Wie wählt man den Füllstandsmessumformer aus?

• Einführung

Ein Füllstandsmessumformer ist ein Gerät zur kontinuierlichen Füllstandsmessung. Er kann zur Bestimmung des Füllstands von Flüssigkeiten oder Schüttgütern zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendet werden. Er kann den Füllstand von Medien wie Wasser, viskosen Flüssigkeiten und Kraftstoffen sowie trockenen Medien wie Schüttgütern und Pulvern messen.

Der Füllstandsmessumformer kann unter verschiedenen Bedingungen eingesetzt werden, beispielsweise in Behältern, Tanks und sogar Flüssen, Pools und Brunnen. Diese Messumformer werden häufig in der Materialhandhabung, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Energie-, Chemie- und Wasseraufbereitungsindustrie eingesetzt. Werfen wir nun einen Blick auf einige häufig verwendete Füllstandsmessgeräte.

• Tauchfähiger Füllstandssensor

Basierend auf dem Prinzip, dass der hydrostatische Druck proportional zur Höhe der Flüssigkeit ist, nutzt der Tauchfüllstandssensor den piezoresistiven Effekt eines diffusen Silizium- oder Keramiksensors, um den hydrostatischen Druck in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Nach Temperaturkompensation und linearer Korrektur wird das Signal in ein 4–20 mA DC-Standardstromsignal umgewandelt. Der Sensorteil des Tauch-Hydrostatdrucktransmitters kann direkt in die Flüssigkeit eingetaucht und der Transmitterteil mit einem Flansch oder einer Halterung befestigt werden, was die Installation und Verwendung sehr komfortabel macht.

Der Tauchniveausensor besteht aus einem hochentwickelten, isolierten, diffusen Silizium-Sensorelement, das direkt in den Behälter oder das Wasser gelegt werden kann, um die Höhe vom Ende des Sensors bis zur Wasseroberfläche genau zu messen und den Wasserstand über einen 4 – 20 mA-Strom oder ein RS485-Signal auszugeben.

• Magnetischer Füllstandssensor

Die Magnetklappenkonstruktion basiert auf dem Prinzip eines Bypass-Rohrs. Der Flüssigkeitsstand im Hauptrohr entspricht dem im Behälter. Nach dem archimedischen Gesetz schwimmt der durch den magnetischen Schwimmer in der Flüssigkeit erzeugte Auftrieb und die Schwerkraft auf dem Flüssigkeitsspiegel. Steigt und fällt der Flüssigkeitsstand des gemessenen Behälters, steigt und fällt auch der rotierende Schwimmer im Hauptrohr des Flüssigkeitsstandsmessers. Der permanentmagnetische Stahl im Schwimmer treibt die rot-weiße Säule im Indikator über die magnetische Kopplungsplattform um 180° an.

Steigt der Flüssigkeitsstand, wechselt die Farbe des Schwimmers von weiß auf rot. Sinkt der Flüssigkeitsstand, wechselt die Farbe des Schwimmers von rot auf weiß. Die weiß-rote Grenze stellt die tatsächliche Höhe des Flüssigkeitsstands des Mediums im Behälter dar, um die Füllstandsanzeige zu realisieren.

• Magnetostriktiver Flüssigkeitsstandsensor

Die Struktur eines magnetostriktiven Flüssigkeitsstandsensors besteht aus einem Edelstahlrohr (Messstab), einem magnetostriktiven Draht (Wellenleiterdraht), einem beweglichen Schwimmer (mit Permanentmagnet im Inneren) usw. Wenn der Sensor arbeitet, regt der Schaltungsteil des Sensors den Impulsstrom auf dem Wellenleiterdraht an, und wenn sich der Strom entlang des Wellenleiterdrahts ausbreitet, wird um den Wellenleiterdraht herum ein Impulsstrom-Magnetfeld erzeugt.

Außerhalb des Messstabs des Sensors befindet sich ein Schwimmer, der sich mit der Änderung des Flüssigkeitsstands entlang des Messstabs auf und ab bewegt. Im Inneren des Schwimmers befinden sich Permanentmagnetringe. Trifft das gepulste Strommagnetfeld auf das vom Schwimmer erzeugte Magnetringmagnetfeld, ändert sich das Magnetfeld um den Schwimmer, sodass der Wellenleiterdraht aus magnetostriktivem Material an der Position des Schwimmers einen Torsionswellenimpuls erzeugt. Der Impuls wird mit einer festen Geschwindigkeit entlang des Wellenleiterdrahts zurückgesendet und vom Detektionsmechanismus erfasst. Durch Messung der Zeitdifferenz zwischen der Übertragung des Impulsstroms und der Torsionswelle kann die Position des Schwimmers, d. h. die Position der Flüssigkeitsoberfläche, genau bestimmt werden.

• Hochfrequenz-Admittions-Materialfüllstandssensor

Die Hochfrequenzadmittanz ist eine neue Füllstandsregelungstechnologie, die aus der kapazitiven Füllstandsregelung entwickelt wurde. Sie ist zuverlässiger, genauer und anwendbarer. Sie stellt eine Weiterentwicklung der kapazitiven Füllstandsregelungstechnologie dar.
Die sogenannte Hochfrequenzadmittanz ist der Kehrwert der Impedanz in der Elektrizität, die sich aus der Widerstandskomponente, der Kapazitätskomponente und der Induktionskomponente zusammensetzt. Die Hochfrequenz ist das Funkwellenspektrum eines Hochfrequenz-Füllstandsmessers, daher kann die Hochfrequenzadmittanz als Messung der Admittanz mit Hochfrequenz-Radiowellen verstanden werden.

Beim Betrieb des Geräts bildet der Sensor mit der Wand und dem Messmedium den Admittanzwert. Ändert sich der Füllstand, ändert sich auch der Admittanzwert. Die Schaltungseinheit wandelt den gemessenen Admittanzwert in ein Füllstandssignal um, um die Füllstandsmessung durchzuführen.

• Ultraschall-Füllstandsmesser

Der Ultraschall-Füllstandmesser ist ein digitales Füllstandmessgerät mit Mikroprozessorsteuerung. Bei der Messung sendet der Sensor eine gepulste Ultraschallwelle aus, und die Schallwelle wird vom selben Sensor empfangen, nachdem sie von der Objektoberfläche reflektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt wurde. Der Abstand zwischen Sensor und Prüfobjekt wird anhand der Zeit zwischen Aussendung und Empfang der Schallwelle berechnet.

Die Vorteile sind, dass keine mechanisch beweglichen Teile vorhanden sind, dass das Gerät sehr zuverlässig ist, dass es einfach und bequem zu installieren ist und dass es berührungslose Messungen gibt und dass es nicht von der Viskosität und Dichte der Flüssigkeit beeinflusst wird.

Der Nachteil besteht darin, dass die Genauigkeit relativ gering ist und es bei der Prüfung leicht zu Blindbereichen kommt. Die Messung von Druckbehältern und flüchtigen Medien ist nicht zulässig.

• Radar-Füllstandsmesser

Der Radar-Füllstandsmesser arbeitet nach dem Prinzip der Übertragung und des Empfangs. Die Antenne des Radar-Füllstandsmessers sendet elektromagnetische Wellen aus, die von der Oberfläche des Messobjekts reflektiert und von der Antenne empfangen werden. Die Zeit zwischen Aussendung und Empfang der elektromagnetischen Wellen ist proportional zur Entfernung zum Flüssigkeitsspiegel. Der Radar-Füllstandsmesser zeichnet die Zeit der Impulswellen auf. Da die Übertragungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen konstant ist, kann die Entfernung vom Flüssigkeitsspiegel zur Radarantenne berechnet und so der Flüssigkeitsstand ermittelt werden.

In der Praxis gibt es zwei Arten von Radar-Füllstandsmessgeräten: Frequenzmodulation mit Dauerstrich und Impulswelle. Füllstandsmessgeräte mit Frequenzmodulation mit Dauerstrichtechnologie haben einen hohen Stromverbrauch, ein Vierleitersystem und eine komplexe elektronische Schaltung. Füllstandsmessgeräte mit Radar-Impulswellentechnologie hingegen haben einen geringen Stromverbrauch, können über ein Zweileitersystem mit 24 VDC betrieben werden, erreichen problemlos Eigensicherheit, hohe Genauigkeit und einen breiteren Anwendungsbereich.

• Geführtes Radar-Füllstandsmessgerät

Das Funktionsprinzip des geführten Radar-Füllstandtransmitters entspricht dem des Radar-Füllstandsmessgeräts, allerdings werden hier Mikrowellenimpulse durch das Sensorkabel oder den Sensorstab gesendet. Das Signal trifft auf die Flüssigkeitsoberfläche, kehrt zum Sensor zurück und erreicht schließlich das Transmittergehäuse. Die im Transmittergehäuse integrierte Elektronik ermittelt den Flüssigkeitsstand anhand der Zeit, die das Signal für den Weg entlang des Sensors und zurück benötigt. Füllstandtransmitter dieser Art werden in industriellen Anwendungen in allen Bereichen der Prozesstechnik eingesetzt.