Endress+Hauser iTHERM TrustSens

Ebben az évben az iTHERM TrustSens megnyerte a Hannover Messe Hermes díját, valamint az AMA Innovációs Díjat a Sensor+Test 2018 keretében. Fejlesztésébe beépítették az Endress+Hauser Wetzer, az Endress+Hauser Csoporthoz tartozó Innovative Sensor Technology IST AG és a Technische Universität Ilmenau szakértelmét. Ott Dr. Marc Schalles, a Hőmérsékletmérési Csoport vezetője fejlesztette ki a TrustSens működési elvét.

Uram Schalles, a projektcsapat sikeresen integrálta a Curie-hőmérséklet alapú fixpont kalibrációt egy hőmérőbe. Hogyan jött ez az ötlet?

Marc Schalles: A hőmérők mindig közvetlenül vagy összehasonlító hőmérőkkel visszavezethető láncban vannak kalibrálva fixpontokon. Ezek olyan hőmérsékletek, ahol az anyagok fázisátalakulást mutatnak; azaz megolvadnak, megdermednek vagy tripelpontjuk van. A kalibráláshoz többek között fixpontcellákat használnak, amelyek az adott anyagot tartalmazzák. Az Ilmenaui Egyetemen már több mint 25 éve kezdődött, hogy ilyen cellákat miniaturizálva integráljunk hőmérőbe, hogy azokat inline kalibráljuk. Ám voltak hátrányok: egy fém fixpont esetén a olvadékot kell tartani. Emellett minden fázisátalakulás során hő keletkezik – így a szenzor a fázisátalakulási hőmérsékletet méri, nem pedig a folyamatét. Ezért alternatív megoldásokat kerestem, és találtam is. Ez indította el a folyamatot, így ebben a projektkooperációban egy ipari hőmérőt fejlesztettünk ki, amelybe a Curie-hőmérséklet alapú kalibrációt integráltuk.

Schalles: A Curie-hőmérsékleten analóg módon történik fázisátalakulás, hasonlóan a klasszikus fixpont anyagokhoz. Ez az anyagspecifikus hőmérséklet, amely felett a ferromágneses vagy ferroelektromos anyagok elveszítik tulajdonságaikat. A Curie-hőmérsékleten zajló fázisátalakulás során ezek az anyagok mind polarizált, mind depolarizált állapotban megmaradnak szilárd fázisban, ezért kiválóan alkalmasak integrálásra egy hőmérőbe. Emellett az elektromos mérés nagyon jól érzékelhető és reprodukálható a fázisátalakulás. Az Endress+Hauser kollégái ezután az üzemeltetőkkel együtt elemezték, hogy milyen hőmérsékleten kellene bekövetkeznie ennek a fázisátalakulásnak ahhoz, hogy az az élelmiszer- és élet tudományi szektor folyamatában alkalmazható legyen. Ezután megvizsgáltuk, mely anyag működik ezen a tartományon belül – kiválasztásában és kezelésében sok szakértelem rejlik, akárcsak a klasszikus fixpontcellák esetében.

Hol voltak a kihívások az iTHERM TrustSens termékké való fejlesztése során?

Schalles: A legnagyobb kihívás a rendelkezésre álló kis hely volt. A legkisebb TrustSens mérőegységek külső átmérője három milliméter. Ebbe kellett beépíteni a valódi hőmérséklet-szenzort, a referenciás szenzort a speciális anyaggal, valamint az elektromos mérési módszereket a fázisátalakulás detektálására. Az Endress+Hauser technológiai szakértelmének köszönhetően a szenzor- és hőmérőforma úgy lett kialakítva, hogy hosszú távon stabil fázisátalakulás érhető el. Ehhez jelentősen hozzájárult az IST, az Endress+Hauser csoporthoz tartozó szenzorspecialista szakértelme.

Mennyire biztonságos ez az új kalibrálási módszer a klasszikus kalibrálási eljárásokhoz, például kalibráló kerék segítségével összehasonlítva?

Schalles: A kalibráló kerék segítségével végzett összehasonlító kalibrálások a szilárd állapotú kalibrálási módszerek közé tartoznak. Itt behelyezi a vizsgált hőmérőt és az összehasonlító hőmérőt, és vár, amíg eléri a termikus egyensúlyt, azaz a kalibrációhoz mindkettő statikusan ugyanazon a hőmérsékleten áll. Az iTHERM TrustSens esetében viszont dinamikus folyamatban történik a kalibrálás. Az ITHERM TrustSens megfelelő kialakításával biztosítjuk, hogy a folyamatközeg által okozott hőmérséklet-változás ugyanúgy érzékeli a referencia- és a folyamat szenzort. Ehhez a hőmérőt hőtechnikai szempontból méreteztem, és optimalizáltam a benne zajló hőátviteli folyamatokat.

Volt-e különleges jelentősége a szenzor fejlesztésének az Ön számára?

Schalles: Határozottan. Érdekesnek találtam, hogy az Endress+Hauser nagy szabadságot adott a saját kalibrálásra képes folyamat-hőmérő fejlesztésében – különösen, mivel a kutatás eredményesen nyitott volt. A vállalat bebizonyította, hogy érti ügyfelei folyamatait. Nagyra értékelem, ahogyan ezt az innovációs kultúrát megélik. Ezért nem maradt pusztán az ötlet szintjén – ez számomra egy szép példa a sikeres fejlesztésre és a kutatás és gazdaság közötti eredményes partnerségre.