Die kontinuierliche Füllstandsmessung ist unerlässlich für Bestandsführung, Prozesszuverlässigkeit und Betriebssicherheit in industriell genutzten Tanks und Silos, in denen viele verschiedene Flüssigkeiten und Schüttgüter gelagert und verarbeitet werden.
Das Laufzeitmessverfahren (Time-of-Flight) bietet eine zuverlässige Lösung für die kontinuierliche Füllstandsüberwachung. Es arbeitet mit der Aussendung von Ultraschall- oder Radarimpulsen, die an der Oberfläche des Mediums reflektiert und danach wieder vom Sensor empfangen werden. Anhand der Zeitdauer zwischen dem Senden und dem Empfangen wird der Abstand zur Oberfläche berechnet. Wenn die Tankgeometrie bekannt ist, kann der Füllstand mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Ultraschallwellen werden mechanisch mittels piezoelektrischer Elemente erzeugt und durch die Dichteunterschiede zwischen Luft und dem Medium reflektiert. Radarwellen sind dagegen elektromagnetische Wellen, die basierend auf Veränderungen der relativen Permittivität des Mediums reflektiert werden. Je nach Anwendung können Radarsignale frei in den Tank gesendet oder entlang einer Sonde geführt werden.
In dem Video erfahren Sie, wie das Laufzeitmessverfahren funktioniert.
Vorteile von Micropilot und Levelflex auf einen Blick
- Kontinuierliche Füllstandsmessung für Flüssigkeiten und Schüttgüter
- Zuverlässige Leistung, unabhängig von Schaumbildung oder Turbulenzen
- Berührungslose Messung minimiert Verschleiß und Wartungsaufwand
- Geeignet für anspruchsvolle Umgebungen mit hohen Drücken, Temperaturen oder Dampf
- Flexible Installationsoptionen mit Freiraum oder geführtem Radar
Tagtäglich werden Lagertanks mit den unterschiedlichsten Medien befüllt und entleert. Beispiele dafür sind Trinkwasser, Fruchtsäfte, Öle und Benzine, Säuren, Laugen oder auch Feststoffe wie Kies, Plastikpellets oder Pulver. Da diese Medien zum Teil völlig unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, existieren zu deren Erfassung auch unterschiedliche Messprinzipien. Beispielsweise die kontinuierliche Füllstandsmessung von Flüssigkeiten oder Schüttgütern nach dem Laufzeitverfahren.
Um das Jahr 1910 gelang Alexander Behm die Ortung von Gegenständen mittels reflektierter Schallwellen. Das sogenannte Echolot ist das Prinzip der Ultraschallmessungen. 1886 bereits stellte Heinrich Rudolf Hertz beim experimentellen Nachweis elektromagnetischer Wellen fest, dass Radiowellen an metallischen Gegenständen reflektiert wurden. Diese Grundlage dient der Messung nach dem Mikrowellen- oder Radarprinzip. Lassen Sie uns die Funktionsweise dieses Messverfahrens etwas näher betrachten.
Messgeräte nach dem Laufzeitverfahren detektieren kontinuierlich den Füllstand in Tanks und Behältern. Hierbei werden Ultraschall- oder Radarimpulse ausgesendet, von der Medienoberfläche reflektiert und vom Gerät wieder empfangen. Durch die Messung der Laufzeit kann die Distanz zwischen Messgerät und Produktoberfläche berechnet werden. Ultraschallwellen sind mechanische Wellen. Ultraschallimpulse werden piezoelektrisch erzeugt und von der Medienoberfläche durch den Dichtesprung zwischen Luft und Medium reflektiert.
Die vom Gerät gemessene und ausgewertete Zeitdauer zwischen dem Senden und dem Empfangen des Impulses ist ein direktes Maß für die Distanz zwischen Sensormembran und Medienoberfläche. Mikrowellen oder Radarwellen hingegen sind
elektromagnetische Wellen. Radarimpulse werden elektromagnetisch erzeugt und von der Medienoberfläche durch die Änderung der relativen Permittivität reflektiert. Die hochfrequenten Radarimpulse können an einem Stab entlang zum Medium geführt oder frei abgestrahlt werden.
Das Laufzeitmessverfahren, hier exemplarisch am Beispiel von frei abstrahlenden Radarimpulsen dargestellt, funktioniert in Flüssigkeiten gleich wie in Feststoffen. Die ausgesendeten Impulse werden von der Medienoberfläche reflektiert und vom Messgerät detektiert. Aus der Laufzeit des Impulses, der sogenannten „Time-of-Flight“, wird bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit, in diesem Fall Lichtgeschwindigkeit, die Entfernung zwischen Sender und Oberfläche bestimmt.
Unter Berücksichtigung der Behälterhöhe lässt sich hieraus der Füllstand berechnen und ausgeben. Endress+Hauser Geräte nach dem Laufzeitverfahren ermöglichen die Messung des Füllstands auch bei hohen Drücken oder Temperaturen, bei ausgasenden oder aggressiven Medien und bei turbulenten Flüssigkeitsoberflächen oder Schaumbildung. Wir haben für jede Anwendung die geeignete Lösung. Endress+Hauser.
