Nivå fra A til Å 7:16

Lovende laser

Laser nivåmåling er en tøff utfordrer på tørrstoff der ultralyd og radar sliter.

Laser nivåmålere kan klare brasene på utfordrende tørrstoffmålinger der ultralyd og radar må melde pass. Her fra innmatingssiloene på en smelteovn.
Laser nivåmålere kan klare brasene på utfordrende tørrstoffmålinger der ultralyd og radar må melde pass. Her fra innmatingssiloene på en smelteovn. (Bilde: )

Laser nivåmåling er en tøff utfordrer på tørrstoff der ultralyd og radar sliter.

Nye muligheter med 3D

Nyere lasere på marked har en linse som roterer rundt 2 akser, og dermed skanner siloen / haugen den måler. På denne måten dannes et tredimensjonalt bilde. Dette gir ”uante muligheter” med tanke på hva man kan få ut av måleren. Dette er noen eksempler:

  • I tillegg til nivå, kan utsignalet også gis i m3 eller tonn, uavhengig av formen på haugen.
  • Via interne multipleksere kan dele opp signalet i for eksempel 16 virtuelle lasere, fordelt på 4 stk. 4-20 mA utganger.
  • En enkelt laser kan overvåke mange transportrenner / belter via èn installasjon.

Nivå fra A til Å

Automatisering & Industridatas artikkelserie ”Nivå – fra A til Å” dekker nivåmåling i industrielle applikasjoner.

Artikkelen om laser nivåmåling er utviklet i tett samarbeid med instrumenteringsleverandøren Process Partners spesialister innen nivåmåling.

Teknologien byr på enkle installasjons- og omgivelseskrav kombinert med god pålitelighet og stort arbeidsområde.

Sender lyspuls

Laser nivåmåling har vært tilgjengelig på markedet i mange år. Men grunnet relativt høye priser at ikke teknologien slått helt gjennom. Først de siste årene har det blitt lansert målere som kan konkurrere med Guided Wave Radar (GWR) og ultralyd på pris.

Som for mange andre måleprinsipp, er grunnprinsippet for lasere ”Time of Flight”: enheten sender ut en lyspuls og elektronikken ser på tiden det tar for denne pulsen å nå overflaten på mediet og returnere til linsen.

Alle berøringsfrie teknologier, som laser, ultralyd, radar etc., er underlagt loven om refleksjon: enhver bølge som sendes inn mot en overflate vil bli reflektert i henhold til regelen ”inngangsvinkel = utgangsvinkel”, dersom overflatens finhet er mindre enn en bølgelengde av signalet som sendes inn. Altså: sendes et signal på skrå inn mot en overflate, går det på skrå ut igjen, på motsatt side.

Superkorte bølger

Hva gjør da en laser ofte bedre egnet enn ultralyd og radar? Jo, bølgelengden: signalet, som laseren sender ut, har meget kort bølgelengde, typisk 1 mikrometer (radar = 10.000 - 15.000 mikrometer). Ved montering av for eksempel ultralyd og radar, må måleren alltid monteres vinkelrett (90 grader) på den overflaten den skal detektere. Hvis ikke, forsvinner signalet ”ut i det blå”.

En laser har ikke dette problemet. Alle overflater vil tilsynelatende være grove (pga. signalets korte bølgelengde) og refleksjonen blir diffus. Dette betyr at lyset blir reflektert i alle retninger. Linsen, på laseren, er utformet slik at den kun leser lys i samme retning som den sender ut. Derfor vil alle uinteressante refleksjoner være usynlige for detektoren (a la skylapper). Dette gjør at laseren kan monteres og måle på skrå i forhold til overflaten den skal detektere. Den er derfor spesielt egnet for måling på tørrstoff. Der er overflaten sjelden vannrett, men heller dominert av topper og krater.

Ingen falske ekko

Den korte bølgelengden, på laseren, gjør at den ikke har noen strålespredning. Dette i motsetning til ultralyd og radar, som ofte har problem med falske ekko fra interne strukturer, vegger, rørverk etc. i tanker og siloer. Laseren sender et signal med diameter Ø = 50 mm rett fram, uten strålespredning, og er derfor meget godt egnet for installasjon på lange og trange applikasjoner.

På koniske tanker siktes for eksempel strålen helt ned i bunnen, uten at det blir problemer med falske ekko. Det kan også kan måles gjennom luker eller trange passasjer i et anlegg. Når laseren kan måle lange avstander, uten strålesperedning, kan den også monteres langt fra mediet. Den trekkes dermed bort fra potensielle problemer, som sterke vibrasjoner, høy temperatur, mekaniske skader etc.

Laseren vil, som en radar, i meget liten grad påvirkes av endringer i temperatur og trykk, eller hva slags bæremedie (luft / gass) som befinner seg i siloer og tanker.

Må ”se” overflaten

Som alle andre måleprinsipp, har laser også sine begrensninger. Laserens største utfordring er støv og damp. En tommelfingerregel: dersom overflaten, som skal måles, kan ses fra laserens monteringssted, fungerer måleprinsippet. Dette gjelder selvsagt bare i perioder det er aktuelt å måle nivået, altså ikke når en silo for eksempel fylles.

Selv om laseren ikke kan utsettes for trykk, kan den til gjengjeld måle gjennom glass. Ved trykksatte applikasjoner kan derfor laseren trekkes ut av tanken og heller ”se” gjennom et prosessvindu. Dette gir også muligheter for å pakke in laseren slik at den kan brukes i eksplosjonsfarlige områder.

Allsidige applikasjoner

Laser er verken avhengig av et mediets dielektrisitetskonstant eller ledningsevne. Alle overflater reflekterer laserens lys, bortsett fra rent vann (saltvann vil detekteres på grunn av saltkrystallene), glass etc. der lyset går igjennom. Så fort overflaten får en farge, vil laseren fungere. Mørke overflater reflekterer dårligere enn lyse, men de fleste lasere, beregnet for prosessmålinger, kompenserer og regulerer automatisk signalstyrken som skal til for å få et bra målesignal.

Laseren er derfor velegnet til å måle på veldig mange applikasjoner for både væsker og tørrstoff, men det er på tørrstoff måleprinsippet har vist de største fortrinnene.

Et stadig større bruksområde, for laser, er posisjonering av vogner, conveyere og lignende. På den type målinger brukes det ofte refleksbrikker på gjenstanden som det måles mot. Dette bidrar både til økt nøyaktighet og måleavstand.

Laser kan benyttes på avstander opp mot 350 m. Avstanden avhenger av et fåtall parametere, som lasereffekt, fargen og overflaten på mediet, og selvsagt gjennomskinneligheten i luften på målestedet. Det kan også måles i annen gass enn luft, og nøyaktigheten påvirkes verken av gassammensetning eller trykk.

Nøyaktigheten vil, ved en vanlig installasjon, ligge på +/- 30 mm med en oppløsning på 10 mm. Dette kan forbedres ved programmering og en mer kontrollert montasje av laseren, men erfaringsmessig er disse tallene langt bedre enn godt nok, i de aller fleste tilfeller.

Eksempel på applikasjoner:

  • Tørre medier: Stein, pukk, sand, kull, korn, pellets, trekubber, snø, plastpellets, papirbrudd på papirmaskin, tiltetting av transportbånd.
  • Væsker: Bølgehøyder i saltvann, nivå i kloakk, oljer, lim, skum, sement.
  • Andre applikasjoner: Posisjonering av kraner, heiser, vogner etc.

Meget rask respons

Lasere har en meget rask målesyklus og de raskeste kan oppdatere utgangen opp til 6 ganger i sekundet (6 Hz). Dette er langt raskere enn hva som normalt kreves for nivåapplikasjoner, men det kan være aktuelt dersom oppgaven gjelder posisjonering av kraner, vogner etc. Det finnes for eksempel en applikasjon der en laser, montert på et kjørende tog, teller jernbanesviller på en linjen.

Sikker ”som banken”

Mange vil kanskje være urolige for sikkerheten rundt bruk av laserlys i sine anlegg. Alle nivåmålere fra amerikanske K-Tek er for eksempel innenfor sikkerhetsklasse 1, i henhold til BS EN 6085. Generelt er alle lasere gradert i fire klasser: 1 er totalt harmløs, og klasse 4 er farlig. Det er 4 aspekter som fastsetter sikkerheten:

  • tiden laseren er slått på
  • effekten
  • fokusering av strålen
  • bølgelengden.

Alle disse faktorene er avpasset slik at de ligger innenfor klasse 1 laser for vårt eksempel med K-Teks løsninger. Verken spesielle briller eller annen beskyttelse er derfor nødvendig ved vedlikehold og drift av laserne.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå