穴を開けずにパイプの温度を取得する

ケン・リービッヒ氏、オメガ・エンジニアリングのエンジニアリング担当ディレクター。

温度プローブを挿入せずにパイプ内の移動流体の温度を測定し、パイプの外部温度を通じて正確な測定値を取得しますか? 冗談じゃないよ。 これは何かの冗談ですか？

これは、オメガ エンジニアリングによって開発され、FE の最近のオンライン食品オートメーションおよび製造カンファレンスの出展者エリア (Web サイトの「イベント」の下をご覧ください) で発表された新技術を見た後の私の第一印象でした。 しかし、誰かがそれをやり遂げることができるなら、オメガならそれができると思いました。 結局のところ、オメガは文字通り温度についての本を書きました。 1,000 ページを超える『温度ハンドブック』はもう印刷されていないと思いますが、私と同じように、そのコピーがどこか埃っぽい棚に眠っているかもしれません。

私のバックグラウンドは電気工学なので、電気は怖くないです。 ただし、配管やパイプの水漏れの場合は別の話になります。 バルブや配管に関しては、自分が逆ミダスのタッチをしているように感じることがあります。 したがって、温度を読み取るためにパイプをいじるという考えが嫌いな場合は、この発明が最適かもしれません。 パイプにストラップやクランプで固定するだけです。配管を壊さずに私でもできます。

HANI クランプオン温度センサーは約 5 秒で取り付けることができます。 切断、穴あけ、溶接は必要ありません。 浸漬プローブレベルの精度を提供します。 エンジニアリング会社から期待されるものと同様、HANI という用語は実際には「高精度、非侵襲的」を表す頭字語です。 他の Omega センサー製品と同様に、4 ～ 20 mA の出力が付属しており、4 ～ 20 mA の温度入力を備えた標準コントローラーや PLC に接続できます。 このデバイスはワイヤレスゲートウェイに接続することもでき、オメガのエンジニアリングディレクターであるケン・リービッヒ氏によると、同社はデジタル通信オプションにも取り組んでいるという。

Ken は、HANI 温度センサーの熱狂的な発明者です。私は、このデバイスとセンサーの設計に費やされた研究について詳しく知るために彼と話をしました。

FE: ケン、食品および飲料以外のいくつかの産業用途が、正確なクランプオン温度プローブから恩恵を受ける可能性があることに疑いの余地はありません。 非侵襲的なパイプ温度センサーを開発したきっかけは何ですか?

ケン・リービッヒ:オメガでは、お客様にとってセンシングと測定ができるだけ簡単になるよう常に努めています。 したがって、当然のことながら、このアイデアを社内で提案したところ、すぐにセンセーションが起こりました。 使用例と利点は日々拡大しているようです。

FE: 食品と飲料は、この調査に適したアプリケーションのようです。 特定の解決策を探している食品および飲料業界の人々から何か聞きましたか?

リービッヒ:驚いたことに、このようなことを直接私たちに求める人は誰もいませんでした。 食品および飲料の顧客は、侵略的探査が永遠に必要悪であると考えて生きてきました。 HNI が登場する前は、迅速かつ正確な温度測定値を取得する唯一の方法は、プロセス ラインにプローブを設置することでした。 このアイデアを思いついた後、私たちは自分たちの信念を検証するために、外に出て顧客と直接話し始めました。 開発の初期段階で、私たちはある顧客から、缶詰ラインに近い温度測定値を取得するために侵襲的プローブの 1 つを下流に移動するプロセスについて話しました。 センシング位置を 8 フィート移動するためだけに生産ラインを 1 日停止し、衛生溶接機を導入するのにかかるコストは膨大でした。 当社には、新しい液浸プローブのセンシング位置を追加する余裕がない小規模な顧客が多数います。 クランプオン、温度の読み取り、クランプオフ、再配置をわずか数分で行う機能を備えた HANI は、革新的な製品です。 また、インクルージョンを含む食品 (例: チョコレートチップ入りのアイスクリームなど) を作る大規模な顧客もいます。 これらの用途では、浸漬プローブが製品にコーティングされ、時間の経過とともに精度が狂い、温度変化に対する反応が遅くなり、洗浄が困難になり、場合によってはプロセス中に破損することもあります。 これら 2 つ以外にも何百ものユースケースがあり、浸漬センシングの問題点をすべてまとめて検討すると、非侵襲センシングが解決策であることは自明のことになります。

FE: オメガはすでに特許を申請しましたか?

リービッヒ:はい、本発明については2021年2月に仮特許出願を行っております。

FE: センサーはどのような原理で機能するのですか?

リービッヒ:基礎となるのはフーリエの熱伝導の法則、q = -k∇T です。

FE: オメガは浸漬プローブと同等の精度を約束します。 どうやってそれを行うのですか？

リービッヒ:パイプの外側の温度、パイプからの熱損失量を測定し、パイプ自体に関するいくつかの共通点 (つまり、熱伝導率、厚さ、直径) がわかれば、フーリエの法則を整理して温度を決定できます。パイプの内側にあります。 当社はこの原理を取り入れ、革新的な方法でパッケージ化し、センサーの応答時間と精度を最適化する独自のアルゴリズムを開発しました。

FE: どのような種類の金属配管とどのような厚さを使用できますか? 直径についてはどうですか？

リービッヒ:全員です。 機械設計はお客様のパイプ径に基づいて最適化されますが、注文時に指定する必要があるのはそれだけです。 現在、1 インチ以上のあらゆるサイズのパイプを使用できますが、近いうちに小さいパイプ用のものも用意される予定です。 熱伝導率、厚さ、直径などのパイプの特性は、ユーザーが変更できる入力パラメーターとしてアルゴリズムに残しました。 センサーはステンレス鋼と標準の壁厚に合わせて事前設定されています。 当社では、ステンレス鋼以外の材質を選択したり、肉厚のパイプを指定したりする場合に、センサー設定を変更するために使用できる Omega Sync と呼ばれる無料ソフトウェアを提供しています。 ほとんどのお客様は、使用しているパイプの熱伝導率を直接知ることができないため、ステンレス鋼、炭素鋼、亜鉛メッキ鋼、銅、真鍮、アルミニウムなど、お客様が使用する一般的な材料のリストを事前にロードしました。 プラスチックパイプとガラスパイプは現在開発中です。

FE: 温度センサーの設定と校正はどのように行うのですか? どのようなソフトウェアが必要ですか?

リービッヒ:取り付けるには、センサー ストラップをパイプに巻きつけ、クイック ラッチ機構を引くだけで、指定されたパイプ直径に合わせて張力が自動的に設定されます。 当社のビール醸造所の顧客の 1 人は、これを「文字通り、これまでに行った中で最も簡単な作業」と表現しました。 開梱して取り付けるには 10 秒かかります。 電気的には 2 つの接続方法があります。 1 つ目は、ループ給電 4 ～ 20mA アナログ システムを使用するもので、通常、顧客が長期間の監視と制御のためにセンサーを配線接続したい場合に好まれます。 アドホックなデジタル温度測定を簡単に行いたい場合は、IF-001 M12 - USB ケーブルを使用してセンサーをラップトップに接続し、無料の Omega Sync ソフトウェアを使用して温度データを読み取り、記録することができます。 すべてのセンサーは工場から標準の 2 点校正を受けています。 したがって、標準壁の衛生的なステンレス鋼パイプを使用している場合、センサーはプラグアンドプレイです。 異なるパイプ材質または標準以外の壁厚を使用している場合は、M12 - USB ケーブルと Omega Sync を使用して設定を変更するだけです。

FE: 測定可能なプロセス媒体は何ですか? 配管温度をチェックする推奨周囲室温は何度ですか?

リービッヒ:現在、当社はほとんどの液体プロセス媒体をサポートしています。 ガス状の流体はまだサポートしていません。 精度仕様 (±0.5°C) は水ベースの液体を中心に開発されており、ビール、アイスクリーム、トマトペースト、グリコールと水の 50/50 混合物などの液体に対する顧客のアプリケーションで検証されています。 熱伝導率が低く、粘度が高く、流量が少ない流体は、そのままでは精度が低くなるのではないかと考えられますが、Omega Sync を使用すると、お客様は独自のアプリケーションで 1 点または 2 点校正を実行して、精度を範囲内にすることができます。衛生用途では±0.5℃と宣伝されています。 推奨される室温は 0 ～ 40°C です。

FE: このデバイスはプロセス媒体への内部接続を行わないため、衛生用途での使用が許可されていますか?

リービッヒ:現在の衛生業界の規格 (3-A など) は、主に製品の接触面の要件 (つまり、表面仕上げ、最小半径など、またはすべての食品接触面) に関係しています。 HNI はプロセス メディアと接触しないため、標準要件のほとんどは適用されません。 もちろん、製品と接触しない表面 (主に洗浄性に関する) については、当社が設計した一般的なガイドラインがいくつかあります。 当社は今後数か月以内に正式な 3-A 認証の取得を進める予定ですが、HANI は完全に非侵襲的であるため、既存の食品および飲料の顧客は誰も認証を必要としていませんでした。

FE: このテクノロジーは、市販されている他の温度センサーとどう違うのですか? あなたが知っているこのタイプのセンサーを作っている人は他にいますか? もしそうなら、HANI は他のものとどう違うのでしょうか?

リービッヒ: HANI は、温度計算を支援するために薄膜熱流束センサーを使用する、市場で唯一の温度センサーです。 これと独自のアルゴリズムは特許出願の基礎であり、オメガ HANI センサーが非侵襲性温度センサーの市場で最高の精度 (±0.5°C) と応答時間 (t63 = 5 秒) を実現できるようになります。 実際、HANI は、浸漬型 RTD 温度センサーに匹敵する応答時間と精度を備えた唯一の非侵襲的温度センサーです。 また、この種のセンサーでは工具を使わずにわずか数秒で取り付けることができる唯一のセンサーでもあります。 また、HANI は市場にある他の非侵襲性温度センサーよりも安価であることにも言及しておきます。

FE: このセンサーは現在入手可能ですか? 飲食業界でこのデバイスを使用している人はいますか?もしいる場合、その反応はどうですか?

リービッヒ:弊社 Web サイトでは、HANI の産業用パイプと衛生パイプの両方のバージョンを購入できます。 食品および飲料業界の多くのお客様がすでにビール醸造所、牛乳低温殺菌工場、アイスクリーム工場、ヨーグルト工場、缶詰ラインなどでHANIを使用しています。 この製品の開発を通じて、私たちはそれを試して素晴らしいフィードバックをくれる多くの素晴らしい人々に会いました。 彼らの最初の反応は次のとおりです。「うわー、どうやってそんなことするの？」 そして、「すごいですね、どこで買えますか？」 数か月前、デンバーで開催されたクラフト ブリュワーズ カンファレンスにブースを出展しましたが、「これは私のノックアウトに最適です!」という声が聞こえたに違いありません。 百回くらい。 クリーブランドの Saucy Brew Works は、この技術を最も早く導入したビール醸造所の 1 つです。

FE: このテクノロジーの次の展開は何ですか?

リービッヒ:新しいアプリケーションを見つけるたびに、Web サイトで新しいパイプ サイズを継続的にリリースしていますが、パイプは現在私たちが関心を持っているアプリケーションの 1 つにすぎません。 実際、私たちは現在、数社の OEM と協力して、タンクやケトルの F&B および製薬用途向けにこの技術を開発しています。

FE: 何か重要なことを聞​​き忘れたことはありますか?

リービッヒ:HANI は 4 ～ 20 mA のアナログ出力を備えていますが、オメガのレイヤー N エコシステムを使用したワイヤレス監視に対応した IIoT/クラウド対応のスマート センサーでもあります。

技術情報については、Omega HNI ユーザー ガイド: https://assets.omega.com/manuals/HTS-HANI-CLAMP-S_Manual.pdf を参照してください。