Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • hydrostatischer Druck als Parameter für die Füllhöhe
  • für feste und flüssige Medien geeignete Seilsonden
  • Temperaturbereiche von -20 bis 70° C
  • Messzellen mit keramischer Membrane sind besonders widerstandsfähig

Sensoren zur kontinuierlichen Überwachung von Füllstands und Niveau arbeiten nach unterschiedlichen Messprinzipien. Die Auswahl des geeigneten Messgeräts hängt vor allem ab vom zu erfassenden Medium und den Umgebungsbedingungen. Einige Beispiele: Kapazitive Füllstandssensoren registrieren besonders gut flüssige, aber auch feste Medien, sofern das Medium die Dielektrizität zwischen zwei Elektroden verändert (Kondensator-Prinzip). Zur Füllstandabfrage leitfähiger Medien eignen sich konduktive Füllstandsrelais. Sie ermitteln den Widerstand zwischen Bezugs- und Messelektrode und schalten bei Unter- oder Überschreiten einer eingestellten Schwelle ein Relais.

Umgebung wirkt sich nicht aufs Ergebnis aus

Seilsonden ermöglichen eine präzise Füllstandskontrolle mit nur einem einzigen und zudem einfach zu installierenden Sensor. ©PANORAMO - stock.adobe.com

Seilsonden ermöglichen eine präzise Füllstandskontrolle mit nur einem einzigen und zudem einfach zu installierenden Sensor. ©PANORAMO – stock.adobe.com

Als Alternative für Füllstandsmessungen von flüssigen Medien, insbesondere in offenen Behältern, Tanks, Becken oder auch Brunnen, eigen sich Seilsonden oder hydrostatische Füllstandssensoren. So lässt sich der Füllstand mit nur einem einzigen und überdies einfach zu installierenden Sensor kontrollieren. Für den konkreten Einsatz muss man lediglich das für die Behälterhöhe passende Gerät mit den entsprechenden Druckbereichen auswählen; weitere Einstellungen am Sensor selbst sind nicht erforderlich. Seilsonden gelten als völlig wartungsfrei und ermöglichen zudem eine sehr genaue, kontinuierliche Füllstandsmessung mit stets reproduzierbaren Ergebnissen – ohne Einfluss der Umgebungsbedingungen, zum Beispiel aufgrund elektrischer Felder.

Seilsonden bestehen aus einem Sensor und einer Auswerteeinheit, die mit einem Tragkabel zur Spannungsversorgung und Signalübertragung miteinander verbunden sind. „Seilsonden“ heißen so, weil der Sensor am Tragkabel in den Behälter abgelassen wird. Zur Befestigung in der „hängenden“ Montage gibt es Seilabspannklemmen. Alternativ hierzu lässt sich ein hydrostatischer Füllstandssensor aber auch seitlich von außen in eine Behälterwand einschrauben.

Zum Funktionsprinzip: Seilsonden messen den hydrostatischen Druck, der durch die Höhe einer Flüssigkeitssäule in einem Behälter auf die Messmembrane im Sensor einwirkt. Die zu ermittelnde Füllstandshöhe ist außerdem von der spezifischen Dichte eines Mediums und der Gravitationskonstante (9,81 m/s2) abhängig. Aufgrund der Gravitation nimmt mit steigender Höhe der Flüssigkeitssäule in einem Behälter der hydrostatische Druck zu. Als Faustformel gilt, dass eine Wassersäule von 1 m einem Druck von rund 0,1 bar entspricht. Andere Medien, wie etwa Öl, haben eine niedrigere Dichte als Wasser, sodass zum Bespiel eine Flüssigkeitssäule von 1 m Motoröl einen Druck von rund 0,08 bar erzeugt.

Das Messprinzip: Der Füllstand in einem Behälter (links) hängt vom hydrostatischen Druck (gemessen in Behälterbodennähe) (p) ab, der Dichte eines Mediums (ρ) und der Gravitationskonstante (g).

Das Messprinzip: Der Füllstand in einem Behälter (links) hängt vom hydrostatischen Druck (gemessen in Behälterbodennähe) (p) ab, der Dichte eines Mediums (ρ) und der Gravitationskonstante (g). IPF electronic

Die Seilsonde FY98C711 von Ipf Electronic ist für Druckbereiche von 0 bis 0,2 bar ausgelegt, das entspricht einer Wassersäule von etwa 2 m. Die Sonde, gefertigt in Edelstahl 1.4404 und Schutzart IP68, widersteht Umgebungstemperaturen von -20° C bis 70° C.

Die Seilsonde FY98C711 von Ipf Electronic ist für Druckbereiche von 0 bis 0,2 bar ausgelegt, das entspricht einer Wassersäule von etwa 2 m. Die Sonde, gefertigt in Edelstahl 1.4404 und Schutzart IP68, widersteht Umgebungstemperaturen von -20° C bis 70° C. IPF Electronic

Vom Druck zum Füllstandsignal

Der hydrostatische Druck der Flüssigkeit liegt an einer keramischen Membrane des Sensors an und bewirkt dort eine Änderung der Kapazität des an der Rückseite befindlichen Kondensators. Eine Flüssigkeit, um den Druck zu übertragen, ist nicht erforderlich. Die kapazitiven Messzellen mit keramischer Membrane weisen besondere Eigenschaften auf, darunter eine hohe Druck- sowie Druckschlagfestigkeit bis zum 40-fachen des Nenndrucks, eine hohe Vakuumfestigkeit und sehr gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien, Korrosion und Abrasion. Darüber hinaus haben die Messzellen eine gleichbleibend hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit sowie eine gute Langzeitstabilität.

Das von der Membrane auf die kapazitive Messzelle übertragene Drucksignal wird in ein elektrisches Signal und anschließend von der Auswerteelektronik in ein Stromsignal 0/4 bis 20 mA oder Spannungssignal 0 bis 10 V zur Weiterverarbeitung in einer Steuerung umgewandelt. Sensoren von Seilsonden muss man bei der Installation nicht parametrieren, weil sich die Geräteauswahl nach den erforderlichen Druckbereichen in einer konkreten Applikation richtet.

IPF Electronic bietet in diesem Zusammenhang derzeit drei hydrostatische Sensoren an: Typ FY98C300 (Schutzart IP68) ist auf eine Wassersäule von 1,5 m Höhe abgestimmt ist. FY98C711 und FY98E214 (ebenfalls IP68) sind hingegen für Druckbereiche von 0 bis 0,2 bar oder 0 bis 0,4 bar ausgelegt. Alle Seilsonden eignen sich für den Einsatz in Medien mit Temperaturen von -20 bis 70° C.

Der Umgebungsluftdruck wird über eine im Tragkabel des Sensors integrierte Druckausgleichskapillare an die keramische Messmembrane herangeführt. Das Gerät sollte sich nach der Installation in der Nähe des Behälterbodens befinden. Es sollte aber keinesfalls aufliegen, um exakte Messungen zum Füllstand zu ermöglichen.

SPS 2019: Halle 7A, Stand 540