Krav til stigende kvalitet og produktion pr arbejdstime gør, at alt nu så vidt muligt skal automatiseres. Og så skal der måles. Kvaliteten af et måleresultat bygges ind trin for trin, herunder fejltrin, som begynder ved prøvetagningen. Det kaldes Quality by design. De næste flere trin ligger i prøveforberedelsen, før selve måleinstrumentets usikkerhed giver den sidste påvirkning af resultatet Små menneskelige variationer og procedurefejl ganger hinanden op og påvirker måleresultaterne i en ukendt grad. Og det er ikke godt, fordi digitalisering af processer, uden kendt datakvalitet er i bedste fald værdiløs 10 til 15 % af industriens produktionsomkostninger går til at måle. Derfor er der god økonomi i at automatisere målearbejdet, med robotter.
Det vi ser, er et snitbillede af fækalier umiddelbart før indløb i rådnetanken. Det vrimler allerede med bobler. (penge) Da det ikke er muligt at tilpasse en sensor til disse tyktflydende og boblende væsker, har vi i respekt for fysikkens love og teorier, i stedet for, valgt at lade en robot tilpasse væsken til sensoren. Væskeprøven på billedet kan forberedes for optisk måling over 5 enhedsoperationer, som er indbygget i robotten. Fotometre er som regel fabrikskalibreret med væsken formazin. Formazin indeholder perfekt runde partikler i samme størrelse, og det er vedtaget, at det skal være lig med 4000 NTU. Men i virkelighedens verden har partikler ikke samme facon og størrelse, og det fører til dårlig repeterbarhed. Det viser sig også ved at displayet springer op og ned.
Derfor sender robotten prøvevæsken igennem en homogenisator, som pisker partiklerne ned i størrelse. Derefter falder displayet til ro. Det er altafgørende, at prøveforberedelsen udføres med størst mulig gentagelsesnøjagtighed. Derfor lægges opgaven over på analyserobotter der som bekendt er mennesket langt overlegen i gentagelsesnøjagtighed. Måleresultater uden anført usikkerhed er som før nævnt værdiløse. Vi skal derfor dokumentere at væskeprøven er tømt for bobler når der måles. Det gør vi på følgende måde:
Gas er kompressibelt, derfor kan stempelstangen trænge ind i gas / væske blandingen indtil gasmolekylerne er klemt ind i væsken. Når de sidste gasmolekyler er blevet til væske, stopper stemplet sin vandring. På cylinderen er der placeret en sensor som måler hvor langt stemplet er trængt ind. Stemplet fortrænger 2 cm3, pr. centimeter. Er stemplet eks. trængt 5 cm. ind ved vi at der var 10 cm3 bobler og 290 cm3 væske. Derefter sænker vi væskens gas - mætningsgrad ved at hæve trykket i og omkring boblerne til 40 bar. Ifølge Henrys lov vil dette tryk give plads til ca. 145 cm3 metan og der var kun 10 cm3. Altså ca. 15 gange sikkerheden. Desværre oplyser William Henry ikke hvor lang tid der går før gas / væske ligevægten opnås, så der har vi måttet eksperimentere os frem. Vi fandt at, den sidste boble altid vil være opløst efter ca. 5 sekunder. Boblefjerne funktionen gør at robotten kan dokumentere målesikkerheden.
Når nu vi ved, at vi står med den ultimative datakvalitet på en væskeprøve, er det nærliggende at se hvad de mange data ellers gemmer på.
Et eksempel kan være, at kontrollere om en seperationsproces forløber som ønsket, eller der skal mere eller mindre polymer i. Her bruger vi et standard fotometer som kun måler i en enkelt vinkel. Når robotten har sat prøvevæsken op på det indstillede tryk og boblerne er væk, sættes fotometeret til at logge 2 målinger i sekundet i 2 minutter. Disse 240 måleresultater lægges i en graf for visualisering af partiklernes opførsel i de 2 minutter. Grafens hældningsvinkel siger noget om partiklernes sedimentationshastighed, og når den efterladte væske er tømt for partikler helt ned til 50 NTU, betyder det at polymeren virkelig har trukket de fleste partikler med ned. I den nederste graf sker der ingenting, og efter et par minutter svæver partiklerne stadig rundt i væsken. Der er ikke polymer i væsken.
Efter præsentationen blev der spurgt om robotten kan holde sig ren? En målecyklus afsluttes med at alle produktberørte overflader skylles, og en dysse spuler direkte mod optikken på den optiske sensor. Vaskeproceduren afsluttes med, at der efterlades lidt skyllevand foran sensoren, og da vi kender klarheden på det rene vaskevand, kan vi kontrollere om der er belægninger på optikken, ved at udføre en måling. Begynder turbiditeten at stige, betyder det at optikken ikke mere er ren. Robotten kan så vaske og spule med 110 grader varmt vand, fra et lille indbygget varmtvandssystem. Næste spørgsmål var angående udgifter til vedligehold? Bortset fra 3 tætninger som skal skiftes ved det årlige eftersyn, findes der reelt ikke nogen sliddele i robotten. Den pneumatiske cylinder som fjerner bobler, er garanteret at kunne køre 1000 km. Hvis den vandrer 100 mm. pr. måling, betyder det at den skal skiftes efter 10 millioner målinger. Men, til de steder hvor der er behov for at skære væskens indhold af fibre i småstykker, vil der være en udgift til slibning eller køb af ny kniv. Kniven kan købes hos enhver værktøjshandler og koster omkring 600,- kr. Tredje spørgsmål var, hvor højt et tørstofindhold den kan måle? Væsken skal være pumpebar igennem kanaler med en lysning på Ø4 mm og ved et tryk på ca. 2 bar. Flowhastighed er ikke så kritisk, da robotter er meget tålmodige. Vi ved at 10 % ikke er noget problem, men hvor den øvre grænse ligger kan jeg ikke sige. Væskens øvrige karakteristika, som eksempelvis partikelstørrelse og viskositet har formodentlig også betydning. Det må altså komme an på en prøve. Med venlig hilsen Flemming Hansen VERI aps. flemming@risaps.com