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Es ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass man bei der Feuchtemessung die Wahl zwischen NIR- und Mikrowellensensoren hat. Beide Technologien können Feuchtigkeit messen, aber jede hat ihre Vor- und Nachteile für verschiedene Anwendungen, die berücksichtigt werden müssen.
Dieser Artikel vergleicht sowohl NIR- als auch Mikrowellensysteme und erklärt, dass diese Technologien nicht miteinander konkurrieren, sondern sich gegenseitig ergänzen, wenn es um die Messung und Kontrolle von Feuchtigkeit geht. Jedes System sollte danach ausgewählt werden, was es am besten kann.

Vergleich: NIR und Mikrowelle

NIR-Sensoren können neben der Feuchtigkeit auch andere Bestandteile wie Fett- und Proteingehalt messen. Sie benötigen keinen Kontakt mit der zu messenden Substanz, und da sie nur die Oberflächenschicht messen, können sie auch kleine Mengen und statisches Material messen.
Da sie nur die Oberfläche des Materials messen, liefern NIR-Sensoren keine repräsentative Messung, wenn die Oberflächenschicht einen anderen Feuchtigkeitsgehalt aufweist als tiefere Schichten. Dies ist häufig bei Materialien der Fall, die durch Trockner oder starke Sonneneinstrahlung erhitzt wurden, da die Oberflächenschicht schneller trocknet.
NIR-Sensoren sind zwar so konzipiert, dass sie diese Auswirkungen minimieren, werden aber dennoch durch Staub, Licht und Veränderungen in der Materialfärbung beeinflusst.
NIR-Sensoren sind in der Anschaffung und Einrichtung wesentlich teurer als Mikrowellensensoren und erfordern laufende Wartungsverträge, die bei Mikrowellensensoren nicht erforderlich sind.
Digitale Mikrowellensensoren verwenden eine durchdringende Messtechnik, um tiefer in das Material hinein zu messen. Sie werden nicht durch Veränderungen bei Staub, Licht und Materialfärbung beeinträchtigt. Anstelle von empfindlichen Linsen können sie eine äußerst verschleißfeste Keramik verwenden, die für den Materialkontakt ausgelegt ist. Dadurch können Mikrowellensensoren auch in stark beanspruchten und staubigen Industrieumgebungen eingesetzt werden.
Die für die Messung verwendeten Komponenten nutzen sich im Laufe der Zeit nicht ab und müssen daher nicht gewartet werden. Diese Verschleißfestigkeit in Verbindung mit der Fähigkeit, zerstörungsfreie Inline-Messungen durchzuführen, senkt die Gesamtbetriebskosten aufgrund der Langlebigkeit der Geräte und des geringen Wartungsbedarfs.
Die Hauptnachteile von Mikrowellensensoren sind, dass sie nur Feuchtigkeit messen können, in Kontakt mit dem Material sein müssen und einen konstanten Materialfluss benötigen.

Komplementär: NIR und Mikrowelle

Aufgrund der vielen möglichen Anwendungen und der großen Vielfalt an Anforderungen innerhalb jeder dieser Anwendungen haben sowohl NIR- als auch digitale Mikrowellensensoren ihre Berechtigung. Der Schlüssel liegt darin, zu verstehen, welcher Sensortyp für die jeweilige Anwendung zu wählen ist, wie viele Sensoren zu installieren sind, wo sie zu platzieren sind und wo sie von einer Kombination mit einem Gegenstück, sei es NIR oder digitale Mikrowelle, profitieren würden. Sie schließen sich nicht gegenseitig aus.
Es gibt viele Prozesse, die sich nur auf den Feuchtigkeitsgehalt des Materials auswirken, so dass es nicht notwendig ist, andere Eigenschaften wie Fett und Eiweiß zu messen, die normalerweise von NIR-Sensoren erfasst werden.
Wenn viele Sensoren benötigt werden, ist es sinnvoller, zunächst in Mikrowellensensoren zu investieren, die preiswerter und einfach zu installieren sind und langfristig weniger Wartungsaufwand erfordern, ohne dass die Leistung beeinträchtigt wird.
Eine solche Wahl wäre besonders geeignet für die Messung des Feuchtigkeitsgehalts bei der Rohwarenannahme, der Aufbereitung, den Mahlanlagen, den Ein- und Ausgängen von Pelletierern und Trocknern sowie bei der Lagerung. Wenn Messungen für Proteine, Fette oder andere Komponenten erforderlich sind, ist ein NIR-Sensor die offensichtliche Wahl.
Die relativ geringeren Kosten digitaler Mikrowellensensoren im Vergleich zu NIR-Sensoren machen es kostengünstig, einen Sensor sowohl am Eingang als auch am Ausgang eines Prozesses zu installieren.
Der Sensor am Eingang des Prozesses kann zur Berechnung von Parametern zur Steuerung des Prozesses verwendet werden, und der Ausgangssensor kann dann zur Bestimmung des verbleibenden Fehlers und als Prozessvariable zur Berechnung von Korrekturfaktoren für den Prozess genutzt werden.
In solchen Fällen sind digitale Mikrowellen-Feuchtesensoren die klare und kostengünstigste Wahl.

Beispiel: eiweißhaltige Produkte

Ein häufiges Beispiel sind Trocknungsanwendungen, bei denen die Kontrolle der Feuchtigkeit den Grad der Denaturierung und des Abbaus von Proteinen beeinflusst. Digitale Mikrowellensensoren können vor und nach dem Prozess eingesetzt werden, um den Feuchtigkeitsgehalt des Materials zu messen und Kontrollvariablen für den Trockner zu bestimmen.
Die Verwendung von zwei NIR-Sensoren wäre kostspielig, wohingegen digitale Mikrowellensensoren durch die Auswirkungen der Oberflächenschichttrocknung am Ausgang nicht behindert werden und aufgrund der durchdringenden Messtechnik sicherstellen, dass mehr Material gemessen wird.
Mit einem NIR-Sensor können die Auswirkungen auf die Proteine nach der Trocknung des Materials überwacht werden, und diese Informationen können zur Verfeinerung des Ziels des Trocknungsprozesses und zur Optimierung des Prozesses verwendet werden. Viele moderne Systeme nutzen heute KI, um die Prozesssteuerung automatisch zu optimieren, und erfordern Sensoren, die an möglichst vielen Stellen hochgenaue, wiederholbare und präzise Messungen liefern. Beide Arten von Sensoren verfügen über diese Eigenschaften.

Schlussfolgerung

Sensoren sollten entsprechend ihren jeweiligen Stärken und ihrem spezifischen Zweck eingesetzt werden, z. B. NIR-Sensoren zur Messung von Fett und Proteinen und/oder wenn kleine Mengen oder statisches Material gemessen werden müssen. Digitale Mikrowellensensoren, wenn nur die Feuchtemessung in dynamischen Online-Prozessen erforderlich ist. Dies kann zu einer umfassenden, kosteneffektiven Lösung für eine viel breitere Palette von Prozessschritten und einer besseren Gesamtprozesskontrolle führen.
Hydronix verfügt über eine breite Palette von Feuchtesensoren für den Einsatz in allen Bereichen, von Anwendungen mit hohem Verschleiß, hohen Temperaturen und Lebensmittelechtheit bis hin zu explosiven Atmosphären. Das Hydronix XT-Sensorsortiment ist eine perfekte Ergänzung zu den NIR-Sensoren.
Obwohl sie sich in ihren Messtechniken und -ansätzen unterscheiden, ermöglicht diese Zweckbestimmung jedem Anwender die Auswahl von Sensoren, die auf seine spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten sind, und zwar in einer Weise, die den Kapitalaufwand und die laufenden Wartungskosten minimiert, ohne die Anzahl der Messstellen und die Qualität zu beeinträchtigen, sei es nur zur Messung von Feuchtigkeit, Fetten und Proteinen oder aller drei.