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  1. Analysesensoren
  2. Leitfähigkeitssensor LDL

LDL Sensoren – Phasentrennung und CIP-Überwachung neu gedacht

Vorstellung der Leitfähigkeitssensoren von ifm

Vorteile

Reduziert Ungenauigkeiten zeitbasierter Reinigungsprozesse.
Durch eine Messung an jeder Maschine bzw. Anlage oder nach jedem Prozessschritt wird das Produkt verifiziert und die korrekte Durchführung der Reinigung oder Spülung bestätigt. Eliminierung eines zeitbasierten Reinigungsprozesses bedeutet bedarfsorientierte Reinigung und Spülung.
Während Rezeptwechsel und Reinigungszyklen wird eine höhere Betriebssicherheit mit Rückmeldung erreicht.
Bei rein zeitbasierten Reinigungsmethoden wird die Konzentration von Chemikalien in einem CIP System nicht gemessen. Dabei wird vorausgesetzt, dass das ganze System Chemikalien mit den richtigen Konzentrationen enthält und die Dauer des Reinigungszyklus ausreicht.
Normalerweise beinhaltet eine Zykluszeit einen gewissen Zeitpuffer, um eine ausreichende Reinigung sicherzustellen.
Da diese Zykluszeit normalerweise länger als notwendig ist, wird mehr Energie verbraucht, um die Flüssigkeiten zu pumpen und zu erhitzen. Weiter werden mehr Ressourcen (Reinigungsmittel, Wasser usw.) benötigt.
Steigerung der Prozessperformance dank hoher Messpunktflexibilität.
Mehr Messpunkte ermöglichen eine bessere Segmentierung und eine optimierte Kontrolle Ihres Prozesses. Die zusätzlichen Messpunkte stellen die notwendigen Informationen bereit, um Zykluszeiten und Wasser-/Chemikalienverbrauch zu reduzieren sowie den Energiebedarf zu senken.
Kompakte, hochwertige Ausführung verhindert Ausfälle und ungeplante Stillstände
Die LDL Familie verhindert Ausfälle durch einen all-in-one-Transmitter mit IP68/IP69K. Die Sensoren haben ein geschlossenes Edelstahlgehäuse und eine PEEK Messspitze. Sie verzichten auf einen Kabelanschlussraum und eine Kabelverschraubung, die oft eine Stelle für Feuchtigkeitseintritt darstellen, für Sensoren, die im Nassbereich installiert sind.
Einfache Installation und Inbetriebnahme mit kompakten Plug-and-Play-Sensoren.
Viele marktgängige Leitfähigkeitssensoren sind groß und sperrig, oder sie haben einen Fühler mit getrennter Auswerteeinheit, die im Feld abgeglichen werden muss. Die Kompaktheit der LDL-Baureihe ermöglicht den einfachen Einbau in kleine Anlagen/Systeme und reduziert den mechanischen Stress an den Leitungssystemen. Dank des Standard 4-Pin M12 elektrischen Anschlusses ist eine Verdrahtung des Anschlussraums nicht notwendig; und da der LDL ein all-in-one-Transmitter ist, entfällt der Abgleich im Feld – ein echtes Plug-and-Play-Gerät.
Unter der Seriennummer des Sensors steht ein kostenloses Werkszertifikat als Download auf unserer Homepage bereit.

Dank IO-Link hat die LDL-Familie Folgendes zu bieten:

  • Leitfähigkeit und Temperaturwert über eine einzelne Leitung
  • Hohe Messauflösung ohne Skalierung
  • On-the-fly Rezeptwechsel und Geräteeinstellungen
  • Aktueller Gerätestatus
  • Betriebsstunden-Histogramm
  • Interner Speicher für min. und max. Leitfähigkeits-/Temperaturwerte
  • Automatischer Geräteaustausch

Mit IO-Link ist die Auflösung des Leitfähigkeitswerts über den gesamten Messbereich gleichbleibend (besonders wichtig beim Einsatz der induktiven Version). Ein typischer CIP-Prozess verwendet Chemikalien mit hoher Leitfähigkeit sowie Spülwasser mit niedriger Leitfähigkeit. Bei einem Analogausgang wird das Signal über einen größeren Messbereich skaliert, dadurch wird die Fähigkeit, geringe Veränderungen in der Leitfähigkeit zu detektieren, reduziert. Dies kann dazu führen, dass Rückstände von Chemikalien im Spülwasser oder im Produkt unerkannt bleiben.

 

Vergleich der Auflösung von IO-Link und analogen Signalen

Messbereich

        (µS/cm)

SPS analoge Eingangskarte

             (12 bit)

IO-Link *
0...500                1 µS/cm  1 µS/cm
0...5,000                2 µS/cm
0...15,000                4 µS/cm
0...100,000              25 µS/cm
0...500,000            122 µS/cm
0...1,000,000            244 µS/cm

*  LDL100 Messbereich ist auf 15,000 µS/cm begrenzt.

Applikationen

CIP (Clean-in-Place)

Um wettbewerbsfähig zu bleiben ist es wichtig, Produktionsstillstände zu minimieren ohne die Produktsicherheit und -qualität zu beeinträchtigen. Überwachen Sie die Konzentration des Reinigungsmittels und stellen Sie fest, ob die Chemikalien komplett durch die Leitung ausgespült wurden.

Erfahrungsbericht: CIP-Prozess in einer Molkerei

Eine große internationale Molkereifirma (mit Produktionsstätten weltweit) stand vor der Herausforderung, ihr Analysesystem für Flüssigkeiten, insbesondere CIP-bezogen, zu verbessern.

  • 50% Sensorausfallrate pro Jahr – ca. €1000 pro Sensor
  • Stillstandkosten – bis zu €90.000 pro Stunde

Die Firma implementierte den LDL200 von ifm. Statt zwei Sensoren (einer für Spülwasser mit niedriger Leitfähigkeit und einer für Reinigungsmittel mit hoher Leitfähigkeit) deckt LDL200 den kompletten Messbereich der zu messenden Flüssigkeiten ab.

  • Weniger Initialkosten
  • Weniger Platzbedarf
  • Reduzierung des Bedarfs an Instandhaltung und Schulung
  • Kein Signalverlust wegen Einschränkungen der Auflösung

Verifizierung des CIP-Prozesses und des Spülvorgangs waren unabdingbar, um eine hohe Qualität des Endproduktes zu sichern.

Phasentrennung/Produktverifikation

Unabhängig von der Trübung des Mediums kann Leitfähigkeit auch in Applikationen eingesetzt werden wo ein Trübungssensor nicht funktioniert. Leitfähigkeit kann die Phasentrennung zwischen Spülwasser, laugen- oder säurehaltigen CIP-Lösungen und dem Produkt erkennen. Nur eine messbare Differenz in der Leitfähigkeit des Mediums wird benötigt.

(1. Milch, 2. spülen, 3. Ätzmittel, 4. Säure)

Die Leitfähigkeit von Medien in CIP-Systemen ist reproduzierbar.

Leckageüberwachung

In einem Wärmetauscher wird eine Flüssigkeit eingesetzt, um eine andere Flüssigkeit zu erhitzen oder zu kühlen. Ein Leitfähigkeitssensor - montiert im Auslass oder im Heißwasserbehälter des Kondensators - ist eine einfache Möglichkeit Leckagen zu detektieren.

Somit wird auch sichergestellt, dass die Flüssigkeiten sich nicht vermischt haben und die Effizienz und Qualität des Heiz-/Kühl-prozesses gesteigert wird.

Wasserqualität

Rohwasser aus Seen, Flüssen oder Wasserkränen können Verschmutzungen enthalten, die Krustenbildung und Korrosion in industriellen Maschinen und Anlagen – insb. Wärmetauscher, Kühltürme und Heißwasserspeicher - verursachen. Da Leitfähigkeit eine Messung der Gesamtionenkonzentration ist, ist sie ideal für die Überwachung von Demineralisierung. Stellen Sie sicher, dass zum Prozessbeginn die korrekte Wasserqualität vorhanden ist. Stellen Sie fest, ob das Wasser an einer anderen Stelle in der Anlage oder im Prozess wiederverwendbar ist. Sie können Ihren Gesamtverbrauch an Wasser reduzieren, wenn das Spülwasser des letzten Spülvorgangs für den Vorspülvorgang im nächsten Reinigungszyklus wiederverwendet werden kann.

Salinität

Die Konzentration von Salz (NaCl) in Wasser kann durch die Leitfähigkeit einfach überwacht werden. Schon 5 Salzkörner verursachen eine messbare Differenz in der Leitfähigkeit.

Ionische Rückstände in Trinkwasserentsalzungsanlagen können überwacht werden. Die Konzentration von Salzwasser kann ebenfalls überwacht werden, um die Kühlleistung von Wasser (Senkung des Gefrierpunktes) zu verbessern und die hohe Qualität von Salzlösungen in der Lebensmittelindustrie sicher zu stellen.

Erfahrungsbericht: Salzgehalt in Kühlwasser

Eine große Fleischverarbeitungsstätte suchte eine Lösung, ihre Kühlwassertanks zu automatisieren. Die Tanks beinhalten eine gesättigte Salzlösung. Diese wird verwendet, um die Temperatur des Kühlwassers stärker zu senken, als es mit Standardwasser möglich ist. Da das Kühlwasser direkten Kontakt mit dem Produkt hat, wird eine sichere Lösung benötigt.

Vorher wurden periodisch manuelle Salometermessungen in jedem Kühlwassertank durchgeführt und die Salzkonzentration wurde entsprechend angepasst. Dies ist ein arbeitsintensiver Prozess, da mehrere Tanks über die ganze Anlage verteilt sind, und ihre Trendwerte auf dem unterschiedlich verpackten Fleisch, das gekühlt werden muss, basieren. Die Salzkonzentration wurde manuell angepasst und war abhängig von Mitarbeitern, die die arbeitsintensiven Prozesse mit großer Sorgfalt ausführten.

Die kritische Folge - resultierend aus einer Falschmessung oder zu niedriger Konzentration - wäre, dass der Kühlwassertank und/oder das Kühlsystem einfrieren könnten. Das Resultat wären Stillstand und verlorene Produktionszeiten, bis die Tanks wieder auftauen. Ein weiterer Faktor war die Produktqualität: Die Salzlösung wurde ebenfalls zur Aromatisierung gewisser Lebensmittel verwendet. Abweichende Konzentrationen beeinflussen die Stärke des Geschmacks. Die Verwendung von zu viel Salz ist eine Verschwendung von Ressourcen und kann zur Ablagerungen bzw. Verstopfungen im System führen.

Applikationsbericht: staedler automation

Spätzle „al dente“

Sensorik überwacht industrielle Kochanlage

Technologie

Leitfähigkeit misst, wie gut eine Substanz einen elektrischen Strom leitet. Sie wird beeinflusst durch die Anzahl von freien Ionen (Salze, Säure, Lauge) im Medium sowie durch die Mediumtemperatur: Je mehr freie Ionen, desto höher die Leitfähigkeit. Typischerweise besteht ein Leitfähigkeitssensor aus zwei medienberührenden Metalplatten. Gibt man zwei Elektroden in ein leitfähiges Medium und legt eine Spannung an, so fließt ein Strom.

Die positiv geladenen Ionen (Kationen) bewegen sich zur negativ geladenen Elektrode und die negativ geladenen Ionen (Anionen) bewegen sich zur positiv geladenen Elektrode. Je mehr freie Ionen sich im Medium befinden und je höher die elektrische Leitfähigkeit des Mediums, desto höher ist auch der Strom.

Die SI-Einheit für Leitfähigkeit ist Siemens pro Meter (S/m). Die folgende Abbildung zeigt die Leitfähigkeitswerte für einige gängige Medien.

Es gibt zwei Methoden, die Leitfähigkeit zu messen, galvanisch und induktiv. Die Wahl hängt von der Leitfähigkeit des Mediums, der Korrosivität der Flüssigkeit und dem Schwebstoffanteil ab.

Galvanische Leitfähigkeitssensoren (LDL1xx)

Der galvanische Leitfähigkeitssensor von ifm hat zwei metallische Elektroden wie andere direkt messende Leitfähigkeitssensoren. Der Unterschied bei unserem Design besteht darin, dass das Sensorgehäuse und die Metallrohrleitung als erste Elektrode dienen und die Metallspitze des Sensors als zweite Elektrode dient.

Zwischen Sensorspitze und Gehäuseverschraubung wird eine Spannung angelegt und der Stromfluss gemessen.

Induktive Leitfähigkeitssensoren (LDL2xx)

Ein induktiver Leitfähigkeitssensor besteht aus zwei mit Draht umwickelten Metallspulen, die in einem Körper aus Kunststoff eingeschlossen sind (ifm Produkte verwenden PEEK). Die erste Spule (Sendespule) erzeugt eine elektrische Spannung in der Flüssigkeit. Je nach Leitfähigkeit des Mediums entsteht nun ein Wechselstrom. Dieser erzeugt in der zweiten Spule (Empfangsspule) ein magnetisches Wechselfeld, das proportional zur Leitfähigkeit des Mediums ist.

Induktive Leitfähigkeitsmessung hat mehrere Vorteile:

  • Hohe Resistenz gegen Korrosion dank der PEEK-Spitze.
  • Unempfindlich gegen Feststoffe im Medium, solange der Messkanal nicht verstopft.
  • Kein Einfluss durch Medien mit hoher Leitfähigkeit.

Einfluss der Temperatur

Die Leitfähigkeit eines Materials hängt besonders stark von Temperatur ab – ungefähr 1…5% pro °C. Alle Leitfähigkeitssensoren haben zur Kompensation bei Temperaturänderungen im Medium eine eingebaute Temperaturmessung.

LDL-Sensoren – Weitere Merkmale

In Kabelanschlussräume und Kabelverschraubungen kann Feuchtigkeit eindringen. Dies ist oft eine Schwachstelle bei Sensoren, die im Nassbereich installiert sind. Die LDL-Familie reduziert Ausfälle dank eines all-in-one-Transmitters mit IP68 / IP69K. Die Sensoren haben ein geschlossenes Edelstahlgehäuse, PEEK Messspitze und verzichten auf einen Kabelanschlussraum und eine Kabelverschraubung.

Alle LDL Leitfähigkeitssensoren haben im Lieferumfang ein Werkszertifikat und sind out-of-the-box betriebsbereit. Unter der Seriennummer des Sensors steht ein kostenloses Werkszertifikat als Download auf unserer Homepage bereit.

Dank IO-Link können die Sensoren mit dem Parameter Calibration Gain (CGA) und einer Standard- oder Referenzlösung auch im Feld kalibriert werden.

Produktselektor

Die LDL-Familie besteht aus zwei Versionen:

  • LDL100 mit einem Messbereich von 100µS/cm…15mS/cm. Medien mit einer Leitfähigkeit höher als 15mS/cm können nicht gemessen werden, aber der Sensor kann für die Differenzierung zu einem Medium innerhalb des Messbereichs eingesetzt werden.
  • LDL2xx mit einem Messbereich von 100µS/cm…1S/cm.

Selektor nach Medium / Leitfähigkeitswert

1. Leitfähigkeit (µS/cm): 2. Reinstwasser, 3. Reinwasser, 4. Nutzwasser, 5. Trinkwasser, 6. Bier, 7. Milch, 8. Fruchtsaft, 9. Phosphorsäure (1 %), 10. Natriumhydroxid (1 %), 11. Schwefelsäure (1 %), 12. Salzsäure (1 %), 13. Natriumhydroxid (5 %)

Applikation
 


LDL100

 


LDL200

 


LDL201

 
Phasenübergang (z.B. Spülwasser / Produkt)
Produktdifferenzierung / -validierung
Leckageüberwachung (z.B. Wärmetauscher)
Wasserqualität (über 100 µS / cm)
Konzentration von Chemikalien im CIP-Prozess  
Salzgehalt  

Einbaubedingungen

Für den ordnungsgemäßen Betrieb müssen einige Richtlinien beachtet werden.

Montage

Bevorzugt wird der Sensor in Steigleitungen montiert, um eine volle Leitung sicherzustellen. Wird der Sensor in eine waagerechte Leitung eingebaut, dann in einem Winkel von max. 45° zur Horizontalen. Somit werden Luftblasen und Ablagerungen vermieden.

Bei LDL2xx muss der Messkanal parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet werden.  Eine Ausrichtmarkierung ist auf das Sensorgehäuse gelasert und zeigt die korrekte Orientierung in der Leitung

Rohrnennweiten / empfohlene Adapter

Rohrnennweiten
LDL100

LDL200

LDL201
1" / DN25
E43306

Prozessadapter
Nicht empfohlen Nicht empfohlen
1,5" / DN38
E43310
Schweißadapter


E43307

Prozessadapter
Nicht empfohlen Nicht empfohlen
≥ 2" / DN50
E33229

Prozessadapter

E33309
Clampadapter
E33213 Milchrohradapter

E30130

Einschweißadapter

FAQ