Optisches (NIR) messsystem UR 5500 LED Geräte Information Robert-Bosch-Straße 5 D-56566 Neuwied Tel. +49 (0) 26 31 / 96 40 00 Fax. +49 (0) 26 31 / 96 40 40 Internet: www.sensor-control.de E-Mail: info@sensor-control.de
1 Allgemeines Nachfolgende Geräteinformation bezieht sich auf ein optisches Messsysstem basierend auf Infrarot Strahlung zur Bestimmung von Materialeigenschaften online im Prozess. Ein System besteht in der Standardausführung aus einem Meßkopf, einer Auswerteeinheit und einem Verbindungskanel. Die Montage des Meßkopfes muss so erfolgen, das der ausgesendete Lichtstrahl ungehindert und kontinuierlich auf das zu messende Material trifft. Das NIR Messverfahren eignet sich hervorragend zur Bestimmung der Materialfeuchte aber auch zur Bestimmung weiterer Inhaltsstoffe wie z.b. Fett oder Proteine in Lebensmittel und Tiernahrung, zur Bestimmung von Auftragsgewichten bei Papier und Schichtdicken bei Folien. Steuerungseinheit Die mit Abstand häufigste gemessene Materialeigenschaft ist die Erfassung der Materialfeuchte. Darauf beziehen sich nachfolgende Informationen, sie sind jedoch auch auf weitere Materialeigenschaften anwendbar. 2 Messverfahren 2.1 Erklärung Die Feuchtemessung mit Licht aus dem nahen Infrarot Bereich (NIR) ist ein Verfahren zur Bestimmung von Inhaltsstoffen in einer Vielzahl von Materialien. Das physikalische Grundprinzip der NIR (nahes Infrarot), Feststoff-Feuchtemessung, beruht auf der Fähigkeit schwachgebundene Wassermoleküle durch elektromagnetische Wellen zum Schwingen zu bringen. Freies Wasser absorbiert elektromagnetische Energie an bestimmten Wellenlängen (Absorbtionsbanden). Ein erzeugter Lichtstrahl wird an einer lichtundurchlässigen, feuchten Oberfläche des Messguts teilweise absorbiert und teilweise reflektiert. Der absorbierende Teil der Strahlungsenergie enthält die Informationen der Materialfeuchte.
2.2 Vorteile Die NIR (Near Infrared) -Messtechnik hat viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Analysemethoden: 1. Schnelligkeit. Die Messung wird unmittelbar und ohne Zeitverzug angezeigt. Zum Vergleich hat das Wäge-Trocknungs-Verfahren eine Messzeit von etwa 10-20 Minuten (ohne Mikrowellentrocknung). 2. Online-Tauglichkeit. Zwar lassen sich auch mit einigen anderen Feuchtemessverfahren Online-Messungen durchführen (Mikrowellenverfahren, Dielektrische Messung, Elektrische Leitfähigkeitsmessung, u.u. sogar Gleichgewichts-Luftfeuchtemessung), aber nur mit z.t. erheblichem Installationsaufwand. 3. Genauigkeit. Mit dem NIR-Verfahren lässt sich dieselbe Genauigkeit erreichen wie mit dem Referenzverfahren. Der Wassergehalt kann mit einer Genauigkeit von bis zu 0,1 % bestimmt werden (zum Vergleich: Bei der Leitfähigkeits-Feuchtemessung in Holz liegt die Unsicherheit bei ± 10 %). 4. Einfache Bedienung. Nach der Installation und Aufnahme der Kalibrierungskurven ist der Sensor absolut wartungsfrei. 5. Universalität. Die NIR-Technik erlaubt Feuchtemessungen in einem weiten Spektrum von Materialien. Neben Feststoffen können auch Flüssigkeiten und Gase auf ihren Feuchtegehalt gemessen werden. 6. Vielschichtigkeit. Durch Variation der Messwellenlänge lassen sich neben der Feuchte auch noch andere Inhaltsstoffe bestimmen. 7. Berührungslose Messung ohne Zerstörung des Produkts. Damit können auch Messungen an gesundheitsgefährdenden und giftigen Materialien durchgeführt werden. 8. Umweltverträglichkeit. Die NIR-Feuchte-Sensoren erzeugen keinerlei Abfallprodukte und haben eine äußerst geringe Leistungsaufnahme. 9. Automatisierungstauglichkeit. Durch ein kontinuierliches Ausgangssignal ist eine direkte Weiterverarbeitung in einem Feuchteregelsystem möglich. 3 Einsatzmöglichkeiten Nahrungs- und Genussmittel: Mehl, Zucker, Kaffeepulver, Reis, Schokolade, Kakao, Tabak, Chips und Kartoffelprodukte, Gelatine Kekse und Plätzchen, Tee, uvm. Holz- und Papierindustrie: Holzspäne, Papierbahnen, Karton, Wellpappe, Furniere, Spanplatten, uvm. Glasindustrie: Kunststofffolie in Verbundglas, Sand, Quarzsand, uvm. Chemie und Pharmazie: Farben, Waschmittel, Zellulose, Bauxit, Laktose, Kautschuk, Dünger, Seifen, Sprengstoffe, div. Pulver und Granulate, uvm. Stahl- und Aluminiumindustrie: Messung von Fett-, Korrosionsschutz, oder Flüssigkeitsfilmen auf Metallbahnen. Baustoff- und Keramikindustrie: Ton, Sand, Pottasche, Bauxit, Gips, Kaolin, uvm. Textilindustrie: Vliese, Gewebe, Fasern, Watte, Wolle, Schichtungen, uvm. Agrarwirtschaft: Dünger, Getreide, Saatgut, Hopfen, uvm.
4 Hardware / Software / Optionen 4.1 Messkopf Im Messkopf ist die Elektronik eingebaut bestehend aus den Baugruppen Leiterplatte LED mit der Aufnahme für die Montage der spezifizierten LED s die für die jeweilige Messaufgabe ausgewählt wurden. Leiterplatte Signalverarbeitung Leiterplatte Stromversorgung Neu ist die Möglichkeit die Signalverarbeitung mit einem Microcontroller zu erweitern, der es erlaubt bereits im Messkopf Signale aufzubereiten um dann direkt via Bus an eine kundenseitige Steuerung zur Weiterverarbeitung gesendet zu werden. 4.2 Steuerungseinheit Als Steuerungseinheit (Auswerteeinheit) wird in dieser Elektronik ein Power Panel eingesetzt. Diese Steuerung beinhaltet integrierte Anschlussmöglichkeiten für I/O- Signale und eine Visualisierung. Die Einheit zeichnet sich durch kompakte Bauweise, besondere Leistungsfähigkeit und breitgefächerten Funktionsumfang aus. Standardmäßig beinhaltet die Steuerungseinheit 8 digitale und 4 analoge Eingänge, sowie 8 digitale und 4 analoge Ausgänge. Die serielle Schnittstelle kann optional zur Datenausgabe für Messprotokolle usw. genutzt werden. Für die Visualisierung steht ein LCD-Display 9x27 Zeichen zur Verfügung. Über Tasten können alle notwendigen Parameter eingestellt bzw. dargestellt werden. 4.3 Software Folgende Features sind im Programm realisiert: - Kalibrierung plus Kalibrierungshilfe - eine schnelle und sichere Messwerterfassung - einstellbare Messwertverarbeitung - Darstellung der verarbeiteten Messergebnisse - variable Integrationszeit zur Mittelwertbildung - Verwaltung mehrerer unterschiedlicher Materialen (bis zu 5 Stück) - Analoge Ausgabe vom verarbeitetem Messergebnis - Ausgabe von Messergebnissen über die serielle RS-232-Schnittstelle Mögliche Optionen: - Anschluss von mehreren, auch unterschiedlichen, Sensoren - Verwaltung weiterer unterschiedlicher Materialen (bis zu 20 Stück) - Digitale entkoppelte Ausgabe von Alarmzuständen bei Über- bzw. Unterschreitung von Messwertvorgaben
4.4 Optionen 4.4.1 Stativ 500 mm hoch, um den Messkopf für eine Laboranwendung zu nutzen. 4.4.2 PC System für kundenspezifische Datenerfassung, Auswertung und Dokumentation. 4.4.3 Anbau eines Lichtwellenleiters bei ungünstigen Umgebungsbedingungen, um den Messkopf außerhalb von EX Zonen anzubauen oder bei beengten einbaubedingungen. Die Länge und Ausführung des LWL wird durch die Anwendung bestimmt. 4.4.4 Wasserkühlung für einen Einsatz im erhöhtem Temperaturbereich ab 45 C zum Schutz der Elektronik, Verbrauch bei 3 bar ca. 100 l / h, wenn die Umgebungstemperatur, auch zeitweise, über 45 C steigt. 4.4.5 Freiblasvorrichtung zur Reinhaltung der Optik mit sauberer Druckluft ab 2 bar, max. 2³ / h wenn die Luft, auch zeitweise, staubig ist. Es kann eine mehrkanaldüse oder ein Tubus gewählt werden. Beispiel eines Sensors mit Luftspülung und Wasserkühlung (optionen 4.4.4 + 4.4.5.)
5. Technische Spezifikationen UR 5500 LED MeSSkopf Messprinzip Infrarot-Reflexionsmessung berührungslos Praktisch zeit- und ortsgleiche Abtastung (same-spot- Methode) von bis zu 4 verschiedenen Messwellen Messgutcharakteristik geeignet für flächige Bahnprodukte, Schüttgütern mit Körnung bis zu 30 mm, je nach Produktzusammensetzung und Produktart Messbereich 0% bis 80% Feuchte (produktabhängig) Messzeit 0,1 Sekunden, Mittelwert- und Integrationsfunktion von 0,1 bis 99 Sekunden frei einstellbar Abstand zum Messgut 10 bis 300 mm (abhängig von der Reflexion) Größe des Messflecks bis zu 200 mm, abhängig von der Optik und dem Abstand zum Messgut Abmessungen & Gewicht 150 x 150 x 160 mm (B x H x L) 4 kg ohne Optionen Leichtmetall RAL 5018 lackiert Lichtquelle LED Lichtempfänger Photodiode Umgebungstemperatur 5 C bis 45 C ohne Kühlung bis 85 C mit Kühlung (optional) Spannungsversorgung 24 V DC, max 0,2 A Signalausgang je Wellenlänge 0 10V oder 4 20mA (Kundenwunsch) Schutzgrad IP 65 Auswertelektronik (Standard) Gehäuse: 400 x 350 x 200 mm Lackierung: RAL 5018 / RAL 7035 Front bestückt mit Power Panel 153 x 120 mm LC Display, Hintergrundbeleuchtung, 16 Tasten Integrierter Prozessor RS 232 - Schnittstelle analoge Eingänge/analoge Ausgänge digitale Eingänge/digitale Ausgänge Anschlussspannungsversorgung 230 V AC Interne Versorgung 24 V DC Einbaubeispiel auf Förderband
6 Installation / Montage 6.1 Installation / Montage Bei der Montage des Sensors sind unsere Vorgaben entsprechend der mitgelieferten Dokumentation einzuhalten. Beispielhaft die Verlegung von abgeschirmten Datenkabel und die erschütterungsfreie Montage des Sensors. 6.2 Installationszeichnungen Einbaubeispiel am Siebrundbeschicker - bei der Aufbereitung von keramischen Massen 187.5 40
Nachfolgend ein Beispiel für die Montage über einem Förderband mit Abstreifer für einen gleichmäßigen Materialfluss. 1. Positionierung des Sensors möglichst über oder nahe einer Laufrolle um Schwingungen des Förderbands zu vermeiden. 2. Das Messgut ist möglichst ebenmäßig auf dem Förderband zu verteilen, ggf. ist der Einbau eines Abstreifers notwendig. 3. Abstand zum Messgut optimal 80-100 mm. Einstellbarer Abstand Einstellbarer Abstreifer