Am Forschungszentrum für Nichteisenmetalle (FNE) in Freiberg wurde eine Mikrowellentrocknungsanlage mit 12 kW Leistung aufgebaut. Zur Steuerung, Regelung und Überwachung der Mikrowellenleistung wurde das faseroptische Thermometer getTemp-4 eingesetzt. Das getTemp-4 besitzt vier Messsonden, sodass man an vier verschiedenen Orten im Ofen die Temperatur ermitteln kann.
Zur Verhinderungen von örtlichen Überhitzungen und Bränden aufgrund der Ankopplung des zu trocknenden Materials ist eine Temperaturregelung zwingend notwendig.
Blick in die Mikrowellentrocknungsanlage
Messaufbau:
Über eine Durchführung im Gehäuse der Anlage wurde die faseroptische Sonde des Thermometers im Inneren der Anlage (in der Probe) positioniert (siehe oben). Aufgrund der faseroptischen Signalleitung entsteht keine Beeinflussung durch Mikrowellenstrahlung. Das Thermometer ist bis zu 350°C einsetzbar.
Die Temperatur kann entweder am Display abgelesen, mit Hilfe der mitgelieferten Software ausgewertet werden oder man nutzt ein 4-20 mA Ausgangssignal, wie es bei dieser Anwendung der Fall war.
Durchführung und Steuerung der Anlage:
Die Bedingungen für die exakte Einhaltung der Istwertvorgaben für den Trocknungsversuch waren bezüglich dem Materialmengen- / Leistungsverhältnis sehr ungünstig. Es lag bei 2 kg Si, ca. 1,5 l Wasser und einem Heizleistungsangebot von 6 kW.
Grafischer Verlauf eines Mikrowellentrocknungszyklus, zeitlicher Verlauf der Ist- und Solltemperaturverlauf und Mikrowellenleistung
Die Kurvenverläufe in der obigen Graphik zeigen, dass die Prozessregelung über den getTemp-Temperatursensor des faseroptischen Systems ausgesprochen gut funktioniert. Die Sollwertvorgabe für die Aufheizkurve wird mit geringen, technisch vertretbaren Abweichungen durch den Istwert nachgezeichnet.
Gleiches gilt für den Haltebereich bei 80 °C. Zu sehen ist auch der Effekt der beginnenden Wasserverdampfung mit der sich einstellenden Istwerttemperatur von
100 °C +/- 2 °C bei einer Reglervorgabe von 108 °C.
Nach vollständigem Ausdampfen des Wassers steigt die Temperatur sprunghaft, der Regler kann aber sofort reagieren, was der Aussteuerungsgrad der Mikrowellenleistung, der auf „0“ zurückgeht, nachweist. Erst nach Abkühlung und Annäherung an die Sollwertvorgabe von 110 °C schaltet die Leistung zu, ohne Wasserverdampfung jedoch mit geringerer Leistung.
Zukunftsprognose:
Es wird erwartet, dass mit zunehmender Materialmenge und damit besserem Mengen- / Leistungsverhältnis die Kurven noch exakter eingehalten werden und vor allem die Überhitzung nach vollständiger Wasserverdampfung wesentlich geringer ausfällt.
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