iTHERM TrustSens

Opravdu teploměr měří správnou hodnotu? Abychom na tuto otázku mohli odpovědět, musí provozovatelé zařízení v potravinářském a life sciences průmyslu pravidelně odstraňovat svá měřicí zařízení k kalibraci – v extrémních případech po každé jednotlivé šarži. Nyní společnost Endress+Hauser vyvinula s teploměrem iTHERM TrustSens, který se během provozu neustále sám kalibruje. Tato inovativní technologie průmyslu 4.0 je založena na jinak prováděné kalibraci na pevných bodech, která se obvykle provádí pouze v laboratořích, a využívá fyzikálního jevu Curieovy teploty.

"S iTHERM TrustSens jsme udělali skutečný krok vpřed v technice měření teploty," říká Marc Stahl, globální produktový manažer pro teploměry ve společnosti Endress+Hauser Wetzer GmbH+Co. KG, která je kompetenčním centrem skupiny firem pro techniku měření teploty a systémové komponenty. V potravinářském a life sciences průmyslu je teplota parametrem, který má největší vliv na kvalitu produktu. Pouze při správné teplotě například nedochází při ohřevu oleje k jeho zkažení, mléko zůstává sterilní a buňky v bioreaktorech při výrobě léků se mohou optimálně množit. Aby bylo možné splnit GMP (Good Manufacturing Practice) požadavky na kvalitu, musí být teploměry v určitých intervalech rekalibrovány. Ve velkých zařízeních se to děje u stovek měřicích míst několikrát ročně nebo dokonce týdně.

Při kalibraci je hodnota zobrazená na měřicím zařízení vždy porovnávána s „pravou“ hodnotou, což je externí referenční hodnota, která je zpětně sledovatelná na národní nebo mezinárodní normály. Pro tento účel jsou teploměry kalibrovány v terénu pomocí blokových kalibrátorů nebo kalibračních koleček ve srovnání s referenčními teploměry, které se dají zpětně odvodit od teploměrů kalibrovaných přímo v laboratoři na pevných bodech mezinárodní teplotní stupnice. Tyto pevné body představují definované teploty, při nichž látky mění svůj skupenství nebo fázi, například bod tání ledu nebo trojský bod vody. „Podařilo se nám poprvé integrovat bod změny fáze v pevném skupenství do teploměru,“ říká Dr. Marc Schalles, který zkoumá základy TrustSens na TU Ilmenau.

Pro vývoj principu funkce využil inženýr fyzikální jev Curieovy teploty: Jedná se o teplotu, která je individuální pro každý čistý materiál, při jejímž dosažení se jeho magnetické nebo elektrické vlastnosti náhle a elektricky detekovatelně mění. Curieova teplota je vždy konstantní. Například železo přestane být přitahováno magnetem při 768°C. Pokud teplota klesne pod tuto hodnotu, změní se to zpět. „Našli jsme materiál, jehož vlastnosti se mění při teplotách, které jsou klíčové pro potravinářský a life sciences průmysl a které se používají při čištění nebo sterilizaci,“ říká Marc Stahl.

Pro referenční senzor v TrustSens je použit tento speciální materiál. Je úzce spojen s hlavním teplotním snímačem Pt100, který měří teplotu procesu pomocí elektrického odporu platiny. „Tato tepelná vazba zajišťuje, že oba senzory jsou například v kalibrační lázni vystaveny ideálně stejné teplotě,“ říká Schalles. Po každém ochlazení z vyšších teplot je Pt100 automaticky kalibrován během procesu: při dosažení Curieovy teploty a tím fyzikálního bodu fixace poskytne referenční senzor elektrický signál. Pokud Pt100 v téže době změří hodnotu v rámci stanovené tolerance, byl úspěšně kalibrován – a to v souladu s GMP směrnicemi a pravidly americké agentury FDA.

"iTHERM TrustSens pomáhá provozovatelům zařízení především minimalizovat riziko nezjištěné odchylky měření u senzoru Pt100," říká Marc Stahl. Všechny běžné senzory Pt100 podléhají stárnutí, které může vést k nesprávným měřením, takzvanému driftování. Pokud například stanovený interval rekalibrace senzoru je jeden rok a při manuální rekalibraci je zjištěna odchylka, musí být předpokládáno, že teploměr již po instalaci neměřil správnou hodnotu. „Pak je nutné zpochybnit celou výrobu posledních dvanácti měsíců – a v nejhorším případě hrozí stažení výrobků,“ říká Stahl.

S iTHERM TrustSens se intervaly rekalibrace výrazně zkracují a kontroly jsou tímto způsobem častější. Obvykle jsou procesy, které spouštějí rekalibraci TrustSens, například parní sterilizace, prováděny denně. „Tím se výrazně minimalizuje riziko nezjištěných chyb během provozu a procesy jsou transparentnější,“ říká Stahl. Pokud dojde k odchylce mimo nastavené tolerance, zařízení spustí alarm nebo zobrazí chybovou zprávu, která je jasně viditelná například pomocí LED diody přímo na místě. iTHERM TrustSens také elektronicky ukládá všechna data posledních 350 kalibrací. Pomocí softwaru pro správu majetku, například FieldCare od Endress+Hauser, lze tato data načíst a současně automaticky vytvářet kalibrační certifikáty pro audity – u běžných rekalibrací je to možné pouze manuálně.

Na vývoji iTHERM TrustSens se podílelo celkem deset let výzkumu a vývoje. Kromě společnosti Endress+Hauser Wetzer GmbH, specialista na senzory Innovative Sensor Technology IST AG, která je součástí skupiny Endress+Hauser, a TU Ilmenau byli od začátku úzce zapojeni i provozovatelé zařízení. „Podnět k vývoji nové technologie přišel od sítě Endress+Hauser Life-Sciences. Díky našemu zaměření na odvětví jsme velmi dobře znali požadavky zákazníků,“ říká Stahl. V průběhu spolupráce byly vyjasněny otázky týkající se rozsahu měření, konstrukce nebo kalibračních certifikátů. Výsledkem této spolupráce je nejen inovativní technologie, ale i skutečný produkt průmyslu 4.0. „Díky plně automatické a auditně bezpečné inline samokalibraci umožňuje TrustSens sledování kvality během výroby a průběžnou verifikaci procesů, které jsou cílem průmyslu 4.0,“ říká Stahl.