So lässt sich der Füllstand unter schwierigen Bedingungen messen

Ultraschallsensoren werden häufig in der Verpackungsindustrie, dem Anlagen- sowie dem Maschinenbau eingesetzt – überall dort, wo Füllstände von flüssigen Medien oder Schüttgütern in Behältern oder Kisten gemessen werden sollen. Doch nicht jeder Sensor kann seine Aufgabe zuverlässig erfüllen, vor allem wenn die Messbedingungen anspruchsvoll werden. Manche Sensoren lassen sich nur umständlich einstellen und nicht auf unterschiedliche Medien und Prozesse anpassen. Neben der zuverlässigen Erfassung des Objekts ist eine wesentliche Anforderung die mechanische und chemische Robustheit des Sensors: Wo mit aggressiven Chemikalien gearbeitet wird, muss ein Sensor über mehrere Jahre diesen Belastungen standhalten. Die Ultraschallsensoren UR18 im M18-Rundgehäuse des Sensorherstellers Baumer, die seit einigen Monaten verfügbar sind, wurden gezielt für diese hohen Beanspruchungen ausgelegt.

Das Sensorelement ist hermetisch abgedichtet und hält den meisten organischen und anorganischen Chemikalien wie aggressiven Reinigungsmitteln stand. Außerdem hält die UR18-Serie mit ihrer Schutzart IP69K sehr hohen mechanischen Belastungen stand. So können selbst heiße Flüssigkeiten mit einem Druck von 40 bar nicht ins Sensorgehäuse eindringen oder das Sensorelement beschädigen. Diese Kombination aus Robustheit, flexibler Parametrierung und Funktionsvielfalt in einem Standardsensor ist einzigartig für einen Sensor in der 18-mm-Klasse. Die Sensoren sind erhältlich als Näherungsschalter (1- oder 2-Punkt), Reflexionsschranke, Einwegschranke oder als distanzmessende Variante. Alternativ zum 18-mm-Gehäuse ist der Sensor auch in einem quaderförmigen Kunststoffgehäuse (Baureihe U500) erhältlich .

Mit der Synchronisationsfunktion der Ultraschallsensoren UR18 können mehrere Sensoren in unmittelbarer Nähe zueinander – ohne die Gefahr gegenseitiger Störungen – betrieben werden. Baumer

Genau Messen durch einstellbare Schallkeule

Bei den Ultraschallsensoren UR18 beträgt die Reichweite bis zu 1 m bei einem Blindbereich von 70 mm.  Für Messgeräte der 18-mm-Klasse ist dies ein ausgezeichneter Wert – er gibt den Anwendern somit große Freiheit bei der Positionierung. Dazu lässt sich die Schallkeule der Sensoren flexibel in der Breite – schmal, mittel und breit einstellen. Eine enge Schallkeule ist zum Beispiel notwendig, wenn man einen Füllstand durch eine schmale Öffnung messen muss, zum Beispiel durch einen Flaschenhals. Handelt es sich dagegen um Schüttgut, zum Beispiel Schrauben in einem Rütteltopf, dann kann eine schmale Schallkeule zu Fehlern führen, weil die Schrauben aufgrund ihrer Form den Schall in viele Richtungen streuen und somit nicht genug Schall reflektieren. In diesem Fall ist eine breite Schallkeule besser, weil bei einem breiten Öffnungswinkel die stärker abgelenkten Reflexionen besser erfasst werden.

Die Schallkeulen der Sensoren – schmal, mittel oder breit – lassen sich vor Ort an die Größe der Behälteröffnung oder die Reflexionseigenschaften des Füllmediums anpassen. Baumer

Messfilter blenden Störungen aus

Eine glatte Flüssigkeitsoberfläche, die sich nur sehr langsam hebt oder senkt – das misst jeder Ultraschallsensor mit links. Schwieriger wird es, wenn sich auf der Oberfläche Wellen kräuseln, wenn der Tank wankt oder wenn der Füllstand leicht variiert, etwa durch Druckschwankungen in Pumpen und Leitungen. Bei einfachen Sensoren können diese Schwankungen zu falschen Messergebnissen führen. Nicht so bei den UR18-Sensoren. Sie besitzen Messwertfilter, die der Anwender nach Bedarf zuschalten und konfigurieren kann. Der Mittelwert-Filter berechnet den Durchschnitt der Messwerte über eine einstellbare Zahl von Messzyklen; das gleicht die Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels aus und liefert ein stabiles Messsignal. Der Unterbrechungs-Filter setzt den Messvorgang für eine definierte Zeitspanne aus, damit in dieser Messlücke ein rotierender Rührer in einem Tank nicht miterfasst wird. In Anlagen, in denen mehrere Ultraschallsensoren nahe zueinander montiert sind, kann es zu gegenseitigen Beeinflussungen kommen. Bei den Ultraschallsensoren UR18 wird diese verhindert; sie verfügen über eine Synchronisations- wie auch über eine Multiplex-Funktion. Diese Funktionen verhindern, dass ein Sensor Signale aufschnappt, die für seinen Nachbar bestimmt sind.

Hier, bei der Füllstandmessung von Schrauben in einem Rütteltopf, ist eine breite Schallkeule erforderlich. Mit einem breiten Öffnungswinkel werden auch die stärker abgelenkten Reflexionen zuverlässig erfasst. Baumer

Einfache Konfiguration mit IO-Link

Die Filter und die Schallkeulen lässt über die IO-Link-Schnittstelle recht einfach konfigurieren. Dieser Industriestandard für Schnittstellen setzt sich in der Sensorik immer mehr durch; auch Baumer trägt dazu bei. Die so verfügbaren Sensorfunktionen – zum Beispiel die Filterfunktionen – ermöglichen den Anwendern eine funktional zugeschnittene Parametrierung des Sensors. Die Schnittstelle ist zudem eine Dual Channel IO-Link-Schnittstelle – sie ermöglicht sowohl die Parametrierung aus der Steuerung wie auch die Übertragung von zyklischen und azyklischen Daten an die Steuerung. Steht ein Sensorwechsel an, ermöglichen Parameter-Server-Funktionen einen einfachen und schnellen Sensoraustausch sowie die Vervielfältigung von Parameterdaten. Das verkürzt die Austauschzeiten und damit Stillstandzeiten von Maschinen und Anlagen enorm. Über das Teach-Verfahren qTeach von Baumer können die Techniker die Einstellungen auch direkt am Sensor vornehmen.

Messe SPS 2019, Nürnberg: Halle 4A, Stand 335

(dw)