04.05.2020
Grundlagen

Technologien für die Füllstandsmessung im Vergleich

  • Dietmar Haag. Foto: Endress + HauserDietmar Haag. Foto: Endress + Hauser

Bei der Füllstandsmessung haben sich verschiedene Messverfahren etabliert. Die Frage ist nur, wann nutze ich welches Messprinzip und ist Radar wirklich besser als Ultraschall? Dietmar Haag, Fachverantwortlicher Marketing Füllstandsmessung bei Endress+Hauser, gibt in seinem Statement Antworten auf diese und weitere Fragen.

Die Auswahl eines geeigneten Messgerätes hängt von einigen Faktoren ab. Zuerst einmal von den anwendungsspezifischen Kriterien, wie zum Beispiel Behältertyp, Bypass oder Schwallrohr, aber auch von den Prozess- und Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel Druck, Temperatur und Messbereich. Genauso relevant ist es, was eigentlich gemessen werden soll: Gibt es in einer Anwendung Schaum und soll dieser erkannt, ignoriert oder die exakte Schaumhöhe gemessen werden? Gibt es ein Rührwerk oder Wellenbewegung im Tank, soll das Messgerät auf Flüssigkeiten oder Feststoffe optimiert sein und wie soll das Gerät in ein übergeordnetes System (SPS) integriert werden? Und insbesondere: Welches Medium soll gemessen werden?
Verschiedene Industrien haben verschiedene Standards, so sind zum Beispiel die Anforderungen in der Chemie andere als im Schiffbau oder in einer Kläranlage. Zuletzt ist es unabhängig von den physikalisch unterschiedlichen Messprinzipien auch eine Entscheidung unserer Kunden, die verschiedene Ansprüche haben. Die Auswahl eines Messprinzips kann auf einen minimalen Wartungsaufwand und maximale Lebensdauer ausgelegt werden, auf minimale Initialkosten, auf maximale Verfügbarkeit oder maximale Sicherheit. In der Realität gibt es kein Messgerät, das alle Kriterien gleich erfüllt.
Nehmen wir als Beispiel eine Anwendung aus einer Kläranlage, zum Beispiel einem Faulturm. Hier ist es wichtig, dass kein Schaum in die Klärgasleitung (Methan) gerät, um eine aufwendige Reinigung zu vermeiden. Dafür ist es entscheidend, dass der Füllstand gemessen wird und der Schaum rechtzeitig und sicher erkannt wird. Schaum ist in vergleichbaren Anwendungen nicht unbedingt gleich, ebenso verändert sich der Schaum während des Prozesses. Bewährte Messprinzipien sind hier eine hydrostatische Füllstandmessung zur Füllstandbestimmung und eine kapazitive Sonde zur Schaumdetektion.

Alternativ kann auch ein Ultraschallgerät oder ein 6GHz-Freistrahlradar eingesetzt werden. Ein 80GHZ-Radar ist für diese Anwendung nicht geeignet, da dieses in der Regel durch den Schaum messen wird. Hier gibt es weitere zahlreiche Beispiele, wo aufgrund verschiedener Faktoren ein bestimmtes Messprinzip Vorteile hat.

Ultraschall vs. Radar

Generell ist es nicht ausreichend für die Füllstandmessung, lediglich Ultraschall und freiabstrahlende Radargeräte zu vergleichen. In vielen Anwendungen wird sinnvollerweise eine hydrostatische Messung genutzt, die unabhängig vom DK-Wert (Dielektrizitätskonstante), Einbauten und Turbulenzen ist und auch keine Beeinflussung durch Schaum hat. Für manche Anwendung, bei sehr starkem Ansatz, sehr hoher Temperatur und/oder Druck ist eine Radiometrische Messung am besten geeignet. Vor allem in einfacheren Anwendungen, also Anwendungen mit niedrigem Drücken und Temperaturen ohne Rührwerke und ohne Anforderungen an die Funktionale Sicherheit wird oft ein Ultraschallsensor genutzt.
Die Messstellen sind betriebsbewährt, kostengünstig und erreichen eine lange Lebensdauer.
Die Ultraschallsensoren können beheizt werden und haben einen gewissen Selbstreinigungseffekt.
Bei möglicher Vereisung (auf dem Sensor oder auf der Wasseroberfläche) oder starker Kondensatbildung haben die Ultraschallsensoren noch Vorteile, die vermeintlichen Nachteile bei Gasschichten oder starken seitlichen Winden treten in der Praxis bei diesen Anwendungen kaum auf.
Ein Ultraschallsensor mit dem entsprechenden Auswertegerät kann gleichzeitig sowohl Füllstand als auch Durchfluss messen, was bei bestimmten Anwendungen, wie einer Kanalüberwachung, von Vorteil ist. Umgekehrt spielen bei diesen einfachen Anwendungen die Vorteile eines 80-GHz-Radars wie zum Beispiel ein kleiner Abstrahlwinkel oder eine höhere Dynamik keine große Rolle. Ultraschallgeräte bieten auch Abstrahlwinkel bis zu 4° und messen zuverlässig.
Beide Messprinzipien arbeiten berührungslos und wir sehen einen Trend dorthin.
Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Themen um Verschmutzung, Ansatz, Beständigkeit oder Temperatur sind dadurch besser zu beherrschen.
In den vergangenen Jahren haben wir eine Verdrängung von berührenden Messprinzipien zu Gunsten von freiabstrahlenden Radargeräten festgestellt. Bei den Ultraschallsensoren sehen wir bis heute aber keinen signifikanten Trend im Markt. Die Geräte funktionieren in ihren Zielanwendungen zuverlässig, die Preise sind attraktiv, die Technologie ist bewährt.
Wir bieten seit mehreren Jahren sowohl Ultraschall als auch kostengünstige freiabstrahlende Radargeräte für den Wasser/Abwassermarkt als auch für Hilfskreisläufe an. Der Micropilot FMR10 und FMR20 ergänzt unser Portfolio für diese Anwendung. Eine signifikante Verdrängung erleben wir bisher nicht. Die neue Radargenerationen mit höheren Frequenzen bieten durchaus Potentiale zur Standardisierung, viele Kunden, insbesondere Anwender bevorzugen aber die am besten geeignete Technologie für ihre jeweilige Messstelle.

Cloud-Only-Sensor – ohne Gateway in die Cloud

Wir bieten mit einem breiten Produktportfolio nicht nur ideale Lösungen für Füllstand, sondern auch für Durchfluss, Druck, Temperatur, Flüssigkeitsanalyse und Feuchtemessung. Unser Fokus liegt nicht nur auf der Sensortechnologie, wir bieten auch mit verschiedenen digitalen Services und Clouddiensten, wie mit dem IIoT-Ökosystem Netilion, weitere Kundennutzen an, die unabhängig vom gewählten physikalischen Messprinzip sind.
Mit der Heartbeat Technology unterstützen wir, unabhängig von der Sensortechnologie, unsere Kunden dabei, ihre Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen und Kosten zu senken, vorausschauende Wartung zu betreiben und Prozessoptimierungen durchzuführen.
In Kürze werden wir mit dem Cloud-Only-Sensor Micropilot FWR30 ein neues Radargerät auf den Markt bringen, das Füllstände und weitere Parameter batteriebetrieben, direkt und ohne Gateway in eine Cloud (Netilion) sendet, auf die dann weltweit zugegriffen werden kann, um Bestände zu überwachen und die gesamte Logistikkette zu beplanen.

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Endress + Hauser Holding AG
Kägenstr. 2
4153 Reinach
SWITZERLAND
Telefon: 0041 61 7157729
Telefax: 0041 61 7152888

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