Mikrowellenmesstechnik

Produktionsprozesse besser regulieren

Auf der Sensor + Test stellt Promtec Theisen eine Messtechnik vor, die den bisher etablierten Verfahren überlegen ist: Sie erfolgt mittels Mikrowellen und weist lediglich eine mittlere Standardabweichung von nur +/- 0,1 bis 0,2 Prozent zu den entsprechenden Laborergebnissen auf.

Die robuste Sensorik des Messgeräts überwacht kontinuierlich den gesamten Prozess. Um präzise Ergebnisse zu liefern, wird das System bei Inbetriebnahme auf den jeweiligen Einsatzbereich skaliert.

Per Inline-Monitoring kann die Mikrowellenmesstechnik helfen, Ausfälle zu verhindern, und Produktionsprozesse besser zu regulieren.

Das Gerät wird fest in die jeweilige Messstelle eingefügt. So werden definierte unveränderbare Umgebungsbedingungen sicher gestellt, die die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse garantieren. Quelle: proMtec Theisen GmbH

Um ein gleichbleibendes Produktionsergebnis gewährleisten zu können, sind ständige Überprüfungen, Kontrollen und Probenentnahmen während des Prozesses nötig. Diese werden meist mittels Probenauswertung im jeweiligen Betriebslabor vorgenommen. Doch schon auf dem Weg von der Entnahmestelle bis zum Labor kann das Messergebnis durch Umgebungseinflüsse verfälscht werden. Auch handelt es sich nur um eine Stichprobe. Besser wären dagegen permanente Messungen, die direkt vor Ort unter den immer gleichen Bedingungen vorgenommen werden. Hier setzt die Mikrowellenmesstechnologie von proMtec an. „Unter optimalen Bedingungen können sogar Messabweichungen von bis zu +/- 0,05 Prozent des Feststoffanteils festgestellt werden“, erklärt Karl-Heinz Theisen, Geschäftsführer des Unternehmens. Das entspreche praktisch der Laborqualität, allerdings inline, also direkt während des Herstellungsprozesses.

Mikrowellen-Transmissionsmessung als optimale Lösung

Um diese Genauigkeit zu erreichen, wird ein Mikrowellenoszillator verwendet, der elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz erzeugt. Dieses Signal kann über einen Sensor durch ein beliebiges wasserhaltiges Medium geführt werden, das sich in einer festen Messgeometrie wie zum Beispiel einer Rohrleitung oder einem Tank befindet. Da die Mikrowelle von den freien Wassermolekülen absorbiert wird, verringert sich zum einen ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit und zum anderen wird sie proportional zum Wassergehalt gedämpft. Sobald die Mikrowelle den Empfangssensor auf der gegenüberliegenden Seite der Messgeometrie erreicht, werden Phasenverschiebung und Dämpfung gemessen, bewertet und daraus die Feststoffkonzentration berechnet.

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Besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es nicht auf die optische Durchlässigkeit eines Mediums angewiesen ist. Die elektromagnetischen Wellen durchdringen alle metallfreien, nicht leitenden Materialien und sprechen sehr gut auf Wasser an, da dieses mit seiner hohen Dielektrizitätszahl von 80 die elektromagnetischen Wellen stark absorbiert, wodurch ein gutes Messergebnis erreicht werden kann. Da sich Mikrowellen zudem in Form von Feldern ausbreiten, erreichen die Messgeräte im Vergleich zu anderen Technologien wie optischen, elektrischen und mechanischen Messverfahren eine wesentlich höhere Repräsentativität des Messergebnisses. Gleichzeitig wird das zu messende Medium nicht beeinflusst.

Viele Branchen profitieren von der Nischentechnologie

Diese Messgenauigkeit macht sich vor allem die Zuckerindustrie bereits zu Nutze. Aber auch Molkereien, die Baustoff- und die Papierindustrie sowie die Abwasser- und Biogasbranche setzen proMtec-Messgeräte mittlerweile vermehrt zur Kontrolle in ihren Herstellungsprozessen ein. Je nach Anwender und Einsatzbereich stehen zwei verschiedene Varianten zur Auswahl: µ-ICC 2.45 Standard oder µ-ICC 2.45 Compact. „Das Standardgerät ist ein Vierkanal-Messsystem und damit die preisgünstigere Variante bei mehreren Messstellen“, erklärt Theisen. „Das Compactgerät ist dagegen als Einkanal-Messsystem für Einzelanwendungen konzipiert.“ Das Gerät wird direkt an den Leitungen angebracht und misst dort inline das jeweilige Medium. Zur Auslegung eines Messsystems muss der Anwender nur Angaben zur Rohrleitungsdimension, zum Produkt, zur Temperatur, dem gewünschten Messbereich und der erwarteten Messgenauigkeit mitteilen.

Nach der Installation wird das Messsystem zunächst individuell an die vorhandene Messbedingung und den gewünschten Messbereich angepasst. Dafür benötigt das Unternehmen zirka einen Tag. Der wichtigste Schritt sei dabei die Kalibrierung, das heißt die Skalierung des Messsignals entsprechend den im Betrieb üblichen Referenzwerten und Arbeitspunkten, so Theisen. „Hierfür werden Materialproben unter Betriebsbedingungen an der Messstelle entnommen und zeitgleich deren Laboranalysewerte mit den laufenden Messwerten korreliert.“ Da die Geräte berührungslos funktionieren, also nicht verschleißen, fallen im Weiteren praktisch keine Wartungsarbeiten an. So wird selbst unter harten Einsatzbedingungen eine lange Lebensdauer gewährleistet.

Die Anlagen von proMtec werden in diesem Jahr auf der Sensor + Test vorgestellt. Für Fragen zur Mikrowellenmesstechnik stehen die Mitarbeiter des Unternehmens auf der Messe an Stand 251 in Halle 1 zur Verfügung. kf

Sensor + Test, Halle 1, Stand 251

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