TrustSens - pierwszy w świecie samokalibrujący się termometr przemysłowy - Samoczynna kalibracja za pomocą wbudowanego wzorca temperatury
| Prezentacje firmowe PomiaryMożliwość automatycznej kalibracji czujników temperatury bez konieczności ich demontażu przynosi bezdyskusyjne korzyści dla ciągłości i jakości kontrolowanych procesów technologicznych. Opracowana i wdrożona przez Endress+ Hauser metoda kalibracji za pomocą temperatury Curie jako wewnętrznego wzorca została uznana przez ośrodki badawcze i certyfikacyjne za dokładną oraz stabilną. Termometr iTHERM TrustSens samoczynnie przeprowadza wzorcowanie swojego czujnika pomiarowego, a dodatkowo prowadzi ciągłą weryfikację sprzętową i software’ową przyrządu za pomocą technologii "Heartbeat", z raportowaniem jego stanu na żądanie.
W wielu procesach technologicznych pomiar temperatury podlega rygorom zarówno uwierzytelnienia technicznego, jak i formalnego. Punkty o szczególnie dużym znaczeniu dla bezpieczeństwa obiektu lub jakości produktu muszą na bieżąco legitymować się ważnym dokumentem poświadczającym ich parametry metrologiczne, a także stan techniczny. W branżach najbardziej wrażliwych, czyli przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, kosmetycznym, znajduje to odzwierciedlenie w procedurach GMP (Good Manufacturing Practice) lub SOP (Standard Operating Procedure).
|
Ilustracja tytułowa: Samokalibrujący się termometr TrustSens z przyłączem technologicznym QuickNeck do szybkiego demontażu bez użycia narzędzi. |
JAKIE SĄ KORZYŚCI Z SAMOKALIBRACJI TERMOMETRÓW PRZEMYSŁOWYCH?
Kalibracja czujnika temperatury jest czynnością wymagającą przerwania kontrolowanego procesu wytwarzania lub, jeśli to niemożliwe, zapewnienia pomiaru redundantnego, z termometrem zapasowym utrzymywanym w ciągłej gotowości. Sprawdzany czujnik musi zostać zdemontowany i umieszczony w termostatyzowanej kąpieli lub piecyku kalibracyjnym. Użytkownik staje wówczas przed koniecznością odesłania czujnika do laboratorium kalibracyjnego lub – w przypadku kalibracji na obiekcie – zaangażowania wyspecjalizowanego zespołu, dysponującego odpowiednim kalibratorem blokowym.
Pożądaną właściwością termometrów byłaby więc możliwość kalibracji termometru w trakcie pracy, bez przerywania pomiaru i tym bardziej bez demontażu przyrządów, który wiąże się z rozszczelnieniem instalacji, a w technologiach czystych – dodatkowo utratą jej aseptyczności. Największą przeszkodą w realizacji takiego układu na skalę przemysłową był brak stabilnego wzorca temperatury o rozmiarach i konstrukcji umożliwiającej jego umieszczenie wewnątrz czujnika.
Techniczne rozwiązanie tego zagadnienia w zakresie temperatur od –40 do +160°C pojawiło się w 2017 roku, kiedy Endress+Hauser udostępnił do sprzedaży termometr TrustSens, będący efektem wieloletnich prac badawczo-rozwojowych w zakresie wykorzystania temperatury Curie. W wymienionym termometrze materiał o znanej temperaturze Curie (TC), wynoszącej około 118°C, jest wbudowany w pobliżu czujnika pomiarowego Pt100. Proces wzorcowania termometru zachodzi przy przejściu znanej TC podczas spadku temperatury.
Termometr TrustSens wykonuje wzorcowanie w tle, nie przerywając pomiaru oraz zapisuje w wewnętrznej pamięci wynik ostatnich 350 kalibracji. W efekcie spełnione są dwa podstawowe założenia przyjęte dla opracowanego przyrządu – kalibracja termometru odbywa się samoczynnie i bez przerywania pomiaru.
Endress+Hauser zlecił certyfikację sposobu i stabilności kalibracji przez TÜV Thüringen. Wyniki testów TÜV potwierdziły bardzo wysoką stabilność i dokładność metody i pozwoliły określić dokładność kalibracji na ± 0,349 K.
PRZEBIEG SAMOKALIBRACJI NA PRZYKŁADZIE PROCESÓW STERYLIZACJI W BRANŻACH SPOŻYWCZEJ I FARMACEUTYCZNEJ
Zgodnie ze słownikiem terminologii metrologicznej Głównego Urzędu Miar, kalibracja lub wzorcowanie to ustalenie odchyłki między wartością wzorca a wskazaniem przyrządu oraz, ewentualnie w następnym kroku, ustalenie prawidłowego wyniku pomiaru na podstawie wskazania.
Wbrew potocznemu rozumieniu kalibracją nie jest adiustacja przyrządu, która może być wykonana ręcznie lub automatycznie poprzez zmianę jego parametrów.
Przebieg procesu samoczynnego wzorcowania zobrazujemy na przykładzie kontroli temperatury w reaktorze fermentacyjnym, podlegającym sterylizacji parą. Pomiar temperatury służy zarówno do kontroli procesu w fazie wzrostu bakterii, jak również do nadzorowania czyszczenia SIP, celem wyliczenia prawidłowości osiągniętej wartości funkcji sterylizacji (np. F0). Przykładowy profil temperaturowy procesu z uwzględnieniem sterylizacji SIP, wraz z przyrównanymi do niego warunkami kalibracji termometru TrustSens, pokazany jest na rysunku 3.
Przy przekroczeniu temperatury Curie układ monitorujący stan materiału wzorca wykrywa zmianę jego stanu i przechodzi w stan gotowości. Gdy po zadanym czasie sterylizacji następuje spadek temperatury i jej wartość przechodzi ponownie przez punkt Curie, materiał wzorcowy wraca do stanu ferroelektrycznego. Temperatura tej właśnie przemiany fazowej jest temperaturą wzorcową używaną do wyznaczenia odchyłki kalibracyjnej.
OBSŁUGA PRZYRZĄDU I INTEGRACJA Z SYSTEMAMI AUTOMATYKI
Termometr TrustSens TM371 wyposażony jest w w zintegrowany przetwornik pomiarowy z wyjściem analogowym oraz cyfrowym HART7. Dzięki temu (jako zmienne HART SV, TV i QV) do systemu automatyki mogą być wysyłane dodatkowe informacje istotne dla obsługi: temperatura własna przyrządu, licznik kalibracji oraz ostatnio zmierzona odchyłka kalibracyjna w stosunku do wzorcowej temperatury Curie. Również za pomocą protokołu HART przesyłane są pełne dane diagnostyczne przyrządu. Ponieważ w termometrze TrustSens zaimplementowany został system ciągłej weryfikacji diagnostyki Heartbeat Technology, pełny raport PDF o stanie przyrządu oraz jego świadectwo kalibracyjne mogą być wygenerowane w dowolnym momencie – np. na żądanie audytora. Jak wspomniano wcześniej, w pamięci przyrządu zapisanych jest 350 ostatnich wartości kalibracyjnych.
W celu wygenerowania wspomnianej ruchowej dokumentacji jakościowej można wykorzystać uniwersalne oprogramowanie narzędziowe FieldCare i połączenie HART bezpośrednio do przyrządu. Innym sposobem jest podłączenie termometru do managera danych Memograph, którego oprogramowanie obsługuje zarządzanie kalibracjami czujników TrustSens, a jednocześnie może prowadzić rejestrację wszystkich zmiennych cyfrowych udostępnionych przez termometr. Dane te mogą być następnie udostępnione w sieci Ethernet przez webserwer rejestratora. W takim trybie Memograph może stanowić bramkę HART i koncentrator danych dla maksymalnie 20 urządzeń.
Janusz Zajączkowski
Endress+Hauser Polska
www.pl.endress.com
