MESSTECHNIK

Verfahren zur Ermittlung der Materialfeuchte

Auf Radar-Technologie basierende Feuchtesensoren

Die Gründe für den Einsatz von Feuchtemessgeräten sind vielseitig. Da der Wassergehalt in Produkten entscheidend für die Produktqualität und Prozesssicherheit sein kann, ist es wichtig, Rückschlüsse auf die Materialfeuchte zu ziehen. Das reicht von einem sehr geringen Wassergehalt in getrockneten Produkten aus der Lebensmittelindustrie bis hin zu einem sehr hohen Wassergehalt, beispielsweise in Bohrschlämmen der Bergbauindustrie. Es geht also um die exakte Dosierung von Wasser im Prozess. Vorstellen kann man sich das ungefähr so wie beim Backen eines Kuchens. Die ein oder andere Zutat muss genau dosiert sein und entscheidet so über das Gelingen des Rezepts.

Um Rückschlüsse auf den Wassergehalt zu ziehen, werden in der Regel Laborgeräte eingesetzt. Dafür werden feuchte und getrocknete Proben gewogen und das Gewicht verglichen. Das Ergebnis lässt dann Rückschlüsse auf den Wassergehalt zu. Diese Methode ist auf der einen Seite zwar genau und einfach handhabbar, bringt aber einige Nachteile mit sich. So ist eine Probe aus dem Prozess insgesamt immer nur begrenzt repräsentativ: Das Trocknen kann je nach Feuchtegehalt, Menge und Art der Probe von einer halben Stunde bis zu einem Tag dauern. Während dieser Zeit läuft der Prozess weiter und das Messergebnis ist bei Eintreffen schon veraltet. Zudem ist die manuelle Probennahme mit Zeit und Kosten verbunden.

 

Ersatz für zeitaufwendige Stichproben

Mit der Solitrend-Produktfamilie hat Endress+Hauser eine Lösung für die kontinuierliche Feuchtemessung im Prozess geschaffen. Die auf TDR-Technologie basierenden Sensoren bestimmen aufgrund der Laufzeit eines Radarimpulses entlang einer keramischen Messzelle präzise den Wassergehalt in Schüttgütern. Dabei wird der physikalische Effekt der steigenden Dielektrizitätskonstante mit steigendem Wassergehalt genutzt.

Die Sensoren zur Feuchtemessung werden mit Hilfe eines Halters direkt im Schüttgutstrom eingebaut und sorgen hier für schnelle und zuverlässige Messungen. In der Grundstoffindustrie beispielweise wird in der Regel offen gefördert. Hier werden Sensoren direkt unter Siloklappen, unter Abwürfen, wo im freien Fall gemessen wird, oder von oben auf Förderbänder eingebaut, so dass der Sensor gut umströmt wird und im direkten Materialkontakt steht. Die Messwerte können entweder über ein optionales Display oder ein Kontrollsystem (SPS) abgelesen werden. Zudem ist es möglich, Schwellenwerte im Kontrollsystem einzugeben, die bei Erreichung Alarme auslösen. So kann die Wasserdosierung im Prozess gesteuert werden.

Minimaler Verschleiß und keine Kalibrierung

Im Gegensatz zu anderen Messverfahren ermöglicht das TDR-Verfahren eine hohe Genauigkeit sowie eine tiefe Materialdurchdringung und ist unabhängig von Korngrößen oder Verunreinigungen. Der Sensor zeichnet sich dank robuster Bauweise und den Einsatz hochwertiger Materialien durch seine Verschleißfestigkeit und damit der Langlebigkeit aus. Für die Messung von Stoffen mit besonders abrasiven Eigenschaften wie beispielsweise grober Schotter gibt es zudem eine Hartmetallversion. Die Hochtemperaturversion des Sensors kann für Prozesstemperaturen bis 120 °C, und somit z.B. direkt hinter dem Trockner, eingesetzt werden. Die Inbetriebnahme der Geräte ist einfach, denn Kalibrierkurven für viele Zuschlagstoffe (Sand, Kies oder Schotter) sind im Lieferumfang enthalten. Nach der ersten Inbetriebnahme ist ein regelmäßiges Nachkalibrieren in der Produktion nicht notwendig.

 

Flexibler und zuverlässiger Einsatz für jede Anwendung

Die Solitrend-Sensoren sind in unterschiedlichen Ausführungen für verschiedene Schüttdichten verfügbar. Dies umfasst beispielsweise eine geringe Dichte (Tierfutter, Getreide, Kunststoffgranulat), sehr geringe Dichte und niedrige Feuchtegehalte (Sägemehl, Pellets) oder auch leitfähige Schüttgüter und Schlämme (Frischbeton, Klärschlamm). Alle zeichnen sich durch eine einfache Installation und Bedienung auch in anspruchsvollen Prozessen auf und besitzen einen integrierten Messumformer für die einfache Anlagenintegration. Der Solitrend macht eine manuelle Probeentnahme und Laborauswertung überflüssig – so können Anlagenbetreiber Prozesskosten optimieren, die Produktqualität steigern und den Energieaufwand senken.

Das TDR-Messprinzip

Die geführte Radarwelle (TDR-Messprinzip) breitet sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit aus. So vermisst der Sensor das Material scheibenförmig Schicht für Schicht, quer zur Sensoroberfläche, wie man es zum Beispiel von einem Computertomographen kennt. Der Sensor hat somit ein genau definiertes Messfeld und ist in der Lage, fehlerfrei zu messen – selbst, wenn es schwankende Feinanteile gibt oder die Korngröße variiert.

Durch die Messung quer zur Sensoroberfläche ist die mechanische Beschaffenheit der Sensoroberfläche keine Störgröße, d.h. die wiederkehrende und unvermeidbare Abnutzung der Sensoroberfläche führt nicht zu einer Messwertverfälschung. Das definierte Messfeld ermöglicht zudem eine präzise Messung bei Anwendungen, bei denen die Materialüberdeckung gering ist oder schwankt. Das bedeutet einen hohen Grad an Flexibilität bei der mechanischen Einbindung in die Anwendung.


Alexander Edinger, 
Product Manager

Endress+Hauser Level+Pressure

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