Ermitteln Sie die Temperatur in einem Rohr, ohne ein Loch zu bohren

Ken Leibig, technischer Leiter von Omega Engineering.

Die Temperatur einer sich bewegenden Flüssigkeit in einem Rohr messen, ohne einen Temperaturfühler einzuführen, und über die Außentemperatur des Rohrs eine genaue Messung erhalten? Du willst mich doch veräppeln. Ist das eine Art Witz?

Dies war mein erster Eindruck, nachdem ich eine neue Technologie entdeckt hatte, die von Omega Engineering entwickelt und auf der jüngsten Online-Konferenz Food Automation & Manufacturing von FE im Ausstellerbereich vorgestellt wurde (siehe „Veranstaltungen“ auf der Website). Aber ich dachte, wenn jemand es schaffen könnte, dann würde es Omega schaffen. Schließlich hat Omega im wahrsten Sinne des Wortes das Buch über die Temperatur geschrieben. Ich glaube nicht, dass das über 1.000 Seiten umfassende „The Temperature Handbook“ noch gedruckt wird, aber Sie – wie ich – haben vielleicht irgendwo ein Exemplar davon in einem staubigen Regal liegen.

OK, mein Hintergrund ist Elektrotechnik, also habe ich keine Angst vor Elektrizität. Bei Sanitäranlagen und undichten Rohren ist das jedoch eine andere Geschichte. Manchmal habe ich das Gefühl, dass ich den umgekehrten Midas-Touch habe, wenn es um Ventile und Rohrleitungen geht. Wenn Sie also die Idee hassen, mit Rohren herumzuspielen, um eine Temperaturmessung zu erhalten, könnte diese Erfindung das Richtige für Sie sein. Man schnallt oder klemmt es einfach an das Rohr – etwas, das sogar ich tun kann, ohne die Leitungen zu beschädigen.

Der HANI-Klemmtemperatursensor lässt sich in etwa fünf Sekunden installieren; erfordert kein Schneiden, Bohren oder Schweißen; und bietet Genauigkeit auf Tauchsondenhöhe. Wie man es von einem Ingenieurbüro erwarten würde, ist der Begriff HANI ein Akronym, das eigentlich für „hohe Genauigkeit, nichtinvasiv“ steht. Wie andere Omega-Sensorprodukte verfügt es über einen 4-20-mA-Ausgang und kann mit 4-20-mA-Temperatureingängen an Standardsteuerungen und SPSen gekoppelt werden. Das Gerät kann auch an ein drahtloses Gateway gekoppelt werden, und Ken Leibig, Omegas technischer Leiter, sagte mir, dass das Unternehmen auch an digitalen Kommunikationsoptionen arbeitet.

Ken ist der begeisterte Erfinder des HANI-Temperatursensors, und ich habe mit ihm gesprochen, um mehr über dieses Gerät und die Arbeit zu erfahren, die in die Entwicklung des Sensors geflossen ist.

FE: Ken, es besteht kein Zweifel daran, dass neben der Lebensmittel- und Getränkeindustrie auch andere industrielle Anwendungen von einem präzisen Klemmtemperaturfühler profitieren könnten. Was hat Sie dazu bewogen, einen nicht-invasiven Rohrtemperatursensor zu entwickeln?

Ken Leibig: Hier bei Omega sind wir stets bestrebt, unseren Kunden die Erfassung und Messung so einfach wie möglich zu machen. Als wir die Idee intern vorstellten, wurde sie natürlich sofort zu einer Sensation. Die Anwendungsfälle und Vorteile scheinen von Tag zu Tag zu wachsen.

FE: Lebensmittel und Getränke scheinen eine gute Anwendung für diese Sonde zu sein. Haben Sie von Fachleuten aus der Lebensmittel- und Getränkebranche gehört, die nach bestimmten Lösungen suchten?

Leibig: Überraschenderweise hat uns niemand direkt um so etwas gebeten. Lebensmittel- und Getränkekunden leben seit jeher damit, dass invasive Sonden ein notwendiges Übel sind. Vor HANI bestand die einzige Möglichkeit, eine schnelle und genaue Temperaturmessung zu erhalten, darin, eine Sonde in den Prozessleitungen zu installieren. Nachdem uns die Idee gekommen war, gingen wir los und begannen, direkt mit Kunden zu sprechen, um unsere Überzeugungen zu bestätigen. Während der frühen Entwicklung sprach ein Kunde über den Prozess, eine seiner invasiven Sonden stromabwärts zu verlegen, um einen Temperaturmesswert näher an der Dosenlinie zu erhalten. Die Kosten, die Produktionslinie für einen Tag stillzulegen und einen Sanitärschweißer hinzuzuziehen, nur um einen Erfassungsort um 8 Fuß zu verschieben, waren enorm. Wir haben viele kleinere Kunden, die es sich einfach nicht leisten können, neue Messstandorte für Tauchsonden hinzuzufügen. Mit der Möglichkeit, den HANI in nur wenigen Minuten anzubringen, die Temperatur abzulesen, abzuklemmen und zu versetzen, ist er bahnbrechend. Wir haben auch größere Kunden, die Lebensmittel mit Beilagen herstellen (z. B. Eis mit Schokoladenstückchen). Bei diesen Anwendungen werden Tauchsonden mit Produkt überzogen und verlieren mit der Zeit an Genauigkeit, reagieren langsamer auf Temperaturänderungen, lassen sich nur schwer reinigen – und brechen dabei manchmal sogar ab. Es gibt Hunderte von Anwendungsfällen, die über diese beiden hinausgehen, und wenn man alle Schwachstellen der Immersionssensorik zusammen betrachtet, wird klar, dass nicht-invasive Sensorik die Lösung ist.

FE: Hat Omega bereits ein Patent angemeldet?

Leibig:Ja, wir haben im Februar 2021 einen vorläufigen Patentantrag für diese Erfindung eingereicht.

FE: Nach welchem ​​Prinzip funktioniert der Sensor?

Leibig:Grundlage ist das Fouriersche Gesetz der Wärmeleitung, q = -k∇T.

FE: Omega verspricht eine Genauigkeit, die so gut ist wie eine Tauchsonde. Wie machst du das?

Leibig: Wenn wir die Temperatur an der Außenseite des Rohrs und den Wärmeverlust des Rohrs messen und einige allgemeine Dinge über das Rohr selbst wissen (z. B. Wärmeleitfähigkeit, Dicke und Durchmesser), können wir das Fouriersche Gesetz zur Bestimmung der Temperatur umstellen auf der Innenseite des Rohres. Wir haben dieses Prinzip auf innovative Weise verpackt und einen proprietären Algorithmus entwickelt, um die Reaktionszeit und Genauigkeit des Sensors zu optimieren.

FE: Welche Arten von Metallrohren können verwendet werden und welche Dicken? Wie sieht es mit den Durchmessern aus?

Leibig: Alle von ihnen. Das mechanische Design wird auf der Grundlage des Rohrdurchmessers des Kunden optimiert, aber das ist das Einzige, was zum Zeitpunkt der Bestellung angegeben werden muss. Derzeit können wir jede Rohrgröße herstellen, die 1 Zoll oder größer ist, aber bald sollten wir auch etwas für kleinere Rohre haben. Wir haben die Rohreigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, Dicke und Durchmesser als vom Benutzer veränderbare Eingabeparameter für unseren Algorithmus belassen. Die Sensoren sind für Edelstahl und Standardwandstärke vorkonfiguriert. Wir bieten eine kostenlose Software namens Omega Sync an, mit der Kunden die Sensoreinstellungen ändern können, wenn sie ein anderes Material als Edelstahl wählen oder ein Rohr mit dickerer Wand angeben möchten. Da die meisten Kunden die Wärmeleitfähigkeit der von ihnen verwendeten Rohre nicht ohne weiteres kennen, haben wir eine Liste gängiger Materialien vorinstalliert, die unsere Kunden verwenden – beispielsweise Edelstahl, Kohlenstoffstahl, verzinkter Stahl, Kupfer, Messing und Aluminium. Kunststoff- und Glasrohre befinden sich derzeit in der Entwicklung.

FE: Wie richtet man den Temperatursensor ein und kalibriert ihn? Welche Software ist erforderlich?

Leibig: Zur Montage müssen Sie lediglich das Sensorband um Ihr Rohr wickeln und am Schnellverschlussmechanismus ziehen, der automatisch die Spannung für den angegebenen Rohrdurchmesser einstellt. Einer unserer Brauereikunden beschrieb es als „im wahrsten Sinne des Wortes das Einfachste, was ich je gemacht habe.“ Das Auspacken und Montieren dauert 10 Sekunden. Elektrisch gibt es zwei Möglichkeiten der Verbindung. Das erste ist ein schleifengespeistes 4-20-mA-Analogsystem, das normalerweise bevorzugt wird, wenn ein Kunde den Sensor zur langfristigen Überwachung und Steuerung fest verdrahtet haben möchte. Wenn Sie lieber einfache digitale Ad-hoc-Temperaturmessungen durchführen möchten, können Sie den Sensor mit einem IF-001 M12-zu-USB-Kabel an Ihren Laptop anschließen und unsere kostenlose Omega Sync-Software verwenden, um die Temperaturdaten auszulesen und zu protokollieren. Jeder Sensor erhält ab Werk eine Standard-Zweipunktkalibrierung; Wenn Sie also ein Sanitär-Edelstahlrohr mit Standardwand verwenden, ist der Sensor Plug-and-Play-fähig. Wenn Sie ein anderes Rohrmaterial oder eine nicht standardmäßige Wandstärke verwenden, verwenden Sie einfach das M12-zu-USB-Kabel und Omega Sync, um die Einstellungen zu ändern.

FE: Welche Prozessmedien können gemessen werden? Was ist die empfohlene Raumtemperatur, bei der die Rohrleitungstemperatur überprüft wird?

Leibig: Derzeit unterstützen wir die meisten flüssigen Prozessmedien. Flüssigkeiten in Gasform unterstützen wir noch nicht. Die Genauigkeitsspezifikation (±0,5 °C) wurde für wasserbasierte Flüssigkeiten entwickelt und in Kundenanwendungen für Flüssigkeiten wie Bier, Eiscreme, Tomatenmark und 50/50 Glykol/Wasser-Mischungen validiert. Wir gehen davon aus, dass Flüssigkeiten mit geringer Wärmeleitfähigkeit, hoher Viskosität und geringen Durchflussraten im Auslieferungszustand weniger genau sind – aber mit Omega Sync können Kunden in ihrer eigenen Anwendung eine Ein- oder Zweipunktkalibrierung durchführen, um die Genauigkeit innerhalb der Norm zu halten Für Sanitäranwendungen wird mit ±0,5 °C beworben. Die empfohlene Raumtemperatur liegt zwischen 0 und 40 °C.

FE: Da dieses Gerät keine interne Verbindung zum Prozessmedium herstellt, ist es für Sanitäranwendungen zugelassen?

Leibig: Die aktuellen Standards der Sanitärindustrie (wie 3-A) befassen sich hauptsächlich mit den Anforderungen an Produktkontaktflächen (z. B. Oberflächenbeschaffenheit, Mindestradien usw. oder alle Oberflächen, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen). Da das HANI nicht mit den Prozessmedien in Kontakt kommt, gelten die meisten Standardanforderungen nicht. Natürlich gibt es einige allgemeine Richtlinien zu Oberflächen, die nicht mit dem Produkt in Berührung kommen (hauptsächlich im Hinblick auf die Reinigungsfähigkeit), die wir entwickelt haben. Wir planen, in den kommenden Monaten mit der offiziellen 3-A-Zertifizierung fortzufahren, aber keiner unserer bestehenden Lebensmittel- und Getränkekunden hat sie verlangt, da die HANI völlig nicht-invasiv ist.

FE: Wie schneidet diese Technologie im Vergleich zu anderen Temperatursensoren auf dem Markt ab? Kennt Sie noch jemand, der diese Art von Sensor herstellt? Wenn ja, wie unterscheidet sich HANI von anderen?

Leibig: Der HANI ist der einzige Temperatursensor auf dem Markt, der zur Unterstützung der Temperaturberechnung einen Dünnschicht-Wärmeflusssensor verwendet. Dies und der proprietäre Algorithmus bilden die Grundlage für die Patentanmeldung und ermöglichen dem Omega HANI-Sensor die beste Genauigkeit (±0,5 °C) und Reaktionszeiten (t63 = 5 Sek.) auf dem Markt für nicht-invasive Temperatursensoren. Tatsächlich ist der HANI der einzige nicht-invasive Temperatursensor, der Reaktionszeiten und Genauigkeiten aufweist, die mit denen eines Tauch-RTD-Temperatursensors vergleichbar sind. Zudem ist er der einzige Sensor seiner Art, der in wenigen Sekunden und ohne Werkzeug montiert werden kann. Und ich sollte auch erwähnen, dass der HANI kostengünstiger ist als die anderen nicht-invasiven Temperatursensoren auf dem Markt.

FE: Ist dieser Sensor jetzt verfügbar? Gibt es jemanden aus der Lebensmittel- und Getränkebranche, der das Gerät nutzt, und wenn ja, wie waren die Reaktionen?

Leibig: Auf unserer Website können Sie sowohl Industrie- als auch Sanitärrohrversionen unseres HANI erwerben. Wir haben viele Kunden in der Lebensmittel- und Getränkebranche, die HANI bereits in Brauereien, Milchpasteurisierungsanlagen, Eiscremefabriken, Joghurtfabriken, Konservenlinien und mehr einsetzen. Bei der Entwicklung dieses Produkts haben wir viele großartige Leute kennengelernt, die bereit waren, es zu testen und uns großartiges Feedback zu geben. Ihre erste Reaktion ist: „Wow, wie macht man das?“ Und dann: „Super, wo kann ich so eins kaufen?“ Wir hatten vor ein paar Monaten einen Stand auf der Craft Brewer's Conference in Denver und ich muss gehört haben: „Das ist perfekt für meinen Knockout!“ etwa hundert Mal. Saucy Brew Works in Cleveland war eine der ersten Brauereien, die diese Technologie einführte.

FE: Wie geht es mit dieser Technologie weiter?

Leibig: Wir veröffentlichen auf unserer Website ständig neue Rohrgrößen, wenn wir neue Anwendungen finden, aber Rohre sind nur eine unserer aktuellen Anwendungsinteressen. Derzeit arbeiten wir mit einigen OEMs zusammen, um diese Technologie für Tank- und Kesselanwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Pharmaindustrie zu entwickeln.

FE: Gibt es etwas Wichtiges, das ich vergessen habe zu fragen?

Leibig:Der HANI verfügt über einen 4-20-mA-Analogausgang, ist aber auch ein intelligenter Sensor, der IIoT/Cloud-fähig für die drahtlose Überwachung mit dem Layer-N-Ökosystem von Omega ist.

Technische Informationen finden Sie im Omega HANI-Benutzerhandbuch: https://assets.omega.com/manuals/HTS-HANI-CLAMP-S_Manual.pdf.