Oxy. Cond. Analysenmeßtechnik. Produkt-Katalog

Transkript

1 ph Oxy Cond Produkt-Katalog Analysenmeßtechnik

2 Knick. Immer besser.

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4 Geräteübersicht Perfektion als Programm. Analysenmeßsysteme Mit dem modular aufgebauten Analysenmeßsystem Protos 3400 (X) für ph, Leitfähigkeit und Sauerstoff hat Knick einmal mehr neue Maßstäbe gesetzt. Frei kombinierbare Meß-, Kommunikations- und Reglermodule sowie modernste Asset Management Funktionen sorgen für beispiellose Sicherheit und Flexibilität. Analysengeräte Knick-Prozeßgeräte in 2- und 4-Leiter-Technik verfügen über ein konkurrenzlos umfangreiches Leistungsspektrum bis hin zu PROFIBUS und HART -Kommunikation. In Bezug auf Zuverlässigkeit und innovative Technologie verkörpern die Geräte das heute Machbare natürlich auch für den Ex-Bereich. Analysenmeßsysteme Protos 3400 (X) S High end Meßtechnik im polierten, hygienischen Edelstahlgehäuse. Modular und jederzeit erweiterbar. Für den Einsatz im Ex- und Nicht-Ex-Bereich. Protos 3400 (X) C High end Meßtechnik im korrosionsfest beschichteten Stahlgehäuse. Modular und jederzeit erweiterbar. Für den Einsatz im Ex- und Nicht-Ex-Bereich. Analysengeräte Process Unit 77 (X) Hochwertige 2-Leiter-Technik für alle Prozeßparameter mit konkurrenzloser Funktionalität. Für den Einsatz im Ex- und Nicht-Ex-Bereich. Stratos 2402 Kompakte Universalgeräte mit VariPower Weitbereichsnetzteil, PID-Regler und 2 Stromausgängen. Stratos 2211 (X) 2-Leiter-Prozeßgeräte mit HART -Kommunikation für den Einsatz im Ex- und Nicht-Ex-Bereich. Stratos PROFIBUS 2221 X 2-Leiter-Prozeßgeräte mit voller Funktionalität über PROFIBUS PA. Kommunikation nach dem Profil für Analysengeräte Version 3.0.»Sensoren und Armaturen siehe separater Katalog.«3

5 Auswahl-Matrix / Inhaltsverzeichnis Auswahl-Matrix Parameter ph 4-Leiter 2-Leiter Ex multiparameterfähig Protos 3400 C 28 / 42 Protos 3400 S 28 / 42 Protos 3400 X C 28 / 42 Protos 3400 X S 28 / 42 Seite Process Unit 77 ph 76 / 86 Process Unit 77 X ph 76 / 86 Cond Stratos e 2402 ph 120 / 128 Stratos e 2211 ph 136 Stratos e 2211 X ph 136 Stratos PROFIBUS 2221 X ph 122 / 142 Protos 3400 C 28/50/53 Protos 3400 S 28/50/53 Protos 3400 X C 28/50/53 Protos 3400 X S 28/50/53 Process Unit 77 LF 76 / 96 Process Unit 77 X LF 76 / 96 Process Unit 77 LFI 76 / 96 Process Unit 77 X LFI 76 / 96 Oxy Stratos e 2402 Cond 120 / 148 Stratos e 2211 Cond 162 Stratos e 2211 X Cond 162 Stratos PROFIBUS 2221 X Cond 122 / 174 Stratos e 2402 CondI 120 / 149 Stratos e 2212 CondI 163 Stratos e 2212 X CondI 163 Stratos PROFIBUS 2222 X CondI 122 / 175 Protos 3400 C 28 / 56 Protos 3400 S 28 / 56 Protos 3400 X C 28 / 56 Protos 3400 X S 28 / 56 Process Unit 77 O 2 76 / 112 Process Unit 77 X O 2 76 / 112 Stratos e 2402 Oxy 120 / 184 Stratos e 2211 Oxy 190 Stratos e 2211 X Oxy 190 Stratos PROFIBUS 2221 X Oxy 122 / 196 4

6 Exkurs Knick Geräte in der Prozeßanalyse 10 www knick neueste Produktinformationen kostenlose Manual-Downloads in verschiedenen Sprachen ständig aktualisiertes Protos - Produktprogramm Protos 3400 (X) C 28 / 42 Protos 3400 (X) S 28 / 42 ph Process Unit 77 (X) ph 76 / 86 Stratos 2402 ph 120 / 128 Stratos 2211 (X) ph 136 Stratos PROFIBUS 2221 X ph 122 / 142 Protos 3400 (X) C 28 / 50 / 53 Protos 3400 (X) S 28 / 50 / 53 Cond Process Unit 77 (X) LF und LFI 76 / 96 Stratos 2402 Cond und CondI 120 / 148 Stratos 2211 (X) Cond und 2212 (X) CondI 162 / 163 Stratos PROFIBUS 2221 X Cond und 2222 X CondI 122 / 174 / 175 Protos 3400 (X) C 28 / 56 Protos 3400 (X) S 28 / 56 Oxy Process Unit 77 (X) O 2 76 / 112 Stratos 2402 Oxy 120 / 184 Stratos 2211 (X) Oxy 190 Stratos PROFIBUS 2221 X Oxy 122 / 196 ph-trennverstärker und Netzteile 208»Sensoren und Armaturen siehe separater Katalog.«5

7 6 Das Unternehmen

8 Knick. Seit über einem halben Jahrhundert steht der Name Knick für außerordentliche Qualität in der Herstellung von elektronischen Meßgeräten. Bereits 1945 begann der Firmengründer Dipl.- Ing. Ulrich Knick in Berlin mit der Fertigung von hochgenauen nullpunktstabilen Gleichstromverstärkern. Diese ermöglichten die Produktion von zuverlässigen LaborpH-Metern und anderen Präzisionsmeßgeräten. Bis heute steht in der Unternehmenspolitik das hohe technische Niveau sowie die stark innovative Orientierung im Vordergrund. Jeder vierte Mitarbeiter ist im Bereich Forschung und Entwicklung beschäftigt; eine Vielzahl von Patenten und Lizenzvergaben sind das Ergebnis. Die aktuelle Produktpalette der Firma Knick umfaßt bahnbrechende Gerätereihen für die Meß- und Regelungstechnik. Große Bedeutung kommt den Themen EMV und Explosionsschutz zu, in denen sich das Unternehmen durch seine Kompetenz profiliert hat. So entwickelt und fertigt Knick z. B. auch Normsignaltrenner, Speisetrenner und Temperaturmeßumformer für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich. Immer besser. Knick verkörpert das Ideal der innovativen Tradition. Bereits seit Jahrzehnten ist die Firma richtungsweisend im Bereich der industriellen ph-messung. Das Programm ist konsequent um weitere Bereiche der Flüssigkeitsanalyse erweitert worden und umfaßt heute auch Geräte zur Messung der Leitfähigkeit und der Sauerstoffkonzentration. Dabei wurden von Knick immer wieder neue Standards gesetzt so hat das Unternehmen erstmalig Prozeßanalysengeräte mit beleuchteten Matrix-Displays ausgestattet, deren selbsterklärende Klartextbedienoberfläche eine Bedienungsanleitung erübrigt. In Bezug auf Eigen- und Sensorüberwachung, Sensorstatistik und Logbuchfunktion verkörpern Analysengeräte von Knick eine perfekte Sicherheitsphilosophie. Knick-Prozeßgeräte verfügen über ein konkurrenzlos umfangreiches Leistungsspektrum und das in Preiskategorien, die bisher eine derartige Funktionsfülle von vornherein ausschlossen. Seit 1993 ist die Firma Knick zertifiziert nach ISO

9 Das Unternehmen Knick. Chronologie der Innovationen weltweit erster nullpunktkonstanter modulierter Gleichstromverstärker 1956 erstes Labor-pH- Meter mit nullpunktkonstantem Knick-Verstärker 1958 erster nullpunktkonstanter zerhackerloser ph-verstärker 1960 erster Transistor- Chopper-Verstärker für die Meß- und Regelungstechnik 1964 erster Knick-Verstärker für explosionsgeschützte Anwendungen 1964 erster Gleichstrom- Transformator zur passiven Potentialtrennung in der Meßund Regelungstechnik 1979 erstes mikroprozessorgesteuertes LaborpH-Meter mit automatischer Elektrodenkalibrierung 1979 erstes digitalanzeigendes Betriebs-pH-Meter für die Montage vor Ort im Ex-Bereich mit Zone-0-Eingang 1980 erstes induktives Leitfähigkeits-Meßsystem für Ex-Anwendungen mit PTB-geprüftem Geber 1980 erster hilfsenergiefreier Digital-Anzeiger für Montage innerhalb des Ex-Bereiches 1980 erster hilfsenergiefreier Gleichstrom-Transformator für die Montage innerhalb des Ex- Bereiches 1985 erstmalig eine Wechselsonden-Steuerung für vollautomatische ph- Meßanlagen 1995 erstes Prozeßgerät zur simultanen Messung von ph-wert und Leitfähigkeit im Ex-Bereich 1996 erstes Batteriegerät für Ex-Anwendungen in Gehäuseschutzart IP erstes Prozeßgerät mit Weitbereichsnetzteil V AC/DC 1998 erste Klemme mit Potentialtrennung 1999 erster Trennverstärker im 12,5 mm Anreihgehäuse mit Weitbereichsnetzteil V AC/DC und kalibrierter Meßbereichsumschaltung 2000 erste Gerätereihe zur Flüssigkeitsanalyse mit PROFIBUS -PA- Schnittstelle und Profil für Analysengeräte 8

10 1965 erstmals nullpunktkonstante Industrie-pH- Meßzusätze für Exgeschützte Anwendungen 1967 erstes Batterie-pH- Meter für Ex-Anwendungen (5000 Betriebsstunden ohne Batteriewechsel) 1969 erstes Digital-pH- Meter in Kompaktbauweise 1972 erster Gleichstrom- Trennverstärker von Knick zur aktiven Potentialtrennung in der Meß- und Regelungstechnik erstes digitalanzeigendes Batterie-pH-Meter mit Sensorautomatik (2500 Messungen ohne Batteriewechsel) 1976 erster Industrie-pH- Meßzusatz für Anwendungen im höchsten Gefahrenbereich Zone die ersten systemfähigen DC-Calibratoren in der 2000, DM- Klasse 1988 Labor-Konduktometer mit 4-Ring-Elektrode und einem neuartigen Schaltungsprinzip, das erstmals Messungen im Bereich 1 µs/cm ms/cm mit einer einzigen Zelle ermöglicht 1991 erster Digital-Anzeiger ohne Hilfsenergie mit EMV nach NAMUR 1992 erstes Labor-pH-Meter mit vollständiger Selbstüberwachung einschließlich Meßkette und EMV nach NAMUR 1992 erste Prozeßgerätelinie mit Bedienoberfläche und EMV nach NAMUR 1995 erstes Batterie-pH- Meter mit Datalogger und PC-Schnittstelle 2001 erstes modular aufgebautes Prozeßmeßgerät im hygienischen Edelstahl-Gehäuse 2002 erster aktiver Trennverstärker mit 3-Port- Trennung im 6 mm Gehäuse 2002 erstes Batteriegerät zur Messung von Gelöstsauerstoff mit anströmungsfreien Sensoren 2003 erste Fernkalibriersonde mit wartungsfreier keramischer Abdichtung 2003 erstes Meßsystem zur vollautomatischen ph- Messung für den Einsatz in hygienischen Bereichen 2003 erster Speisetrenner im 6 mm-gehäuse 9

11 Exkurs Knick-Geräte in der Prozeßanalyse In den letzten 50 Jahren hat Knick die Flüssigkeitsanalyse in der Prozeßchemie entscheidend beeinflußt. Waren es nach 1945 noch die ph-meßverstärker mit mechanischem Zerhacker aus dem Laboratorium Dipl.-Ing. Ulrich Knick, bei denen erstmals der Nullpunkt nicht mehr täglich von Hand nachgestellt werden mußte, so sind es heute universell einsetzbare, multifunktionale Meßsysteme. Dank integrierter Operationsverstärker machen heute die Offsetdaten von ph-meßgeräten keine Probleme mehr. Allerdings haben viele Hersteller immer noch Sorgen mit Einstreuungen in die Meßeingänge (EMV) und dem Dynamikbereich der Meßsignalverarbeitung. Hier gelten Knick-Analysengeräte von Anbeginn an als besonders funktionssicher, stabil, langlebig und gut ausgestattet. Nicht umsonst ist z. B. die deutsche chemische Großindustrie fast ausschließlich mit Knick-pH/LF-Flüssigkeitsanalysengeräten ausgerüstet. Die hohen Innovationsraten auf den Gebieten der Mikroelektronik, Sensorik und neue Fertigungsverfahren haben auch die Prozeßanalyse geprägt. Analysengeräte sind heute prozessorgesteuert und haben viele Meßund Überwachungsfunktionen. Auch hier bieten Knick-Geräte Besonderes; so arbeitet die Sensor-Überwachungsfunktion Sensocheck nach patentierten Grundlagen unübertroffen genau und zuverlässig. Auch die Meßbereiche von 0, kohm für das Bezugs- und 0, MOhm für das Glassystem sind einmalig. Mit Knick-Leitfähigkeits-Meßgeräten kann praktisch über den gesamten Bereich wässriger Elektrolyte gemessen werden. Die Sauerstoffanalysatoren arbeiten vom ppb-bereich bis zur Sättigung. Eine Übersicht zeigt wichtige Meßmöglichkeiten, Funktionen und Eigenschaften: Anzeige: ph, mv, rh, ORP, COND, O 2, C Matrix-LCD, beleuchtet Geräteselbsttest Sensorüberwachung Multisensoreingänge Konzentrationsberechnungen Echtzeituhr, Logbuch, Datalogger Datenrecorder, Toleranzbandrecorder Kalibrierautomatik, Kalibriertimer 2 Stromausgänge Relaiskontakte für Grenzwerte/ Alarme Schnittstellen: RS, DIN, HART, PROFIBUS Betrieb im Ex-Bereich 10

12 Knick-Geräte in der Prozeßanalyse Das anfängliche Chaos unter den Bedienoberflächen hat Knick in Zusammenarbeit mit der NAMUR beseitigen können. Mittlerweile haben sich weltweit alle namhaften Hersteller an die erstmalig bei Typ 71 bzw. 73 eingeführte Klartext-Bedienoberfläche angelehnt. Immer größere Bedeutung erlangt die Anbindung von Analysengeräten an die Prozeßleittechnik. Knick hat schon vor 20 Jahren z. B. in die Schweiz 50 Systeme 71 X geliefert, die über digitale Schnittstellen mit einem Prozeßleitsystem kommunizierten. Dabei wurden nicht nur Meßwerte, Statussignale und Fehlermeldungen übertragen, sondern auch eine uneingeschränkte Fern-Parametrierung realisiert. Auf der Achema 1994 zeigte Knick bereits eine Demo-Installation mit Integration der Process Unit 76 in eine Multivendor-Anlage. Die Zukunft liegt in der Anbindung über Feldbus-Systeme wie PROFIBUS und Fieldbus. Dem Trend zur Einbindung von Prozeßgeräten in Feldbus- Systeme hat Knick durch die Entwicklung der Baureihe Stratos PROFIBUS bereits Rechnung getragen. Vollautomatische ph-meßsysteme arbeiten mit Fernkalibriersonden, d. h., die Meßkette wird z. B. pneumatisch aus dem Prozeß in eine Kalibrierkammer gefahren. Reinigung, Kalibrierung und Überwachung erfolgen automatisch. Die anfangs prognostizierten Stückzahlen sind allerdings nie realisiert worden; der relativ hohe Preis, Dichtprobleme bei den Wechselsonden und nicht zuletzt drohender Arbeitsplatzverlust sind hier von Bedeutung. Daher werden vollautomatische Systeme nur dort eingesetzt, wo alle anderen Lösungen versagen. Knick hat 1985 mit dem Unical 79 das erste System zur vollautomatischen ph-messung vorgestellt. Es war lange Zeit das einzige System, das den uneingeschränkten Einsatz im Ex-Bereich (Zone 1) erlaubte, über eine integrierte SPS parametriert werden konnte und über genormte Schnittstellen von außen zugänglich war. Diese Tradition setzt sich heute im vollständig überarbeiteten und mit innovativen Konstruktionsmerkmalen ausgestattete automatische Kalibriersystem Unical 9000 fort. Eine Weltneuheit bietet Knick auf dem Gebiet der automatischen Wechselsonden mit der Ceramat WA 150. Durch die keramische Abdichtung zum - Prozeß werden übliche Probleme O-Ring gedichteter Verschiebesonden ausgeschlossen. Die Entwicklungs-Prioritäten in der nahen Zukunft liegen bei der Erhöhung der Sensor-Standzeit, Meßsicherheit und der ISO-Dokumentation. Auch weiterhin wird Knick dem Anwender immer die Spitze des Möglichen bieten und als zuverlässiger Partner mit Rat und Tat zur Seite zu stehen. Neu bei Knick ist, daß das Produktprogramm die Zusammenstellung von vollständigen Meßstellen bzw. Systemen gewährleistet. Durch den flächendeckenden Außendienst können auch verstärkt Inbetriebnahmen von Anlagen für die Flüssigkeitsanalyse unterstützt werden. 11

13 Exkurs ph-wert-messung in der Prozeßtechnik Stand und Tendenzen Der ph-wert ist eine der grundlegenden und häufigsten Meßgrößen zur Führung und Kontrolle chemischer Prozesse in der Industrie wie etwa der Produktionssteuerung, Qualitätssicherung oder Abwasserkontrolle. Dabei werden an die Meßsysteme ständig neue Anforderungen bezüglich der Flexibilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit gestellt. Anlagen zur industriellen ph- Messung bestehen üblicherweise aus festinstallierten Armaturen, welche die ph-meßketten aufnehmen, und ph-meßgeräten, welche die Sensorsignale aufbereiten und gegebenenfalls an eine Leitwarte weiterleiten. ph-messung und Temperatur Neben der Nernst-Abhängigkeit der Messung, die gewöhnlich kompensiert wird, kann die Temperaturabhängigkeit des Gleichgewichts von Säuren und Basen in wässrigen Systemen zu signifikanten ph-änderungen führen. Insbesondere bei Messungen in Reinstwasser von Kraftwerken, bei denen Spuren von Ammoniak den ph-wert bestimmen, werden bei höheren Temperaturen Abweichungen von bis zu zwei ph-stufen gegenüber Messungen bei 25 C beobachtet. Deshalb müssen diese ph-werte auf eine Standardtemperatur zurückgeführt werden, um Messungen z. B. vor und nach einem Wärmetauscher vergleichbar zu machen. Sensoren Eine ph-meßkette besteht prinzipiell aus einer ph-sensitiven Elektrode und einer Bezugselektrode. Seit über 40 Jahren werden in der betrieblichen ph-messung vorrangig Glaselektroden eingesetzt. Sie weisen im Vergleich zu anderen Elektrodentypen einige Gebrauchsvorteile auf, wie z. B. eine gute Linearität über einen weiten ph-bereich (ca. ph 0 bis 14), eine ausreichende chemische Beständigkeit, eine hohe Selektivität und die Unabhängigkeit von Redox- Systemen. Aufgrund ihrer einfachen Herstellung und sehr guten Reproduzierbarkeit sind Silber/ Silberchlorid-Elektroden die am häufigsten verwendeten Bezugselektroden. Zudem ist dieses Bezugssystem ungiftig und daher auch in der Lebensmitteltechnologie verwendbar. Heute werden häufig ph-meßketten eingesetzt, die aus einer Kombination von Glaselektrode und Bezugselektrode in einer Einstabmeßkette bestehen. Spezielle Bauformen (z. B. mit druckkompensierter Bezugselektrode) erlauben auch ph-messungen in druckbeaufschlagten Medien. Zunehmend finden Gel- Meßketten Verbreitung, bei denen der Bezugselektrolyt durch ein meist syntetisches Polymer verfestigt ist. Diese Meßketten benötigen keine Versorgung mit Bezugselektrolyt und sind bei geeigneter Konstruktion druckbeständig. Zudem ist das Bezugssystem lageunabhängig in Aufbewahrung und Gebrauch. Vor der allgemeinen Verbreitung der Glasmeßkette waren hauptsächlich niederohmige Meßketten auf Metall/Metalloxid-Basis (z. B. Antimon oder Wismut) gebräuchlich. Sie finden auch heute noch Verwendung, z. B. wenn die chemische Aggressivität des Meßmediums den Einsatz von Glasmeßketten verbietet (flußsäurehaltige Medien, Rauchgasentschwefelung). Antimonelektroden sind bei ph-werten von ca. 1 bis 10, Wismutelektroden bei ph-werten von ca. 6 bis 14 einsetzbar. Die Meßkettendaten unterscheiden sich erheblich von denen der Glasmeßketten. So liegen Nullpunkt (ph 0 ) und die Steilheit (U N ) von Antimonmeßketten bei der Verwendung von gesättigten Kalomel-Elektroden 12

14 Knick-Geräte in der Prozeßanalyse als Bezugssystem bei ph 0 = 0 ±1,5 und U N = 51 bis 60 mv/ph. Die Meßkettendaten streuen wesentlich stärker als bei Glasmeßketten, die Meßunsicherheiten sind daher entsprechend größer. Im allgemeinen sind Messungen mit ph-abweichungen von etwa 0,1 möglich. Zusätzliche Abweichungen können durch Querempfindlichkeiten zu Redoxsystemen verursacht werden, da Metall/Metalloxid-Elektroden elektronenleitende Eigenschaften besitzen. Als Gebrauchsvorteil von Metall/ Metalloxid-Elektroden gilt die einfache Reinigung; durch Überschleifen entsteht eine frische ph-sensitive Oberfläche. Mechanisch besonders robust sind sogenannte meßketten. Die Funktion der ph-sensitiven Membran übernimmt eine mit einer Festableitung versehene schicht, die auf ein Stahlrohr als Träger aufgeschmolzen ist. meßketten sind in Längen bis zu einigen Metern herstellbar und eignen sich z. B. zum direkten Einbau in lierte Reaktionskessel. Als Bezugselektrode wird eine Quecksilber/ Quecksilbersulfat- Elektrode mit gesättigter Kaliumsulfat-Lösung als Elektrolyt verwendet. Der Meßketten-Nullpunkt liegt bei ca. ph 2, der Meßbereich reicht bis ca. ph 10. Prozeßtechnische Bedeutung gewinnen derzeit ISFETs (Ionensensitive Feldeffekttransistoren). Diese ph-sensoren besitzen prinzipiell Anwendungsvorteile wie beispielsweise: eine hohe Störsicherheit keine Abschirmung notwendig sehr geringe Abmessungen möglich extrem kleine Ansprechzeit t 90 (unter 2 s) Lageunabhängigkeit Das hauptsächliche Anwendungsgebiet, auf dem die Vorteile von ISFETs zur Geltung kommen, ist die Medizintechnik (z. B. zur In-vivo-Messung des ph-wertes von Körperflüssigkeiten) und die Lebensmitteltechnik, bei der aus Sicherheitsgründen keine Meßketten aus (zerbrechlichem) Glas verwendet werden dürfen. Armaturen Bei der industriellen ph-messung werden je nach Einsatzzweck Einbau-, Eintauch- oder Durchflußarmaturen verwendet. Diese sind mit Meß- und Bezugselektrode sowie Temperaturfühler, gegebenenfalls auch mit einer Erdungselektrode und weiteren Sensoren bestückt. Kontinuierliche Messungen, wie sie im Betrieb üblich sind, bringen im Vergleich zu Einzelmessungen im Labor einige Probleme, die auf das dauerhafte Einwirken des Mediums auf die Elektroden zurückzuführen sind. Wenn kein Betriebsstillstand (z. B. für eine Wartung) zulässig ist, kommen bevorzugt sogenannte Fernkalibriersonden (Wechselarmaturen) zum Einsatz. Sie ermöglichen durch eine spezielle Mechanik das Abtrennen der Meßkette vom Prozeßmedium, so daß die Meßkette während des Prozeßablaufs kontrolliert, kalibriert, gereinigt und auch ausgetauscht werden kann. Mit Fernkalibriersonden lassen sich auch vollautomatische ph-meßstellen realisieren. Als Schnittstelle zwischen ph- Meßgerät und Wechselarmatur dient z. B. das Steuergerät Unical Aufgrund des elektropneumatischen Funktionsprinzips des Steuergeräts wird ein sicherer Betrieb auch im Ex-Bereich ermöglicht. ph-meßgeräte ph-meßgeräte setzen die vom Sensor (ph-meßkette) gelieferten Spannungen in ph-werte und Normsignale (Ausgang) um. Die Eingangsschaltungen sind extrem hochohmig ausgelegt, damit der Spannungsabfall am Eingang keine untolerierbar große Meßwertabweichung verursacht. Z. B. bedingt die Forderung nach einem Spannungsabfall von kleiner als 0,1 % des Meßsignals einen Eingangswiderstand, der mindestens den Faktor 1000 größer als der Meßkettenwiderstand ist. Daraus resultiert bei Anschluß einer Glasmeßkette, deren Widerstand bauart- und temperaturabhängig ca. 100 bis 1000 MOhm beträgt, ein Eingangswiderstand von >10 12 Ohm. Meßfehler können auch von einem zu hohen Störstrom (der aus der Eingangsschaltung in die Meßkette fließt) verursacht werden. Konventionelle ph-meßgeräte älterer Bauart können eine niederohmige Verbindung zwischen Bezugselektrode und Ausgang besitzen. Wird der Ausgang nicht erdfrei beschaltet, kann die Bezugselektrode über die (geerdete) Meßlösung kurzgeschlossen werden. Heute sind daher die Eingangs- und Ausgangsschaltungen meist potentialgetrennt ausgeführt. Neben der Meßkettenspannung wird die Temperatur des Meßgutes zur Temperaturkompensation der ph-spannung erfaßt, wobei der theoretische Temperaturkoeffizient der Nernst-Spannung zugrunde gelegt wird. Die in der Industrie gebräuchlichsten Temperaturfühler sind Pt 100/ Pt und NTC-Meßwiderstände. Die Meßwertverarbeitung und Steuerung von Zusatzfunktionen erfolgt durch Mikroprozessortechnik. Neben Vier-Leiter-Geräten (zwei Ausgangsleitungen und zwei Speiseleitungen) werden auch Zwei-Leiter-Meßgeräte eingesetzt. Der Strom in der Leiterschleife wird hierbei von ma entsprechend dem ph-meßwert geregelt. Dieser Signalstrom versorgt gleichzeitig das Meßgerät. 13

15 Exkurs Protos 3400 Das modulare Meßsystem für praktisch alle Anwendungen Protos 3400 Das zur Zeit modernste, realisierte Gerätekonzept ist das Meßsystem Protos Durch die Berücksichtigung sowohl der NAMUR-Empfehlungen als auch der Anwenderforderungen bezüglich der Sicherheit, Zuverlässigkeit und Funktionsvielfalt zeigt das zukunftsweisende System den heute höchstmöglichen Entwicklungsstand und das auch für den Einsatz im Ex-Bereich. Knick setzt mit Protos 3400 die Tradition des Meßsystems 71 als modulares, netzversorgtes Meßsystem für Ex- und nicht Ex- Anwendungen fort. Der Einsatzbereich erstreckt sich durch neue, spezielle Merkmale (siehe unten) über praktisch alle Branchen von der Biotechnologie, Pharmaund Lebensmittelindustrie über die Chemische Industrie und Kraftwerkstechnik bis zur Papierund Wasser- / Abwasserindustrie. Gehäusekonzept Äußerlich besonders markant bei Protos 3400 ist das robuste Edelstahlgehäuse, das entweder mit blanker, polierter Oberfläche oder mit korrosionsfester Pulverbeschichtung erhältlich ist. Das Design mit gerundeten Kanten und die spezielle Gehäusedichtung machen die Reinigung einfach und erlauben den Einsatz in hygienischen Bereichen. Das Gehäuse ist zweiteilig. Die Tür enthält Tastatur und Display, auf der Innenseite befindet sich der Slot für eine SMARTMEDIA Speicherkarte. Die Basis enthält standardmäßig neben dem Netzteil zwei Stromausgänge, zwei binäre Eingänge und vier Schaltkontakte, drei Steckplätze für Meß- und Sondermodule sowie einen großzügigen Raum für die Anschlußverkabelung. Ein innenliegendes Scharnier verbindet Tür und Basis, die Spezialdichtung sorgt für spaltfreies Schließen. Protos 3400 kann an der Wand (Standard), am Mast oder in der Schalttafel montiert werden. Module Der modulare Aufbau des Protos 3400 sorgt für hohe Flexibilität und einen immensen Funktionsumfang. Das Protos 3400 kann vom Anwender optimal und individuell an die jeweilige Meßaufgabe angepaßt oder auch bei Bedarf umgerüstet oder erweitert werden. Zur Auswahl stehen Meßmodule für ph-wert (Messung mit Glas-, ISFET- oder le- Elektroden), Leitfähigkeit (2-Elektroden, 4-Elektroden und induktiv) und Gelöstsauerstoff sowie Sondermodule für zusätzliche Ausgänge, Regler, Unical -Steuerung und PROFIBUS PA. Die Module lassen sich im Plug & Play -Verfahren im laufenden Betrieb abund anstecken, wobei Änderungen der Modulbestückung sofort erkannt werden. Bis zu drei Module können in nahezu beliebiger Kombination gleichzeitig betrieben werden. Bei der Konstruktion und dem Design der Module hat Knick besonderen Wert auf einfaches Handling (stecken, anschließen etc.), Robustheit, Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit gelegt. Hierzu gehört auch der mechanische Schutz der Elektronik vor äußeren Einflüssen. Abbildung 1 zeigt die Vielfalt der Systemfunktionen. 14

16 Knick-Geräte in der Prozeßanalyse ph, ORP MΩ, kω Modul PH 3400(X)-032 PROFIBUS-PA Modul COMPA 3400 X-081 Unical 9000 Unical Modul PHU 3400(X)-110 PH-Modul Das ph-modul besitzt neben den obligatorischen Eingängen für Meß-, Bezugselektrode und Temperaturfühler einen Eingang für eine Potentialausgleichselektrode, die gleichzeitig als Hilfselektrode zur Referenzelektrodenüberwachung dient. Bei geeigneter Elektrodenwahl z. B. einer Platinelektrode läßt sich dann auch simultan die Redoxspannung messen. Als Meßelektroden können sowohl Glas- als auch ISFET- und le-Elektroden eingesetzt werden. Zur Vermeidung von Störungen, wie sie z. B. bei Erdschleifen oder schwierigen Potentialbedingungen auftreten können, ist ein Trennverstärker gleich im Modul integriert. COND- und CONDI-Module Diese Module sind für Leitfähigkeitsmessungen mit 2- und 4- Elektroden-Sensoren bzw. induktiven Sensoren ausgelegt. Knick setzt spezielle Meßverfahren ein, die den üblichen Meßbereich für 2-Elektroden-Zellen erheblich erweitern und mögliche Meßwertverfälschungen durch Polarisation erkennen. Zudem ist praktisch jeder handelsübliche induktive Leitfähigkeitssensor anschließbar. Sichere und präzise Messungen über den gesamten Bereich wässriger Elektrolyte sind damit möglich. OXY-Module Die Oxy Module sind für Sauerstoff Standard- bzw. Spurenmessungen ausgelegt. Besondere Meßwertstabilität und sichere Messung im Spurenbereich mit einer Auflösung von 1 ppb wird durch Eingänge für Guard- und Referenzelektrode erreicht. Zur Kompensation des Luftdruckes ist ein Druckfühler im Modul integriert. Glas Bezug ORP 2 EL / 4 EL induktiver Sensor O2-Sensor RTD RTD Temp µs, ms/cm Gew. % Temp µs, ms/cm Gew. % Temp O2, % µg/l, ppb mg/l, ppm Temp Interface Modul COND 3400(X)-041 Interface Modul CONDI 3400(X)-051 Interface Modul OXY 3400(X) (X)-063 Interface OUT-Modul Ein Out-Modul bietet zusätzlich zur Standardausstattung zwei Stromausgänge und vier Kontakte. Besonders interessant ist dieses Modul, wenn Mehrfachmessungen durchgeführt werden und z. B. neben ph- und Leitfähigkeitsmeßwert auch noch der Temperaturmeßwert übertragen werden soll. PID-Modul Mit dem Modul PID wird das Protos 3400 zu einem hochwertigen Prozeßregelsystem, das insbesondere in Stand-alone-Anlagen Anwendung findet. Das Modul bietet zwei Analog- und zwei Digitalregelausgänge sowie zwei zusätzliche Grenzwertkontakte. PHU-Modul Das PHU-Modul steuert das automatische Meß-, Kalibrierund Reinigungssystem Unical Der Meßeingang ph ist gleich auf diesem Modul integriert, so daß zwei Modulsteckplätze für weitere Applikationen frei bleiben z. B. für eine zusätzliche Leitfähigkeitsmessung und die Anbindung des Systems an PROFIBUS PA. COMPA-Modul Das Modul COMPA ermöglicht die Anbindung des Protos 3400 an PROFIBUS PA. Damit können Meßwerte mit ihren Statusinformationen an das Prozeßleitsystem übertragen, aber z. B. auch Kalibrier- und Reinigungsvorgänge gestartet werden. Modul- Steckplatz Modul- Steckplatz Modul- Steckplatz Abb. 1: Beschaltungsmöglichkeiten I 3 I 4 ma ma SMARTMEDIA VariPower Protos 3400 (X) OK 1 OK 2 Modul OUT 3400(X)-071 Interface elektronische Kontakte COMPA Interface Kontakte K1, K2, K3 IV 1 IV 2 ma ma Sonde 0(4) ma Weitere Meß- und Kommunikationsmodule werden folgen; hier zeigt sich einer der großen Vorteile des immer wieder aktualisierbaren modularen Funktionsprinzips. Wenn zwei gleiche Meßmodule gesteckt werden, sind mit sogenannten Calculation-Blocks automatisch Meßwertverrechnungen verfügbar. So können Differenzwerte, Verhältnisse, Rückhaltevermögen etc. berechnet werden. Anzeige-Bedienoberfläche Die Anzeige-Bedienoberfläche besteht aus einem hochauflösenden, transflektiven Display (240 x 160 Punkte) und einem Tastenfeld. Das Display ist sehr hell weiß hinterleuchtet auch in der Ex-Ausführung und garantiert unter allen Lichtverhältnissen beste Lesbarkeit. In großen Ziffern lassen sich ein oder zwei Hauptmeßwerte darstellen; zwei weitere Meßwerte oder anwendungsbezogene Menüpunkte (parametrierbar) können als Nebenanzeige zusätzlich angezeigt werden. So ist beispielsweise ein sogenanntes Favoritenmenü individuell definierbar, das mit wenig Tastenbetätigungen einen schnellen Zugang zu häufig benutzten Diagnosefunktionen ermöglicht. Oder aber es lassen sich Aufzeichnungen starten bzw. stoppen oder Parametersätze umschalten. I 1 I 2 ma ma Alarm K4 Modul PID 3400(X)-121 Interface elektronische Kontakte RTD ph 0(4) ma Temp ph, ORP MΩ, kω Temp Interface 15

17 Exkurs meas Über die Menü-Taste gelangen Sie über die Funktionstasten in die einzelnen Untermenüs. Kalibrierung Im Kalibriermenü wählen Sie den Kalibriermodus und führen die Kalibrierung durch. Wartung Hier können Sie zur Wartung des Meßwertaufnehmers den Ausgangsstrom einfrieren, die aktuellen Sensordaten abrufen oder zu Testzwecken eine manuelle Stromgeberfunktion aktivieren und den Regler manuell einstellen. Anzeigeebene In der Anzeigeebene können Sie alle Parameter ansehen, jedoch nicht verändern. menu Parametrierung Die Parametrierung ist in drei Ebenen unterteilt: Anzeigeebene, Betriebsebene und Spezialistenebene. Betriebsebene Hier können Sie die Parameter einstellen, die in der Spezialistenebene freigegeben sind. Es erscheinen nur die Parameter, die im täglichen Betrieb verändert werden müssen. Abb. 2: Protos 3400 Menüstruktur Diagnose Im Diagnosemenü erhalten Sie Informationen über anstehende Meldungen, den Zustand des Sensors und über das Gerät selbst. Außerdem können Sie hier das Logbuch einsehen. Spezialistenebene Hier können Sie alle Geräteparameter einstellen und zusätzlich mit der Markerparametrierung festlegen, welche Parameter in der Betriebsebene zugänglich sind. Das Tastenfeld enthält die Tasten meas, menu, enter, 4 Cursortasten und 2 Softkeys. Mit meas ist jederzeit der direkte Rücksprung in den Meßmodus möglich, menu führt zu den Menüs Kalibrierung cal, Wartung maint, Parametrierung par und Diagnose diag. Mit den Softkeys können kontextabhängige Bedienschritte ausgeführt oder Hilfetexte abgerufen werden. Zwei in die Tastatur integrierte Leuchten signalisieren grün die Betriebsspannung, rot blinkend den Hold-Zustand und rot dauerleuchtend Alarm. Bedienerführung Die Bedienung des Protos 3400 ist einfach und logisch strukturiert, sie ist hauptsächlich textbasiert und selbsterklärend mit Unterstützung aussagekräftiger Symbole und Piktogramme. Zugrunde liegt das vom Fachausschuß GMA (Gesellschaft für Meß- und Automatisierungstechnik) unter Mitarbeit von Knick erarbeitete Konzept, das auch schon wesentlich die Bedienstruktur der legendären Process Unit 73 bestimmt hat. Die Anwender, die bisher mit der Process Unit 73 vertraut waren, werden daher problemlos und im wesentlichen ohne Bedienungsanleitung mit Protos 3400 arbeiten können. Abbildung 2 zeigt die Menüstruktur des Protos Mit meas erfolgt jederzeit der direkte Sprung in den Meßmodus auch aus unteren Menüebenen. (Abbildung 2) Zur weiteren Erleichterung der Bedienung ist die gesamte Bedienoberfläche stark an Windows-Standards angelehnt. Nach dem Druck auf die Taste menu erscheinen auf dem Display die Menüauswahl für die Kalibrierung, die Wartung, die Parametrierung und die Diagnose. Die Untermenüpunkte passen sich automatisch der aktuellen Modulbestückung an. Nach Wahl eines der Hauptmenüs z. B. des Kalibriermenüs ist zunächst das Modul zu wählen, für das die Kalibrierung erfolgen soll. Danach werden verschiedene Kalibriermodi zur Auswahl angeboten. Der ausgewählte Modus läuft dann interaktiv ab, wobei der Anwender Schritt-für-Schritt-Anweisungen erhält. Am Ende werden die ermittelten Sensordaten angezeigt und übernommen. Das Menü Parametrierung ist dem Spezialisierungsgrad des Anwenders entsprechend in die Bedienebenen Anzeige-, Betriebs- und Spezialistenebene aufgeteilt. Von der Spezialistenebene aus sind sämtliche Parametrierfunktionen erreichbar. Gegen unbefugten Zugriff auf die Betriebs- und Spezialistenebene schützt eine Paßzahlverriegelung, die bei Bedarf abschaltbar ist. Auch hier wird zunächst das zu parametrierende Modul ausgewählt. Dann können alle Geräte- und Sensorparameter eingestellt werden. Eine vollständige Parametrierung bildet einen Parametersatz. Zwei Parametersätze können gespeichert werden und per Tastatur oder binärem Eingang umgeschaltet werden. Displaybeispiele des Protos 3400 Das Wartungsmenü ermöglicht mit einer Stromgeberfunktion das manuelle Einstellen der Ausgangsströme, beispielsweise zur Einstellung eines Reglers oder zum Testen externer Geräte. Für jedes Meßmodul ist ein Temperaturfühlerabgleich möglich und es kann ein Sensor-Monitor aufge- 16

18 Knick-Geräte in der Prozeßanalyse rufen werden, der die aktuellen Meßwerte des Sensors zeigt ein außerordentlich wichtiges Hilfsmittel für Service und Validierung. Im Diagnosemenü sind Informationen, die zur Sammelmeldung Wartungsbedarf oder Ausfall geführt haben in der aktuellen Meldungsliste als Klartext aufgelistet. Das standardmäßige Logbuch mit einer Aufzeichnungstiefe von 50 Einträgen speichert Meldungen und Funktionsaufrufe mit Datum und Uhrzeit zur Rückverfolgung und QM-Dokumentation von Ereignissen gemäß DIN ISO Umfangreiche Gerätetests können direkt am Einsatzort mit Hilfe der Diagnosefunktion durchgeführt werden. Funktionen Protos ist mit einer Reihe von Software-Funktionen ausgestattet, die die Funktionalität erhöhen und insbesondere die Meßgenauigkeit und Zuverlässigkeit steigern. Zum Teil sind die Funktionen im Protos integriert und lassen sich bei Bedarf über TAN aktivieren. Funktionen, die nicht benötigt werden, sind im Menü nicht sichtbar und belasten auf diese Weise nicht die Bedienung. Funktionen, bei denen große Datenmengen anfallen und zu speichern sind, können mit einer SMARTMEDIA Speicherkarte nachgerüstet werden. Nicht nur im Hardware-Sektor, sondern gerade auch bei der Software hat Knick wiederum wegweisende Innovationen hervorgebracht, die unter anderem eine umfassende Asset Management Funktionalität ermöglichen. Hierzu zählen beispielsweise Sensocheck, CalCheck, ServiceScope, das Sensor-Netzdiagramm und der adaptive Kalibriertimer. Kontrastreiche Anzeige auch bei Lichteinfall von außen durch transflektives LC- Display CalCheck Eine Funktion, die zur Genauigkeit der Messung beiträgt; sie meldet einen zu großen Abstand des ph-meßwertes (Meßablage) von den Werten der Kalibrierpuffer. ServiceScope Diese Funktion überwacht, ob das ph-eingangssignal innerhalb des Eingangsaussteuerbereiches liegt. Die Darstellung der Störpegel über der Zeit (Abb. Service- Scope, S. 16) ermöglicht darüber hinaus die Unterscheidung von Einzelstörungen, periodischen Störungen und Breitbandstörungen und trägt damit erheblich zur Erleichterung der Fehlersuche bei. Damit können immer wiederkehrende Störungen, z. B. große Verbraucher, die regelmäßig ein-/ausgeschaltet werden, einfach detektiert werden. Überschreitet der Störpegel die Ausfall-Grenze, so wird zusätzlich eine Meldung generiert. Sensor-Netzdiagramm Das Sensor-Netzdiagramm stellt erstmals alle aktuellen Sensorparameter synchronoptisch auf dem Display dar (Abbildung unten). Fehler, die auf den Sensor zurückführbar sind, können auf einen Blick erkannt werden. Für die Größe ph-wert sind dies Steilheit, Nullpunkt, Bezugsimpedanz, Glasimpedanz, Einstellzeit, Kalibriertimer und Meßablage. Die normiert dargestellten Grenzwerte beruhen auf der jahrzehntelangen Erfahrung von Knick; für spezielle Anwendungen können die Grenzwerte auch vom Anwender vorgegeben werden. Adaptiver Kalibriertimer Der adaptive Kalibriertimer erinnert nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls daran, daß der Sensor kalibriert werden muß. Die Größe des Zeitintervalls richtet sich nach den Erfahrungen der Anwender für den entsprechenden Prozeß. Hohe Tem- Sensocheck Je nach Meßgröße werden Sensorimpedanzen, Polarisation, Membranbruch und Defekte der Sensorkabel überwacht. 17

19 Exkurs peraturen und hohe ph-werte verursachen Sensorstreß, vermindern die Lebensdauer des Sensors und verschieben seine Übertragungsfunktion. Darauf reagiert der Kalibriertimer und adaptiert (verkürzt) das vorgegebene Zeitintervall abhängig von den Streßbedingungen (Intensität und Dauer der Einwirkung) selbsttätig. KI-Recorder Dieser Recorder verfolgt den Prozeßverlauf und löst bei nicht normalen Abweichungen eine Meldung aus. Die Überwachung wird immer für die primäre Meßgröße z. B. ph oder Leitfähigkeit und parallel dazu für die Temperatur durchgeführt. Die Darstellung erfolgt grafisch mit Prozeßund Grenzwertverlauf für beide Größen. Für die Kontrolle von Batch-Prozessen zeichnet der KI- Recorder den Prozeßverlauf einer Charge auf, quasi als Lernfunktion. Alle weiteren Chargen werden dann auf Abweichungen zum gespeicherten Verlauf überwacht. Weitere Funktionen, wie sie teilweise schon von Knick-Geräten bekannt sind, sind z. B. die automatische Pufferfindung Calimatic, eingebbare Puffersätze, der Toleranzband-Recorder, eingebbare Ausgangsstrom- Kennlinien, Temperaturkompensationsfunktionen für ph-wert und Leitfähigkeit bei der Messung von Reinstwasser und die Konzentrationsbestimmung aus Leitfähigkeitsmeßwerten. SMARTMEDIA Card Eine weitere Besonderheit des Protos -Systems ist die Speicherkarte SMARTMEDIA, die einfach in den Slot der Fronttür gesteckt wird und das Gerät um weitere Funktionen und einen nahezu unbegrenzten Speicherbereich erweitert. Von großem Vorteil ist, daß die SMART- MEDIA -Card weit verbreitet ist und bereits in unterschiedlichsten Bereichen der digitalen Datenverarbeitung wie z. B. bei MP3-Playern sowie bei Digital Kameras als weltweiter Standard verwendet wird. D. h. die SMARTMEDIA -Card kann über die sehr preiswerten, im Handel angebotenen Adapter auf RS 232 C, USB u. s. w. oder direkt über einen PCMCIA- Adapter an jeden PC angekoppelt werden. Für Protos 3400 ergeben sich für die SMARTMEDIA -Card zwei Anwendungsbereiche: zum einen Software-Updates und zum anderen Speicherung/ Transport von Parametern und Daten. Von großem Vorteil ist, daß es dem Anwender möglich ist, einfach und direkt vor Ort per SMARTMEDIA -Card eine neue Software-Version in das Protos 3400 zu überspielen. So kann Protos 3400 jederzeit auf den neuesten Software- Stand gebracht werden. Neue Funktionen, die erst nach dem Kauf des Gerätes erscheinen, werden damit problemlos zugänglich. Andere Funktionen, wie der Meßwert-Recorder mit praktisch unbegrenzter Aufzeichnungstiefe, werden durch die SMART- MEDIA -Card überhaupt erst möglich. Das Logbuch, das eine Standardspeichertiefe von 50 Einträgen hat, wird auf gleiche Weise vergrößert. Die gespeicherten Daten des Meßwert- Recorders und des Logbuches können am PC von der Karte gelesen und mit Standard-PC- Programmen (z. B. Microsoft Excel) weiterbearbeitet werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Speicherung der vollständigen Parametrierung eines Protos - Gerätes und die Übertragung der Parametrierung auf ein weiteres Gerät mit gleicher Hardware-Bestückung. Dieses Vorgehen bringt eine enorme Zeitersparnis und Irrtumssicherheit, da die mühsame Wiederholung der Parametereingabe entfällt. Hatte das Protos 3400 standardmäßig zwei umschaltbare Parametersätze, so kann bei Verwendung der Speicherkarte mit fünf Parametersätzen gearbeitet werden. Geräte-Parametrierungen bzw. Parametersätze lassen sich durch Übertragen auf die SMARTMEDIA -Card einfach und kostengünstig archivieren. 18

20 Knick-Geräte in der Prozeßanalyse Vollautomatisches Meß- / Reinigungs- und Kalibriersystem Unical 9000 Knick bringt mit Unical 9000 eine neue hochmoderne Steuerung zur vollautomatischen ph- Messung inkl. Kalibrierung und Reinigung auch für Anwendungen im Ex-Bereich, die das seit zwei Jahrzehnten führende und außerordentlich bewährte System Unical 79 ablöst. Unical 9000 und Protos 3400 ergeben ein optimales System, das durch den modularen Aufbau praktisch an jede Meßaufgabe anpaßbar ist. Das Gehäusekonzept ist geräteübergreifend einheitlich. Prädestiniert für Anwendungen mit hygienischen Anforderungen sind sowohl Protos 3400 S als auch Unical 9000 S in poliertem Edelstahl mit hygienischem Design. Für den Einsatz in aggressiver Atmosphäre sind beide Geräte (Protos 3400 C, Unical 9000 C) mit einer korrosionsfesten Gehäusebeschichtung erhältlich. Ziel der Unical 9000-Entwicklung waren an erster Stelle ein minimaler Wartungsaufwand bei gleichzeitig höchster Sicherheit. Große Wartungsintervalle werden durch die lange Lebensdauer der Komponenten, insbesondere der Pufferpumpen, und den geringen Verbrauch der Betriebsmittel (Pufferlösungen) erreicht. Zahlreiche Sicherheitsfunktionen und die Rückmeldung der tatsächlichen Sondenposition tragen zum unvergleichlich hohen Sicherheitsstand bei. Unical 9000 erlaubt durch die universelle Sondenwahl den Einsatz in den verschiedensten Branchen; praktisch alle handelsüblichen Sonden können durch das Gerät gesteuert werden. Besondere Vorteile ergeben sich aber bei Verwendung der neuen Sonde Ceramat WA 150 von Knick (siehe weiter unten). Unical 9000 ist modular und funktional strukturiert. Das Gehäuse enthält die elektronische Steuerung, Filter und Ventile; die Hilfsenergieversorgung erfolgt durch Protos Die Anschlüsse für Puffer und Reiniger sind in einem externen Medienadapter untergebracht. Dieser ist so konstruiert, daß bis zu 3 Pumpen für Puffer oder Reiniger bzw. auch ein Ventil für aggressive Reinigungsmedien angedockt werden können. Durch einfaches Anstecken werden sowohl die Medienanschlüsse als auch die elektrischen Verbindungen für die Füllstandsmessung hergestellt. Ergebnis: einfaches Handling und aufgeräumte Schlauch- und Kabelführung keine umständliche Verschlauchung und Verkabelung. Durch die Verwendung einzelner Pumpen und Schläuche werden die Medien bis zur Sonde getrennt geführt. Die Folge ist ein äußerst geringer Medienverbrauch und eine Erhöhung der Sicherheit, da die Schläuche nicht bei jedem Pumpvorgang freigespült werden müssen und eine Rückvermischung der Medien ausgeschlossen ist. Da jede Pumpe nur ein Medium zu fördern hat, können die Pumpen einfacher konstruiert sein, die Lebensdauer wird erheblich erhöht und der Wartungsaufwand in gleichem Maße verringert. Die neu- 19

21 Exkurs artigen Pumpen sind mit einer zuverlässigen Füllstandsmessung ausgestattet, die nicht nur eine digitale Aussage Pufferflasche leer liefern, sondern auch quasianalog den Füllgrad erfassen. Ein externes von Unical 9000 ansteuerbares Ventil ermöglicht beispielsweise die Dampf- Sterilisation der Sonde. Zu der umfangreichen Sicherheitsausstattung zählt die im Service-Schalter integrierte optische Rückmeldung der tatsächlichen Sondenposition. D. h. nicht mehr die Stellung des Service-Schalters (wie üblich), sondern helle Leuchtdioden dienen der Meldung. Bei herkömmlichen Sondensteuerungen konnte es vorkommen, daß der Service-Schalter betätigt wird, also z. B. von Messen auf Service geschaltet wird, die Sonde aber nicht fährt. Die Sondenposition entspricht somit nicht der Schalterstellung. Arbeiten an der Sonde führten dann unter Umständen zu einem Unfall. Ein vorgeschaltetes Sicherheitsventil mit Drucküberwachung und Rückmeldung sowie die Leckage-Überwachung Wasser Stopp im Unical -Gehäuse sorgen für zusätzliche Funktionssicherheit. Zustandsmeldungen (Sondenposition, Puffervorrat etc.) des Unical 9000 werden als Netzdiagramm ähnlich der Sensor- Netzdiagramme z. B. für ph- Sensoren im Protos 3400 synchronoptisch dargestellt; ein hervorragendes Beispiel für das optimale Zusammenspiel der Komponenten. Es besteht aber auch die Möglichkeit, Unical 9000 ohne Protos 3400 zu betreiben, z. B. an einer SPS. Keramische Dichteinheit und pneumatischer Antrieb der Ceramat WA 150 Ceramat WA 150 Die neue Fernkalibriersonde Ceramat WA 150 zeichnet sich durch ihre keramische Dichteinheit aus. Das macht sie besonders geeignet zum Einsatz in schwierigen Prozessen, in denen standardmäßige O-Ring-Abdichtungen z. B. bei Verschiebesonden bisher versagten. Insbesondere Messungen in chemischen Prozessen mit Feststoffanteilen oder Verschmutzungen sowie in klebrigen und breiigen Prozessen der Lebensmittelindustrie sind jetzt praktisch problemlos möglich. Die innere Spülung der Ceramat WA 150 befähigt sie zudem für den Einsatz in sensiblen Prozessen mit hohem Sicherheitsbedarf und mit chemisch aggressiven Medien. Die Kalibrierkammer ist in der keramischen Dichteinheit integriert; bewegt wird die Dichteinheit durch einen pneumatischen Antrieb. Ceramat ist mit einer doppelten Barriere zum Prozeß ausgerüstet. Der Raum zwischen beiden Barrieren kann gespült werden. Ceramat besteht aus 2 Teilen der keramischen Dichteinheit und dem Antrieb. Der Antrieb kann im Fehlerfall gewechselt werden, ohne daß die Abdichtung zum Prozeß aufgehoben wird. Die Endlagen der Sondenbewegung werden elektrisch erfaßt. Die Kontakte arbeiten berührungslos und daher verschleißfrei und benötigen keine Justierung. Fehlende Endlagenrückmeldungen werden von der Steuerung Unical 9000 als Fehlfunktion erkannt. In der Stellung Kalibrierung/ Service der Sensor befindet sich in der Kalibrierkammer ist die Sonde blockiert, so daß die keramische Dichteinheit nicht versehentlich geöffnet werden kann (z. B. bei Sensorwechsel). Ceramat ist mit unterschiedlichen Prozeß-Adaptionen lieferbar. Neben verschiedenen Flanschausführungen kann die Fernkalibriersonde erstmalig auch als Eintaucharmatur ab DN 120 eingesetzt werden. 20

22 Knick-Geräte in der Prozeßanalyse Leitfähigkeits-Messung in der Prozeßtechnik Stand und Tendenzen Für die Leitfähigkeitsmessung bietet Knick eine erweiterte Produktpalette für alle Meßbereiche. Während das Unternehmen früher fast ausschließlich als Geräteanbieter aufgetreten ist, liefert es heute für alle Meßbereiche auch die passenden Sensoren und Armaturen. Als Serviceleistung werden verstärkt Inbetriebnahmen von Anlagen zur Leitfähigkeitsmessung angeboten. Damit ist Knick heute näher am Prozeß als jemals zuvor und intensiviert auch den direkten Service. Einsatzbereiche Leitfähigkeits-Prozeßgeräte von Knick sind konzipiert für den Einsatz in der Prozeßchemie, in der Lebensmittelproduktion sowie für die Kontrolle verschiedenster Wässer vor allem auch in der Kraftwerkstechnik. Zudem bietet Knick natürlich auch immer Process-Geräte speziell für den Ex-Bereich. Das Einsatzspektrum der Geräte reicht von Messungen mit 2- Elektroden-Sensoren bei sehr niedrigen Leitfähigkeiten, z. B. Reinstwasser mit 0,055 µs/cm über Messungen mittlerer Leitfähigkeit bis zu sehr hohen Leitfähigkeiten von 2 S/cm mit 4- Elektroden- oder induktiven Sensoren. Meßgeräte von Knick sind je nach Anforderung als 2- und als 4-Leiter-Geräte verfügbar. Die umfangreiche Software bietet Konzentrationsbestimmung zum Beispiel für HNO 3, HCl, H 2 SO 4, NaOH oder NaCl und darüber hinaus jetzt auch für eingebbare kundenspezifische Tabellen. Die Temperaturkompensation umfaßt neben der linearen Kompensation auch natürliche Wässer und Reinstwässer zum Beispiel für die Kraftwerkstechnik. Für Reinstwässer werden besondere Temperaturkompensationen zur Verfügung gestellt, die sich für alkalisches Reinstwasser (NaOH), neutrales Reinstwasser (NaCl; bei Leitfähigkeitsmessung in der Wasseraufbereitung hinter dem Mischbettfilter), saures Reinstwasser (HCl; bei Messung hinter dem Kationenfilter) und alkalisches Reinstwasser (NH 3 ) für Kesselspeisewasser oder Kondensat signifikant unterscheiden. Anpassung von Sensoren Für die Sensoranpassung stehen verschiedene Modi zur Verfügung. Die Zellkonstante kann mit NaCl und KCl selbsttätig kalibriert werden; die Eingabe individueller Leitfähigkeitswerte ist zudem ebenso möglich wie die direkte Eingabe der Zellkonstante oder eine Probenkalibrierung. Logbuchfunktion und Kalibrierprotokoll leisten dabei wertvolle Dienste zur Dokumentation der Kalibrierabläufe. Meßfehler, die anhand beengter Einbauverhältnisse entstehen, können durch Proben-Kalibrierung aufgehoben werden. Die Meßtechnik von Knick unterscheidet sich von herkömmlichen Geräten vor allem auch durch patentierte Auswertungsverfahren, die größere Meßbereiche bei intelligenter Sensorüberwachung bieten. Hierbei wird insbesondere bei 2-Elektroden-Sensoren der Meßbereich erheblich erweitert. Die Meßfrequenz wird optimal dem Leitwert angepaßt und die Polarisation reduziert. Die von Knick entwickelte Sensorüberwachung Sensocheck liefert das Signal Warn Sensocheck bei deutlicher Meßbereichsüberschreitung; vor allem auch bei Messungen mit 2-Elektroden-Sensoren. Gleichzeitig überwacht Sensocheck den Kabeleinfluß. Das Warnsignal wird erzeugt, wenn z. B. ungeeignete Kabel oder für den Meßbereich zu lange Kabel verlegt sind. Induktive Leitfähigkeitsmessung Prozeßgeräte für die induktive Leitfähigkeitsmessung bietet Knick ebenfalls sowohl in 2- als in 4-Leiter-Technik und auch für den Ex-Bereich. Herausragend ist hier zum Beispiel das Protos 3400 mit dem Meßmodul CONDI , das eine große Zahl handelsüblicher induktiver Sensoren unterstützt. Sogar schwierigste Meßaufgaben können damit gelöst werden selbst in hochaggressiven Medien. Auch der Anschluß spezieller rohrförmiger Durchflußsensoren für Messungen ohne Strömungsstörung ist bei diesen Geräten möglich. 21

23 Exkurs Sauerstoffmessung in der Prozeßtechnik Universell und im Ex-Bereich Die Messung von Sauerstoff hat einen hohen Stellenwert bei der Überwachung und Regelung unterschiedlichster Prozeßabläufe beispielsweise in der chemischen Industrie, der Biotechnologie, der Wasser- und Abwasserwirtschaft und der Kraftwerkstechnik. Hauptsächliche Anwendungen sind unter anderem die optimale Prozeßführung von Fermentationsprozessen, die Kontrolle von Sauerstoffspuren in Abfüllanlagen der Getränkeindustrie, die Reinheitskontrolle von Gärungskohlensäure, die optimale Belüftung von Belebungsbecken in Klärwerken sowie die Kontrolle von Kesselspeisewasser auf Sauerstoffspuren. Protos 3400 Mit Protos 3400 hat Knick mit Hilfe seines Innovationspotentials einen neuen zukunftsorientierten Standard für die industrielle Sauerstoffmessung geschaffen. Dem liegen zum einen die universelle Verwendbarkeit des Protos 3400 durch vielseitige Beschaltungsmöglichkeiten und eine anwendungsorientierte Parametrierbarkeit sowie zum anderen Sauerstoffsensoren zugrunde, die durch ihre universellen Eigenschaften beinahe jede Applikation abdecken. Sensoren Zur Messung des gelösten Sauerstoffes werden praktisch ausschließlich elektrochemische Sensoren eingesetzt, bei denen eine gaspermeable Membran einen Elektrolytraum vom Meßmedium trennt (Prinzip nach Clark). In den Elektrolyten tauchen im einfachsten Fall zwei Elektroden ein, von denen eine dicht hinter der Membran angeordnet ist (Arbeitselektrode). Nach Anlegen einer Gleichspannung (Polarisationsspannung) geeigneter Höhe wird der aus dem Meßmedium durch die Membran in den Elektrolytraum diffundierte Sauerstoff an der Arbeitselektrode reduziert Dadurch fließt ein dem Stoffumsatz entsprechender Strom. Dieser Strom ist prinzipbedingt für alle membranbedeckten Sensoren proportional zum Sauerstoffpartialdruck im Meßmedium und stellt gleichzeitig die primäre Meßgröße dar. Die heute marktgängigen elektrochemischen Sauerstoffsensoren basieren zwar alle auf diesem Funktionsprinzip, sind aber konstruktiv verschieden und oft auf einen Anwendungsbereich zugeschnitten. Neben Sensoren mit zwei Elektroden sind auch solche mit drei Elektroden gebräuchlich, die potentiostatisch betrieben werden. Die zusätzliche Elektrode trägt als Referenzelektrode zur Stabilisierung des Arbeitspunktes bei. Für Messungen im Sauerstoffspurenbereich werden Sensoren mit einer weiteren Elektrode angeboten, die als Schutzkathode (Guard) arbeitet und den Meßbereich erweitert. Zu erwähnen sind auch die aktiven Sensoren, die häufig als galvanische oder Brennstoff-Zellen bezeichnet werden. Sie benötigen keine von außen angelegte Spannung, da die speziellen Elektrodenmaterialien im Kontakt mit dem Elektrolyten ein galvanisches Element bilden, das die zum Betrieb erforderliche Polarisationsspannung praktisch sensorintern erzeugt. Eine Sonderstellung nehmen die Sauerstoffsensoren SE 706 und SE 707 ein. Durch ihre Zuverlässigkeit und Robustheit haben sie sich in der Praxis bewährt. Die Sensoren sind aus Edelstahl gefertigt, haben einen Durchmesser von 12 mm und werden mittels Pg 13,5 montiert. Die verschmutzungsunempfindliche Membran ist dreischichtig aufgebaut und durch ein integriertes Stahlnetz verstärkt. Durch eine spezielle Elektrodengeometrie ist der Sensorstrom sehr stabil. Der zulässige weite Temperaturbereich ermöglicht die Dampfsterilisation der Sensoren. Die Summe der beschriebenen Eigenschaften sowie der große Meßbereich von Spurenmessungen bis zu reinem Sauerstoff machen diese Sensoren praktisch universell verwendbar. Meßtechnik Ein entscheidender Schlüssel für die Vielseitigkeit des Protos 3400 liegt darin begründet, daß alle oben erwähnten Sensoren angeschlossen und betrieben werden können. Hierfür sorgen spezielle Meßmodule, die potentiostatisch arbeiten und sowohl einen Guard- als auch einen Referenz- Anschluß besitzen. Die sensorspezifische Polarisationsspannung ist von 0 mv bis 1200 mv einstellbar. Je nach Sensortyp, Temperatur und Sauerstoffkonzentration müssen Signalströme von 10 pa bis 1800 na erfaßt werden. Zur Ermittlung und korrekten Berechnung der anzuzeigenden Meßgrößen werden noch einige weitere Parameter benötigt, die ebenfalls von 22