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Füllstandsmessung – was man wissen sollte

Gastbeitrag von Christian Halper– medon

Die Methoden zur Niveauüberwachung im Überblick

Die Füllstandsmessung oder Niveauüberwachung ist ein wichtiges Verfahren in der Prozessindustrie, der Lebensmitteltechnik sowie im Bereich Water & Waste. Dabei wird mit unterschiedlichen Messverfahren die Füllhöhe eines Mediums in einem Behälter erfasst und in ein elektronisches Signal umgewandelt. Das Füllstandssignal wird dann entweder direkt vor Ort angezeigt, zum Schalten eines Relais verwendet oder in eine Prozesssteuerung eingebunden.

Doch welche Methoden gibt es und was unterscheidet sie? Christian Halper, Geschäftsführer von TELE-Partner medon fasst die wichtigsten Verfahren der Niveau-Erfassung zusammen:

Die wichtigsten Verfahren und ihre Stärken/Schwächen

Schwimmer

Sie sind der Inbegriff der Niveauerfassung. Eine meist einfache Konstruktion für eine simple JA/NEIN Bestimmung. Versionen mit mehreren aneinandergereihten Schaltern zur Messung mit einer Auflösung kleiner 5mm sind möglich.

  • Anwendung: Direkte MIN/MAX-Niveauschalter, meist in Wasser.
  • Vorteil: Günstig.
  • Nachteil: Anfällig auf Verschmutzung, spezifisches Gewicht der Flüssigkeit muss beachtet werden.

 

Optisch

Alte und bewährte Methode zur Niveauerfassung. Sie kommt meist an Bypassleitungen und/oder gemeinsam mit Schwimmern zum Einsatz.

  • Anwendung: Kontrolle von Öl-, Lebensmittel- und Chemietanks.
  • Vorteil: Günstig und kaum fehleranfällig.
  • Nachteil: Teilweise schwierige Anbindung an ein Leitsystem.

 

Waage

Eines der ältesten Messverfahren. Grundsätzlich einfach und verständlich. Das Problem liegt im Detail, da eine saubere Entkoppelung zwischen Förderanlage und Messbehälter zwingend nötig ist.

  • Anwendung: Verrechnungszähler, meist für Lebensmittel, Chemikalien und Granulate.
  • Vorteil: Eindeutige Quantifikation.
  • Nachteil: Aufwändige Konstruktion notwendig wegen des Gewichts der Verrohrung.

 

Druck

Jede Flüssigkeit hat ein spezifisches Gewicht. Ist dieses bekannt, dann ist die Füllhöhe proportional zum Druck. Es gibt grundsätzlich zwei Arten der hydrostatischen Niveauerfassung.
1. Der Drucktransmitter wird möglichst am untersten Punkt eines Behälters angebracht.
2. Die Tauchsonde ist mit einem entsprechend langen Kabel ausgestattet und wird einfach in das zu messende Medium „geworfen“. Beide Systeme benötigen einen Druckausgleich, damit der Umgebungsdruck kompensiert wird. Unterarten davon sind Absolutdruckzellen

  • Anwendung: Niveaumessungen für Wasser-, Abwasser und Chemikalien.
  • Vorteil: Relativ günstig, gute Messstabilität.
  • Nachteil: Abrassive Medien können die Membrane zerstören, nicht unbedingt frostfest.

 

Differenzdruck

Grundsätzlich gleiche Funktionsweise wie die Druckzelle. Hier spielt der Umgebungsdruck keine Rolle. D.h. dieses Messsystem kann auch in geschlossenen Druckbehältern eingesetzt werden.

  • Anwendung: Niveauerfassung bzw. Dichtemessung, meist für Lebensmittel und Chemie
  • Vorteil: Hohe Präzision, kann auch zur Verrechnung nach Gewicht eingesetzt werden.
  • Nachteil: Abrassive Medien können die Membrane zerstören, nicht unbedingt frostfest

 

Ultraschall

Hier wird die Laufzeit des Luftschalles bis zur reflektierenden Grenzfläche gemessen. Wenn die Behältergeometrie bekannt ist, kann das Niveau bzw. der Inhalt direkt angezeigt werden. Es ist auch möglich, das Niveau mittels Ultraschall durch die Rohrwand zu erfassen.

  • Anwendung: Wasser-, Abwasser und Chemikalien mit geringer Dunstbildung.
  • Vorteil: Keine Medienberührung, genau.
  • Nachteil: Empfindlich auf unruhige Oberflächen, Dämpfe und Schaum, die die Messung verändern bzw. verhindern können.

 

Radar

Ähnliche Funktionsweise wie Ultraschall, jedoch wird eine höhere Frequenz verwendet.

  • Anwendung: Wasser-, Abwasser und Chemikalien mit geringer Dunstbildung.
  • Vorteil: Keine Medienberührung, genau, weniger empfindlich auf Schaumbildung.
  • Nachteil: Schwierige Leererkennung, teuer.

 

Röntgen

Das Prinzip ist vergleichbar mit Ultraschall nur eben mit sehr hoher Frequenz und kann durch Wände gehen. Genau deswegen eine sehr umstrittene Messmethode aufgrund einer möglichen gesundheitsschädigenden Wirkung.

  • Anwendungen: Chemikalien durch Metalltanks hindurch.
  • Vorteil: Keine Medienberührung, genau, geeignet für Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten.
  • Nachteil: Teuer, aufwändige Sicherheitsbestimmungen.

 

Vibration

Eine „Stimmgabel“ wird in Vibration versetzt, und eine Berührung mit dem Medium bzw. Luft verursacht eine Frequenzänderung. Das reicht aus, um ein Voll- oder Leersignal zu erhalten.

  • Anwendung: Flüssigkeiten und Granulate.
  • Vorteil: Fast jedes Medium detektierbar.
  • Nachteil: Gefahr der mechanischen Beschädigung.

 

Kapazitiv

Es wird ein elektrischer Schwingkreis erzeugt, wobei die Gegenelektrode das zu erfassende Medium ist. Dadurch können Grenzstände aber auch analoge Messwerte abhängig von der Sondenkonstruktion erreicht werden.

  • Anwendungen: Meist Lebensmittel und Chemieanwendungen.
  • Vorteil: Analogausgang entsprechend der gemessenen Höhe, Lage- und Druck unabhängig.
  • Nachteil: Teilweise sehr empfindlich auf Verschmutzung und mechanische Belastungen.

 

Konduktiv

Es werden zwei oder mehr Stäbe in eine leitende Flüssigkeit geführt und mit Wechselstrom gespeist. Fließt Strom, ist das Niveau erreicht. Eine sehr einfache aber kostengünstige Lösung.

  • Anwendung: Elektrisch leitende Flüssigkeiten.
  • Vorteil: Günstig und genaue Schaltpunkte.
  • Nachteil: Empfindlich auf Verschmutzung, nur in elektrisch leitenden Flüssigkeiten möglich.

 

Der Autor

Ing. Christian Halper ist Geschäftsführer von medon, einem der führenden Spezialisten zur Füllstandsmessung in Österreich und Partner von TELE-Haase.

 

TELE hat verschiedenen Angebote zur konduktiven Füllstandsmessung im Programm. Bei speziellen Anforderungen entwickeln unsere Experten gerne mit Ihnen gemeinsam branchenspezifische passgenaue Lösungen.