Niemals den Durchblick verlieren

Warum der Inline-Einsatz von optischen Messmethoden herausfordernd ist.

Der Trend im produzierenden Gewerbe geht in Richtung Automatisierung: Daten aufzeichnen, in Echtzeit Zusammenhänge erkennen, den Anlagenbetrieb kontrollieren. Dafür müssen immer mehr Prozessdaten inline erfasst werden. Die Umsetzung ist für manche Messgrößen jedoch einfacher als für andere.

Standard-Messgrößen charakterisieren den Zustand des Apparats: Temperatur, Druck, Füllstand, Volumen- und Massenströme. Diese Messgrößen sind mit wenig Aufwand sehr genau und zuverlässig abgreifbar.

Anders verhält es sich mit optischen Messgrößen. Diese inline zu erfassen, stellt Messtechnikhersteller und Anwender vor größere Herausforderungen. Optische Messgrößen charakterisieren den Zustand des Fluids im Apparat: Zusammensetzung, Trübung, Farbe, Viskosität, Geschwindigkeit und Größe von Partikeln.

Optische Messgeräte funktionieren alle nach demselben Prinzip: ein Lichtstrahl (Quelle: Lampe, LED oder Laser) wird in das Fluid gesendet und wird dort verändert (Intensität, Richtung, Wellenlänge…). Ein Detektor zeichnet die Veränderung auf. Ergebnis ist ein Signal oder ein Bild.

Was sind nun die Herausforderungen bei der Implementierung?

Sichtgläser: Der optische Zugang zum Apparat muss jederzeit für das passierende Licht frei bleiben. Fouling oder anhaftende Blasen verfälschen die Messung stark.
Die sensible Elektronik (Lichtquelle, Detektor, Linsen) muss gegen hohe Temperatur und Feuchtigkeit abgeschirmt sein. Lösung hier ist häufig eine Temperierung und Inertisierung mit Spülmedien.
Die Ausrichtung von Lichtquelle zu Detektor, die sogenannte optische Achse, muss exakt sein und auch bei Vibrationen am Apparat stabil bleiben.
Interpretation der Daten: Signale müssen modelliert und kalibriert werden, Bilddaten müssen ausgewertet und die relevante Bildinformation weitergeleitet werden.
Die Messtechnik sollte keinen Einfluss auf die Strömung im Apparat haben, eine Invasivität muss ausgeschlossen werden.
Besonders heikel bei der Erzeugung von Bildern: Die richtige Wahl der Beleuchtungsquelle. Die Beleuchtung sollte stark genug und homogen sein. Gleichzeitig müssen Belichtungszeiten kurz sein, um bei bewegten Fluiden keine Bewegungsunschärfe zu bekommen.
Nicht zuletzt: optische Komponenten sind kostenintensiv, wodurch optische Messtechnik nicht flächendeckend eingesetzt werden kann.

Fazit

Bildgebende optische Inline-Messgeräte stecken voller Innovation und Technologie. Ein Einsatz lohnt vor allem bei Prozessen mit viel Einsparpotential, bei sensiblen Prozessschritten, bei Produkten mit strengen Spezifikationen und in sicherheitsrelevanten Anlagenteilen.

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