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May 30, 2023

圧力計の技術は過酷な環境に耐える必要があります

Endress+Hauser Delta Pilot FMB70 è

Endress+Hauser Deltapilot FMB70 は、静水圧レベル測定用の Contite セルを備えた高性能圧力センサーで、プロセスおよび衛生用途で使用されます。 出典: エンドレスハウザー。

カヴィロ ワイナリーは、レーダー ゲージを設置するのに十分なヘッドルームがなかった 24 隻を除くすべてのワイン容器にシーメンスのレーダー タンク レベル ゲージ (左上) を設置しました。 この問題を解決するために、Caviro のシステム インテグレーターは、24 個のタンクそれぞれの底部 (左下) に Siemens SITRANS P DS III 圧力トランスミッター (右) を取り付けることを選択しました。 次に、システム PLC を使用して圧力データを体積に変換しました。 出典: シーメンス。

ABB モデル 266 シリーズ ゲージ、絶対圧、差動圧、および多変数圧力トランスミッタには、オプションで最大 0.025 パーセントの基本精度性能があり、測定スパン制限は水深 0.2 インチから 15,225 psi です。 出典: ABB。

オメガ エンジニアリングの PX409S-USBH 圧力トランスデューサは、無料の構成および監視ソフトウェアとプロセスへのウィンドウを備えています。さらに、モデル DPG409S サニタリー/CIP デジタル圧力ゲージ (別途価格) は、サニタリーまたは CIP アプリケーションで動作し、600 までのゲージ圧力と絶対圧力を測定します。 psi、真空および気圧のほか、5 pt.も含まれます。 NIST トレーサブルな校正。 出典: オメガエンジニアリング。

横河電機の EJAC60E ハイジェニック アダプタ システムは、EJA560E ハイジェニック ゲージ圧力トランスミッタと、さまざまなサイズと接続タイプのアダプタで構成されています。 このデバイスはシーラントとしてオイルや他の種類の液体を使用していないため、プロセス流体が汚染されるリスクがありません。 出典：横河電機株式会社

食品の安全性と品質を確保するための鍵である圧力測定には、以前から存在しているセンシング技術が使用されています。 しかし最近、食品および飲料業界は、最新のインテリジェントデバイスの精度の進歩と、過酷な環境や食材に耐える能力の恩恵を受けています。

ほとんどの圧力計器メーカーは、化学、製紙、石油・ガス精製などの他の業界で技術を磨く時間が十分にありました。 センサーは、過熱蒸気や振動は言うまでもなく、強力な酸化剤、灰汁、塩、スラリー、不快な炭化水素に耐える必要があります。 したがって、要求の厳しいアプリケーションに対応できる食品飲料業界向けのデバイスを考案するのは、それほど難しいことではありませんでした。

化学産業や精製産業では高精度が当たり前のことと考えるようになりましたが、私たちの業界はこれらすべての技術進歩の恩恵を受けており、乾燥、食用油精製、ワイン製造、ヨーグルト製造などのアプリケーションを微調整して無駄を最小限に抑えることができます。 、効率を高め、一貫した高品質の製品を生産します。

圧力センサーは通常、ゲージ (別名ゲージ)、絶対圧、および差圧 (DP) の 3 種類の圧力測定を処理することが求められます。 ゲージ圧は大気圧を基準として測定されます。 絶対圧力は真空を基準としており、DP は特定の圧力を基準として測定されません。つまり、DP は 2 つの圧力の差を測定します。 DP は、圧力の測定だけでなく、次のアプリケーションで示すように、レベルや体積などの他のプロセス変数の計算にも役立ちます。

イタリアの大規模なワイン生産協同組合であるカヴィロは、貯蔵容器と瓶詰め作業を限界まで引き上げる必要がありました。 ワイナリーを悩ませていた問題は、容器にどれだけのワインが入っているかが不確実であるため、充填計画を正確に行うことが困難であった。 ボトルが少なすぎるか多すぎると、バッチ用にさらに多くのボトルを確保したり、空のボトルをカートに入れて保管場所に戻したりするため、生産時間と労力が無駄になってしまいます。

非常に複雑な種類のワインの生産管理を容易にするために、高度な自動化サプライヤーである SAIIE srl は、ワイン保管エリアにさまざまなセンサーを設置しました。 これらには、Siemens SITRANS LR 250 タンクレーダーレベルメーター、FM MAG 1100 SS センサーを備えた FM MAG 6000 流量計、船舶の体積を測定するために DP 構成でセットアップされた P DS III 圧力トランスミッターが含まれます。

しかし問題がありました。レーダータンクレベル発信機がセンサーとして選ばれましたが、船舶の上部に設置する必要があり、これらのコンテナの一部にはヘッドルームが不十分でした。 レーダー送信機なしでレベルまたは体積測定を取得するという問題を解決するために、SAIIE は容器の底に Siemens P DS III 圧力送信機を設置しました。これは継続的に差圧を監視し、PLC がそのデータを体積測定値に変換します。

Caviro は、貯蔵容器の正確な容量/体積測定により、各ガラスボトル、テトラパック、またはバルクバッグに最高品質のワインが確実に充填されるようにします。 充填プロセスはペースが速いため、リアルタイムの測定が不可欠です。 本番環境の問題は、問題が発生する前に迅速に修正できるようになりました。

「シーメンスが提供するような高度な計装および制御システムのおかげで、当社はプロセスの品質に集中することができます」と、Caviro 社の総合メンテナンス、投資および技術サービス マネージャーのドメニコ ドシオ氏は述べています。

Ellison Sensors Inc. (ESI) のマーケティング担当ディレクターである Claudia Garcia 氏によると、電気圧力トランスミッタの大部分は、圧力伝達要素として柔軟なダイヤフラムを使用しています。 適切なプロセス接続を使用することにより、空洞がなく、洗浄が簡単なフラッシュマウント型圧力トランスミッターを製造することができます。

衛生規制では、製品を汚染する可能性のあるバクテリアを収集しないプロセス接続の表面仕上げが必要であると、オメガ エンジニアリングのインサイド セールス マネージャー、ラリー マイヤーズ氏は述べています。 また、センサーは CIP 対応であり、容器やパイプラインの蒸気や化学洗浄のためにプロセス ポートの蓋を閉めることができるように、プロセスから迅速に切り離すことができる必要があります。 マイヤーズ氏は、これらの要件を満たし、食品、飲料、製薬業界の標準となっているオメガ PX409S センサーを指摘します。

「低温媒体から高温 CIP (またはその逆) への頻繁かつ急速な切り替えによる温度変化により、圧力センサーに対する需要が高まります」と、エンドレス ハウザーの食品および飲料業界マネージャーのオラ ウェストトロム氏は述べています。

測定に対する温度の影響は最小限に抑え、迅速に回復する必要があります。 これは、小型タンクのレベルセンサー (静水圧) として圧力を使用する場合に特に重要です。 過充填/過少充填を避けるために、センサーは温度補償されている必要があります。

食品の安全性についてはどうですか？

「当然のことながら、食品および飲料の製造で使用することを目的としたものはすべて、トリクランプ取り付けを使用し、液体が閉じ込められたり細菌の増殖を促進する可能性のある表面を避けて適切に設定する必要があります」と、YOKOGAWA CORPORATION OF USA 圧力製品担当プロダクトマネージャーのリー・ハムレット氏は答えます。 NA。

食品業界のセンサーを他の業界と区別する他の要因は何ですか? ABB 測定および分析プロダクト マネージャー (圧力) の Doug Greaves 氏は、次のいくつかを挙げています。

「当社は、3-A および EHEDG 基準を満たす食品および飲料のポートフォリオを維持しています」と Anderson-Negele シニア製品およびマーケティング マネージャーの Paul Wagner 氏は述べています。 「これは主に、当社が製品を販売する地域と、提供されているプロセス接続によって決まります。」

これらの基準は、製品を屋内外で確実に洗浄できるようにするために設けられています。 また、衛生産業は、刺激の強い化学物質による絶え間ない外部洗浄、プロセスや周囲温度の変化、機器の乱暴な取り扱いに直面しています。

食品の安全性を確保するには、3-A、FDA、および EHEDG の仕様を満たすことが特に重要ですが、圧力センサーは機械式および電子式の両方のデバイスであり、長期間にわたってサービスを提供することが期待される場合は、環境や乱暴な取り扱いから保護する必要があります。年。

「私たちはIP69Kの侵入保護が成功の鍵だと考えています」とワグナー氏は付け加えた。 「長年の経験から、湿気の多い環境からの水蒸気が凝縮すると、繊細な電子機器が破壊される可能性があることがわかりました。このため、当社では電子機器をポッティングに完全に封入し、新しい設計では特許取得済みのデュアル O リング シールを使用しています。さらに、ダイアフラムを溶接しています。」独自のプロセスにより、表面仕上げの3-A基準を超える25Ra以上の表面仕上げを実現、また、ステンレス製の筐体を標準装備し、キャップには洗浄剤や発泡剤と互換性のあるプラスチックを使用しています。 」

電子コネクタについては、ユーザーは O リングで密閉されたストレートネジ接続か NPT 接続を使用するかを選択できると ABB のグリーブス氏は述べています。 ウォッシュダウン用のトランスミッタハウジングの環境保護は、スチームジェット洗浄用に IP66 から IP69K まで指定できます。

「私たちが推奨する配線接続は M12 ユーロファスト コネクタです」と Wagner 氏は言います。

これらの 4 ピンまたは 5 ピンのクイック切断レセプタクルは、ユーザーに簡単なサービスを提供し、センサーのハウジングに直接水が浸入する箇所を排除します。 さらに、このコネクタは、Anderson-Negele も提供している業界共通の成形コード セットと組み合わせます。

「私たちの設計は、可能な限り IP69K の侵入定格を満たすことを目指しています」と Wesstrom 氏は言います。 「IP69K とクイックディスコネクト電気接続の組み合わせにより、ほとんどの侵入問題が排除されます。」

より大きな課題は、電子コンパートメント内での結露の発生を防ぐことです。

「私たちは空気量を最小限に抑え、通気膜（ゴアテックス）を適用することでこの問題に対処しています」と彼は言います。 「これにより、冷却時にハウジング内に湿気を引き込む可能性があるハウジング内外の気圧差が最小限に抑えられます。」

Emerson Rosemount の 3051 圧力トランスミッタは、衛生的および衛生的な用途にも使用できます。 Emerson Automation Solutions の Rosemount グローバル圧力コンテンツ マネージャーであるウォーリー ベイカー氏は、この衛生バージョンの圧力トランスミッタは最大 0.065 パーセントの基準精度と 5 年間の安定性を備えていると述べています。 また、3-A、EHEDG、ASME-BPE 規格にも適合しています。 ゲージ静圧と絶対静圧を 300 psi まで処理します。 10:1 のレンジダウン機能を備えた 0 ～ 5 psi まで動作するため、バッファータンクやバランスタンクに適しています。 32 µin が標準装備されています。 接液部の表面仕上げ (オプションで 15 μインチの研磨)。 プロセス温度 284°F の蒸気に最大 4 時間耐えます。 振動仕様は ±0.1 パーセント未満です (IEC60770)。

マイヤーズ氏によると、衛生センサーの場合、オメガの接液部はモリブデンを含む 316L SS で作られています。 このステンレス鋼合金は、酸性および塩化物溶液における腐食や孔食に対して効果的な耐性を備え、圧力トランスデューサで一般的に使用される他の SS タイプよりも優れています。

Wagner 氏によると、316L は、低濃度で使用されるほとんどの洗浄剤と優れた化学的適合性を備えています。

「実際、チーズブラインやトマトペーストなどの酸性の高い食品など、塩化物含有量の高いプロセス流体ではさらに多くの問題が発生しています。これらの用途の両方に対して、当社は C22 ハステロイダイヤフラムまたは接触面を提供します。」

サニタリー圧力センサーは通常、薄いダイヤフラム (厚さ 0.005 インチ) を備えており、多くの場合、他の表面に穴ができる前に破損または破壊されます。 このため、Anderson-Negele では 316L フィッティングとハステロイ ダイヤフラムのオプションを提供しています。

ほとんどの場合、316L SS で十分だとエンドレスハウザーのウェストローム氏は言います。 場合によっては、温度が上昇してナトリウム含有量が高い場合は、ハステロイ C (または同等品) またはセラミック膜を使用する必要がある場合があります。 さらに大きな課題は、膜への機械的損傷です。 機械的損傷は、手作業での取り扱いや、研磨剤やインピンジメント洗浄を使用した場合に発生する可能性があります。 アプリケーションの例としては、トマトペースト、醸造中の穀物床のレベルの測定 (ロータータンなど)、または従来の膜がへこむ果物/野菜の移送/洗浄ラインなどがあります。

ウェストローム氏は、ロータータンは特に過酷な環境にあると説明しています。1999 年、ある醸造所では、膜の損傷により、使用していた送信機を年に数回交換する必要がありました。

「複数のセラミックベースのセンサーを設置したところ、この問題は解消されました。現在でも使用されています」と彼は言います。

より強力な腐食性または酸性の洗浄剤が使用される場合、Emerson's Baker は、接液面に多数の特殊な材料で構成される Rosemount 1199 ダイヤフラム シールを使用することを推奨します。 同様に、横河電機の Hamlett は、一般的な CIP 化学薬品に対する耐性を向上させるために 329J4L SS の使用を推奨しています。

ワイナリーのアプリケーションで実証されたように、圧力センサー (この場合は DP) は、さまざまなアプリケーションでのレベルや体積、流量 (特定の場合)、圧力の測定など、多数のアプリケーションに役立ちます。 ほとんどの圧力トランスミッターは、追加のプロセス変数として温度測定を組み合わせるだけでなく、温度変化時の圧力測定を補正します。

ABB の Greaves 氏によると、DP はレベル測定によく使用されます。 DP トランスミッターのローサイド基準レッグは、密閉タンク内のレベルを推定する方法です。 リファレンスレッグを使用すると、窒素ブランケットまたは真空排気タンクからの圧力を補正できます。これらは、成分を新鮮に保つという特定の目的を持つスキームです。

「タンクが大気に対して密閉されているレベルのアプリケーションでは、DP センサーを使用する必要があります」と Anderson-Negele の Wagner 氏は言います。

これらには、圧力鍋、ヨーグルト培養タンク、発酵容器などのアプリケーションが含まれます。 このような場合、真のレベルを決定するためにヘッド圧力を測定する必要があります。

DP は、タンク上の 2 つの固定位置タップの間の容積によってかかる圧力を測定することによって密度を推測するためにも使用できると、Greaves 氏は付け加えています。 この概念は、既知の密度が異なる 2 つの材料の界面レベルの測定に拡張できます。 インターフェイス レベルは、これらのポイント間の線形関数です。 処理者はこの情報を使用して材料を分離または回収できます。

DPはフローを実行できますか? 場合によります。

「食品および飲料用途に特化した機器構成では、従来の導圧管など従来の産業用設置技術の多くが不可能ですが、問題を解決するメカニズムはあります」と横河電機のハムレット氏は述べています。

横河電機の EJA117J ユニットは、タンクレベル測定などの用途に適した衛生的な DP 機器です。 食品や飲料の要件を満たすために必要な機器構成の複雑さを考慮すると、これらの用途ではより使いやすい磁気やコリオリなどの他の流量測定技術があります、とハムレット氏は言います。

ほとんどの場合、主要な要素であるピトー管とオリフィスプレートが衛生的に良くない設計であるため、DP 流量測定が食品業界で使用されることはほとんどないと Wesstrom 氏は付け加えます。 一方、天然ガスや気流などのユーティリティは DP 法で測定できます。

それにもかかわらず、ABB のグリーブス氏は、DP は一部のアプリケーションで流量測定ソリューションを提供できると述べています。

「ABB 流量要素を使用することで、当社の DP トランスミッタは、粘性の非ニュートン流体、極端な温度プロセス、低導電率のオイルや添加剤に対する流量ソリューションを提供できます。さらに、ABB の 266 多変数計算出力は、気体、液体の質量流量を動的に補正することができます。蒸気、ガスの標準体積流量、熱とエネルギーの流れ。

Rosemount 3051SMV MultiVariable トランスミッタには、DP と静圧を測定するオプションがあり、さらに温度センサーを装備することもできる、と Baker 氏は言います。 3 つすべてで構成し、一次流量要素とともに使用すると、完全に補償された質量流量とエネルギー流量の計算が可能になり、液体と気体の両方のアプリケーションに役立ちます。

ゲージおよび絶対圧力計器は、蒸発器、混合容器、熱交換器、ポンプ監視、低温殺菌装置、レトルトチャンバー、洗浄システムおよび補助システム（蒸気プラントおよび管理、冷凍システム、水処理、窒素供給、真空監視など）で見られます。

ESI の Garcia 氏によると、開放容器の場合、大気圧が液体の頭部に作用するため、ゲージ圧センサーを使用できるとのことです。 密閉容器の場合、2 つのセンサーが必要です。 これらの測定は、2 つの別個のゲージ圧トランスミッターまたは 1 つの DP トランスミッター (上記で説明したとおり) を使用して実行できます。

「食品および飲料用途の大部分では、相対圧力測定とも呼ばれるゲージが使用されています」と Wagner 氏は言います。 これは、液体にかかる大気圧を考慮する必要がある水平用途で最も重要です。 「凍結乾燥用途では、周囲の大気ではなく、絶対的な基準に対して真空を測定する必要があるため、絶対測定を頻繁に使用します。」

Omega の PX409S などの多くの圧力トランスデューサは、絶対圧とゲージ圧の両方の範囲で使用できます。

「特殊用途向けに、複合レンジ、真空レンジ、気圧レンジも用意しています」とオメガのマイヤーズ氏は言います。 「製品の混合、貯水、または醸造用のプロセスタンクは、ゲージ圧アプリケーションの例です。」

これらの装置は、ピーナッツバター、クッキー生地、サルサの製造などのスラリー状の用途にも使用されています。 Wagner が経験した挑戦的な用途の 1 つは、ピーナッツバターのような高粘度の製品を使用する圧力測定ラインです。

「これらの用途では、従来のトライクランプの衛生的なフィッティングを使用すると、メインブランチの乱流の外側にポケットができてしまいます。当社では、CPM (クリーンプロセス測定) と呼ばれるブランチを排除する接続を提供しています。これにより、ダイアフラムが直接接続されます。」プロセスフローに沿って洗浄するため、洗浄に関する懸念が解消されます。」

この接続はもともとバイオテクノロジー産業向けに設計されましたが、流動食品産業でも使用できるようになりました。

最後に、ほとんどの圧力デバイスは HART、FOUNDATION Fieldbus、Profibus PA などのデジタル プロトコルをサポートしており、HART が最も一般的に使用されていると Wesstrom 氏は述べています。 圧力トランスミッターは温度監視デバイスに比べて設置場所にはるかに固定されていますが、多くのセンサー サプライヤーはいくつかの無線オプションを提供しています。 ハネウェルの安全性と生産性ソリューションのエンジニアであるプランジット・ゴゴイ氏によると、ハネウェルの WPS および IS-WPS シリーズは IEEE 802.15.4 WPAN 標準を使用しています。 このプロトコルのアプリケーション層は独自仕様となるよう微調整されており、同じエリアおよび周波数範囲で動作する他の無線デバイスとのクロストークが発生しないことが保証されています。

詳細については：

ラリー・マイヤーズ、オメガ エンジニアリング、888-826-6342、[email protected]、www.omega.com

オラ・ウエストトロム、エンドレス+ハウザー、米国、317-535-2134、[email protected]、www.us.endress.com

リー・ハムレット、YOKOGAWA CORP. OF AMERICA、678-423-2556、[email protected]がわ.com、www.yokoがわ.com/us

ダグ・グリーブス、ABB、215-674-6000、[email protected]、http://new.abb.com/products/measurement-products/food-and-beverage

ポール・ワグナー、アンダーソン・ネゲレ、518-922-5315、[email protected]、www.anderson-negele.com

ウォーリー・ベイカー、エマソン オートメーション ソリューション、800-999-9307、[email protected]、www.emerson.com/rosemount-3051HT

プランジット・ゴゴイ、ハネウェル安全性および生産性ソリューション、800-537-6945、[email protected]、www.honeywell.com

クラウディア・ガルシア、Ellison Sensors Inc.、561-989-8540、[email protected]、www.esi-transducer.com