iTHERM TrustSens

Valóban a megfelelő értéket mér egy hőmérő? Ahhoz, hogy erre a kérdésre választ adjunk, az élelmiszer- és élet-tudományi ipar üzemeltetőinek rendszeresen ki kell szerelniük mérőeszközeiket kalibrálásra – extrém esetben minden egyes tétel után. Most az Endress+Hauser az iTHERM TrustSens nevű hőmérővel olyan eszközt fejlesztett ki, amely a folyamat során folyamatosan önmagát kalibrálja. Az innovatív Industry 4.0-technológia a laboratóriumokban általában alkalmazott fixpont kalibráció alapjaira épül, és a fizikai jelenséget, a Curie-hőmérsékletet használja fel.

„Az iTHERM TrustSens-szel valódi evolúciós lépést tettünk a hőmérsékletmérés terén” – mondja Marc Stahl, a Endress+Hauser Wetzer GmbH+Co. KG globális termékmenedzsere, a cégcsoport hőmérsékletmérő és rendszerkomponens szakértő központja. Az élelmiszer- és élet-tudományi iparban a hőmérséklet a legnagyobb hatással bíró paraméter, amely befolyásolja a termék minőségét. Csak a megfelelő hőmérséklet mellett nem romlik például az olaj sütés közben, a tej steril, és az sejtek optimálisan szaporodhatnak bioreaktorokban gyógyszerek gyártása során. A GMP (Good Manufacturing Practice) minőségi irányelvek betartásához a hőmérőket bizonyos időközönként újrakalibrálni kell. Nagy üzemekben ez több száz mérőhelyen évente többször vagy akár hetente megtörténik.

A kalibrálás során a mérőeszköz által mutatott értéket mindig összevetik egy „valós” értékkel, egy külső referenciával, amely visszavezethető nemzeti vagy nemzetközi normálokra. A hőmérőket a helyszínen blokk kalibrátorokkal vagy kalibrációs kerékkel kalibrálják, összehasonlítva referenciahőmérőkkel, amelyek visszavezethetők olyan laboratóriumi hőmérőkre, amelyek közvetlenül és magas pontossággal kalibráltak a nemzetközi hőmérsékleti skála fixpontjain. Ezek meghatározott hőmérsékletek, amikor az anyagok halmazállapota vagy fázisállapota változik, például a jégpont vagy a víz tripelpontja. „Sikerült elsőként beépítenünk egy fázisátalakulási pontot a szilárd halmazállapotú hőmérőbe” – mondja Dr. Marc Schalles, aki az alapokat kutatta az TrustSens számára az Ilmenaui Műszaki Egyetemen.

A működési elv fejlesztéséhez a mérnök a fizikai jelenséget, a Curie-hőmérsékletet vette alapul: ez minden tiszta anyagnál egyéni hőmérséklet, amely elérésével az anyag mágneses vagy elektromos tulajdonságai hirtelen és elektromosan észlelhetően változnak. A Curie-hőmérséklet mindig állandó. Például a vas 768°C felett már nem vonz mágnes. Ha a hőmérséklet ez alá csökken, ez ismét változik. „Olyan anyagot találtunk, amelynek tulajdonságai olyan hőmérsékleten változnak, amelyek az élelmiszer- és élet-tudományi iparban döntőek, és ott tisztítás vagy sterilizálás során használatosak” – mondja Marc Stahl.

A TrustSens referenciaérzéke ebből a különleges anyagból készült. Szorosan összekapcsolták az eredeti hőmérséklet-érzékelővel, a Pt100-zal, amely a folyamat hőmérsékletét a platina elektromos ellenállásával méri. „Ezzel a hőmérsékleti összekapcsolással elérjük, hogy mindkét érzékelő, például egy kalibrációs fürdőben, ideálisan ugyanazon a hőmérsékleten legyen” – mondja Schalles. Minden egyes magasabb hőmérsékletű hűtés után a Pt100 automatikusan kalibrálódik a folyamat során: a Curie-hőmérséklet elérésével, azaz a fizikai fixpontnál a referenciaérzék elektromos jelet ad. Ha a Pt100 ugyanabban az időben a megadott toleranciaértékek között mér, sikeresen kalibrálva lett – és ez összhangban van a GMP irányelvekkel és az amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügynökség (FDA) szabályaival.

„Az iTHERM TrustSens elsősorban abban segít az üzemeltetőknek, hogy minimalizálják a Pt100 érzékelő esetleges mérési eltérésének kockázatát” – mondja Marc Stahl. Minden általánosan használt Pt100 érzékelő öregedési hatásoknak van kitéve, amelyek hamis mérési eredményeket okozhatnak, ún. driftelés. Ha például az érzékelő újrakalibrálási intervalluma egy év, és manuális újrakalibrálás során eltérést észlelnek, akkor feltételezhető, hogy a hőmérő már a beépítés után sem a helyes értéket mérte. „Ebben az esetben az elmúlt tizenkét hónap gyártási folyamata kérdésessé válik – és a legrosszabb esetben akár termékvisszahívások is szükségessé válhatnak” – mondja Marc Stahl.

A TrustSens-szel a kalibrálási intervallumok egy csapásra sokkal rövidebbé válnak, így a kontrollok sűrűbbé válnak. Általában a TrustSens által kiváltott folyamatokat, például gőzsterilizálást, naponta végzik. „Ez jelentősen csökkenti a nem észlelt hibák kockázatát működés közben, és átláthatóbbá teszi a folyamatokat” – mondja Marc Stahl. Ha eltérés van a beállított toleranciaértékektől, a készülék riasztást ad vagy hibajelzést jelenít meg, amely helyben LED-en keresztül is jól látható. A TrustSens minden adatát elektronikus úton tárolja az utolsó 350 kalibrációról. Egy Endress+Hauser által kínált eszközgazdálkodási szoftver, például a FieldCare segítségével ezek az információk kiolvashatók, és automatikusan készíthetők kalibrálási bizonyítványok az auditokra – szemben a hagyományos újrakalibrálással, amely csak manuálisan lehetséges.

A TrustSens-ben összesen tíz év kutatás és fejlesztés van. Az Endress+Hauser Wetzer GmbH mellett az IST AG, az Endress+Hauser-csoporthoz tartozó érzékelőspecialista, és az Ilmenaui Műszaki Egyetem is szorosan részt vett a kezdetektől fogva. „Az új technológia ötlete az Endress+Hauser Life-Sciences hálózatából érkezett. Köszönhetően iparági irányultságunknak, nagyon jól ismertük ügyfeleink igényeit” – mondja Stahl. A folyamatos kommunikáció során tisztázták a mérési tartomány, az építési mód vagy a kalibrálási bizonyítvány kérdéseit. Az együttműködés eredményeként nemcsak egy innovatív technológia született, hanem egy valódi Industry 4.0-termék is. „Az automatikus és auditálható inline önkalibrálás révén a TrustSens lehetővé teszi az ipar által célul kitűzött gyártásközbeni minőségellenőrzést és a folyamatos folyamat-ellenőrzést” – mondja Marc Stahl.