Hydrostatische Füllstandsmessung

Der Klassiker stellt sich vor: Hydrostatische Füllstandsmessung

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Füllstandsmessung in offenen, belüfteten Behältern

In der hydrostatischen Füllstandsmessung in offenen bzw. belüfteten Becken und Behältern findet ein kontinuierlicher Druckausgleich der Umgebungsluft mit der Gasphase oberhalb der Flüssigkeit statt. Daher entspricht der Umgebungsdruck, der als „Gewichtskraft“ auf das Medium wirkt, immer auch dem wirkenden Umgebungsdruck auf das gesamte System, einschließlich des Füllstandsensors. Setzt man nun einen Drucksensor mit Relativdruckmesszelle ein, also einen ebenso wie der Tank mit dem Umgebungsdruck ausgeglichenen bzw. belüfteten Drucksensor, so gleicht dieser „selbstständig“ den Einfluss dieses Umgebungsdrucks auf die Füllstandsmessung aus. Dies bedeutet, dass ein Relativdrucksensor in belüfteten Behältern und Tanks den auf der Flüssigkeit aufliegenden Luftdruck vollständig aus der Füllstandsmessung „herauskompensiert“. Somit entspricht der hydrostatische Druck ausschließlich der Füllhöhe der Flüssigkeit (Bild 2).

Füllstandsmessung in gekapselten, gasdicht geschlossenen Behältern

Die Füllstandsmessung in gekapselten, gasdicht geschlossenen Behältern, die häufig in der chemischen Industrie vorzufinden sind, erfordert eine Kompensation des Druckes der über der Flüssigkeit eingeschlossenen Gasphase. Der eingeschlossene Druck der Gasphase wirkt als zusätzliche Gewichtskraft auf die Flüssigkeit und verfälscht eine hydrostatische Druckmessung am Behälterboden. Deshalb muss dieser die Messung verfälschende Einfluss durch eine zusätzliche Druckmessung der Gasphase kompensiert werden.

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Häufig setzt man daher einen zweiten Drucksensor für die Messung des Gasdruckes ein. Diese Anwendung stellt prinzipiell eine Differenzdruckmessung dar, bei der zwei separate Druckmessungen miteinander verrechnet werden (Bild 3). Diese Verrechnung kann sowohl durch zwei individuelle Sensoren, als auch durch einen integrierten Differenzdrucksensor durchgeführt werden. In dieser Anwendung können Sensoren wahlweise in Relativdruck- (Sensor mit Umgebungsdruckausgleich) oder auch in Absolutdruckausführung (Sensor mit eingeschlossener Vakuumreferenz) genutzt werden.

Arten hydrostatischer Füllstandssensoren

In der hydrostatischen Füllstandsmesstechnik kann man primär drei Arten bzw. Bauformen von Füllstandssensoren unterscheiden: konventionelle Drucktransmitter, Prozessdrucktransmitter und Pegelsonden, verfügbar in Relativ-, Absolut- oder Differenzdruckausführung. Für die Anwendung in Tanks und freistehenden Behältern eignet sich insbesondere der Einsatz von konventionellen Drucktransmittern (Bild 4 und 5) oder Prozessdrucktransmittern (Bild 6), wahlweise mit klassischem Druckkanal (Bild 4) oder in frontbündiger Ausführung (Bild 5).

Die häufigste Verwendung finden hierbei konventionelle Drucktransmitter, die aufgrund ihrer großen industriellen Verbreitung, speziell im Maschinenbau, gerne in Anwendungen ohne besondere Anforderungen an die Messtechnik, wie z. B. Skalierbarkeit des Messbereiches oder integrierte Tanklinearisierung, eingesetzt werden. Konventionelle Sensoren zeichnen sich hier speziell durch ihr ausgezeichnetes Preis-/Leistungsverhältnis aus.

Sie sind robust, einfach in der Installation und Anwendung, schnell, und in variablen Genauigkeiten bis hin zu < 0,1 % verfügbar. Prozessdrucktransmitter hingegen werden vornehmlich in Anwendungen mit besonderen Anforderungen an die Messtechnik, wie z. B. Bus-Signalen, Skalierbarkeit des Messbereiches, integrierte Tanklinearisierung, u.v.m. eingesetzt und finden daher verstärkt in Applikationen der Chemie und Petrochemie ihre Anwendung. Die umfangreiche Einstellbarkeit und eine hohe Intelligenz dieser programmierbaren Prozessdrucktransmitter spiegeln sich auch in deren Preisstellung im Vergleich zu konventionellen Industrietransmittern wieder, die leicht den fünf- bis zehnfachen Preis eines konventionellen Drucksensors erreichen kann.

Speziell in der Wasser- und Abwasserwirtschaft werden häufig tauchfähige Drucksensoren, sogenannte Pegel- bzw. Tauchsonden eingesetzt, um den Füllstand in Becken, Brunnen oder Gewässern zu messen (Bild 7). Pegelsonden sind eine spezifische Bauform eines Drucktransmitters, die sich von klassischen Drucksensoren, bedingt durch die charakteristische Tauchanwendung, vor allem hinsichtlich der Medienbeständigkeit, Druckdichtigkeit, Kabelqualität und Schutzart unterscheiden. Rein vom Funktionsprinzip der hydrostatischen Messung handelt es sich auch hier um einen klassischen Drucksensor, der jedoch bedingt durch die spezifische Tauchanwendung immer vollständig und dauerhaft in Medienkontakt steht.

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