Das kalorimetrische Messverfahren basiert auf den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Wärmeleitung und des Wärmetransports in Flüssigkeiten und Gasen. Ein Körper höherer Temperatur gibt dabei Energie in Form von Wärme an seine Umgebung ab. Die Höhe der Energieabgabe ist abhängig von der Temperaturdifferenz und dem Massefluss. Das lässt sich messtechnisch nutzen: ein beheizter Sensor wird durch die ihn umströmende Flüssigkeit abgekühlt, dabei ist der Grad der Abkühlung direkt abhängig von der vorbeiströmenden Masse. Neben der Fließgeschwindigkeit lässt sich so mit einem Sensor auch die Medientemperatur erfassen und überwachen. Prinzipiell eignet sich das Verfahren für alle Medien und ist unabhängig von der Viskosität sowie der elektrischen Leitfähigkeit, kann also beispielsweise auch Reinstwasser messen.
Zwei neue Sensortypen
Mit den Strömungssensoren Flexflow PF20H und PF20S ergänzen nun gleich zwei kalorimetrische Sensortypen das Produktportfolio von Baumer, das damit alle gängigen Prozessgrößen abdeckt. Mit ihnen lassen sich Fließgeschwindigkeiten und Temperaturen in ganz unterschiedlichen Branchen und Prozessen erfassen. In der Version PF20S erfüllt der thermische Strömungssensor alle industriellen Anforderungen, während die Version PF20H speziell für den Einsatz in hygienisch sensiblen Bereichen ausgelegt ist. Beide Varianten eignen sich für Fließgeschwindigkeiten von 10 cm/s bis 400 cm/s und Temperaturen zwischen -25 °C und +150 °C, nehmen also auch dann keinen Schaden, wenn beispielsweise CIP-Reinigungsprozesse in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie mit hohen Temperaturen gefahren werden.
Die Sensoren sind sowohl in einer Analogausführung – 4…20 mA oder 0…10 V – als auch mit mittels IO-Link frei einstellbaren Ausgängen erhältlich. Die IO-Link-Schnittstelle erlaubt dabei eine gleichzeitige Parametrierung mehrerer Sensoren. Dies vereinfacht die Schaltpunktanpassung für unterschiedliche Prozessschritte und kann zu Zeiteinsparungen führen. Alle Datensätze können zudem zentral in der SPS vorgehalten werden, was eine fehlerfreie Konfiguration der Anlage gewährleistet.
Prozesse in geschlossenen Rohrsystemen effektiv überwachen
Die Einsatzbereiche der thermischen Strömungssensoren sind breit gefächert. So lassen sich mit ihrer Hilfe ganz unterschiedliche Prozesse in geschlossenen Rohrsystemen effektiv überwachen und gegebenenfalls optimieren. Ein typisches Beispiel sind die bereits erwähnten CIP-Reinigungsverfahren im Food- und Pharmabereich. Hier stellt neben der Temperatur auch die Strömungsgeschwindigkeit der Reinigungslösung ein wichtiges Kriterium dar. Ist sie zu gering, dauert die Reinigung zu lange und die Produktivität der Anlage sinkt. Im schlimmsten Fall kann sogar die Reinigungsqualität leiden. Deshalb empfiehlt es sich, die Fließgeschwindigkeit nicht nur direkt nach der Pumpe, sondern auch im Rücklauf zu überwachen. Die Strömungswiderstände in den Rohrleitungen werden dadurch zuverlässig erfasst und auch am entferntesten Punkt zur Pumpe kann gewährleistet werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit für die Reinigung ausreichend hoch ist.
Flexflow-Sensoren können aufgrund ihres symmetrischen und zentrierten Designs unabhängig von Einbaulage und Ausrichtung optimal im Prozess installiert werden. Dies garantiert präzise Messungen sowie Prozesssicherheit. Zudem signalisiert ein in der Sensorvariante mit IO-Link integriertes Quality-Bit, ob das Strömungssignal gültig oder ungültig ist. Damit spielt die für thermische Strömungssensoren typische Systemschwäche bei der Unterscheidung zwischen Temperatur- und Strömungsänderung bei großen Temperatursprüngen keine Rolle mehr. Sie kann zum Beispiel dann vorkommen, wenn in CIP-Prozessen etwa von kalter Milch auf heiße Reinigungsmedien gewechselt wird. Aber auch bei anderen Reinigungsprozessen können die Strömungssensoren von Baumer Vorteile bringen: Solche Prozesse zu überwachen, empfiehlt sich aus ökologischen und ökonomischen Gründen beispielsweise auch in der Flaschen-, Textil- oder Bauteilreinigung. Werden hier die Temperatur und die Fließgeschwindigkeit überwacht, lassen sich die Medien ressourcenschonend einsetzen und es ist möglich, den Energieeinsatz zu reduzieren sowie die Reinigungszyklen zu optimieren.
Beeinflussung der Prozessqualität
Bei vielen anderen Anwendungen ist die richtige Werkzeugtemperatur entscheidend für Materialeigenschaften oder das Einhalten bestimmter Fertigungstoleranzen und damit den Produktionserfolg. Beispielsweise beim Kunststoffspritzgießen sind die Fertigungstoleranzen und Materialeigenschaften temperaturabhängig, wodurch die Qualität des Kunststoffbauteils entsprechend beeinflusst wird. In diesem Zusammenhang ist bei der konventionellen Temperierung eine stabile Temperatur qualitätsentscheidend, während die Temperatur bei der variothermen Werkzeugtemperierung innerhalb eines Spritzyklus kontrolliert verändert wird. Je nach Methode können somit in Kühlkreisläufen oder Temperiergeräten installierte Flexflow-Strömungssensoren zuverlässig und sicher vordefinierte Prozessparameter überwachen.
Ein weiteres Beispiel für die vielseitigen Installationsmöglichkeiten ist die Stahlindustrie. Hier lässt sich die CO2-Bilanz deutlich verbessern, wenn die Kühlprozesse entsprechend optimiert werden. Sensoren für Anwendungen dieser Art sind mit unterschiedlichen Prozessanschlüssen und Stablängen von 16 mm bis 200 mm erhältlich. Für den Industriebereich steht zudem eine verschiebbare Version zur Verfügung; unterschiedliche Nennweiten lassen sich dann mit dem gleichen Sensor abdecken. Dies kann die Lagerhaltung deutlich erleichtern, wenn die Sensoren zum Beispiel in unterschiedlichen Systemen eingesetzt werden sollen. Da thermische Strömungssensoren darüber hinaus ohne bewegliche mechanische Bauteile auskommen, sind sie nahezu wartungsfrei und sichern so über viele Jahre einen reibungslosen Betrieb der Anlagen. ik
Details zu den kalorimetrischen Strömungs- und Temperatursensoren von Baumer:
PLUS
IO-Link Mode
IO-Link ist kein Bussystem sondern eine Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle für den parallelen Anschluss von Sensoren und Aktoren an ein Steuerungssystem. Über diese ist es möglich, im IO-Link Mode Parameter, Prozessdaten und Diagnosedaten zu übertragen – ganz ohne Zusatzaufwand. So können eine Vielzahl von zusätzlichen Daten zwischen Master und Sensor ausgetauscht werden. Dabei werden vor allem Parameterdaten vom Master zum Sensor übertragen, während der Master in der Gegenrichtung zyklisch Prozessdaten und bei Bedarf auch Service- und Diagnosedaten erhält. Dabei können alle Parameter in der Steuerung gespeichert werden. Muss im Laufe des Anlagebetriebes ein defekter Sensor ausgetauscht werden, wird er anhand einer Identifikationsnummer erkannt und die entsprechenden Parameter können von der Steuerung automatisch an den neuen Sensor übertragen werden. IO-Link reduziert also den Aufwand für die Einbindung und Inbetriebnahme der Sensoren und erhöht gleichzeitig die Effizienz des Produktionsprozesses.
