Wireless-Technologien, Ethernet und Asset Management-Systeme - in den vergangenen Jahren hielt eine Reihe neuer Technologien Einzug in die Lebensmittelproduktion und hat die Welt der Prozessautomatisierung nachdrücklich verändert. Doch bei alle dem hat sich eines nicht geändert: Die zentrale Bedeutung der Sensoren. Der Messtechnik kommt nach wie vor die wichtigste Rolle zu, wenn es darum geht die Vorgänge im Prozess zu kontrollieren und die Steuerung mit den notwendigen Signalen zu versorgen. Die "intelligenten" Messgeräte von heute wissen allerdings mehr über den Prozess als allgemein angenommen und gestatten es, früher auf kritische Zustände in der Produktionsanlage zu reagieren.

Anspruchsvolles Umfeld = hohe Anforderungen an die Sensoren
Egal welches Lebensmittel produziert wird: In der Praxis herrschen selten ideale Voraussetzungen für die Messung. Eine besondere Herausforderung stellen die dynamischen Prozessbedingungen dar, denn jede Messstelle ist durch wechselnde Betriebsbedingungen gekennzeichnet. In den Kesseln, Tanks und Prozessanlagen variieren Dichte, Konsistenz, Leitfähigkeit und pH-Wert der eingesetzten Rohstoffe. Wenn dann noch extreme Temperaturschwankungen wie etwa bei der Gefriertrocknung dazu kommen, stoßen gewöhnliche Sensoren schnell an ihre Grenzen.

Grundsätzlich gilt es eine Auswahl zu treffen zwischen Sensoren, die Produkt berührend messen und solchen, die ihrer Aufgabe ohne Produktkontakt nachkommen. Die Anforderungen an Messgeräte, die bei der Verarbeitung von Schüttgütern zum Einsatz kommen, unterscheiden sich erheblich von denen, die in flüssigen Medien Verwendung finden. So spielen bei Getränken spezifische Faktoren eine Rolle, beginnend bei den Strömungsverhältnissen in den Rohrleitungen bis hin zu Aspekten der Schaumbildung und Gasüberlagerung. Doch die Messtechnik muss nicht nur präzise und zuverlässig sein, sie muss auch den strengen Hygienevorschriften in der Lebensmittelindustrie genügen. Im Mittelpunkt der Anforderungen steht dabei erwartungsgemäß eine hohe Schutzart, das heißt, dass die Sensoren sowohl für CIP- und SIP-Prozesse als auch für die Außenreinigungen optimiert sind. Das stellt wiederum höchste Anforderungen an Gehäuse, Elektronik und Sensorik.

Die Qual der Wahl - welche Technologie für welchen Einsatz?
Ob in der Getränke-, Feinkost- oder Backwarenindustrie: Die Temperatur ist in allen Branchen ein wichtiger Parameter. Temperaturfühler sind in der Lebensmittelindustrie nahezu ausnahmslos mit Pt100-Sensoren in verschiedenen Genauigkeitsklassen ausgestattet, die auf der Widerstandsänderung von Platin unter Temperatureinfluss basieren. Spezielle Dünnschicht-Sensoren sind hierbei aufgrund ihrer geringen Ansprechgeschwindigkeit noch einmal schneller als einfache Platinelemente.
Bei der Füllstandmessung wird unterschieden zwischen kontinuierlicher Messung und der Grenzstanddetektion. Bei der kontinuierlichen Messung von Schüttgütern hat sich die Radar- oder Mikrowellentechnologie etabliert. Heute kommen vor allem frei abstrahlende Geräte, vermehrt aber auch Sensoren mit Stab- oder Seilantenne zum Einsatz. Grenzstanddetektion wird sowohl mit kapazitiven Sonden, als auch mit Vibronikschaltern ausgeführt, bei denen die Dämpfung einer Schwinggabel oder eines Stabes erkannt wird. Die Füllstandmessung in Flüssigkeiten basiert auf der Messung des hydrostatischen Drucks, der durch die Flüssigkeitssäule über dem Sensor entsteht und direkt proportional zur Füllhöhe ist. Aber auch Mikrowellensysteme, sowohl Produkt berührend als auch frei abstrahlend, lassen sich bei Flüssigkeiten einsetzen. Zu den günstigeren Varianten zählen kapazitive Sensoren und Ultraschallsensoren.

Eine ähnliche Vielfalt ergibt sich bei der Betrachtung der zur Verfügung stehenden Möglichkeiten zur Durchflussmessung. Da die meisten Lebensmittel leitfähig sind, lassen sie sich mit den etablierten magnetisch-induktiv arbeitenden Sensoren erfassen. Ist das Produkt nicht leitfähig, kommen Coriolis-Sensoren zum Einsatz. Im Gegensatz zu magnetisch-induktiven Sensoren messen sie keinen Volumenstrom sondern einen Massedurchfluss. Ein weiterer Vorteil der Coriolis-Geräte ist in deren Robustheit zu sehen. Für das Messrohr stehen Edelstahl, Hastelloy, Titan oder Zirkonium als Materialien zur Auswahl, so dass dieses Messprinzip auch bei kritischen Medien seine Vorteile ausspielen kann. Weniger genau als die Coriolis-Technik dafür aber hygienischer sind Messgeräte mit Ultraschallsensoren. Sie werden außen an der Rohrleitung befestigt (Clamp-On-Methode) und haben keinen Produktkontakt: Der Sensor verschmutzt nicht und es treten keine Verschleißerscheinungen auf.

Multiparametergeräte - die Alleskönner unter den Spezialisten
Coriolis-Massedurchflussmessgeräte sowie Ultraschall-Volumenmessgeräte zählen zu den innovativen Multiparametertechnologien mit dem größten Wachstumspotenzial in der Lebensmitteindustrie. Insbesondere Coriolis-Massemessgeräte sind aktuell "State of the art" und gelten als wahre Alleskönner. Sie messen hochgenau und sicher Gase und Flüssigkeiten und ermöglichen als Multiparametersystem die gleichzeitige Messung von Massedurchfluss, Dichte, Temperatur und Konzentration (Grad Brix, Grad Plato). Da die Geräte diese Vielzahl an Parametern messen, drängt sich der Gedanke auf, diese Sensoren auch für eine Inline-Qualitätskontrolle einzusetzen. Korrosion oder Beläge, welche Veränderungen des Lebensmittels zur Folge haben, werden schon heute sicher mit Coriolis-Massemessern erkannt und signalisiert. Bei vielen Geräten ist zudem die Leerrohr- oder die Teilfüllungserkennung verfügbar. Inzwischen stehen Durchflussmessgeräte zur Verfügung, die eine Gasblasenerkennung bereits ab 1,5 bis
zwei Prozent Luftanteil in den Medien ermöglichen. Damit kann die Anlagensteuerung wesentlich früher auf kritische Zustände wie etwa einen Pumpentrockenlauf reagieren. Dank modularer Konzepte kann der Anwender jederzeit die Funktionalitäten seines Gerätes erweitern und es durch nachrüstbare Software besser an seinen Prozess anpassen.

 

Quelle: Koelnmesse