Endress+Hauser iTHERM TrustSens

V tomto roce získal iTHERM TrustSens cenu Hermes na veletrhu Hannover Messe a cenu AMA Innovation v rámci Sensor+Test 2018. Do jeho vývoje bylo vloženo know-how od Endress+Hauser Wetzer, společnosti patřící do skupiny Endress+Hauser, od inovativní společnosti Sensor Technology IST AG a Technické univerzity Ilmenau. Tam Dr. Marc Schalles, vedoucí skupiny pro měření teploty, vyvinul funkční princip TrustSens.

Pane Schalles, projektovému týmu se podařilo integrovat do teploměru kalibraci na základě fixního bodu založenou na Curie teplotě. Jak vás napadla tato myšlenka?

Marc Schalles: Teploměry jsou vždy přímo nebo pomocí srovnávacích teploměrů kalibrovány v řetězci na fixních bodech. Jedná se o teploty, při nichž čisté látky procházejí fázovou přeměnou; tedy taje, tuhnutí nebo mají svůj trojitý bod. Pro kalibraci se využívají například kalibrační buňky obsahující příslušnou látku. Zde na TU Ilmenau jsme již před 25 lety začali miniaturizovat takové buňky a integrovat je do teploměrů, aby je bylo možné kalibrovat inline. Nicméně existovaly nevýhody: u kovového fixního bodu je třeba udržovat taveninu. Navíc při každé fázové přeměně dochází k přeměně tepla – tím pádem měří senzor teplotu fázové přeměny a nikoliv teplotu procesu. Proto jsem hledal alternativní řešení a našel je. To odstartovalo celý proces, který umožnil vývoj průmyslového teploměru, do kterého byla integrována kalibrace založená na Curie teplotě.

Schalles: U Curie teploty dochází, analogicky k tradičním fixním bodům, také k fázové přeměně. Je to teplota specifická pro danou látku, nad kterou feromagnetické nebo ferroelektrické materiály ztrácejí své vlastnosti. Během fázové přeměny na Curie teplotě tyto materiály zůstávají jak v polarizovaném, tak v nepolarizovaném stavu v pevném skupenství, což je činí velmi vhodnými pro integraci do teploměru. Navíc je přechod mezi fázemi elektricky velmi dobře detekovatelný a reprodukovatelný. Kolegové z Endress+Hauser spolu s provozovateli zařízení analyzovali, při jaké teplotě by měla taková fázová přeměna nastat, aby mohla být využita v procesech potravinářského a life sciences průmyslu. Poté jsme zkoumali, jaký materiál v této oblasti funguje – v jeho výběru a manipulaci je, stejně jako u klasických fixních bodů, obrovské know-how.

Kde byly největší výzvy při realizaci iTHERM TrustSens do produktu?

Schalles: Největší výzvou byl omezený prostor. Nejmenší měřicí elementy TrustSens mají vnější průměr pouhé tři milimetry. Musel být do nich integrován samotný teplotní senzor, referenční senzor s speciálním materiálem a elektrické měřicí metody pro detekci fázové přeměny. Endress+Hauser díky svým technologickým znalostem vyvinul konstrukci senzoru a teploměru tak, aby byla dosažena dlouhodobě stabilní fázová přeměna. Na tom se významně podílelo také know-how společnosti IST, která je součástí skupiny Endress+Hauser.

Jak je na tom tato nová forma kalibrace ve srovnání s tradičními metodami, například pomocí kalibračních kol?

Schalles: Srovnávací kalibrace pomocí kalibračních kol patří k statickým kalibračním metodám. Do zařízení vložíte zkoušený teploměr a srovnávací teploměr a počkáte, až dosáhnou tepelné rovnováhy, tedy že se teploty ustálí na stejné hodnotě. U iTHERM TrustSens je kalibrace prováděna dynamicky. Díky vhodnému konstrukčnímu provedení zařízení TrustSens zajišťujeme, že změna teploty způsobená procesním médiem zachytí jak referenční, tak procesní senzor stejně. Teploměr jsme tepelně dimenzovali a optimalizovali tepelné přenosové procesy uvnitř.

Byla pro vás vývoj senzoru něčím výjimečný?

Schalles: Rozhodně. Považuji za pozoruhodné, že Endress+Hauser věnoval vývoji samokalibračního procesního teploměru tolik volného prostoru – zejména proto, že výzkum byl otevřený a nezávazný. Společnost ukázala, že rozumí procesům svých zákazníků. Obdivuji, jak je taková inovační kultura žijící. Díky tomu nezůstalo pouze u samotného nápadu – právě proto je to pro mě krásný příklad úspěšného vývoje a také úspěšného partnerství mezi výzkumem a průmyslem.