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Füllstandsmessung

Generelle Informationen zur Füllstandsmessung und verschiedene Messverfahren im Überblick

Definition

Bei der Füllstandsmessung wird die Füllhöhe von Medien in industriellen Behältern, wie zum Beispiel Prozess- und Lagertanks, Silos oder offenen Gerinnen ermittelt. Hierzu werden Messwerte in elektronische Signale transferiert. Das ausgegebene Signal wird in den Regelkreis der Prozesssteuerung integriert. Dabei werden kontinuierliche Messmethoden und Grenzwerterfasser differenziert. Im folgenden sollen die Verschiedenen Arten im Detail erläutert und die Vorteile der Prinzipien aufgezeigt werden.

Arten der Füllstandsmessung

Kontinuierliche Messmethoden

Ultraschall-Füllstandsmessung

Ultraschall Füllstandsmessung
Funktionsweise des Ultraschall-Prinzips

Der Transmitter sendet eine Ultraschallwelle an eine Oberfläche. Dort wird das Signal reflektiert. Aus der Laufzeit des Signals errechnet das Gerät die Entfernung der Sensorunterkante zur Oberfläche. Der Einfluss der von der umgebenden Atmosphäre abhängigen Schallgeschwindigkeit wird durch Eingabe spezifischer Werte und der Messung der Umgebungstemperatur vom Transmitter automatisch kompensiert.

Bei bekanntem Abstand zwischen Sensorunterkante und Boden eines Behälters kann das Gerät den Füllstand anzeigen. Ist die Behältergeometrie bekannt kann auch das Volumen ermittelt werden. Dank verschiedener Störechofiltern ist auch die Verwendung innerhalb von Behältern möglich, selbst wenn störechoerzeugende Einbauten vorhanden sind.

Ultraschallsensoren messen in:

  • Flüssigkeiten
  • Pastösen Medien
  • Pulver
  • Schüttgütern
Anwendungsbereiche für Ultraschallsensoren

Die Ultraschallfüllstandmesser eignen sich aufgrund des zugrundeliegenden Messprinzips für verschiedene Applikationen. So werden sie vor allem in offenen Becken und im Abwasserbereich als auch in Silos oder Tanks von chemischen Anlagen und Molkereien eingesetzt.
Hier kommen die Vorteile der berührungslosen Messung zur Geltung. Denn der Verschmutzungsgrad des Wassers oder eine Verschlämmung des Beckens hat keinen Einfluss auf das Messergebnis. Zudem besteht kein direkter Kontakt zum Medium, wodurch auch Anwendungen mit hohen Hygieneanforderungen möglich sind.

Vorteile
  • Messung erfolgt unabhängig von Medieneigenschaften
  • Geeignet für abrasive und aggressive Medien durch berührungslose Messung

Füllstandmessung nach dem Radarprinzip

Radarprinzip Schema
Funktionsweise der Radar-Messung

Das Radar-Messgerät besteht aus einem Gehäuse mit Elektronik, einem Prozessanschluss mit Antenne und einem Sensor. Von der Antenne des Radarsensors werden kurze Radarimpulse mit einer Dauer von ca.1 ns ausgesendet. Diese werden vom Füllgut reflektiert und von der Antenne als Echos empfangen. Radarwellen pflanzen sich mit Lichtgeschwindigkeit fort. Die Laufzeit der Radarimpulse vom Aussenden bis zum Empfangen ist der Distanz und damit der Füllhöhe proportional. Die so ermittelte Füllhöhe wird in ein entsprechendes Ausgangssignal umgewandelt und als Messwert ausgegeben.

Radarsensoren messen in:

  • Flüssigkeiten
  • Pastösen Medien
  • Pulver
  • Schüttgütern
Anwendungsbereiche für Radarsensoren

Die Füllstandsensoren werden häufig bei aggressiven Medien sowie dynamischen Prozessbedingungen, wie zum Beispiel hohen Temperaturen oder Druckschwankungen verwendet. Die Messung erfolgt wie auch bei der Ultraschallmessung berührungslos. Da kein direkter Kontakt zum Medium besteht ist das Messprinzip für hygienische Anwendungen besonders geeignet. Produktionsprozesse für Joghurtprodukte laufen kontrolliert in hoch steriler Umgebung ab. Sie stellen daher besondere Ansprüche an die Reinigbarkeit aller mediumberührender Teile. Entsprechend extrem sind die Reinigungsabläufe, da Kontaminationen mit Fremdbakterien zu einem Verlust der kompletten Charge führen. Das berührungslose Radarprinzip ist unbeeinflusst von den Dichteänderungen des Joghurts und erfährt keinerlei Abrasion durch die Früchte.
Darüber hinaus ist die berührungslose Messung unempfindlich gegen Druck- und Vakuumeinflüsse und eignet sich für die Füllstandsmessung in Lagertanks. Um Bauxit in dieser Anwendung aufschließen zu können, wird im Mischer verdünnte Natronlauge zugefügt und mit dem Bauxit vermengt. Damit eine optimale Auslastung des Prozesses erreicht wird, ist es wichtig, den Füllstand in einem festgelegten Bereich zu regeln. Das Radar-Messgerät erfasst die aktuelle Füllhöhe und gibt diese an das Leitsystem weiter. Selbst die umlaufenden Rührwerke stören die Messung nicht. Die vorherrschende Dampfatmosphäre spielt ebenfalls keine Rolle.

Vorteile
  • Hohe Genauigkeit der Messwerte
  • Ideal für dynamische Prozessbedingungen

 

Geführte Mikrowelle

Geführte Mikrowellle Schema
Funktionsweise des geführten Mikrowellenprinzips

Hochfrequente Mikrowellen werden entlang einer Stange oder eines Stahlkabels geführt. Sobald die Medienoberfläche erreicht wird, werden diese Wellen reflektiert und von dem Sensor empfangen. Anhand der Laufzeit der Wellen wird der Füllstand ermittelt und als Messwert ausgegeben.

Grenzstanderfassung

Schwimmerschalter

Schwimmerschalter
Funktionsweise des Schwimmerprinzips

Ein Schwimmer stellt ein Sensor dar, der dank seiner geringen Dichte auf der Flüssigkeit "schwimmt". Innerhalb des Schwimmers befindet sich ein Magnet sowie ein oder mehrere Reed-Kontakte. Bei Erreichen des definierten Füllstandniveaus aktiviert der Magnet aufgrund des Auftriebs die Reed-Kontakte. Dabei erfolgt die Messung unabhängig von Einflussfaktoren, wie zum Beispiel Druck, Temperatur, Leitfähigkeit und Blasenbildung der Medien. Deshalb eignet sich dieses Prinzip für unterschiedliche Anwendungen, wie zum Beispiel bei Medien mit Schaumbildung oder dynamischen Oberflächen sowie innerhalb eines weiten Temperaturbereichs. 

Schwimmersensoren messen in:

  • Flüssigkeiten

Schwinggabel-Prinzip

Tuning Fork Scheme
Funktionsweise des Schwinggabel-Prinzips

Im Tank befindet sich eine Schwinggabel. Diese wird piezoelektrisch angeregt und schwingt mit ihrer mechanischen Resonanzfrequenz von ca. 1200 Hz. Dabei ändert sich die Schwing-Frequenz bei Medienkontakt. Die Frequenzänderung wird vom integrierten Oszillator regestriert und in einen Schaltbefehl umgewandelt.

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