proMtec Theisen auf der ACHEMA 2015

Mikrowellenmesstechnik optimiert Produktionsvorgänge

Präzises und permanentes Messen der Konzentration in Flüssigkeitsgemischen ist für die direkte Regelung vieler Prozesse im Produktionsablauf essentiell. Das gilt nicht nur für die Lebensmittelindustrie, sondern etwa auch für die Abwasseraufbereitung oder Baustoffbranche.

Die Hygiene-Inline-Messzelle mit integrierter Temperaturerfassung wird unter anderem von der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt, um durch regelmäßige Kontrollen die hohen Standards der Lebensmittel-Hygieneverordnung zu erfüllen. (Quelle: proMtec Theisen GmbH)

Ungenaue Messwerte führen hier zu Problemen im Prozessablauf oder können gar die Qualität des jeweiligen Produkts enorm beeinträchtigen. Auf der diesjährigen ACHEMA in Frankfurt am Main stellt die proMtec Theisen GmbH ihre hochpräzise Mikrowellenmesstechnik vor, die den bisher etablierten Verfahren überlegen ist: Die mittlere Standardabweichung beträgt nur +/- 0,1 bis 0,2 % zu den entsprechenden Laborergebnissen. Dadurch kann ein Inline-Monitoring per Mikrowellenmesstechnik helfen, Ausfälle zu verhindern, und erlaubt eine bessere Regelung der Produktionsprozesse.

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 % des Feststoffanteils festgestellt werden“, erklärt Karl-Heinz Theisen, Geschäftsführer des Unternehmens. Das entspreche praktisch der Laborqualität, allerdings inline, also während des Herstellungsprozesses.

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

Mikrowellentransmissionsmessung 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.

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 Ultraschall, optischen, elektrischen und mechanischen Messverfahren eine wesentlich höhere Repräsentativität des Messergebnisses. Gleichzeitig wird das zu messende Medium nicht beeinflusst.

Viele Branchen profitieren von der präzisen Messtechnik
Diese Messgenauigkeit macht sich vor allem die Zuckerindustrie bereits zu Nutze. Aber auch Brauereien und 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 auf der ACHEMA vorgestellt. Für Fragen zur Mikrowellenmesstechnik stehen die Mitarbeiter des Unternehmens am Stand E33 in Halle 11.0 zur Verfügung.

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