Instrumento para la medición de la
concentración por medio de microondas
Manual de operación
Soft. C.02.14Tabla de Contenido
1. Introducción ... 4
1.1 Principio de medición ... 4
1.2 Componentes del sistema... 4
1.2.1 Sensor... 5
1.2.2 Módulo de microondas ... 5
1.2.3 Unidad de Evaluación... 5
2. Instalación ... 6
3. Interfase del usuario... 8
3.1 Panel de control ... 8
3.2 Pantalla ... 9
4. Configuración básica... 9
4.1 Lenguaje ... 9
4.2 Fecha y hora ... 9
4.3 Bloqueo de la Unidad de Evaluación ... 9
4.4 Medición en pantalla ... 10
5. Administración de los sensores... 10
5.1 Registro de sensores... 10 5.2 Descripción ... 10 5.3 Interfase... 10 5.4 Constantes de tiempo ... 11 5.5 Coeficientes iniciales ... 11 5.6 Compensación de temperatura ... 11 5.6.1 Temperatura de referencia ... 11 5.6.2 Coeficiente de temperatura ... 12 5.6.3 Punto de referencia ... 12 6. Calibración ... 12 6.1 Toma de muestras... 12 6.2 Cálculo de parámetros ... 13
6.3 Moviendo el rango de medición... 14
6.4 Ajustando la medición... 14
7. Mensajes de error ... 14
8. Memoria ... 15
8.1.1 Como guardar la configuración ... 15
8.1.2 Como cargar los valores de configuración previamente guardados ... 15
8.1.3 Reestablecimiento del sistema ... 15
2.
Instalación
Recomendaciones para su instalación en tachos de bache:
x El sensor deberá de instalarse bajo la calandria, aproximadamente a 30 cms. de esta. Si el espacio lo permite, puede instalarse en el costado del tacho (Figura 1). Si la calandria es baja, el sensor se puede instalar en el fondo del tacho (Figura 2).
Figura 1 Figura 2
x La orientación de las antenas del sensor deberá de ser de manera que permita el paso de la masa entre ellas. Esto asegurará que el material que se esté midiendo sea representativo del material que hay en todo el tacho.
x Del sensor saldrán tres cables: dos cables coaxiales para microondas y un cable del sensor de tem-peratura pt100 que se conectarán al módulo de microondas. La conexión de los cables de microon-das (cables gruesos) con el sensor puede ser algo incómoda si se hace cuando el sensor ya está ins-talado en el tacho, por lo que es más facil conectar y apretar primero los cables y después instalar el sensor en el tacho. Es importante que los cables queden bien apretados en el sensor.
x Tanto el sensor como el módulo de microondas deberán ubicarse de manera que los cables no estén en contacto con superficies calientes o con humedad excesiva. El módulo de microondas deberá co-locarse en un lugar donde no esté expuesto a temperaturas excesivas (hasta 60°C), vapor, humedad o polvo.
x Se recomienda un manejo adecuado de los dos cables de microondas, ya que cualquier fisura en el recubrimiento puede ocasionar fallas en la transmisión.
x Si el módulo de microondas va a instalarse en la pared del tacho (como en la figura 1), es recomen-dable colocarlo sobre un soporte que impida el contacto directo del módulo con el calor del tacho. x Para facilitar el monitoreo directo del Brix, es recomendable colocar la unidad de evaluación sobre un
soporte a manera que el display o pantalla quede a la altura de los ojos del operador. x No es recomendable colocar la unidad de evaluación dentro de un gabinete
ce-rrado, ya que el calor que genera esta unidad es considerable. Una manera sen-cilla y económica de proteger esta unidad es colocándole un techo que evite la caída de agua y la acumulación de polvo.
x Si no es necesario que el operador vea directamente la medición, la Unidad de Evaluación puede colocarse en un cuarto de control. La longitud máxima del ca-ble coaxial entre el módulo de microondas y la unidad de evaluación es de 150 mts.
x La alimentación eléctrica puede ser de 90 – 270 V de CA ó 18 – 36 V de CD. Es recomendable que esta alimentación sea regulada.
x Cuando el interruptor que está en el interior de la unidad de evaluación, está en la posición de en-cendido, un punto rojo se ve en el botón. Si no se ve el punto rojo, el interruptor está en la posición de apagado. Durante la instalación y durante cualquier conexión o desconexión a la unidad de eva-luación, el interruptor deberá de estar en la posición de apagado.
Para bloquear la introducción de parámetros, vaya a System/Basisconfiguration y seleccione Pin-Nr. Key-board barrier y Block keyKey-board input. Se le solicitará el número secreto. Confirme con OK.
Para desbloquearlo seleccione release keyboard input, ingrese número secreto y confirme con OK. 4.4 Medición en pantalla
En System/Basisconfiguration/Display mode, se elige entre dos opciones: cambio manual o cambio automá-tico de las visualización de los diferentes instrumentos instalados, en la pantalla. Cuando dos o más senso-res están conectados a la misma unidad de evaluación, la información de cada sensor puede aparecer ma-nualmente, oprimiendo las teclas F2 ó F3, o se puede configurar para que automáticamente cambie de un sensor a otro, después de unos segundos. Esta función no tiene efecto si solo un sensor está conectado. En Display illumination se puede programar que la pantalla se apague automáticamente después de cierto tiempo (disengage time). Esta función es útil cuando el sistema únicamente se utiliza para el control de un sistema automatizado y no para monitoreo directo de la medición. La iluminación regresará al oprimir cual-quier tecla.
Se recomienda que los parámetros Data Interfase, Software update y Reset, no sean alterados.
5.
Administración de los sensores
5.1 Registro de sensores
Antes de conectar o desconectar los sensores, la unidad de evaluación deberá de estar apagada. El cable que proviene del módulo de microondas se conectará a la clavija correspondiente (1 y 2 al frente, 3 y 4 atrás). Después de la conexión se deberá encender la unidad para dar de alta al módulo/sensor.
Ingrese al sistema de la unidad oprimiendo la tecla F4 y seleccione Sensor Management presionando la tecla
ź (F3) y confirmando con OK (F4). Seleccione el número de sensor, por ejemplo Sensor 1 y nuevamente confirme con OK.
Ingrese el número de serie del módulo de microondas correspondiente (grabado al frente del módulo), utili-zando las teclas Ÿ y Ź. Después de registrarlo, el número aparecerá en la parte superior de la pantalla. Para ingresar otros sensores, favor de repetir el procedimiento anterior.
5.2 Descripción
La pantalla de cada sensor se puede personalizar cam-biando los textos que en ella aparecen. Esto se puede hacer en System/Sensor#/Description. Las etiquetas Pro-duct name, Comment, Phys. measure item y Phys. unit pueden cambiarse a modo de describir adecuadamente que es lo que está midiendo el sensor respectivo.
La unidad física que se seleccione para que aparezca en pantalla (Bx, %, g/l, etc.), no afectará la medición.
5.3 Interfase
Seleccione System/Sensor#/Current interface y elija la señal de salida que se requerirá para su sistema de con-trol. Esta señal puede ser de 0 a 20 mA ó de 4 a 20 mA. En esta pantalla se definirá a que valor de la medición
co-rresponderá la señal analógica, por ejemplo, 4 mA puede corresponder a 70 y 20 mA a 100. Este ejemplo corresponde a un rango de medición de 70 a 100 Brix. Este rango aparecerá en la parte superior de la
ca de seguimiento de la pantalla, como se ve en la figura. La gráfica de seguimiento inferior corresponde al rango de medición establecido por la calibración del equipo.
También en esta pantalla se puede activar y desactivar una corriente de prueba para verificación del sistema de control. El valor de la corriente puede determinarse directamente, entre 0 y 20 mA. Cuando la corriente de prueba está activa, el foco “Run” parpadeará para recordarle desactivarla.
En esta misma pantalla es posible calibrar la señal de salida. 5.4 Constantes de tiempo
El instrumento está leyendo un valor cada 250 ms. Para evitar alta fluctuación, es posible configurar dos constantes de tiempo para los filtros correspondientes.
En System/Sensor#/Time const., puede cambiar los valores de Time constant M y Time constant R.
En Time constant M, es posible ingresar un número entre 0 y 999. Esta constante de tiempo filtrará el resul-tado de la medición mostrada en la pantalla y de la señal de salida de 0/4..20 mA. Para una medición esta-ble deberá de ingresarse un valor entre 10 y 60.
La constante R también puede tener un valor entre 0 y 999. El valor es un filtro para los valores de Desfase y Atenuación que aparecen en el display. Esta constante debe ser entre 3 y 10 segundos.
Los valores de Desfase (P) y Atenuación (D) deben de ser razonablemente estables y, por lo tanto, solo requerir de un valor R pequeño. Si estos valores P y D son demasiado inestables, probablemente será ne-cesario verificar la correcta instalación del instrumento.
5.5 Coeficientes iniciales
Los coeficientes A0 y A1 son el desplazamiento y la pendiente de la siguiente fórmula: Y=A1X+A0
En donde:
X – Desfase compensada
Y – Medición de la unidad física elegida.
A0 y A1 definen el rango de medición, que puede calcularse como sigue: Extremo superior del rango de medición = A0
Extremo inferior del rango de medición = (A1*360)+A0
Normalmente se toma el valor más alto del rango a medir (con ciertas reservas) como el valor A0. A1 es el coeficiente de absorción de microondas y depende de la distancia entre antenas.
El rango de medición aparece en el display, en la parte inferior de la gráfica de seguimiento. Ejemplo:
Para una aplicación en tacho bache, con distancia entre antenas de 45 mm, normalmente se usa al inicio los valores A0=100 y A1=-0.1. Estos valores dan un rango de 64 a 100 Brix.
Para una aplicación en tacho continuo, con distancia entre antenas de 60 mm, se inicia con valores A0=100 y A1=-0.075, a los que corresponde un rango de 73 a 100 Bx.
Iniciando con System, seleccione Sensor#, Calibration y Coefficients. Después ingrese los valores de A0 y A1 correspondientes a la aplicación.
5.6 Compensación de temperatura
Dado que la absorción de microondas por el medio medido depende de su temperatura, es necesario com-pensar el Desfase. Es importante determinar el valor de temperatura de referencia Tref y el coeficiente de temperatura Tk1.
5.6.1 Temperatura de referencia
La temperatura de referencia (Tref) para tachos bache es la temperatura del jarabe al momento de la intro-ducción de semilla.
Para otras aplicaciones se utiliza la temperatura nominal del proceso.
5.6.2 Coeficiente de temperatura
El coeficiente de temperatura depende del medio que se está midiendo. El valor puede ser positivo o negati-vo, y su valor absoluto no tiene límite.
Para productos de azúcar (jugo, jarabe, masa, etc.) se inicia con un valor de Tk1=+3 Para otros productos (lechada de cal, cachaza, etc.) se inicia con un valor de Tk1=-1.5
Pk=Pm-Tk1 (Tm-Tref)+P0
Donde:
Pk – Desfase compensado (Pcomp en el display) Pm – Desfase (P en el display)
Tk1 – Coeficiente de temperatura
Tm – Temperatura medida por el sensor Pt100 (T en el display) Tref – Temperatura de referencia
P0 – Desplazamiento (siempre 0)
EnSystem, seleccionar Sensor#, Temperatura compensation, Temp. corr y cambie de OFF a ON para activar la compensación por temperatura. Confirme con OK. Aparecerá el letrero “(temp.comp.)” en la pantalla. Ahora seleccione Reference Temp , ingrese el valor adecuado y confirme con OK.
5.6.3 Punto de referencia
Al inicio, es necesario posicionar los sensores en la escala de medición. Para lograr lo anterior, se toma una muestra del medio a medir y se analiza lo más rápido posible para ingresar el valor en la unidad de evalua-ción. Para esta operación no es necesaria mucha precisión; un refractómetro de mano será suficiente. Para tachos bache, normalmente se toma una muestra al llenar el tacho, pero antes del momento de ense-millar, mientras la medición en el display esté bastante estable.
Para otras aplicaciones, se toma una muestra durante el proceso normal, en un punto donde la medición esté estable.
EnSystem/Sensor#/Calibration/reffpoint, seleccione YES, OK e ingrese el punto de referencia. Esto se repetirá para cada sensor conectado a la unidad de evaluación.
6.
Calibración
6.1 Toma de muestrasPara la calibración es necesario tomar una serie de muestras del medio que se está midiendo y analizarlas en el laboratorio para conocer su concentración o Brix. El Brix de estas muestras deberá de situarse dentro del rango de medición requerido. Para tachos bache, es recomendable tomar 3 muestras de masa antes del punto de ensemillamiento y cuando menos 5 más después de este punto, hasta el final de la templa.
Para otras aplicaciones, de 3 a 5 muestras, dentro del rango de medición, serán suficientes. Anote los valores de T-ref y Tk1 con los que se está empezando la calibración.
Exactamente al momento de tomar cada muestra, los siguientes valores de la pantalla deberán de ser anota-dos:
x Hora
x La medición que el instrumento muestra en la pantalla (# Brix).
x Desfase (P).
x Desfase compensada (P_comp).
x Temperatura (T).
x Atenuación (D).
6.2 Cálculo de parámetros
En la hoja de cálculo de Excel (Calibración proMtec.xls) que viene en el CD que se entregó junto con el ins-trumento, se ingresarán los valores iniciales de Tref y Tk1 con que se está empezando la calibración.
Ingrese estos valores en las columnas respectivas y agregue los valores de Brix que se obtuvieron en el labo-ratorio.
Al terminar de ingresar los valores de todas las muestras, es necesario eliminar totalmente los renglones que no se ocuparon. Después de eliminados, hay que revisar la hoja “Gráfica”, donde se ve la línea de tendencia que formaron los valores ingresados.
En esta gráfica, los puntos deberán estar sobre la línea de tendencia o muy cerca de esta. Si la mayoría de los puntos están cerca de esta línea y alguno de ellos se aleja demasiado, es posible eliminar (en la tabla de datos) todo el renglón correspondiente a esta muestra, ya que probablemente se trate de un error analítico del laboratorio.
Lo que se busca con esta gráfica es que el valor de R2 sea lo más cercano a 1.
En la parte superior izquierda de la tabla de datos, aparecerán los valores calculados para A0 y A1. En la parte superior derecha estarán los valores que previamente ingresó para Tref y Tk1. El valor de Tref no se debe de cambiar, pero el valor de Tk1 puede ser ajustado, de modo que la desviación (el numero rojo que aparece en la columna L) sea la menor posible. Para hacer lo anterior, anote el valor de esta desviación con Tk1=3 y verifique si el valor disminuye con valores como Tk1=2, 1 ó 4. Si el valor aumenta, regrese al nú-mero 3. Si con alguno de estos valores diferentes a 3, el valor disminuye, entonces deje el valor encontrado
(1, 2 , 4, etc.) en la casilla de Tk1. El valor de Tk1, para aplicaciones en azúcar, siempre deberá de ser cer-cano a 3.
Para finalizar la calibración, anote los valores que se obtuvieron para A0, A1 y Tk1 e ingréselos en la unidad de evaluación, poniendo especial atención en que efectivamente está cambiando los valores del sensor co-rrespondiente. La ruta es System/Sensor#/Calibration/Coefficients.
6.3 Moviendo el rango de medición
Caso 1: El valor calculado de A0=91.5 y el de A1=-0.1. Estos valores resultan en un rango de medición de 55.5 a 91.5 Brix†, por lo que el límite superior es demasiado bajo, ya que el límite superior requerido es de
100. La diferencia es de +8.5 para llegar a 100 Brix.
Este rango puede ser ajustado entrando a System/Sensor#/Calibration/Coefficients. En esta pantalla, cam-bie el valor de A0 por el del número requerido, o sea 100, ya que este es el valor superior del rango (A1 no cambia). Después de cambiar el número, regrese una pantalla a Calibration y seleccione Ref-corr. Al valor actual de Ref-corr, que es 0 en un inicio, le disminuirá la cantidad que se aumentó al valor de A0, -8.5 en este caso. Ahora tendremos un rango de medición de 64 a 100 Brix.
Caso 2: A0=110 y A1=-0.09. Esto hace un rango de medición de 77.6 a 110 Brix. El límite inferior es muy alto. La diferencia con el límite deseado, 70 Brix, es de -7.6. El nuevo A0=102.4.
EnSystem/Sensor#/Calibration/Coefficients, ingrese el nuevo valor de A0=102.4 (A1 no cambia). Regrese a Ref-corr y reste la misma cantidad al valor actual (0 pasa a -7.6; 4 pasa a -3.6). Ahora se tiene un nuevo rango de medición de 70 a 102.4 Brix.
6.4 Ajustando la medición
Si después de la calibración, el valor obtenido en el laboratorio no coincide con el valor del display con una diferencia constante (ejemplo: a valores de la pantalla de 75.4, 80.7, 83.3, los resultados del laboratorio son 78.6, 83.9, 86.5; una diferencia constante de +3.2), hay que cambiar el valor de A0 según esta diferencia.
x Si el valor del laboratorio es mayor al de la pantalla, incremente A0 la misma cantidad.
x Si el valor del laboratorio es menor al de la pantalla, reduzca A0 la misma cantidad. (En el ejemplo, al valor de A0 habría que sumarle 3.2).
Los demás parámetros no se modifican.
7.
Mensajes de error
Los errores serán indicados con una luz roja (On) y un texto en la pantalla. Para eliminar el mensaje de error, deberá de entrar a System/Errorstate. La pantalla mostrará una lista de los errores. Para eliminar el mensaje de error, hay que seleccionarlo y presionar OK. El sistema le solicitará confirmar la eliminación. Una vez corregido el problema y eliminado el mensaje de error, el foco rojo de la pantalla regresará a verde. Los mensajes de error más comunes son:
x No response sensor # (Sensor # sin respuesta)
Para eliminar este mensaje, será necesario revisar todas las conexiones del instrumento. Antes de reconectar el sensor, deberá de eliminar el mensaje de error.
x Sensor # negative value (Valor negativo en Sensor #)
Un valor negativo solo ocurre si el instrumento no está calibrado o si la calibración no es precisa. Si este mensaje aparece durante la medición, será necesario revisar la calibración.
Si el tacho se vacía y el sensor no está sumergido, la lectura de la pantalla será errática, pero siempre dentro del rango determinado por la calibración, ya que la medición, aunque sea del aire alrededor de las antenas o
† El valor de A0 es el límite superior del rango de medición. El límite inferior es igual a (A1*360)+A0.
del agua de lavado, siempre estará dentro del rango preestablecido. Si por alguna razón el instrumento se cambia de lugar para medir otro medio, será necesario recalibrarlo.
8.
Memoria
8.1.1 Como guardar la configuración
EnSystem/Sensor#/Standard settings, seleccione Save settings.
Seleccione en que memoria quiere guardar la configuración: Internal memory (memoria interna de la Unidad de Evaluación) o External memory (módulo de servicio).
Seleccione uno de los espacios libres de la memoria (empty memory cell). Seleccione Save data set y confirme con OK.
La configuración actual del sensor quedará guardada para su futura recuperación.
8.1.2 Como cargar los valores de configuración previamente guardados
EnSystem/Sensor#/Standard settings, seleccione Load settings.
Seleccione de qué memoria quiere cargar la configuración: Internal memory (memoria interna de la Unidad de Evaluación) o External memory (módulo de servicio).
Seleccione el espacio con los valores que quiera recuperar. Seleccione Load data set y confirme con OK.
EnSystem/Memory allocation, puede copiar y borrar espacios de la memoria o la memoria completa.
En los espacios S1, S2, S3 y S4 están guardados los datos de la configuración actual de los sensores 1, 2, 3 y 4.
8.1.3 Reestablecimiento del sistema
En caso de cortes de energía, puede ser necesario reestablecer el sistema. Para hacer esto, ir a Sys-tem/Basisconfiguration y seleccione Reset. Confirme con OK.
