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Durchflussmessung: Unter vielfältigen Messprinzipien die richtige Problemlösung wählen

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18.09.2008 In der Welt der automatisierten Herstellung von Nahrungsmitteln und Getränken ist ein genaues Erfassen der Stoffströme hinsichtlich Qualität und Produktionsoptimierung unerlässlich. Im Bereich der Durchflussmessung gibt es eine Vielzahl von möglichen Messprinzipien; je nach zu messendem Produkt und gewünschter Anforderung gilt es zu entscheiden, welches Gerät die Messaufgabe am besten löst. Der Beitrag erläutert die wichtigsten Unterschiede bzw. Vor- und Nachteile für bestimmte Messaufgaben.

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Schwebekörpermesssysteme sind die kostengünstigsten Volumen-Durchflussmessgeräte. Leitende und nichtleitende Flüssigkeiten und Gase können in einem Messbereichsverhältnis von 1:10 und mit einer Genauigkeitsklasse von 1,6% gemessen werden. Das Schwebekörper-Durchflussmessgerät H250F wurde speziell für die Lebensmittelindustrie und Pharmazie entwickelt. Es ist weltweit das einzige von der EHEDG zertifizierte Schwebekörpermessgerät.

Austausch und Nachrüsten imlaufenden Prozess

Das Messgerät steht in den Nennweiten von DN15 bis DN100 zur Verfügung; somit sind bei Flüssigkeiten Messbereiche zwischen 2,5 und 100000l/h möglich. Eine Oberflächenrauigkeit von weniger als 0,8µm, die totraumfreie Konstruktion, CIP- und SIP-Fähigkeit bis 150°C sowie eine Reihe hygienischer Anschlüsse sind Standard. Die messstoffberührenden Teile können wahlweise in Edelstahl oder Hastelloy gefertigt werden.

Typische Anwendungen im Nahrungsmittelbereich für das Durchflussmessgerät sind zum Beispiel die volumetrische Messung von Milch, demineralisiertem Wasser, Alkohol oder Kohlensäure. Das modulare Konzept des Geräts ermöglicht den Austausch und das Nachrüsten einzelner Komponenten im laufenden Prozess. So können beispielsweise Grenzwertkontakte, Durchflusszähler, Hochtemperatur-Adapter oder ein elektrischer Signalausgang vor Ort einfach per Plug-in-Modul eingesetzt werden. Die elektrischen Ausgänge sind Hart- und sogar Profibus-fähig.

Häufigste Vertreter: magnetisch-induktive Messgeräte

Magnetisch-induktive Messgeräte sind die am häufigsten verwendeten Durchflussmessgeräte für Flüssigkeiten im Bereich Nahrungsmittel. Man kann sie bidirektional bei einer Genauigkeit von 0,2% vom Messwert betreiben. Die Mindestleitfähigkeit liegt bei 5 bzw. 20µS/cm für wasserbasierte Stoffe. Beim korrekten Einbau der Geräte ist auf jeden Fall eine Einlaufstrecke von 5D zu beachten und eine Teilfüllung der Geräte zu vermeiden, da diese zu einem größeren Messfehler führt. Der Optiflux 6000 ist ein hygienischer MID für den Bereich Lebensmittel, Getränke und Pharma. Das Design ist auf Hygiene und Keimfreiheit ausgerichtet. Ein neuartiges Dichtungskonzept verhindert, dass sich die Dichtung bei der üblichen Reinigung der Geräte ins Messrohr ausdehnt. Das Gerät steht in den Nennweiten DN2,5 bis DN150 und mit allen branchenspezifischen Prozessanschlüssen für die Lebensmittel-, Getränke- und pharmazeutische Industrie zur Verfügung. Es ist für eine maximale Temperatur von 180°C konzipiert und somit problemlos CIP/SIP-reinigbar. Es nutzt FDA-konforme Werkstoffe und ist neben EHEDG- auch 3A-zertifiziert.

Der zugehörige Messumformer IFC300 beinhaltet als erstes Gerät standardmäßig eine Applikations- und Gerätediagnose, die dem Anwender hilft, das Gerät korrekt einzubauen und zu verwenden. Der Messumformer bietet umfangreiche Diagnosefunktionen: Nach dem Start überprüft er zunächst die korrekte Funktion seines Mikroprozessors, der Speicher und der Ausgänge. Diese Selbstdiagnose ist die Grundlage für eine Reproduzierbarkeit der Messwerte und gibt dem Bediener die Gewissheit, dass das Gerät im Rahmen seiner Spezifikationen einwandfrei funktioniert. Pulsierende Durchflüsse, wie beispielsweise Fluide mit Feststoffen, können durch eine entsprechende Einstellung genau erfasst werden. Auch Teilfüllungen oder ein falscher Einbau werden über die Diagnose erkannt. Darüber hinaus bietet das Gerät eine Leitfähigkeitsmessung zur Produktunterscheidung, die auch als 4…20-mA-Signal zur Verfügung steht. Für den Einsatz beim Abfüllen von Bier oder Milch ist auch eine Zulassung für den eichamtlichen Verkehr vorhanden. Alternativ steht auch ein Konvertergehäuse aus robustem Edelstahlguss zur Verfügung.

Auf dem Vormarsch: Coriolis-Massedurchflussmesssysteme

Coriolis-Massedurchflussmesssysteme kommen in den Bereichen Food und Pharma immer mehr zur Anwendung. Sie sind hinsichtlich der Genauigkeit das Maß der Dinge und sind echte Multifunktionsmessgeräte. Zum einen bieten Coriolis-Geräte eine echte Massemessung von Flüssigkeiten, Emulsionen und Gasen, die somit unabhängig von Temperatur, Druck, Viskosität und Dichte sind. Zum anderen gibt es hinsichtlich der Installation dieser Geräte keinerlei Vorgaben in Bezug auf Einlaufstrecken und Strömungsrichtungen. Neben der Erfassung des Massedurchflusses stehen aber auch weitere Parameter wie Volumendurchfluss, Dichte, Temperatur und Konzentrationsmessungen wie Brix oder Baumé zur Verfügung. Die Genauigkeit ist mit ±0,1% vom Messwert die höchste, die im Bereich der Durchflussmessung von Flüssigkeiten erreicht werden kann (Genauigkeit Gase ±0,5%).

Der Optimass 1000 ist ein Coriolis-Messgerät mit zwei geraden Edelstahl-Messrohren und in den Nennweiten DN15 bis DN50 lieferbar. Somit ist es für die einfacheren Messaufgaben im Nahrungsmittel- und Pharmaziebereich bestens geeignet. Beispiele dafür sind die Messung von Alkohol, Hefe oder Kohlensäure. Das Gerät besitzt einen optimierten Strömungsteiler, und durch die beiden geraden Messrohre entsteht praktisch kein Druckverlust. Das Gerät ist selbstentleerend, CIP- und SIP- reinigbar und besitzt die erforderlichen Zulassungen wie FDA und 3A. Eine Vielzahl von verschiedenen Hygieneanschlüssen steht zur Verfügung.
Für besonders schwierige Anwendungen im Hinblick auf Hygiene, Leerlauffähigkeit und minimalen Druckverlust wurde der Optimass 7000 konzipiert, ein Coriolis-Messgerät mit nur einem geraden Messrohr. Wahlweise stehen in den Nennweiten 6 bis 80 Messrohre aus Edelstahl, Hastelloy und Titan zur Verfügung. Mit diesem Messgerät können Durchflüsse von 10kg/h bis zu 430000kg/h gemessen werden.
Die Oberflächen haben eine Rauigkeit von 0,8?m oder optional nur 0,5?m; sämtliche Werkstoffe sind FDA-konform und werden in Übereinstimmung mit der Atex und FM gefertigt. Das Messgerät ist CIP- und SIP- fähig bis zu 150°C. Das Messgerät kommt ohne Strömungsteiler aus, ist selbst entleerend und sterilisierbar. Aufgrund des Einrohrdesigns sind die Fließgeschwindigkeiten recht niedrig, daher entsteht nur ein kleiner Druckverlust im Sensor. Dies ist besonders bei scherempfindlichen und sensiblen Produkten wie zum Beispiel Mayonnaise oder Hopfenextrakt vorteilhaft.
Das Design erfüllt eine Vielzahl von Standards, darunter ASME Bioprocessing Equipment, EHEDG und 3A. Das Messgerät besitzt als einziges Geradrohr-Coriolis-Messgerät die eichamtliche Zulassung der PTB für die höchste Genauigkeitsklasse für Masse- und Volumendurchfluss. Die neue Auswerteelektronik MFC 300 liefert über die verschiedenen Messparameter hinaus dem Anwender bei Bedarf aktuelle Parameter wie Schwingfrequenz, Dehnungsmessstreifen etc., um eine Diagnose hinsichtlich Teilfüllung oder Gasblaseneinschluss geben zu können.

Für das Umfeld: Wirbelfrequenz-Durchflussmessgeräte

Das Wirbelfrequenz-Durchflussmessgerät oder auch Vortex-Messgerät ist sicherlich kein Gerät für den Produktionskreis in der Lebensmittelindustrie. Allerdings gibt es im Umfeld des Produktionsprozesses eine Vielfalt von Medien wie Dampf, Druckluft oder Heizwasser, die präzise bilanziert und gemessen werden sollen. Dies geschieht vor dem Hintergrund, dass in einigen Betrieben der Verbrauch von Energie intern den einzelnen Abteilungen zugeordnet wird.

Der Optiswirl 4070 C ist ein Durchflussmessgerät für Flüssigkeiten, Gase und Dämpfe, das das Volumen von Flüssigkeiten mit 0,75% und bei Gasen und Dämpfen mit 1,0% genau messen kann. Zu beachten ist eine minimale Einlauf-strecke von 20D; die maximale Messtemperatur beträgt 240°C. Das Gerät ist in den Nennweiten DN25 bis DN300 in Zwischenflansch- oder Flanschvariante lieferbar. Der Clou bei diesem Gerät ist die integrierte Temperatur- und Druckkompensation, die auch eine direkte Wärmemengen- oder Energiebilanzierung ermöglicht, ohne ein weiteres Gerät mit zusätzlichem Montage- und Verdrahtungsaufwand installieren zu müssen.

Heftausgabe: September-Oktober 2008
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Bernd Schumacher , Industry Manager Food, Krohne Messtechnik

Über den Autor

Bernd Schumacher , Industry Manager Food, Krohne Messtechnik

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