iTHERM TrustSens

Un termometro misura davvero il valore corretto? Per rispondere a questa domanda, gli operatori degli impianti nel settore alimentare e delle scienze della vita devono regolarmente smontare i loro strumenti di misura per la calibrazione – nel caso estremo, dopo ogni singolo lotto. Ora Endress+Hauser ha sviluppato con l'iTHERM TrustSens un termometro che si calibra continuamente durante il processo in corso. La tecnologia innovativa dell'Industria 4.0 si basa sulla calibrazione a punto fisso, che di solito viene eseguita solo nei laboratori, e utilizza il fenomeno fisico della temperatura di Curie.

“Con l'iTHERM TrustSens abbiamo fatto un vero passo evolutivo nella tecnologia di misurazione della temperatura”, afferma Marc Stahl, Global Product Manager Thermometer presso Endress+Hauser Wetzer GmbH+Co. KG, il centro di competenza del gruppo aziendale per la tecnologia di misurazione della temperatura e i componenti di sistema. Nel settore alimentare e delle scienze della vita, la temperatura è il parametro che ha il maggiore impatto sulla qualità del prodotto. Solo con la temperatura corretta, ad esempio, l'olio alimentare non diventa rancido durante il riscaldamento, il latte rimane sterile e le cellule nei bioreattori per la produzione di farmaci possono moltiplicarsi in modo ottimale. Per rispettare le linee guida di qualità GMP (Good Manufacturing Practice), gli strumenti di misura devono essere ricalibrati a intervalli regolari. In grandi impianti, questo avviene in centinaia di punti di misura più volte all'anno o anche settimanalmente.

Durante una calibrazione, il valore visualizzato da uno strumento di misura viene sempre confrontato, rispetto a una validazione, con un “valore reale”, una referenza esterna che può essere ricondotta a norme nazionali o internazionali. Gli strumenti di misura vengono calibrati sul campo tramite calibratori a blocco o ruote di calibrazione, confrontandoli con termometri di riferimento, che a loro volta si riferiscono a termometri calibrati in laboratorio direttamente e con alta precisione su punti fissi della scala di temperatura internazionale. Questi sono temperature definite in cui le sostanze cambiano stato di aggregazione o di fase, come il punto di congelamento o il punto triplo dell'acqua. “Siamo riusciti per la prima volta a integrare un punto di transizione di fase allo stato solido in un termometro”, afferma il Dr. Marc Schalles, che ha studiato le basi del TrustSens presso l'Università di Ilmenau.

Per lo sviluppo del principio di funzionamento, l'ingegnere ha sfruttato il fenomeno fisico della temperatura di Curie: questa è una temperatura individuale per ogni materiale puro, al raggiungimento della quale le sue proprietà magnetiche o elettriche cambiano in modo improvviso e rilevabile elettricamente. La temperatura di Curie è sempre costante. Ad esempio, il ferro non viene più attratto da un magnete a partire da 768°C. Se la temperatura scende al di sotto di questo valore, il cambiamento si verifica di nuovo. “Abbiamo trovato un materiale le cui proprietà cambiano a temperature critiche per il settore alimentare e delle scienze della vita, e che vengono utilizzate durante la pulizia o la sterilizzazione”, afferma Marc Stahl.

Il sensore di riferimento nel TrustSens è realizzato con questo materiale speciale. È strettamente collegato al sensore di temperatura principale Pt100, che misura la temperatura del processo tramite la resistenza elettrica del platino. “Attraverso questa accoppiamento termico, si garantisce che entrambi i sensori, come ad esempio in un bagno di calibrazione, siano idealmente esposti alla stessa temperatura in ogni momento”, spiega Schalles. Dopo ogni raffreddamento da temperature più alte, il Pt100 viene automaticamente calibrato durante il processo: al raggiungimento della temperatura di Curie e quindi del punto fisico di riferimento, il sensore di riferimento invia un segnale elettrico. Se il Pt100 misura un valore entro le tolleranze stabilite nello stesso momento, la calibrazione è riuscita – e ciò avviene in conformità alle linee guida GMP e alle regole dell’agenzia statunitense per la sicurezza alimentare e dei medicinali FDA.

“L'iTHERM TrustSens aiuta principalmente gli operatori degli impianti a ridurre il rischio di deviazioni di misura non rilevate del sensore Pt100”, afferma Marc Stahl. Infatti, tutti i sensori Pt100 standard sono soggetti a effetti di invecchiamento, che possono portare a misurazioni errate, i cosiddetti drift. Se l’intervallo di ricalibrazione stabilito per il sensore, ad esempio, è di un anno e si riscontra una deviazione durante il ricalibro manuale, si deve supporre che il termometro non abbia più misurato correttamente già dopo l’installazione. “In tal caso, si devono mettere in discussione tutte le produzioni degli ultimi dodici mesi – e, nel peggiore dei casi, si devono anche effettuare richiami di prodotto”, afferma Marc Stahl.

Con l'iTHERM TrustSens, gli intervalli di ricalibrazione vengono drasticamente ridotti e i controlli diventano più frequenti. Di norma, i processi che attivano le calibrazioni del TrustSens, come la sterilizzazione a vapore, vengono eseguiti quotidianamente. “In questo modo, si riduce notevolmente il rischio di errori non rilevati durante il funzionamento e si aumenta la trasparenza dei processi”, afferma Marc Stahl. Se si verifica una deviazione al di fuori delle tolleranze impostate, il dispositivo segnala un allarme o visualizza un messaggio di errore, chiaramente visibile anche sul posto tramite LED. Inoltre, l'iTHERM TrustSens memorizza elettronicamente tutti i dati delle ultime 350 calibrazioni. Tramite un software di gestione asset come FieldCare di Endress+Hauser, queste informazioni possono essere lette e vengono automaticamente generate anche le certificazioni di calibrazione per gli audit – cosa che con le calibrazioni tradizionali può essere fatta solo manualmente.

Il TrustSens rappresenta il risultato di dieci anni di ricerca e sviluppo. Oltre a Endress+Hauser Wetzer GmbH, al produttore di sensori specializzato Innovative Sensor Technology IST AG, appartenente al gruppo Endress+Hauser, e all'Università di Ilmenau, anche gli operatori degli impianti sono stati coinvolti fin dall'inizio. “L'impulso per questa nuova tecnologia è arrivato dalla rete di scienze della vita di Endress+Hauser. Grazie al nostro orientamento al settore, conoscevamo molto bene le esigenze dei clienti”, afferma Stahl. Attraverso uno scambio continuo, sono state chiarite domande riguardanti l'intervallo di misura, la costruzione o i certificati di calibrazione. Dal lavoro di collaborazione di tutti i soggetti coinvolti non è nata solo una tecnologia innovativa, ma anche un vero prodotto Industria 4.0. “Grazie alla sua calibrazione automatica e conforme agli audit, il TrustSens consente il controllo qualità durante la produzione e la verifica continua dei processi, come previsto dall'Industria 4.0”, conclude Marc Stahl.