Was sind die gängigsten Arten von Füllstandserfassungsmethoden und wie unterscheiden sie sich?

Füllstandssensoren sind seit vielen Jahren auf dem Markt und werden in Branchen wie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Industrie, der Medizintechnik, der Druckindustrie, der Landwirtschaft, der Automobilindustrie und in Haushaltsgeräten zur Leckerkennung oder Füllstandsmessung eingesetzt. Aber was sind Füllstandssensoren? In diesem Blog befassen wir uns mit den wichtigsten Arten von Füllstandssensoren, die manchmal auch als Füllstandsschalter bezeichnet werden, was sie sind und wie sie sich unterscheiden.

Was sind Füllstandssensoren?

Füllstandssensoren sind Geräte zur Messung des Füllstands oder der Höhe einer Flüssigkeit in einem Behälter. Sie können verwendet werden, um den Füllstand von Wasser in einem Tank, von Öl oder Kraftstoffen in einem Lagerbehälter oder von Flüssigkeiten in einem chemischen Prozessbehälter zu messen. Es gibt verschiedene Arten von Füllstandssensoren, die auf unterschiedliche Weise zur Messung des Füllstands einer Flüssigkeit eingesetzt werden können. Diese Sensoren oder Niveauschalter können zur Steuerung und Überwachung des Flüssigkeitsstands in einem System eingesetzt werden und bei einem hohen oder niedrigen Flüssigkeitsstand auch Alarme oder Absperrventile auslösen.

Arten von Füllstandserfassungsmethoden

Warum entscheiden sich die Kunden für eine Technologie und nicht für eine andere? Manchmal sind die Hersteller von Ausrüstungen von der Vielfalt und der Intelligenz der auf dem Markt erhältlichen Alternativen zur Füllstandserfassung überrascht. Es gibt verschiedene Arten von Füllstandserfassungsmethoden, einige der gängigsten sind:

Optische Füllstandssensoren Es handelt sich um Einpunkt-Füllstandssensoren, die eine Lichtquelle und einen Detektor zur Überwachung des Füllstands einer Flüssigkeit verwenden

Vorteile - Kompakt, keine beweglichen Teile, hohe Druck- und Temperaturbeständigkeit, Miniaturgröße, kann winzige Flüssigkeitsmengen erkennen, breites Spektrum an Flüssigkeitsverträglichkeitsoptionen. Kleine Profiloptionen für den Einsatz in Rührbehältern.

Nachteile - Invasiv, da der Sensor mit der Flüssigkeit in Berührung kommen muss, erfordert Strom, bestimmte dickflüssige Substanzen können eine Beschichtung auf dem Prisma verursachen.

Anwendungen - Füllstandsmessung in Tanks, Trockenlauf- und Überlaufschutz, Lecksuchanwendungen, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Flüssigkeit anzeigen.

Es gibt viele Fachausdrücke für diese Art der Füllstandserfassungstechnologie, darunter optisches Prisma, elektrooptisch, optischer Einpunktschalter und optischer Füllstandschalter. Für diesen Zweck werden wir den Begriff Optischer Füllstandschalter verwenden. Die Funktionsweise des Schalters ist sehr einfach. Im Sensorgehäuse befinden sich eine LED und ein Fototransistor. Wenn sich die Sensorspitze in Luft befindet, wird das Infrarotlicht in der Sensorspitze zum Detektor reflektiert. In einer Flüssigkeit wird das Infrarotlicht aus der Sensorspitze heraus gebrochen, so dass weniger Energie den Detektor erreicht. Da es sich bei diesen kompakten Schaltern um Festkörperbauelemente handelt, eignen sie sich ideal für eine Vielzahl von Anwendungen zur Füllstandserfassung, insbesondere dann, wenn es auf Zuverlässigkeit ankommt. Optische Füllstandschalter eignen sich für die Erkennung von hohen, niedrigen oder mittleren Füllständen in praktisch allen Tankgrößen. Sie eignen sich auch zur Erkennung von Leckagen, um kostspielige Schäden zu vermeiden. Reflektiertes Licht, wie z. B. in kleinen reflektierenden Tanks, verspiegelten Tanks, Blasen, Milch oder Beschichtungsflüssigkeiten, kann oft zu Problemen mit verzögerten Messwerten führen.

Mehr zu optischen Füllstandssensoren und ihrer Verwendung.

Vibrierende Füllstandsensoren (Stimmgabeln) Es handelt sich dabei um Kontaktsensoren, die mit einem Vibrationselement arbeiten, das seine Frequenz ändert, wenn sich der Flüssigkeitsstand ändert.

Vorteile - Kompakt, kostengünstig.

Nachteile - Invasiv, die Zahl der Verwendungsmöglichkeiten ist begrenzt.

Anwendungen - Füllstandskontrolle von Flüssigkeiten, Pulvern und feinkörnigen Feststoffen im Bergbau, in der chemischen Verarbeitung und in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie.

Die Vibrationssensortechnologie eignet sich hervorragend für die Füllstandskontrolle von festen und flüssigen Stoffen, einschließlich klebriger Materialien und Schaum, sowie von Pulvern und feinkörnigen Feststoffen. Die Arten von Anwendungen, bei denen Stimmgabeln eingesetzt werden können, sind jedoch auf "Überfüllungs-" oder "Trockenlauf"-Anwendungen beschränkt, und sie bieten keine kontinuierliche Prozessmessung. Sie können in Verbindung mit kontinuierlichen Füllstandserkennungssystemen eingesetzt werden und als Alarmpunkte für Überfüllungen und Lecks dienen.

Ultraschall-Füllstandssensoren Es handelt sich um berührungslose Sensoren, die mit Hilfe von Ultraschallwellen den Abstand zur Oberfläche einer Flüssigkeit messen.

Vorteile - Keine beweglichen Teile, kompakt, zuverlässig, nicht von den Medieneigenschaften beeinflusst.

Nachteile - teuer, invasiv, Leistung kann durch verschiedene Elemente in der Umgebung beeinträchtigt werden. Typische tote Zone in der Nähe des Sensors.

Anwendungen - Berührungslose Anwendungen mit hochviskosen und schüttfähigen Feststoffen. Einsatz in Systemen, die eine Fernüberwachung erfordern.

Ultraschallsensoren messen Füllstände, indem sie die Dauer und Stärke von Hochfrequenz-Schallwellen berechnen, die von der Oberfläche der Flüssigkeit reflektiert und zum Sensor zurückgesendet werden - die dafür benötigte Zeit hängt vom Abstand zwischen Sensor und Flüssigkeit ab. Die Zeit, die der Sensor benötigt, um zu reagieren, wird durch verschiedene Elemente in der Atmosphäre über dem Medium wie Turbulenzen, Schaum, Temperatur usw. beeinflusst. Aus diesem Grund ist die Einbaulage bei diesen Geräten von entscheidender Bedeutung.

Schwimmerschalter Diese Kontaktsensoren messen den Füllstand einer Flüssigkeit mit Hilfe eines Schwimmers, der sich hebt und senkt.

Vorteile - stromlos, direkte Anzeige, relativ preiswert, verschiedene Ausgänge.

Nachteile - Invasiv, bewegliche Teile, große Abmessungen, es muss eine beträchtliche Menge an Flüssigkeit vorhanden sein, bevor der Schwimmer in Kontakt kommt. Kann nicht verwendet werden, wenn Flüssigkeiten in Bewegung sind (Schwappen).

Anwendungen - Tankfüllstandsmessungen bei der Verwendung von Wasser, Öl, Hydraulikflüssigkeiten und Chemikalien.

Schwimmerschalter für Flüssigkeitsstände sind eine der kosteneffektivsten und gleichzeitig bewährten Technologien zur Wasserstandsmessung. Sie umfassen einen Magneten in einem Schwimmer und einen magnetischen Reedschalter in einem sicheren Gehäuse. Der Schwimmer bewegt sich mit der Änderung des Flüssigkeitsstandes und veranlasst den Reedschalter, sich entweder zu öffnen oder zu schließen, je nachdem, ob er sich in Luft oder Flüssigkeit befindet. In der Regel gibt es eine Reihe von Montagemöglichkeiten, wobei die häufigsten die horizontale/seitliche und die vertikale Montage sind, je nach Konstruktion und Aufbau des Tanks oder Behälters.

Kapazitäts-Füllstandssensoren Diese Sensoren nutzen die Kapazitätsänderung zwischen zwei Elektroden, um den Füllstand einer Flüssigkeit zu messen.

Vorteile - Festkörper, kann nicht-invasiv sein, kompakt, genau, kann variable Füllstandsmessungen liefern.

Nachteile - Kann eine Kalibrierung erfordern, kann nur in bestimmten Flüssigkeiten verwendet werden.

Anwendungen - Tankfüllstandsüberwachung in der Chemie-, Lebensmittel-, Wasseraufbereitungs-, Energie- und Brauereiindustrie.

Kapazitive Füllstandssensoren arbeiten mit einer Reihe von Feststoffen, Flüssigkeiten und gemischten Materialien. Sie sind auch in kontaktbehafteten und kontaktlosen Konfigurationen erhältlich, was bedeutet, dass einige Versionen außerhalb des Behälters oder Tanks angebracht werden können. Bei der Auswahl eines Geräts ist es wichtig zu wissen, dass nicht jeder Kapazitätssensor mit jeder Art von Material oder Tank funktioniert. Darüber hinaus muss der Sensor auf das jeweilige Material kalibriert werden, um die unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten und Unterschiede in der Tankkonstruktion zu verzeihen. Da diese Art von Technologie kontaktbasiert ist, kann die Zuverlässigkeit dieser Sensoren durch an der Sonde haftende Flüssigkeiten stark beeinflusst werden.

Radar-Füllstandssensoren Ein Radar-Füllstandssensor ist eine Art berührungsloser Sensor, der die Radartechnologie zur Messung des Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter oder Gefäß verwendet.

Vorteile - sehr genau, keine Kalibrierung erforderlich, mehrere Ausgabeoptionen.

Nachteile: teuer, kann von der Umgebung beeinflusst werden, begrenzter Erfassungsbereich.

Anwendungen - Feuchte, dampfige und staubige Umgebungen. Sie werden auch in Systemen verwendet, in denen die Temperaturen schwanken.

Die Funktionsweise basiert auf der Aussendung eines Mikrowellensignals und der Messung der Zeit, bis das Signal zum Sensor reflektiert wird. Aus der Zeit bis zur Rückkehr des Signals wird der Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche berechnet, aus dem dann der Flüssigkeitsstand bestimmt wird. Radar funktioniert ähnlich wie Ultraschall, die Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit kann beeinträchtigt werden – diesmal jedoch durch die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit. Radar kann jedoch sehr genaue Füllstandsinformationen liefern und feste Strukturen innerhalb des Behälters kompensieren. Diese Sensoren gehören zu den wenigen Technologien, die in Schaum und klebrigen Substanzen gut funktionieren.

Füllstandssensoren für Leitfähigkeit Es handelt sich um Kontaktsensoren, die die elektrische Leitfähigkeit einer Flüssigkeit nutzen, um deren Füllstand zu messen.

Vorteile - Keine beweglichen Teile, einfach zu bedienen, kostengünstig.

Nachteile - Invasiv, Flüssigkeiten müssen leitfähig sein, Sondenerosion

Anwendungen - Tankfüllstandsmessung für Kesselwasser, Überwachung von Reagenzien, hochkorrosive Flüssigkeiten.

Konduktive Sensoren werden zur punktuellen Erfassung leitfähiger Flüssigkeiten wie Wasser und hochkorrosiver Flüssigkeiten verwendet. Eine lange Sonde überträgt eine niedrige Spannung, eine zweite, kürzere Sonde ist so geschnitten, dass sich die Spitze am Schaltpunkt befindet. In der Flüssigkeit fließt der Strom über beide Sonden, um den Schalter zu aktivieren. Einer der Vorteile dieser Geräte ist, dass sie aufgrund ihrer niedrigen Spannungen und Ströme sicher sind. Sie sind auch einfach zu benutzen und zu installieren, aber es müssen regelmäßige Wartungskontrollen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sich keine Ablagerungen auf der Sonde bilden, da sie sonst nicht richtig funktioniert.

Wie unterscheiden sich die Methoden der Füllstandserfassung?

Der Hauptunterschied zwischen diesen Sensoren besteht in der Art und Weise, wie sie den Füllstand einer Flüssigkeit erfassen. Einige Sensoren, wie z. B. Ultraschall und Radar, sind berührungslos, d. h. sie haben keinen physischen Kontakt mit der zu messenden Flüssigkeit. Andere, wie z. B. optische Sensoren, Schwimmerschalter und Leitfähigkeitssensoren, sind Kontaktsensoren und haben eine physische Verbindung mit der Flüssigkeit. Jede Methode hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, und welche Methode am besten geeignet ist, hängt von der jeweiligen Anwendung und den Eigenschaften des zu messenden Materials ab.

Die Entwicklung der Füllstandsmesstechnik hat dazu geführt, dass Prozesse, die normalerweise teure Geräte erfordern, jetzt mit kreativen, innovativen und intelligenten Technologien durchgeführt werden können, die kostengünstig, zuverlässig, robust, hochpräzise und einfach zu installieren sind. Flüssigkeiten, deren Erkennung in der Vergangenheit eine große Herausforderung darstellte, wie z. B. Seife mit Blasen/Schaum, Milch und klebrige Substanzen wie Klebstoff und Tinte, können nun mit der Vielzahl der verfügbaren Füllstandsmesstechnologien leichter erkannt werden.

Ansicht PST Flüssigkeitsstandssensoren und -schalter