Endress+Hauser iTHERM TrustSens

Quest'anno, l'iTHERM TrustSens ha vinto il Premio Hermes alla Hannover Messe e il Premio all'Innovazione AMA nell'ambito di Sensor+Test 2018. Nel suo sviluppo è stato integrato il know-how di Endress+Hauser Wetzer, della Innovative Sensor Technology IST AG, parte del gruppo Endress+Hauser, e del Politecnico di Ilmenau. Qui, il Dr. Marc Schalles, responsabile del gruppo di lavoro sulla misura della temperatura, ha sviluppato il principio di funzionamento del TrustSens.

Signor Schalles, il team di progetto è riuscito a integrare una calibrazione basata sulla temperatura di Curie come punto fisso in un termometro. Come è nata questa idea?

Marc Schalles: I termometri vengono sempre calibrati direttamente o con l'ausilio di termometri di confronto in una catena tracciabile a punti fissi. Questi sono temperature in cui sostanze pure mostrano una trasformazione di fase; cioè fondono, solidificano o raggiungono il loro punto triplo. Per la calibrazione si utilizzano tra l'altro celle a punto fisso, che contengono la sostanza corrispondente. Qui al Politecnico di Ilmenau abbiamo iniziato già 25 anni fa a miniaturizzare tali celle e integrarle nei termometri per poterli calibrare inline. Tuttavia, c'erano degli svantaggi: con un punto fisso di metallo bisogna mantenere la fusione. Inoltre, durante ogni trasformazione di fase si scambia calore – così il sensore misura la temperatura di trasformazione di fase e non più quella del processo. Per questo ho cercato alternative e le ho trovate. Questo ha fatto partire il progetto, permettendo di sviluppare un termometro industriale in questa collaborazione, in cui è stata integrata la calibrazione basata sulla temperatura di Curie.

E così siete arrivati alla temperatura di Curie. Perché è così pratica per la calibrazione?

Schalles: Alla temperatura di Curie avviene, analogamente ai materiali di punto fisso classici, una trasformazione di fase. È la temperatura specifica della sostanza, sopra la quale i materiali ferromagnetici o ferroelettrici perdono le loro proprietà. Durante la trasformazione di fase alla temperatura di Curie, tali materiali rimangono sia nello stato polarizzato che in quello non polarizzato, rimanendo nello stato solido, il che li rende molto adatti all'integrazione in un'applicazione di termometro. Inoltre, il passaggio di fase può essere rilevato e riprodotto elettricamente molto bene. I colleghi di Endress+Hauser, insieme agli operatori degli impianti, hanno analizzato a quale temperatura dovrebbe avvenire questa trasformazione di fase affinché possa essere utilizzata nei processi dell'industria alimentare e delle scienze della vita. Successivamente, abbiamo valutato quale materiale funziona in questo intervallo – la sua selezione e gestione richiedono, come per le celle a punto fisso classiche, molta competenza.

Dove sono state le sfide nell'implementazione dell'iTHERM TrustSens in un prodotto?

Schalles: La sfida più grande era lo spazio limitato disponibile. I più piccoli sensori TrustSens hanno un diametro di tre millimetri. In essi dovevano essere integrati il sensore di temperatura principale, il sensore di riferimento con il materiale speciale e i metodi di misura elettrici per rilevare la trasformazione di fase. Endress+Hauser, grazie alla sua competenza tecnologica, ha sviluppato la forma del sensore e del termometro in modo da ottenere una trasformazione di fase stabile nel tempo. A questo ha contribuito anche il know-how del specialista di sensori IST, parte del gruppo Endress+Hauser.

Quanto è affidata questa nuova forma di calibrazione rispetto alle calibrazioni classiche, come ad esempio con ruote di calibrazione?

Schalles: Le calibrazioni di confronto con ruote di calibrazione appartengono ai metodi di calibrazione stazionari. Qui si inserisce il termometro da verificare e il termometro di confronto e si attende che raggiungano un equilibrio termico, cioè che si stabilizzino sulla stessa temperatura. Con l'iTHERM TrustSens, invece, si calibra in modo dinamico. Grazie alla forma del dispositivo, garantiamo che la variazione di temperatura causata dal mezzo di processo venga rilevata sia dal sensore di riferimento che da quello di processo in modo uguale. Per questo, abbiamo dimensionato termicamente il termometro e ottimizzato i processi di trasporto termico al suo interno.

Lo sviluppo del sensore è stato qualcosa di speciale per lei?

Schalles: Assolutamente sì. Ho trovato notevole che Endress+Hauser abbia dato molta libertà nello sviluppo di un termometro di processo auto-calibrante – soprattutto perché la ricerca era aperta ai risultati. L'azienda ha dimostrato di comprendere i processi dei clienti. Trovo ammirevole come venga vissuta una cultura dell'innovazione di questo tipo. Perciò, non si è fermata alla semplice idea – proprio per questo, per me, è un esempio di successo nello sviluppo e anche una partnership tra ricerca e industria molto riuscita.