光速で革新的なレベル測定を実現

自動化の進展により、製粉業界では革新的なアプリケーションのために、より多くのインテリジェントセンサーが使用されるようになっています。プロセス制御のための重要なセンサー群は、ビンやサイロの高低レベル検出、アキュムレーション保護、流量監視、レンジ測定、位置追跡のためのプローブです。ポイントレベルセンサーは、回転式レベルインジケータ、キャパシタンスプローブ、振動式ロッドなど、製粉業界で最も頻繁に導入されているソリューションです。回転式レベルセンサーは、粒状バルク材のビンやサイロのポイントレベル表示として実績があります。回転パドルはモーターによって連続的に回転します。このパドルが原料に接触すると、パドルの回転トルクに打ち勝つ力が働き、パドルの円運動が停止します。このとき、レベルスイッチは回転の停止を検知し、制御システムに信号を出します。フェイルセーフの回転式レベルセンサーは、穀物産業において重要なプロセスを開始または停止するためのソリューションとしてよく知られている。静電容量式レベル測定は、何十年も前からレベル測定の方法として確立しています。バルク材はセンサーで静電容量の変化を引き起こし、それがスイッチング信号に変換されます。製品の特性が変化すると、プローブの校正を繰り返す必要があり、嵩密度の低い製品では信頼できる検出ができません。また、静電容量式プローブは、埃の付着に敏感である。ピエゾセラミック素子によって振動するロッドが共振周波数になる場合、バルク材がセンサーを覆い、振幅が減衰し、メッセージがトリガーされます。これらのプローブは、さまざまな設置位置で使用することができ、製品の特性にもより依存しません。センサーの開発における技術的な進歩は進んでいる。粉塵が多い環境でのレベル測定では、非接触センサー、特にレーダーによる距離測定がトレンドになっている。レーダーとは、「radio detection and ranging」の略で、「電波を使った位置・距離測定」という意味です。この技術は、電磁波をベースにしています。レーダー装置は集中的に電磁波を放射し、それが物体で反射してエコーとなり、様々な基準に従って装置で評価されます。電磁波が物質表面に当たると、電子機器が電磁パルスを発生させ、エネルギーの一部が反射される。このいわゆるエコー信号はセンサーによって認識され、トランジットタイムの測定によって充填レベル表示に変換されます。トランジットタイムとは、送信されたパルスと受信したエコー信号の間の時間差のことです。搬送媒体である空気中の電磁波の伝搬速度は光速と等しいので、この単純な関係を用いて媒体表面までの距離を計算することができます。レーダー技術を使えば、埃の多い環境でもレベルを正確に測定することができます。

レーダーベースのセンサー技術は、精密な物体検出、距離測定、位置追跡のアプリケーションに必要な高精度の距離データを提供することができます。高い更新頻度でミリメートル単位の分解能を達成することができます。しかし、レーダー技術をスマート製品の設計に組み込む場合、製品開発者は通常、低消費電力と高精度の間で選択を迫られます。また、この技術は消費電力が少ない方が有利なため、電力レベルが制限されると精度への要求が高まります。SWISCAは、高度なコヒーレントレーダー方式の精度と、パルスレーダーシステムの低消費電力要件を組み合わせた、フライス加工アプリケーション向けの革新的な距離測定ソリューションを開発しました。パルスレーダーシステムでは、パルスとパルスの間で送信機をオフにすることで、より低い消費電力を実現します。従来のコヒーレントレーダーは、連続したパルスを送信し、戻ってくる信号の正確な位相測定を利用します。このため、高い消費電力とそれに伴う高い電力損失、より大きな電子部品が必要となります。ピコ秒スケールの時間分解能を持つSWISCAセンサーは、100mmから2mまでの範囲でミリメートルの精度で距離を測定することができ、同時に低消費電力のデバイスに使用することができます。レーダー式レベル測定装置では、常に周波数のレベルの問題がある。非接触型レーダーセンサーが130GHzまでの高い周波数で動作するのに対し、ガイド付きマイクロ波技術では1GHzという比較にならない低い周波数が使われます。一般的に、低い周波数は、堆積物や埃などのプロセス関連の干渉の影響を著しく受けにくいと言えます。SWISCAのレーダーセンサーを開発する際、製品開発者は埃の多い環境下での堅牢性と信頼性を重視し、60Hzの周波数帯を使用しました。

製粉業界におけるインテリジェントセンサーによるプロセス最適化の流れは、新しいアプリケーションを可能にするだけでなく、製粉業者をサポートし、そのオペレーショナルエクセレンスを向上させます。電子的に生成された電磁パルスと、その信号の正確な位相測定により、製粉業界のレベル測定用に特別に開発されたセンサーは、優れたオペレーションを改善する新しい機会を提供します。この次世代レーダーセンサーは、信頼性が高く、堅牢で埃に強く、再校正が不要で、より高い精度を達成し、製粉業界におけるレベル測定全般に対する高い要求を満たすための大きな前進となるものです。