Measurement & Analytics beim Automatisierungs- und Messtechnik-Anbieter ABB.
Das Unternehmen bietet mit seiner Serie Sensyflow bereits seit über 20 Jahren thermische Massedurchfluss-Sensoren für Gase. Mit der Weiterentwicklung dieser Serie hat der Anbieter die Serie gewissermaßen digitalisiert: Die Sensymaster-Sensoren basieren auf der volldigitalen Elektronik-Plattform des Herstellers und ermöglichen auch die digitale Verarbeitung der Messdaten.
Hervorzuheben ist dabei eine erhöhte Datensicherheit durch redundante Speicherung im „Sensor- Application-Memory“. Dieser Speicher sichert außerdem die vollständige Konfiguration des Sensors, wenn nach dem Plug&Play-Prinzip einzelne Bestandteile ausgetauscht werden. Das modulare Konzept ermöglicht es, über Steckkarten nach Bedarf zusätzliche Strom- und Digitalausgänge hinzuzufügen. Die Standardausstattung sind ein Strom- und zwei Digitalausgänge. Optional sind zwei weitere Strom- und ein zusätzlicher Digitalausgang sowie zwei Digitaleingänge. Hinzu kommt die Möglichkeit der 24V-Stromversorgung.
Die Sensymaster-Sensoren sind in verschiedenen Einbauformen erhältlich.(Bild: ABB)
Die Konfiguration ist so einfach wie möglich gehalten und so konzipiert, dass sie sich auch ohne Handbuch durchführen lässt. Neu ist auch die Möglichkeit, die Sensoren direkt im Feld vor Ort an verschiedene Anwendungen anzupassen. Dazu sind sie einerseits bereits mit einer integrierten Datenbank für voreingestellte Applikationen für verschiedene Gase ausgestattet. Aber auch anwenderspezifische Einstellungen, etwa eine geänderte Nennweite der Rohrleitung, lassen sich auch nach dem Einbau des Sensors noch vornehmen. Bis zu vier frei konfigurierbare Applikationen hält der Speicher des Sensors vor.
Robust und schnell
Bei der Konstruktion haben die Entwickler die Umströmung des Sensors optimiert und gleichzeitig auf Robustheit geachtet. Schutzelemente decken die Messelemente gegen mechanische Schäden, etwa durch Schwebteilchen im Medium sowie beim Ein- oder Ausbau. Die erzielten Verwirbelungen bewirken gleichzeitig einen Selbstreinigungseffekt, der Verschmutzungen in Toträumen verhindert.
Für eine höhere chemische Beständigkeit sind die Platin-Messelemente als Single-Chip-Design ausgeführt und in Glas eingeschmolzen. Bei hochaggressiven Medien wie z.B. feuchtem Chlorwasserstoff muss der Sensor allerdings passen und ist für den Einsatz nicht geeignet. Gleiches gilt übrigens auch für Flüssigkeiten: Diese würden den Sensor so stark abkühlen, dass das thermische Messprinzip nicht mehr funktioniert. Bei der Gasmessung mit Medientemperaturen bis 300 °C zeichnen sich die thermischen Durchfluss-Sensoren jedoch durch eine kurze Ansprechzeit von 0,5 sec und eine Wiederholgenauigkeit unter 0,2 % aus.
Die digitalen Sensoren sind in zwei Baureihen erhältlich: Die Geräte der FMT200-Reihe sind speziell für die einfache Systemintegration geeignet, wohingegen die Geräte der FMT400-Reihe in industriellen Anwendungen, speziell in Großanlagen, zum Einsatz kommen. Erstere übermitteln die erfassten Daten direkt an eine SPS, letztere verfügen über ein konfigurierbares Display und modulare Ausgänge. In beiden Reihen gibt es Geräte mit unterschiedlicher Genauigkeit und Funktionalität, je nach Anforderung der jeweiligen Anwendung.
Anwendungsgebiete finden sich überall dort, wo es auf die präzise Steuerung und Bilanzierung von Gasströmen ankommt, etwa beim Einstellen des Brennstoffverhältnisses in Gasbrennern. Industrieparks können genau aufzeichnen, welche Mengen technischer Gase sie per Rohrleitung an einzelne Kunden ausliefern, oder welche Gasmenge aus Biogasanlagen ins Gasnetz eingespeist wird. Ein oft unterschätzter Kostenfaktor Belebungsluft in Kläranlagen, die sich mit präziser Messung effizienter steuern lässt.
Hannover Messe 2018: Halle 11 Stand A35
„So einfach wie möglich“
Reinhard Poft, Produktspezialist bei ABB, über die neue Sensor-Baureihe:
CT: Was war die Motivation hinter der Weiterentwicklung der Sensyflow-Serie zum Sensymaster?
Poft: Die Möglichkeiten, die die Digitalisierung bringt, nutzen zu können. Gerade die redundante Datenspeicherung ist ein wichtiger Punkt, man ist damit viel flexibler und sicherer.
CT: In welchem Bereich sehen sie den größten Bedarf, wer sind die anvisierten Kunden?
Poft: Ich denke es gibt ein breites Feld, weil Gasapplikationen überall auftauchen, in allen Branchen, in allen Anwendungen. Gasapplikationen sind sehr schwierig und sehr aufwendig. Mit diesem neuen Sensor kann man die Messung sehr einfach in eine Applikation installieren und einbringen. Für den Anwender wird es einfacher, eine genaue Durchflussmessung in Betrieb zu nehmen und eine hohe Bandbreite abzudecken.
CT: Woran liegt es, dass in diesem Anwendungsbereich der Bedarf an digitalisierten Lösungen steigt?
Poft: Die Anlagen werden immer aufwendiger, immer komplizierter. Der Betreiber muss sich um immer mehr Dinge kümmern. Wenn dann eine Gasmessung vereinfacht umgesetzt wird, hat er die riesigen Vorteile von Zeit- und Kosteneinsparungen. Der Hintergedanke ist: dass man es dem Anwender so einfach wie möglich macht.
CT: Wie ordnen Sie diesen Sensor im Bereich der Prozessanalysen-Technologie ein?
Poft: Wir messen in der Regel nur bekannte Gase. Für Prozessanalysen, etwa für Zusammensetzungen von Gasen, ist unsere Analysentechnik zuständig. Das ist ein eigenes Feld. Der Sensymaster dient der genauen Anlagenüberwachung – dem Erfassen, Regeln und Bilanzieren von Gasströmen.
