(1) Chemisch resistente Ultraschall-Sen-soren der Unar-Baureihe eignen sich zur Füllstandsüberwachung in der Umge-bung von aggressiven Substanzen. (2) Diese Leckage-Sensoren arbeiten nach dem optoelektrischen Prinzip.

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kontinuierlich erfasst werden soll. Füll-standsgrenzschalter, die einen Tankinhalt nur punktuell aufnehmen, haben einen Näherungsschalter mit einem oder zwei Ausgangsschaltpunkten und zeigen das Erreichen eines bestimmten Niveaus an. Dagegen wird bei einer kontinuierlichen

Andrea Finkel, Konzept-PR GmbH, Agentur für Public Relations, Augsburg

Die Füllstandskontrolle basiert auf verschiedenen Technologien wie Kapazität, Druck, Leitfähigkeit, Ultra-schall, Licht oder Radar. Welche sich am besten eignet, hängt nicht nur vom zu messenden Medium ab. Je nach Anforderung empfiehlt sich der Einsatz von schaltenden oder messenden Sensoren, mit Medienkon-takt oder berührungslos. Baumer hat für zahlreiche Anforderungen den richtigen Typ.

Messung die Höhe des Füllstands über ein analoges Ausgangssignal erfasst und

Füllstandsmessung

Maßgeschneidert auf die Anwendung

� Für eine berührungslose Messung eig-nen sich Ultraschallsensoren, die Radar-technologie sowie einige optische und kapazitive Sensoren. Bei allen anderen Messverfahren haben die Sensoren Kon-takt mit dem Medium. Als erstes ist zu klären, ob der Füllstand punktuell oder

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Genauso vielfäl-tig wie die Ein-satzmöglichkei-ten sind auch die erhältlichen Vari-anten der Füll-stands- und Leitfähigkeits-sensoren.

Im Fokus

Der Sensor LSP 05x. eignet sich für eine kontinuierliche Füllstandsmessung in al-len Medien, die eine minimale Leitfähig-keit von 1 mS/cm aufweisen. Er ist einfach aufgebaut, lässt sich leicht montieren und verfügt über eine hohe Messgenau-igkeit. Das Messprinzip basiert auf einem niederohmigen Messstab, der in eine lei-tende Flüssigkeit taucht und einen hoch-frequenten Strom zur Behälterwand sen-det. Der Spannungsabfall zwischen Messstab und Tankwand wird im Verhält-nis des eingetauchten Stabteils zur Ge-samtlänge gemessen. Die Ausgangs-spannung ist proportional zum Füllstand im Behälter. Bei homogenen Flüssigkei-ten ist ein linearer Abgriff des Füllstands und somit ein linearer Signalausgang von 4...20 mA gegeben. Typische Anwendun-gen sind Messungen in kleinen Behältern oder Rohrleitungen, auch mit stark pastö-sen oder anhaftenden Substanzen wie Honig oder Zahnpasta. Schaumbildung kann die Messung beeinflussen. Mittels Teflonbeschichtung am nicht messenden Stabteil lässt sich Abhilfe schaffen. Druck, Dichte, Temperatur und DK-Wert haben keinen Einfluss auf dieses Mess-prinzip. Dadurch eröffnet sich ein breites Anwendungsspektrum. Dank des 3A-ge-rechten Prozessanschlusses eignet sich der Messstab auch für die Nahrungsmit-tel- und Getränkeindustrie sowie die Pharmazeutik und Biochemie. Selbst in kritischen Anwendungen hat sich der LSP-Sensor bewährt: Bei der Herstellung von Schokoladen-Mousse erlaubte bei-spielsweise ein liegender Trommelbehäl-ter nur den seitlichen Einbau des Mess-stabs. Hier wurde ein um 45° abgewinkel-ter Messstab montiert, der den Füllstand sicher erfasst.

Hydrostatische Füllstandsmessung Für viele Anwendungen, bei denen einfa-che und kostengünstige Lösungen ge-fragt sind, eignen sich Drucksensoren, die den hydrostatischen Druck am Boden eines Behälters messen. Da dieser propor-tional zur Dichte und der Höhe der Flüs-sigkeit über dem Sensor ist, lässt sich daraus die Höhe des Flüssigkeitsspiegels ermitteln. Die Geräte passen standard-mäßig und hygienegerecht in offene oder geschlossene Behälter. Während in offe-

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� KOMPAKT

Der Füllstand eines Behälters lässt sich auf ganz unterschiedliche Weise erfas-sen. Welche Technologie und welches Messverfahren jeweils das richtige ist, bestimmen die konkrete Anwendung, das zu messende Medium sowie das Ma-terial und die Beschaffenheit des Behäl-ters. Auch die Kosten spielen eine Rolle. Der Beitrag gibt eine Übersicht über Technologien, Messverfahren und ver-fügbare Sensoren.

der Tankinhalt genau angegeben. Das ist zum Beispiel erforderlich, wenn Flüssig-keiten beigemengt oder dosiert werden sollen sowie wenn Feinregelungen, Ver-brauchs- oder Verlustkontrollen notwen-dig sind.

Kriterien für das Messverfahren Zu den wichtigsten Faktoren, die bei der Wahl der geeigneten Technologie und des Messverfahrens zu berücksichtigen sind, zählen Größe, Art und Material des Behälters, bewegte Teile im Behälter (Rührwerkzeuge), das Verhältnis zwi-schen minimalem und maximalem Füll-stand, die Beschaffenheit des zu messen-den Mediums (leitend/nicht-leitend, Temperatur, homogen/nicht homogen), mögliche Schaumbildung, die geforderte Messgenauigkeit sowie eventuell erfor-derliche Zertifikate, zum Beispiel für den Marinebereich oder die Lebensmittel-industrie.

Leitfähigkeitsbasierte Füllstandsmessung Für elektrisch leitfähige Flüssigkeiten bie-tet sich eine leitfähigkeitsbasierte Füll-standsmessung an, die kontinuierlich oder per Schaltpunkt erfolgen kann. Bei konduktiven Niveauschaltern legt man eine Wechselspannung an eine vom Be-hälter isolierte Elektrode an. Wird diese vom Medium benetzt, fließt ein geringer Strom von der Elektrode durch das Medi-um zur Behälterwand. Ein Verstärkermo-dul erfasst diesen Stromfluss und gibt ihn als Schaltsignal aus.

resistente Parylene-Schutzschicht, die ei-ne hohe Barrierewirkung gegen anorga-nische Säuren, Laugen und organische Lösemittel sowie Wasserdampf bietet.

Kapazitive Sensoren Ein kapazitiver Grenzschalter nutzt die zur Luft unterschiedliche Dielektrizitäts-konstante des zu überwachenden Medi-ums, um dessen Anwesenheit zu detek-tieren. Wird die empfindliche Kapazität eines Plattenkondensators durch äußere Umstände vergrößert, schwingt ein RC-Oszillator an. Die nachgeschaltete Funk-tionseinheit wertet die daraus resultie-rende Stromänderung aus und veranlasst bei einem entsprechend großen Signal ein Schalten des Ausgangs, beispielswei-se wenn sich die zu erfassende Flüssigkeit oder der Festkörper in einem gewissen Abstand zur aktiven Fläche befindet. Der digitale Schaltpunkt lässt sich über Po-tentiometer direkt am Sensor einstellen. Kapazitive Sensoren sind meist war-tungsfrei und einfach zu montieren. Sie messen Füllstände verschiedener Medien direkt oder berührungslos durch eine Behälterwand aus Kunststoff, Glas oder ähnlichem und werden häufig für nicht-leitende Substanzen wie Porzellan, Holz, Lehm, Pellets, Papier, Karton, Pulver, Kör-ner, Tee oder Schokolade verwendet.

Optische Sensoren Ein optischer Sensor besteht aus einer Quarzglasspitze, in der sich eine Infrarot-diode als Sender sowie ein lichtempfindli-cher Halbleiter als Empfänger befinden. Damit kann der Füllstand auch ohne Kon-takt mit der Flüssigkeit durch ein (halb-)transparentes Rohr oder einen

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www.iee-online.de � Link zur Produktübersicht � Leitfähigkeitsbasierte Sensoren � Kapazitive Sensoren � Ultraschallsensoren � Optoelektronische Sensoren/ Leckage

Schlauch erfasst werden. Da Licht zur De-tektion genutzt wird, lassen sich auch nichtleitende Flüssigkeiten erkennen. Auch für eine berührende Messung sind optische Sensoren geeignet. Resistent ge-gen die meisten aggressiven Stoffe ist beispielsweise der FFAR, verfügbar in ver-schiedenen Feldgehäusen bis hin zur Edelstahl-Version extrem. Er erfasst si-cher alle leitenden und nichtleitenden Flüssigkeiten mit einem nicht zu hohen Reflektionsgrad. Nach dem optoelektrischen Prinzip arbei-ten auch Leckage-Sensoren. Sie detektie-ren ausgetretene Flüssigkeiten ab 1 ml. Eine schnelle Ansprechzeit stellt sicher, dass die Menge des austretenden Medi-ums auf ein Minimum begrenzt wird. Leckage-Sensoren können direkt auf den Boden oder eine Unterlage geschraubt werden. Sie übernehmen die Leckage-überwachung in Warenlagern, Klima-schränken, Treibstoffdepots oder bei In-dustriemaschinen.

Weitere Messprinzipien Die berührungslose Messung mit Radar basiert auf der Laufzeitmessung des ge-sendeten Signals bis zum Empfang des reflektierten Signals. Radioaktive Prä-parate dienen als Strahlenquelle. Vibrati-onssensoren, Füllstandsschalter auf Basis eines magnetischen Schwimmerprinzips sowie Durchflusssensoren runden das Spektrum ab. Welches Messprinzip das richtige ist, hängt von prozessbedingten Faktoren und von den Kosten ab. Grundsätzlich ist eine kontinuierliche Füllstandsmessung aufwändiger und teurer als reine Nähe-rungsschalter. Doch langfristig kann sich ein teureres Messsystem durch geringe-ren Wartungsaufwand, höhere Mess-genauigkeit und die mögliche Integrati-on in einen Regelkreis bezahlt machen.

nen Behältern ein Druckmessgerät im Be-hälterboden die über der Messstelle ste-hende Flüssigkeitssäule erfasst, misst ein zweiter, im Behälterdom montierter Druckmessumformer den Innendruck in geschlossenen Behältern. Die Differenz zwischen den beiden Messwerten ergibt den Druck der Flüssigkeitssäule. Dieser wird in der nachgeschalteten Anzeige oder Steuerung als Füllstand, Volumen oder spezifisches Gewicht ausgegeben. Da die hydrostatische Füllstandsmes-sung unabhängig von der Viskosität und Leitfähigkeit des Mediums sowie von Schaumbildung oder anderen Substan-zen im Tank arbeitet, kommt sie in nahezu allen industriellen Verfahrensbereichen zum Einsatz.

Ultraschall-Messwertaufnehmer Bei der Füllstandsmessung mit Ultra-schall werden Piezokristalle im Sensor elektrisch dazu angeregt, Ultraschall-impulse auszusenden. Vom Messgut re-flektiert, erreichen die Impulse wieder den Sensor und werden hinsichtlich ihrer Laufzeit von der Elektronik verarbeitet. Die berührungslose Messung eignet sich für offene und geschlossene Behälter. Es ist nur zu berücksichtigen, dass die Schall-geschwindigkeit von der Temperatur und der Zusammensetzung des Gases im Behälter abhängt. Ultraschall-Sensoren nutzt man zunehmend für Füllstands-überwachungen von Granulaten, Pasten oder Flüssigkeiten. In Anwendungen, de-ren Flüssigkeiten oder Ausgasungen auf Dauer das Material schädigen, empfiehlt sich der Einsatz entsprechend geschütz-ter Messgeräte. Sensoren der Baureihe Unar haben beispielsweise eine chemisch

Mit optischen Füll-standssensoren lassen sich auch nichtleitende Flüssigkeiten erkennen.