Nagy érzékenység a „finom dolgokra”

A VEGAPULS 64 radaros szinttávadó élelmiszer-ipari alkalmazása

Az élelmiszeripar – és ezen belül is a tejtermékek gyártása – egyre növekvő (és már-már gyógyszeripari szintű) higiéniai igényekkel szembesül, főként a végtermékek polcon tarthatósági idejének növelése érdekében. Emiatt egy tartály – és benne az összes készülék és szerelvény – tervezésénél figyelembe kell venni, hogy azok moshatók legyenek, és résmentes felülettel, tanúsított anyagokból készüljenek. Az új VEGAPULS 64 radaros szinttávadó teljesíti a magas higiéniai követelményeket, sőt, más előnyöket is kínál az iparágnak.

A nyers tej az élemiszeripar egyik legkényesebb alapanyaga. Nagyjából 4 °C hőmérsékleten kell tartani, és folyamatosan keverni, míg továbbfeldolgozásra nem kerül. Enyhe túlnyomással kell tőle távol tartani a mikroorganizmusokat. Mérni kell a tartály töltöttségét, és el kell kerülni a túltöltést. Az ilyen igényes alkalmazásokban a töltöttségi szint radaros mérése valóban ideális megoldás: az érintésmentes mérési elv tökéletesen megfelel minden higiéniai elvárásnak. A radaros szintmérés azonban – méréstechnikai szempontból – bizonyos nehézségekkel is jár, amelyeket az érintésmentes mérési elv alkalmazásakor a tartályba szerelt keverők vagy hűtő csőkígyók okoznak. Ennek okai a belső szerelvényeken keletkező zavaró visszaverődések. Ez eddig azt jelentette, hogy az érzékelőt fel kellett készíteni a belső szerelvények jelenlétére, amelyhez a nemkívánatos jelek csillapítására volt szükség, vagy azok „feltérképezése” után a jelek kiértékelése során kellett azokat figyelembe venni.

Az új VEGAPULS 64 radaros szinttávadót kifejezetten az ilyen és ezekhez hasonló alkalmazásoknál fellépő problémák elkerülésére tervezték. Ez az első radaros folyadékszintmérő a piacon, amely 80 GHz vivőfrekvencián működik (korábban a 26 GHz-es frekvencia használata volt az általános). Az antennát a közvetlen folyadéksugárral való mosásra tervezték, ezért könnyű azt tisztán tartani, és elviseli a SIP^[1]- és CIP^[2]-tisztítással járó extrém igénybevételt. A VEGAPULS 64 tehát könnyedén teljesíti a magas higiéniai követelményeket.
Figyelemreméltó az új szinttávadó mérési pontossága is, amelyet még nagyon magas és keverővel is felszerelt tartályokban is képes teljesíteni. Ennek oka a mérő sugárnyaláb kiemelkedően jó fókuszálása. Ez könnyen érthető, ha meggondoljuk: a radarnyaláb fókuszálhatósága a vivőfrekvenciától és a hatásos antennafelülettől függ. Azonos antennaméretnél a magasabb vivőfrekvencia jobb fókuszálást eredményez. Ha az antenna átmérője nagyjából 80 mm, a sugárnyaláb kúpszöge csupán 3°. Összehasonlításul, ugyanilyen méretű antennával egy 26 GHz vivőfrekvenciájú műszer sugárkúpja 10° nyílásszögű. A keskenyebb sugárkúppal sokkal megbízhatóbb mérési eredményeket kaphatunk az olyan alkalmazásokban, amelyekben a reflexiós eredetű zavaró hatások miatt nagyobb kihívással kell szembesülnünk.

Alkalmazkodás a különböző anyagú folyadékokhoz

Az élelmiszeriparra rendkívül jellemzőek azok a kisméretű (nagyjából 1 m magas és 60 cm átmérőjű) tartályok, amelyek a gyártósor töltőfejeit táplálják. A mérendő anyagok rendkívül változatosak lehetnek a lekvártól a mogyorókrémen át egészen a csokoládéoldatig. Ezen anyagok viszkozitása, hőmérséklete és sűrűsége jelentősen különbözik egymástól, minek következtében rendkívül eltérően viselkedhetnek, amikor a tartályban keverik azokat. Ráadásul különféle lerakódások keletkezhetnek, és a felfröccsenő anyag is feltapadhat a tartályfalra, az érzékelőre vagy más szerelvényekre. Másik jellegzetes példa az illat- és ízesítőanyagok, valamint a kozmetikumok, illatszerek gyártása, amelyre nagyon kis tartályok a jellemzők, nagyon sokféle belső szerelvénnyel. Ezeket ráadásul naponta akár többször is tisztítani kell a gyakori batch^[3]-váltások miatt. Ezért olyan flexibilis folyadékszintmérő megoldásra van szükség, amelynek helyes működése független az olyan folyamatparaméterektől, mint a hőmérséklet, a nyomás és a folyadék sűrűsége. Ráadásul a folyamat jellemzői az idő függvényében is változnak, és a szintmérőnek alkalmazkodnia kell ezekhez a változó működési körülményekhez. Ezek a feladatok is szinte a VEGAPULS 64 „testére vannak szabva”.
Az új VEGAPULS 64 előnyeit más nézőpontból is szemlélhetjük. Az élelmiszeriparban világosan kirajzolódnak olyan új trendek, amelyek a kisebb batch-méreteket részesítik előnyben. Ehhez egyre kisebb méretű tartályokra van szükség. Korábban a radarelven működő mérőeszközök gyakran találkoztak ebből fakadó problémákkal, amelyeknek főként fizikai okai voltak. Ezek közé tartozik az érzékelő holtzónája, azaz a legmagasabb folyadékszint és a távadó antennája közötti távolság, amely a mélyen benyúló, nagyméretű antennák esetén volt különösen nagy, továbbá az a mérési bizonytalanság, amely például a gyengén reflektáló tulajdonságú anyagok (például sütőolaj) esetén jelentkezik.
Ez az a terület, ahol az új VEGAPULS 64 különleges előnyt kínál. A rendkívül erősen fókuszált sugárnyaláb hatékonysága nemcsak a keverők és más belső szerelvények közötti mérésnél mutatkozik meg, hanem azért is előnyös, mert nagyon kis méretű folyamatcsatlakozásba is beszerelhető. A 26 GHz-hez képest háromszoros vivőfrekvencián harmadakkora méretű antennákkal is ugyanolyan mértékű fókuszálás érhető el. Ennek következtében kisebb átmérőjű folyamatcsatlakozás (20 mm vagy ¾”) is használható, amely nem nagyobb egy százforintos érme méreténél.

A VEGAPULS 64 legkisebb antennája nem nagyobb egy egyeurós pénzérménél. Ez az új radaros szinttávadót ideális eszközzé teszi kisméretű tartályokban

A felrakódások sem jelentenek problémát

Érdekes példa a sajtok feldolgozása, amelynek során különböző sajtféléket kevernek és olvasztanak össze egy keverőtartályban. A probléma a következő: a sajt feltapad a tartály falára és ott lerakódást képez. A VEGAPULS 64 szinttávadó viszont még ilyen nagymértékű feltapadások esetén is biztosan és megbízhatóan mér. Ráadásul az alkalmazott nagyon nagy frekvencia (azaz a nagyon rövid hullámhossz) miatt a szenzorra még az antennán keletkező lerakódás és folyadékkondenzáció sem gyakorol hatást. Ezt azzal érték el, hogy optimalizálták az érzékelő közeli reflexiókra vonatkozó érzékenységét. A távolságfüggő, dinamikus adaptáció csökkenti az érzékenységet közvetlenül az antenna közeléből érkező zavaró jelekre, ugyanakkor nagy érzékenységgel működik a nagyobb távolságokon. Ezenkívül mosófunkcióval is ellátták a készüléket, amellyel a folyamatcsatlakozóba szerelt, tokozott antennarendszerben az érzékelőfelület öntisztítását kiválóan megoldották.
A korábban alkalmazott 26 GHz-es vivőfrekvenciával gyakran nehéz volt a gyengén reflektáló közegek szintjét mérni. Ilyen például a sütőolaj, amelynek a tartály aljához közeli szintjeinek pontos mérése 26 GHz-es radarral igen nehéz feladat. E területen a 80 GHz-es vivőfrekvenciával működő radar különlegesen előnyös a következők miatt: az alacsony dielektromos állandójú közegeknél a radarjel egy része áthatol a közegen, és a tartály fenéklemezéről verődik vissza. Ekkor tehát két reflektált jelet kell feldolgoznunk: a valódi folyadékszintről és a tartály aljáról visszavert jelet. Ha a mért közeg dielektromos állandója nagyon kicsi, és a tartályfenékről visszaverődő jel a nagyobb (ez különösen a sík fenéklemezű tartályokra jellemző), akkor a radar már olyankor is üres tartályt jelez, ha még maradt valamennyi folyadék a tartály alján. Ezt a kedvezőtlen tulajdonságot most azzal sikerült kiküszöbölni, hogy a VEGAPULS 64 az eddigieknél jóval magasabb, 80 GHz-es vivőfrekvenciával működik. Emiatt a radarnyalábnak az a része, amely nem verődik vissza, hanem behatol a kis dielektromos állandójú folyadékba, abban erős csillapítással halad tovább. Emiatt a tartály fenéklemezéről visszavert hullám sokkal gyengébb lesz, mint amit a 26 GHz-es radaroknál megszoktunk. Ennek az a következménye, hogy a 26 GHz-es radarokhoz képest sokkal jobb minőségű méréseket végezhetünk nagyon alacsony folyadékszinteknél is.
Mivel az antennarendszer elfér a folyamatcsatlakozásban, az nem nyúlik be a tartály terébe. Ezért még a folyamatcsatlakozás torkolatáig töltött tartályban is lehetséges a szintmérés. Ennélfogva a tartály térfogata hatékonyabban kihasználható, és nagyobb „mozgásteret” kínál a folyamatirányítás számára.

A megfelelő szenzor minden alkalmazáshoz. A VEGAPULS 64-hez különféle méretű antennarendszerek használhatók

Új távadó-generáció

Bár a VEGAPULS 64 a folyadékszintmérés legújabb generációjába tartozik, a felhasználó mégis egy bevált, megbízható eszköz teljesítőképességét várhatja tőle. Körülbelül két évvel ezelőtt a VEGA nagy sikerrel bocsátotta útjára az ömlesztett szilárd anyagok mérésére alkalmas, nagyfrekvenciás radaros szintmérőjét. Ez a műszer ugyanabban a frekvenciasávban működik, mint a VEGAPULS 64, és már 100 ezernél több alkalmazásban telepítették világszerte. A tapasztalatok szerint igen jól működik silókban, és számos más alkalmazásban is, ahol sok zavaró reflexió keletkezésével kell számolni. Ennek a szilárdanyag-szintmérő műszernek a legfontosabb elektronikus egységeit, technológiáit és alkalmazási tapasztalatait az új radaros folyadékszint-távadó fejlesztésekor is felhasználták. Ezért az új műszer konstrukciója számos megbízható, kipróbált tervezési megoldáson alapul, a felhasználók tehát egy már alaposan ellenőrzött és bevált VEGA-technológiában bízhatnak. Az említett szilárdanyag-szintmérőtől a VEGAPULS 64 annyiban különbözik, hogy az utóbbi szélesebb, 4 GHz-es sávszélességű, amely még tisztábban megkülönböztethetővé teszi a folyadékszintmérésre jellemző, különféle eredetű reflexiókat.
Mielőtt a VEGAPULS 64-et korlátozás nélkül elérhetővé tették volna minden felhasználó számára, egy kétszáz példányos nullszéria műszereit helyezték üzembe és tesztelték valós alkalmazási környezetben világszerte. Ezek tapasztalatai segítették elvégezni azokat a kisebb szoftver „finomhangolásokat”, amelyeket aztán már a piaci bevezetést követően szállított, legelső tömeggyártott példányokban is felhasználtak a mérések megbízhatóságának és biztonságának fokozására. Ez egyben azt is jelenti, hogy az alkalmazási tapasztalatokról máris jelentős adatbázis áll a VEGA Grieshaber KG. és ügyfelei rendelkezésére.
A készülékek üzemeltetése sem újdonság azon felhasználók számára, akik már korábban is használtak VEGA folyamatműszereket, ugyanis a VEGAPULS 64 felépítése is a cég régóta ismert és bevált plics-koncepciójára épül. A Plicscom-modul bármely más, plics-alapú műszerrel azonos módon szolgálja ki a távadó vezérlését és a mért érték helyi kijelzését. Használatához sem PC-re, sem speciális szoftverre nincs szükség. A kijelző és vezérlőmodul bármikor kiemelhető a műszer tokozatából, és vissza is helyezhető oda anélkül, hogy a műszer tápellátását meg kellene szakítanunk.

Az ábrán balra: A VEGAPULS 64 sugárkúpjának nyílásszöge csupán 3°. A távadó emiatt még a keverőkkel felszerelt tartályokban is jól használható. A kisméretű folyamatcsatlakozások és a kompakt felépítésű távadó jelentős előnyöket kínál, különösen kisméretű tartályok esetén

Az ábrán jobbra: Az illat- és ízanyagokat feldolgozó tartályokat batch-váltáskor (tehát naponta akár többször is) tisztítani kell. A VEGAPULS 64 alkalmazkodik a változó körülményekhez, és megbízhatóan méri a töltöttségi szintet az olyan folyamatparaméterek változásától függetlenül, mint a hőmérséklet és a nyomás

Utólagos telepítés a folyamatcsatlakozás átalakítása nélkül

Mivel a VEGAPULS 64 radaros szinttávadó felszereléséhez nagyon kis átmérőjű folyamatcsatlakozások is elegendők, az új műszert gyakran egy meglevő folyamatcsatlakozásba is telepíteni lehet. Ez gyors és olcsó telepítést tesz lehetővé olyan, már meglévő tartályokba, amiket ehhez nem, vagy csak nagyon kis mértékben kell módosítani. Ez különösen értékes tulajdonság az élelmiszeriparban, ahol az üzemek és termelőberendezések működtetése üzemeltetési engedélyhez van kötve. Ezért bármiféle utólagos módosítás csak jelentős ráfordítások árán valósítható meg. Példa erre a polivinil-acetát, amely talán jobban ismert, ha a rágógumi gyártásához szükséges „alapgumira” gondolunk. Ezt olyan reaktorban állítják elő, amely négyszintű keverőberendezéssel van felszerelve. A különféle alapanyagok közötti kémiai reakció akkor indul be, amikor ezeket a keverő összedolgozza. Az ilyen bonyolult belső szerelvényekkel ellátott tartályoknál már említettük a pontos és szűk fókuszálás előnyét. Ehhez társul ebben az esetben (is) az egyszerű telepítés. A távadó ugyanis egy meglevő golyóscsap nyílásán át is beépíthető, amely a kisebb frekvenciájú radaros szintmérőknél rendszerint maga is jelentősen zavaró interferenciák okozója. A hagyományos szintmérőknél ismételten abba a problémába ütközünk, hogy a közeg felszínéről visszaérkező, aránylag gyenge visszavert jelét nem lehet a golyósszelepen keletkezett erős reflexióktól függetleníteni – különösen a szelephez közeli, magas szintek tartományában. A VEGAPULS 64 azonban kiválóan működik magán a szelepen keresztül is, mivel az antenna sokkal keskenyebb nyalábot bocsát ki. Ez erősebb reflexiót eredményez a mért közeg felületéről, miközben magán a golyóscsapon gyakorlatilag nem keletkeznek zavaró visszaverődések.
A menetes rögzítésű változatok – megfelelő adapter segítségével – például könnyen illeszthetők a clamp folyamatcsatlakozásokhoz. Ez számos alkalmazásban ideális megoldás. Az aszeptikus, fertőtleníthető, résmentes folyamatcsatlakozású változatok, amelyek közeggel érintkező felületeit teljes egészében PTFE (poli-tetrafluor-etilén) bevonat fedi, már a készülék piaci bevezetése óta beszerezhetők. Ezek megfelelnek a 3-A^[4]- és az EHEDG^[5]-követelményeknek. A VEGAPULS 64 folyadékszint-távadó használhatóságát robbanásveszélyes környezetben a megfelelő tanúsítványok igazolják.

A VEGAPULS 64-et és a VEGA Grieshaber KG. többi termékét Magyarországon a DATCON Ipari Elektronikai Kft. forgalmazza.

^[1]SIP: Steam-In-Place: leszerelés nélküli, „helyben” történő tisztítás gőzzel.

^[2]CIP: Clean-In-Place: leszerelés nélküli, „helyben” történő tisztítás általában (nagynyomású vízzel vagy mosószerrel stb.).

^[3]Batch (töltés, adag): a vegyi- gyógyszer- és élelmiszeriparban használt szakaszos technológia megnevezése, amelyben egy tartályba, reaktorba bizonyos mennyiségű félkész- vagy késztermék előállításához szükséges alap- és segédanyagokat töltenek be, és ezeket „helyben”, a tartályban vetik alá azoknak a mechanikai, hőmérsékleti, nyomás- és más behatásoknak, amelyek hatására a végtermék előállításához szükséges fizikai, kémiai és biológiai átalakulások végbemennek.

^[4]A 3-A Sanitary Standards, Inc. egy független, nonprofit társaság, amely az élelmiszer-, üdítőital- és gyógyszeripar számára megfelelő higiéniai szintű berendezések tervezését mozdítja elő.

^[5]European Hygienic Engineering and Design Group – európai szakmai szervezet, amely az élelmiszer-ipari termék- és berendezésgyártók, valamint kutatóhelyek együttműködésével támogatja a higiénikus körülményeket igénylő termékek előállítási módszereinek fejlesztését.

Jürgen Skowaisa termékmenedzser – VEGA Grieshaber KG

DATCON Ipari Elektronikai Kft.
1148 Budapest, Fogarasi út 5. 27. épület
Tel.: +36 1 460 1000, fax: +36 1 460 1001
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.datcon.hu

Még több VEGA