So funktioniert das selbstkalibrierende Thermometer itherm TrustSens

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Jakob Roth
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So funktioniert das selbstkalibrierende Thermometer itherm TrustSens Schritt für Schritt zum automatisch erstellten Kalibrierprotokoll Autor: Florian Kraftschik, Marcom Manager Media Relations Das

Denn das hygienische Thermometer kalibriert sich jedes Mal automatisch selbst, wenn die Temperaturmarke von 118 C unterschritten wird.

1 So funktioniert das selbstkalibrierende Thermometer itherm TrustSens Schritt für Schritt zum automatisch erstellten Kalibrierprotokoll Autor: Florian Kraftschik, Marcom Manager Media Relations Das Thermometer itherm TrustSens erfüllt den Wunsch der Anwender in den Industrien Food und Life-Sciences nach mehr Sicherheit. Denn das hygienische Thermometer kalibriert sich jedes Mal automatisch selbst, wenn die Temperaturmarke von 118 C unterschritten wird. Dieses Whitepaper erklärt, welche Technologie im Thermometer steckt, wie der physikalische Referenz funktioniert und wie die Selbstkalibrierung sowie die Speicherung des Kalibrierprotokolls erfolgt. Mit Schritt-für-Schritt Bilderstrecke. Temperaturfühler: pt100 Widerstandsthermometer Die Temperatur des Prozessmediums wird durch ein klassisches Pt100 Widerstandsthermometer mit einem Arbeitsbereich von -40 C bis 160 C erhoben. Das Thermometer der Klasse AA hat sich in Tests als genau und besonders langzeitstabil für den Einsatz in der Neuentwicklung itherm TrustSens qualifiziert. Abb. 1: itherm TrustSens Funktionsprinzip der Selbstkalibrierung Die Besonderheit des itherm TrustSens ist die direkt am Temperatursensor verbaute physikalische Referenz (vgl. Abb. 2). Das Verfahren zur Selbstkalibrierung nutzt die Curie-Temperatur dieser Referenz als integrierte Temperaturreferenz. Eine Selbstkalibrierung wird automatisch vorgenommen, 1/5

wenn die Prozesstemperatur unter die nominale Curie-Temperatur des Gerätes sinkt. Die Curie- Temperatur ist eine unveränderliche Materialkonstante des eingesetzten Stoffes, d.h. sie unterliegt keiner Drift.

2 wenn die Prozesstemperatur unter die nominale Curie-Temperatur des Gerätes sinkt. Die Curie- Temperatur ist eine unveränderliche Materialkonstante des eingesetzten Stoffes, d.h. sie unterliegt keiner Drift. Bei Erreichen der Curie-Temperatur erfolgt ein Phasenwechsel des Referenzmaterials, der mit einer Änderung der elektrischen Eigenschaften verbunden ist. Die Elektronik erkennt diese Änderung automatisch und berechnet gleichzeitig die Abweichung der gemessenen Pt100-Temperatur von der bekannten, physikalisch festgelegten Curie-Temperatur. Eine grün blinkende LED zeigt an, dass der Prozess zur Selbstkalibrierung läuft. Anschließend speichert die Thermoelektronik die Ergebnisse dieser Kalibrierung. Abb. 2: Physikalische Referenz und Pt100 Widerstandsthermometer beim TrustSens Kalibrierprotokoll: Auslesen via Asset-Management-Software Die Kalibrierdaten sind nun im Gerät abgespeichert und sie können über eine Asset-Management- Software wie FieldCare oder Device-Care ausgelesen werden. Die Software erstellt aus den Daten ein Kalibrierschein, den der Nutzer ablegen oder ausdrucken kann. Die Inline-Selbstkalibrierung ermöglicht es dem Nutzer, Änderungen in den Eigenschaften des Pt100-Temperatursensors und der Elektronik kontinuierlich und wiederholt zu überwachen. Da die Inline-Kalibrierung unter realen Umgebungs- und Prozessbedingungen (z. B. Erwärmung der Elektronik) durchgeführt wird, entspricht das Ergebnis eher der Realität als bei einer Sensorkalibrierung unter Laborbedingungen. Kalibrierung Schritt für Schritt am Beispiel eines Fermentationsprozesses (Pharmazie) 2/5

3 In einem Fermentationsprozess werden bei ca. 37 C und einer optimalen Nährstoffversorgung Zellen, Pilze oder Bakterien mit speziellen Eigenschaften gezüchtet, bis die Zielkonzentration von Zellen und Zielprodukt erreicht ist, um damit wirtschaftlich weiterzuarbeiten. Dieser Vorgang dauert bis zu mehreren Wochen. Für den sauberen und sicheren Betrieb ist es extrem wichtig, dass nur die richtigen Zellen heranwachsen und sich nicht stattdessen andere Keime aus der Umwelt bei den idealen Bedingungen im Fermenter vermehren. Daher muss vor jedem Batch eine Sterilisierung des Fermentationskessels und aller angeschlossenen Rohrleitungen durchgeführt werden. Dazu leitet man überhitzten Dampf ein und lässt die Temperatur von mehr als 121 C (ca. 1,1 bar Überdruck) für mindestens 15 Minuten einwirken. Die Güte der Sterilisierung muss mit kalibrierten Thermometern überwacht werden. Im Fermentationsprozess wird die Selbstkalibrierung des TrustSens automatisch nach jeder Sterilisierung des Fermenters eingeleitet, wenn sich die Temperatur langsam von > 121 C absenkt. Eine aktive Abkühlung wird zumeist vermieden, da sich hierbei ein starker Unterdruck bilden könnte, der den Fermenter beschädigen würde. Das Eindüsen von kaltem Wasser wird daher (wenn überhaupt) erst unterhalb von 100 C gestartet. Die Selbstkalibrierung (grüner Punkt, Abb. 3) erfolgt damit zuverlässig in jeder Abkühlphase vor der Befüllung. Die Abkühlrate nach der Sterilisierung beträgt bei diesen Anlagen ca. 5 K pro Minute. Abb. 3: Selbstkalibrierung nach der Sterilisierung Die Phasen im Überblick (vgl. Abb. 3): 3/5

4 1.) Für die Sterilisierung der der Fermentationsanlage wird die Temperatur schnell erhöht. Die Prozesstemperatur wird vom Pt100 Widerstandsthermometer gemessen und über die Elektronik des Thermometers an die Steuerung kommuniziert. 2.) Die Temperatur erreicht mit 123 C für eine Zeit von 15 Minuten ihr Maximum, die Anlage wird sterilisiert. 3.) Nach der Sterilisation kühlt die Temperatur langsam mit einer Rate von 5 K/min ab. Wenn die Curie-Temperatur von 118 C erreicht ist, kalibriert sich das Messgerät automatisch selbst (siehe grüner Punkt). 4.) Die Temperatur wird auf 37 C stabil gehalten, die Zellen können wachsen. Mehr Sicherheit im Prozess Durch die regelmäßige Kalibrierung wird sichergestellt, dass ein eventuell beschädigtes Thermometer automatisch erkannt wird. Bei Fehlermeldungen etc. springt das weithin sichtbare grüne LED-Licht des Geräts sofort auf Rot um. Gleichzeitig wird eine Meldung über die HART-Kommunikation und ein Fehlerstrom ausgegeben, womit Fehler sowohl am Gerät wie auch in der Steuerung eindeutig auf den ersten Blick erkannt werden können. Der TrustSens meldet ebenfalls, ob die Sterilisierung erfolgreich war. Somit kommt kein Produkt mit eventuell noch kontaminierten Leitungen in Kontakt. Bei den sonst üblichen Kalibrierintervallen (i. d. R Monate) ist das Risiko deutlich höher, dass eine Beschädigung des Thermometers erst erkannt wird, nachdem sehr viele Chargen damit produziert wurden. Dies führt dann zu aufwendigen Untersuchungen im Rahmen des Risikomanagements und schlimmstenfalls zu Produktrückrufen, die erhebliche finanzielle Schäden nach sich ziehen und zu einem Imageverlust im Markt führen würden. Da das Kalibrierprotokoll (vgl. Abb. 4) ganz einfach über die Asset-Management-Software abgerufen werden kann, reduziert das Gerät nicht nur die Kalibrierkosten, sondern verschafft Anlagenbetreibern auch eine Sicherheit bei allfälligen Audits. 4/5

5 Abb. 4: Audit-sicheres Kalibrierprotokoll mit der Asset-Management-Software Erfahren Sie mehr über die Funktionsweise des itherm TrustSens im Video: 5/5

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