Die berührungslose Füllstandsmessung ist eine der wichtigsten Technologien in der industriellen Automatisierung. Sie ermöglicht die Überwachung von Flüssigkeits- oder Feststofffüllständen in Tanks, Behältern oder offenen Gerinnen ohne physische Interaktion mit dem Medium. Zu den am häufigsten eingesetzten berührungslosen Verfahren zählen Ultraschall- und Radar-Füllstandsmesser. Wenn Anwender berührungslose Messungen zur Füllstandskontrolle einsetzen möchten, hilft das Verständnis der Funktionsweise von Ultraschall- und Radar-Füllstandsmessern bei der Auswahl der richtigen Lösung für den jeweiligen Anwendungsfall.
Funktionsprinzip
Ultraschall-FüllstandsmessgeräteDas Gerät sendet hochfrequente Schallwellen aus, um die Entfernung vom Sensor zur Oberfläche des flüssigen/festen Mediums zu ermitteln. Diese Wellen breiten sich durch die Luft aus, werden von der Materialoberfläche reflektiert und kehren zum Sensor zurück. Die Entfernung lässt sich anhand der Reisezeit der Welle bestimmen. Daher wird das Gerät direkt über der Mediumoberfläche eingesetzt, ohne dass ein Teil das Medium direkt berühren oder darin eintauchen muss.
Radar-Füllstandsmessgerätenutzt elektromagnetische Wellen (Mikrowellen) anstelle von Schall zur Bestimmung des Füllstands von Flüssigkeiten oder Feststoffen. Mikrowellensignale werden zur Oberfläche des Mediums ausgesendet, reflektiert und vom Gerät wieder empfangen. Dabei besteht kein physischer Kontakt zwischen Gerätekörper und Medium. Durch die Aufzeichnung der Laufzeit der Wellensignale lässt sich der Abstand vom Gerät zur Materialoberfläche berechnen.
Für die Füllstandsmessungen beider Typen gelten die gleichen Formeln:
D = (C*T)/2
L = H - D
Wo,
D: Abstand von der Mediumoberfläche zum Instrument
C: Schallgeschwindigkeit (für Ultraschall) Lichtgeschwindigkeit (für Radar)
T: Zeitintervall von der Aussendung bis zum Empfang
L: Zu messender mittlerer Füllstand
H: Höhe vom Gefäßboden bis zum Instrument
Ultraschall- und Radartechnologien unterscheiden sich von herkömmlichen berührungsbasierten Geräten durch den Wegfall des physischen Kontakts mit der Substanz und eignen sich daher hervorragend zur Füllstandskontrolle von korrosiven, viskosen oder gefährlichen Stoffen, die die benetzten Komponenten wie Schwimmer, Sonden oder Impulsleitungen beschädigen oder verstopfen könnten. Die Installation ist durch die externe Montage der Geräte vereinfacht, und Wartungs- und Ausfallzeiten werden dank des nicht-invasiven Designs oft auf ein Minimum reduziert. Branchen wie die chemische Verarbeitung, Wasseraufbereitung und Lebensmittelproduktion profitieren stark von berührungslosen Ultraschall- und Radar-Füllstandsensoren aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit bei der Prozesskontrolle von Flüssigkeiten, Fluiden, Schlämmen und Feststoffen in unterschiedlichen Tankgeometrien.
Vergleich zwischen Ultraschall und Radar
Ultraschall-Füllstandmessgeräte sind einfach zu installieren und erfordern nur minimalen Einrichtungsaufwand. Im Vergleich zu Radar-Füllstandmessgeräten sind Ultraschallmessgeräte in der Regel günstiger und werden daher bei Anwendungen mit begrenztem Budget bevorzugt. Die Leistung von Ultraschallgeräten ist jedoch stärker von Umwelteinflüssen wie Staub, Schaum, Luftturbulenzen sowie extremen Temperaturen und Feuchtigkeit abhängig, die Schallwellen absorbieren oder ablenken und so zu Wellenverlusten führen können.
Radar-Füllstandsmessgeräte hingegen zeichnen sich durch hohe Präzision, große Reichweite und bewährte Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen aus. Sie sind weniger anfällig für Faktoren, die die Ultraschalltechnologie beeinträchtigen. Dennoch sind Radarprodukte in der Regel teurer. Die Dielektrizitätskonstante ist ein weiterer wichtiger Faktor bei der Radarmessung. Materialien mit geringer Dielektrizitätskonstante können die Reflexion des Echosignals schwächen und so zu instabilen oder fehlerhaften Messungen führen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ultraschallsensoren bei berührungsloser Füllstandsmessung ideal für moderate Betriebsbedingungen und kostenbewusste Projekte sind, während Radarsensoren für anspruchsvollere Umgebungen und anspruchsvolle Messstandards geeignet sind. In jedem Fall ist es wichtig sicherzustellen, dass die Medieneigenschaften, die Umgebung und die Struktur des Prozesssystems die Implementierung der gewünschten berührungslosen Messmethode ermöglichen.
Installationshinweise für berührungslose Instrumente
- ✦ Der Installationsort sollte möglichst weit von der Lärmquelle entfernt sein
- ✦ Gummidichtung kann zur Montage in vibrationsbelasteten Umgebungen verwendet werden
- ✦ Der Abstand vom Sensor zum höchsten geschätzten Füllstand sollte größer sein als die Messblindzone
- ✦ Die Sensorposition sollte je nach Abstrahlwinkel einen bestimmten Abstand zur Behälterwand einhalten
- ✦ Der Messbereich sollte frei von Hindernissen sein, die Signalstörungen verursachen können, wie z. B. Trittleitern oder Querbalken
- ✦ Bei der Messung fester Medien sollte die Montageposition den Bereich der Materialzufuhröffnung vermeiden
- ✦ Vermeiden Sie am besten große Temperaturschwankungen am Aufstellungsort des Instruments
- ✦ Die Sensorsonde muss senkrecht zur Mediumoberfläche stehen, um die beste Leistung zu gewährleisten
Shanghai Wangyuanist ein erfahrener Instrumentenhersteller mit über 20 Jahren Erfahrung und liefert berührungslose Ultraschall- und Radar-Füllstandsensoren sowie weitere Füllstandsmessgeräte. Bei Fragen zu Produkten zur berührungslosen Füllstandmessung stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.
Veröffentlichungszeit: 11. März 2025