FLANDERS' FOOD RADAR

Draadloze dataloggers voor on-line procesopvolging bij extreme temperaturen

Recente doorbraken in batterijtechnologie hebben de prestaties en levensduur van batterijen, zelfs bij extreme temperaturen, sterk verbeterd. Deze evolutie zet de deur open voor draadloze dataloggers voor on-line procesopvolging van vriesdrogen tot sterilisatie.

Sinds kort zijn  er een aantal draadloze sensoren commercieel beschikbaar die on-line-procesopvolging mogelijk maken bij temperaturen van -85°C tot 150°C. De modellen zijn drukbestendig en waterdicht en registreren de t emperatuur, tot 60000 meetwaarden, met een zeer hoge meetnauwkeurigheid. Tijdens het proces worden  de meetwaarden niet alleen intern opgeslagen, maar tevens draadloos verzonden naar het leesstation via de  wereldwijd goedgekeurde 2.4 GHz frequentie. Dit stelt de gebruiker in staat het proces in realtime te volgen en onmiddellijk in te grijpen bij afwijkingen. De dataloggers (Bvb Figuur 1) die ontwikkeld werden door Ebro en Ellab zijn geschikt voor de procesopvolging tijdens vriesdrogen, pasteurisatie of sterilisatie. Voor een breed gala aan toepassingen werden loggers ontwikkeld met specifieke sensoren en   vormgeving, zodat optimale prestaties worden gerealiseerd.


Figuur 1: EBI-10 (Bron Ebro)

Opbouw dataloggers

De dataloggers bestaan afhankelijk van de toepassing uit een interne of externe temperatuursensor en verschillende elektronische componenten die samen met de batterij ingebed zijn in een isolerende laag.

Als temperatuursensor wordt een ‘Pt100’ of ‘Pt1000’ gebruikt. Dit type sensoren meet de temperatuur aan de hand van de weerstandsverandering van een platinadraad. De ‘Pt100’ en ‘Pt1000’ hebben respectievelijk een weerstand van 100 en 1000 Ohm bij 0°C. Bij lagere temperatuur daalt de weerstand, bij grotere temperatuur stijgt de weerstand. Het voordeel van dit type sensoren is hun uitstekende nauwkeurigheid en stabiliteit.

De loggers van uit de ‘EBI-10’ reeks van Ebro halen nauwkeurigheden van ±0.5°C (-85°C tot -40°C), ±0.2°C (-40C° tot 0°C), ±0.1°C (0°C tot +140°C). Ellab claimt met zijn ‘Tracksense Pro’ nog kleinere marges (Figuren 2 en 3).


Figuur 2 : Temperatuur en druksensoren voor verschillende toepassingen (Bron Ebro)

Het meetbereik van de draadloze loggers wordt beperkt door de mogelijkheden van de elektronica en vooral de energievoorziening ervan. Bereiken van -85°C tot +150°C zijn mogelijk dankzij sterke isolatie van de elektronische componenten en door gebruik te maken van de nieuwste militaire technologie voor batterijen.

Standaard lithium (type Li-MnO2) batterijen kunnen de nodige energie leveren tussen -40°C en +60°C. Lager dan -40°C leveren ze geen stroom meer en hoger dan 60°C hebben ze een zeer grote zelfontlading, die de batterij extra verwarmd en kan leiden tot zelfontbranding.

Voor militaire- en ruimtevaarttoepassingen werden batterijen ontwikkeld (type Li-SOCl2) die een veel extremer temperatuursbereik aankunnen van -55°C tot +125°C. Gebruik bij lagere temperatuur is mogelijk ten koste van de geleverde stroom, bij hogere temperatuur wordt de levensduur van de batterijen beperkt.


Figuur 3: Temperatuursensoren voor verschillende toepassingen (Bron Ellab)

De draadloze communicatie gebeurt volgens de IEEE802.15.4 standaard die speciaal werd ontwikkeld om extra zuinig data te versturen om zo de batterij zoveel mogelijk te sparen.

Nog extremer?

Om korte hitte- of koudepieken op te vangen en de loggers betere bestendig te maken tegen mechanische schade werden er siliconen omhulsels ontworpen (Figuur 4).

Aangezien de elektronica de zwakke schakel is, is het opvolgen van processen bij nog extremere temperaturen met de huidige technologie enkel mogelijk door hetzij de logger buiten de proceskamer te brengen, hetzij de logger extra te isoleren. Dit laatste kan met een speciaal isolatiepakket dat de temperatuur van de logger onder 150°C houdt, terwijl de externe temperatuursensor zich in veel warmere omgeving bevindt. De dimensies van nodige isolaties hangen af van temperatuur en tijd (Figuur 4).


Figuur 4: Siliconen bescherming tegen hittepieken en mechanische schade (AL-100) (links). Voorbeeld van een thermisch isolatiepakket (EBI-TIB) (rechts). (Bron Ebro)

Bronnen

Nuttige links

Nuttige links