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Prozess-Sensoren

Sensoren als direkte Schnittstelle zum Prozess müssen hervorragend an die Chemie des Messmediums und an die vorliegenden Druck- und Temperaturbedingungen angepasst sein. Diese unbedingten Voraussetzungen für die fehlerfreie, wartungsarme und zuverlässige Erfassung von Prozessparametern werden mit dem neuen, komplettierten Sensorprogramm von Knick bestens erfüllt. Ein großes Spektrum unterschiedlicher Applikationen wird damit optimal bedient; im Zusammenspiel mit passenden Armaturen und Analysenmessgeräten von Knick wird dabei höchste Performance erreicht – auch im Ex-Bereich.

pH-Sensoren mit applikationsgerechten Eigenschaften

Auch heute noch sind Sensoren mit klassischer Glasmembran die zuverlässigsten und genauesten pH-Sensoren und aus diesem Grund selbstverständlich auch Standard bei Knick. Da pH-Sensoren eine temperaturabhängige Kennlinie besitzen (Nernst), muss zur Kompensation simultan zum pH-Wert die Temperatur erfasst werden.

pH-Sensoren von Knick sind überwiegend mit integrierten Temperaturfühlern ausgestattet. Hierbei sprechen die klaren messtechnischen Vorteile für die Auswahl eines Pt-1000-Temperaturfühlers gegenüber einem Pt-100. Der erforderliche mehrpolige Anschluss erfolgt bei diesen Sensoren über einen Variopin-(VP-)Steckkopf.

Als pH-sensitives Glas mit universellen Eigenschaften für die überwiegende Zahl der Anwendungen hat sich das sogenannte „hochalkalibeständige Glas“ bewährt, insbesondere für Prozesse mit hohem pH-Wert oder bei der CIP-Reinigung. Da pH-Glas sehr hochohmig ist und der Widerstand mit abnehmenden Temperaturen weiter ansteigt, bietet Knick für Messungen bei sehr tiefen Temperaturen ein Spezial-pH-Glas mit geringer Impedanz an.

Neben der Zusammensetzung und Form (mechanische Stabilität) der pH-sensitiven Glasmembran werden besondere Anforderungen durch die individuellen Prozessbedingungen an die Bezugssysteme gestellt. Zu nennen sind hier z. B. chemische Einflüsse, weite Druck- und Temperaturbereiche, verschmutzte, partikelbeladene Medien, hygienische Bedingungen, Sterilisierbarkeit. Auf diesen unterschiedlichen Anforderungen basieren ebenfalls verschiedene Ausführungsformen hauptsächlich der Bezugssysteme und damit letztlich auch der pH-Sensoren.

In Medien mit starken Verschmutzungen und hohen Drücken haben sich Bezugssysteme mit offener Überführung („Lochdiaphragmen“) und festem Polymer-Elektrolyt bewährt (z. B. SE 533).

Hat das Messmedium eine sehr geringe Leitfähigkeit, werden bevorzugt Sensoren mit Innendruck-Elektrolytpolster oder nachfüllbarem, bedruckbarem Flüssig-Elektrolyt in Kombination mit einem oder mehreren Keramikdiaphragmen eingesetzt (z. B. SE 552 oder SE 551). Nur spezielle feinporige Keramik ist hygienisch reinigbar.

Bedruckte oder nachfüllbare Sensoren bieten auch deutliche Vorteile in stark verschmutzten und das Bezugssystem vergiftenden Medien durch die Reinigungswirkung des kontinuierlichen Elektrolyt-Ausflusses.

Sehr hohe Standzeiten haben in diesen schwierigen Medien ebenfalls Sensoren mit großflächigen PTFE-Ringdiaphragmen. Der Schutz vor Sensorvergiftung wird hier durch eine zusätzliche, druckkompensierte Elektrolytbrücke erreicht (z. B. SE 553). Manche Anwender von lebensmittel- sowie kosmetikaproduzierenden Prozessen möchten Glasbruch zum Schutz ihrer Produkte definitiv ausschließen. Für diese Anwendungen hat Knick glasfreie pH-Sensoren im Programm, die ohne Glasmembran als pH-sensitives Element auskommen und damit möglichen unerwünschten Glasbruch vermeiden. Anstelle der Glasmembran besitzen diese Sensoren einen ISFET (Ionensensitiver Feldeffekttransistor) mit pH-sensitiver Beschichtung, der in einen robusten Kunststoffschaft (PEEK) eingebettet ist.

Die von Knick angebotenen pH-Sensoren sind überwiegend neben der Standardlänge von 120 mm auch mit 225 mm Länge zum Betrieb in den automatischen Reinigungs- und Kalibriersystemen Unical 9000 und Uniclean 900 lieferbar. Wechselarmaturen mit optimaler Funktionalität sind hierfür Ceramat und SensoGate.

Leitfähigkeitssensoren für den gesamten Messbereich

Die Leitfähigkeit wässriger Medien überstreicht einen Bereich von mehr als acht Dekaden. Angefangen bei reinstem Wasser mit 0,055 µS/cm bis zu vollständig dissoziierten Säuren oder Basen mit mehr als 1000 mS/cm. Entsprechend unterschiedlich sind die Anwendungen der Leitfähigkeitsmessung: Reinheitskontrolle von Speisewasser in Kraftwerken bis hin zur Messung hochkonzentrierter Elektrolyt-Lösungen und konzentrierter Schwefelsäure. Die Messbedingungen sind oft schwierig, da die Prozesse in großen Druck- und Temperaturbereichen laufen und die Messmedien zudem auch noch stark verschmutzt sein können.

Diese sehr verschiedenen Anforderungen können optimal nur durch unterschiedliche Sensoren erfüllt werden, die mit speziellen Eigenschaften an die jeweiligen applikationsspezifischen Gegebenheiten angepasst sind. Knick bietet hierzu die kompletten Sensortechnologien, die mit zwei bzw. vier Elektroden messen oder elektrodenlos nach dem induktiven Prinzip. Alle Sensoren sind mit einem Temperaturfühler zur automatischen Temperaturkompensation der Leitfähigkeit ausgestattet. Verschiedene Prozessanschlüsse, wie Gewinde, Flansche, Clamp, Verschraubungen etc., sind lieferbar.

In Medien, die kleine Leitfähigkeiten aufweisen und weder stark verunreinigt sind noch belagbildende Komponenten (Öl, Kalk etc.) enthalten, kann mit 2-Elektroden-Sensoren, die eine koaxiale Elektrodengeometrie haben, mit hoher Präzision gemessen werden. Hier sind verschiedene Ausführungen verfügbar: Neben dem besonders robusten Sensor SE 604 mit hoher Temperatur und Druckbelastbarkeit für die Reinstwasserüberwachung z. B. für Speisewasser im Kraftwerk ist auch ein Sensor im Programm (SE 620), der durch seine elektropolierte Oberfläche mit sehr geringer Rauigkeit (<0,8 hygienische µm) geeignet für besonders Prozesse ist.

Mit den speziell für diese Modelle entwickelten Leitfähigkeitssimulatoren PortaSim Cond können die angeschlossenen Analysenmessgeräte inklusive der Sensorkabel entsprechend der Vorschrift USP <645>validiert werden. 

Ein Sensor mit Spezialgraphit als Elektrodenmaterial (SE 630) ermöglicht die Messung niedriger bis mittlerer Leitfähigkeit, auch bei moderaten Verschmutzungen und korrosiven Medien. Für sehr hohe Drücke und Temperaturen bietet Knick ein spezielles Modell (SE 600), das durch die Wahl besonderer Materialien (PTFE/Platin) gleichzeitig auch resistent ist gegen extreme chemisch-korrosive Einflüsse. Durch die Konstruktion mit vier Elektroden hat dieser Sensor zudem einen wesentlich größeren Messbereich als Sensoren mit zwei Elektroden.

Ebenfalls durch einen besonders weiten Messbereich glänzen die induktiven Sensoren von Knick. Prinzipbedingt sind diese praktisch unempfindlich gegen Verschmutzungen, selbst durch nichtleitende Beläge wird die Messung nicht beeinflusst. Die Sensoren haben ein glattes, leicht zu reinigendes Design.

Da der gesamte prozessberührte Sensorkörper nur aus einem Material besteht, wird durch Verwendung hochwertiger High-Tech-Kunststoffe wie PEEK oder PFA höchste chemische Beständigkeit erreicht.

Mit Versionen aus PP lassen sich die beschriebenen Eigenschaften kostengünstig auch für geringere Anforderungen in der Prozesstechnik –  etwa im Bereich Prozess-, Brauch- und Abwasser – nutzen. In Verbindung mit Knick-Messumformern können die Leitfähigkeits-Sensoren auch in 2-Leiter-Geräten und Ex-Anwendungen betrieben werden.

Sauerstoff-Sensoren mit geringem Wartungsaufwand

Sensoren von Knick zur Messung von gelöstem Sauerstoff zeichnen sich durch hohe Prozeßsicherheit aus. Das robuste Design unter Verwendung langlebiger Materialien und der modulare Aufbau der Sensoren bewirken eine hohe Zuverlässigkeit und einen geringen Wartungsaufwand. Die stahlnetzarmierte, PTFE-beschichtete Membran kann als Modul einfach und schnell gewechselt werden. Im Bedarfsfall ebenso unkompliziert erneuerbar ist das Elektrodensystem mit dem kompletten Innenkörper.

Die Sensoren bieten eine hohe Auflösung von 6 ppb; mit einer Ausführung zur Spurenmessung wird ein Wert von 1 ppb erreicht, der gleichzeitig unempfindlich gegen hohe CO2-Partialdrücke, etwa für die Getränkeindustrie, geeignet ist.

Die Versionen im hygienischen Edelstahldesign mit äußerst glatter Oberfläche sind EHEDG-zertifiziert und 3A-konform, sterilisierbar, autoklavierbar und CIP-beständig.

Für einfache Anwendungen ist eine kostengünstige Variante mit Kunststoffschaft verfügbar. Alle Oxy-Sensoren können in Verbindung mit Knick-Messumformern auch in 2-Leiter-Geräten und im Ex-Bereich betrieben werden.

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