Obtenez la température dans un tuyau sans percer de trou

Ken Leibig, directeur de l'ingénierie d'Omega Engineering.

Prendre la température d'un fluide en mouvement à l'intérieur d'un tuyau sans insérer de sonde de température et obtenir une mesure précise grâce à la température externe du tuyau ? Tu plaisantes. Est-ce une blague?

Ce fut ma première impression après avoir repéré une nouvelle technologie développée par Omega Engineering et présentée lors de la récente conférence en ligne sur l'automatisation et la fabrication de produits alimentaires de FE dans la zone des exposants (voir sous "Événements" sur le site Web). Mais j'ai pensé que si quelqu'un pouvait le faire, Omega le pouvait. Après tout, Omega a écrit le livre sur la température, littéralement parlant. Je ne pense pas que le manuel de température de plus de 1 000 pages soit plus imprimé, mais vous - comme moi - en avez peut-être un exemplaire quelque part sur une étagère poussiéreuse.

OK, j'ai une formation en génie électrique, donc je n'ai pas peur de l'électricité. Cependant, avec la plomberie et les tuyaux qui fuient, c'est une autre histoire. Parfois, j'ai l'impression d'avoir la touche Midas inversée en ce qui concerne les vannes et la tuyauterie. Donc, si vous détestez l'idée de jouer avec des tuyaux pour obtenir une lecture de température, cette invention peut être pour vous. Il vous suffit de l'attacher ou de le serrer sur le tuyau, ce que même moi je peux faire sans perturber la plomberie.

Le capteur de température à pince HANI peut être installé en environ cinq secondes ; ne nécessite aucune coupe, perçage ou soudage ; et fournit une précision au niveau de la sonde d'immersion. Comme ce que l'on peut attendre d'une société d'ingénierie, le terme HANI est un acronyme qui signifie en fait "haute précision, non invasive". Comme avec les autres produits de capteur Omega, il est livré avec une sortie 4-20 mA et peut être couplé à des contrôleurs et automates standard avec des entrées de température 4-20 mA. L'appareil peut également être couplé à une passerelle sans fil, et Ken Leibig, directeur de l'ingénierie d'Omega, me dit que la société travaille également sur des options de communication numérique.

Ken est l'inventeur exubérant du capteur de température HANI, et j'ai parlé avec lui pour en savoir plus sur cet appareil et le travail qui a été nécessaire à la conception du capteur.

FE : Ken, il ne fait aucun doute que plusieurs applications industrielles en plus de l'alimentation et des boissons pourraient bénéficier d'une sonde de température à pince précise. Qu'est-ce qui vous a amené à développer un capteur de température de canalisation non invasif ?

Ken Leibig : Chez Omega, nous essayons toujours de rendre la détection et la mesure aussi simples que possible pour nos clients. Alors, naturellement, quand nous avons lancé l'idée en interne, c'est devenu une sensation instantanée. Les cas d'utilisation et les avantages semblent croître chaque jour.

FE : La nourriture et les boissons semblent être une bonne application pour cette sonde. Avez-vous entendu parler de personnes du secteur de l'alimentation et des boissons à la recherche de solutions particulières ?

Leibig : Étonnamment, personne ne nous a demandé quelque chose comme ça directement. Les clients du secteur de l'alimentation et des boissons ont vécu avec les sondes invasives comme un mal nécessaire pour toujours. Avant le HANI, la seule façon d'obtenir une lecture rapide et précise de la température était d'installer une sonde dans les lignes de traitement. Après avoir eu l'idée, nous sommes sortis et avons commencé à parler directement aux clients pour valider nos convictions. Au début du développement, un client nous a parlé du processus de déplacement d'une de ses sondes invasives en aval pour obtenir une lecture de température plus proche de sa ligne de mise en conserve. Les coûts pour fermer leur ligne de production pendant une journée et faire venir un soudeur sanitaire juste pour déplacer un emplacement de détection de 8 pieds étaient énormes. Nous avons de nombreux petits clients qui ne peuvent tout simplement pas se permettre d'ajouter de nouveaux emplacements de détection de sondes à immersion. Avec la possibilité de serrer, lire la température, serrer et déplacer en quelques minutes, le HANI change la donne. Nous avons également des clients plus importants qui préparent des aliments avec des inclusions (c'est-à-dire de la crème glacée avec des pépites de chocolat). Dans ces applications, les sondes à immersion sont recouvertes de produit et au fil du temps, elles perdent en précision, réagissent plus lentement aux changements de température, deviennent difficiles à nettoyer et parfois même se cassent au cours du processus. Il existe des centaines de cas d'utilisation au-delà de ces deux cas, et lorsque vous examinez tous les points faibles de la détection par immersion ensemble, il devient évident que la détection non invasive est la solution.

FE : Omega a-t-il déjà déposé un brevet ?

Leibig :Oui, nous avons déposé une demande de brevet provisoire pour cette invention en février 2021.

FE : Sur quel principe fonctionne le capteur ?

Leibig :La base est la loi de Fourier sur la conduction thermique, q = -k∇T.

FE : Omega promet une précision aussi bonne qu'une sonde à immersion. Comment tu fais ça?

Leibig : Si nous mesurons la température à l'extérieur du tuyau, la quantité de perte de chaleur du tuyau et connaissons quelques éléments communs sur le tuyau lui-même (c'est-à-dire la conductivité thermique, l'épaisseur et le diamètre), nous pouvons réorganiser la loi de Fourier pour déterminer la température à l'intérieur du tuyau. Nous avons pris ce principe, l'avons conditionné de manière innovante et avons développé un algorithme propriétaire pour optimiser le temps de réponse et la précision du capteur.

FE : Quels types de tuyauteries métalliques peut-on utiliser et quelles épaisseurs ? Et les diamètres ?

Leibig : Tous. La conception mécanique est optimisée en fonction du diamètre du tuyau du client, mais c'est la seule chose qui doit être spécifiée au moment de la commande. Actuellement, nous pouvons faire n'importe quelle taille de tuyau d'un pouce ou plus, mais nous devrions bientôt avoir quelque chose pour les tuyaux plus petits aussi. Nous avons laissé les caractéristiques du tuyau, telles que la conductivité thermique, l'épaisseur et le diamètre, comme paramètres d'entrée modifiables par l'utilisateur dans notre algorithme. Les capteurs sont préconfigurés pour l'acier inoxydable et l'épaisseur de paroi standard. Nous fournissons un logiciel gratuit appelé Omega Sync que les clients peuvent utiliser pour modifier les paramètres du capteur s'ils souhaitent choisir un matériau autre que l'acier inoxydable ou spécifier un tuyau à paroi plus épaisse. Étant donné que la plupart des clients ne connaissent pas la conductivité thermique des tuyaux qu'ils utilisent, nous avons préchargé une liste de matériaux courants que nos clients utilisent, tels que l'acier inoxydable, l'acier au carbone, l'acier galvanisé, le cuivre, le laiton et l'aluminium. Des tuyaux en plastique et en verre sont actuellement en cours de développement.

FE : Comment configurez-vous et étalonnez-vous le capteur de température ? Quel logiciel est requis ?

Leibig : Pour monter, tout ce que vous avez à faire est d'enrouler la sangle du capteur autour de votre tuyau et de tirer le mécanisme de verrouillage rapide, qui règle automatiquement la tension pour le diamètre de tuyau spécifié. L'un de nos clients brasseurs l'a décrit comme "littéralement la chose la plus simple que j'aie jamais faite". Il faut 10 secondes pour déballer et monter. Électriquement, il y a deux façons de se connecter. Le premier est avec un système analogique 4-20mA alimenté en boucle, ce qui est généralement la préférence lorsqu'un client souhaite que le capteur soit câblé pour une surveillance et un contrôle à long terme. Si vous préférez effectuer des lectures de température numériques ad hoc faciles, vous pouvez utiliser un câble IF-001 M12 vers USB pour connecter le capteur à votre ordinateur portable et utiliser notre logiciel gratuit Omega Sync pour lire et enregistrer les données de température. Chaque capteur reçoit un étalonnage standard en deux points de l'usine ; Ainsi, si vous utilisez un tuyau sanitaire en acier inoxydable à paroi standard, le capteur est prêt à l'emploi. Si vous utilisez un matériau de tuyau différent ou une épaisseur de paroi non standard, utilisez simplement le câble M12 vers USB et Omega Sync pour modifier les paramètres.

FE : Quels sont les milieux de processus qui peuvent être mesurés ? Quelle est la température ambiante recommandée de la pièce où la température de la tuyauterie sera vérifiée ?

Leibig : Actuellement, nous prenons en charge la plupart des fluides de traitement liquides. Nous ne prenons pas encore en charge les fluides sous forme gazeuse. La spécification de précision (±0,5 °C) a été développée autour de fluides à base d'eau et a été validée dans des applications client pour des fluides tels que la bière, la crème glacée, la pâte de tomate et les mélanges 50/50 glycol/eau. Nous soupçonnons que les fluides à faible conductivité thermique, à viscosité élevée et à faible débit seront moins précis au départ, mais grâce à Omega Sync, les clients peuvent effectuer un étalonnage en un ou deux points dans leur propre application pour apporter la précision dans le annoncé ±0,5°C pour les applications sanitaires. La température ambiante recommandée est comprise entre 0 et 40°C.

FE : Cet appareil n'établissant aucune liaison interne avec le fluide du procédé, est-il autorisé pour les applications sanitaires ?

Leibig : Les normes actuelles de l'industrie sanitaire (telles que 3-A) concernent principalement les exigences de surface de contact du produit (c'est-à-dire la finition de surface, les rayons minimaux, etc. ou toutes les surfaces de contact alimentaire). Étant donné que le HANI n'entre pas en contact avec le fluide de traitement, la plupart des exigences standard ne s'appliquent pas. Bien sûr, il existe des directives générales sur les surfaces sans contact avec le produit (principalement autour de la nettoyabilité) que nous avons conçues autour. Nous prévoyons d'aller de l'avant avec la certification officielle 3-A dans les mois à venir, mais aucun de nos clients actuels du secteur de l'alimentation et des boissons ne l'a exigée, car le HANI est totalement non invasif.

FE : Comment cette technologie se compare-t-elle aux autres capteurs de température du marché ? Est-ce que quelqu'un d'autre fabrique ce type de capteur que vous connaissez? Si oui, en quoi HANI diffère-t-il des autres ?

Leibig : Le HANI est le seul capteur de température sur le marché qui utilise un capteur de flux thermique à couche mince pour faciliter le calcul de la température. Ceci et l'algorithme propriétaire sont à la base de la demande de brevet et permettent au capteur Omega HANI d'avoir la meilleure précision (±0,5°C) et les meilleurs temps de réponse (t63 = 5 sec) sur le marché pour les capteurs de température non invasifs. En fait, le HANI est le seul capteur de température non invasif qui a des temps de réponse et des précisions comparables à un capteur de température RTD à immersion. C'est aussi le seul capteur de ce type qui peut être monté en quelques secondes et sans aucun outil. Et, je dois également mentionner que le HANI est moins cher que les autres capteurs de température non invasifs du marché.

FE : Ce capteur est-il disponible maintenant ? Y a-t-il quelqu'un dans les aliments et les boissons qui utilise l'appareil, et si oui, quelles ont été leurs réactions ?

Leibig : Vous pouvez acheter des versions de tuyaux industriels et sanitaires de notre HANI sur notre site Web. Nous avons de nombreux clients dans le secteur de l'alimentation et des boissons qui utilisent déjà le HANI dans les brasseries, les usines de pasteurisation du lait, les usines de crème glacée, les usines de yaourt, les lignes de mise en conserve et plus encore. Grâce au développement de ce produit, nous avons rencontré beaucoup de gens formidables qui étaient prêts à le tester et à nous faire part de leurs commentaires. Leur première réaction est : "Wow, comment fais-tu ça ?" Et puis: "Super, où puis-je en acheter un?" Nous avions un stand à la conférence Craft Brewer à Denver il y a quelques mois, et j'ai dû entendre "C'est parfait pour mon KO!" une centaine de fois. Saucy Brew Works à Cleveland a été l'une des premières brasseries à adopter cette technologie.

FE : Quelle est la prochaine étape pour cette technologie ?

Leibig : Nous publions continuellement de nouvelles tailles de tuyaux sur notre site Web à mesure que nous trouvons de nouvelles applications, mais les tuyaux ne sont que l'un des intérêts d'application que nous avons actuellement. En fait, nous travaillons actuellement avec quelques équipementiers pour développer cette technologie pour les applications F&B et Pharma des réservoirs et des bouilloires.

FE : Y a-t-il quelque chose que j'ai oublié de demander qui est important ?

Leibig :Le HANI a une sortie analogique 4-20 mA, mais c'est aussi un capteur intelligent qui est prêt pour l'IIoT/Cloud pour la surveillance sans fil avec l'écosystème Layer N d'Omega.

Pour des informations techniques, lisez le Guide de l'utilisateur Omega HANI : https://assets.omega.com/manuals/HTS-HANI-CLAMP-S_Manual.pdf.