Radar-Füllstandmessung Die neue Einfachheit: Geführtes Radar zur Füllstandmessung

„Nur den Füllstand wissen!“ Selbst die einfachsten Anwenderwünsche lassen sich nicht immer leicht erfüllen. Ein neues Füllstandmessgerät, das auf dem Prinzip des Geführten Radars beruht, erfüllt dank selbstlernender Signalauswertung und innovativer Algorithmen genau diese Vorgaben.

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VEGA Grieshaber KG

E+E Elektronik GmbH

Noch einfacher! Diese simple Vorgabe stand bei der Entwicklung der neuen Sensoren der Vegaflex 80-Serie Pate. Neben der einfachen Geräteauswahl und der geführten Inbetriebnahme standen dabei Zuverlässigkeit und Messsicherheit im Fokus. Die Serie besteht aus vier Gerätereihen, die jeweils auf die Anwendung abgestimmt sind. Der Vegaflex 81 ist für den Einsatz in Flüssigkeiten optimiert, der Vegaflex 82 ist besonders robust und daher für Schüttgüter ideal. Geht es um die Messung von Lebensmitteln oder aggressiven Produkten, kommt der Vegaflex 83 zum Einsatz. Er erfüllt mit resistenten Werkstoffen und entsprechender Oberfläche die besonderen Anforderungen an Hygiene und Beständigkeit. Für hohe oder tiefe Temperaturen und Hochdruckanwendungen, etwa in Destillationskolonnen, eignet sich der Vegaflex 86.

Das Geführte Füllstand-Radar Vegaflex 82 ist auf die Füllstandmessung von Feststoffen bzw. Schüttgut spezialisiert. Das Gerät misst Feststoffe mit kleiner Dielektrizitätszahl, in Messbereichen bis 70 m, auch während der pneumatischen Befüllung des Silos und in Metall- oder Betonsilos. Den Vegaflex 82 gibt es in zwei Versionen: Einmal mit 4-mm-Seil (bis zu 500 kg Zugkraft) für fließfähige Granulate und einer Höhe für etwa acht bis zehn Meter sowie für schwere Pulver mit einem 6-mm-Seil (bis zu einer Zugkraft von 3 t).

Untersuchungen haben ergeben, dass mehr als 20 % der Störfälle oder Produktionsstillstände aus einer fehlerhaften Inbetriebnahme resultieren. Oberste Priorität war daher für die Entwickler, die Inbetriebnahme für den Anwender so einfach wie möglich zu gestalten. Der Anwender wird durch die Inbetriebnahme geführt, sodass er nach sechs Schritten mit der Messung beginnen kann. Dabei muss er lediglich eingeben, ob es sich um einen Metall- oder Betonbehälter handelt. Alle anderen Angaben ermittelt das Gerät.

Sobald der Vegaflex 82 elektrisch angeschlossen ist, misst er bereits den Füllstand. Potenzielle Fehler bei der Eingabe werden dadurch konsequent vermieden. Zu verdanken ist dies einer Vielzahl an Algorithmen, die in der Software des Sensors hinterlegt sind. Diese erleichtern nicht nur die Inbetriebnahme, sondern sorgen auch für zuverlässige Messwerte und ein breiteres Einsatzspektrum.

Die wichtigste Neuerung des Vegaflex 82 lernen Sie auf der nächsten Seite kennen

Komplexe Algorithmen für einfache Anwendung

Als wichtigste Neuerung beim Vegaflex 82 ist die automatische Sondenendeverfolgung zu nennen. Mit dieser Funktion lassen sich nun nahezu alle Schüttgüter zuverlässig messen. Doch wie verfolgt man etwas, das sich nicht bewegt? Schließlich wird die Sonde im Silo ja nicht länger oder kürzer.

Bei nicht leitfähigen Medien durchstrahlt ein Teil des Mikrowellenimpulses das Medium bis zum Sondenende. Dort wird er erneut reflektiert, und der Vegaflex kann dieses Signal detektieren. Bei leerem Behälter liegt das Sondenende-Signal in der tatsächlichen Distanz, also in der Sondenlänge. Da sich der Mikrowellenimpuls durch das Schüttgut hindurch mit einer geringeren Geschwindigkeit ausbreitet als in Luft, erscheint das Signal des Sondenendes bei befülltem Silo nach hinten versetzt.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowelle hängt von dem sie umgebenden Medium, dem Dielektrikum ab. Je höher der Füllstand an der Sonde ansteigt, desto größer erscheint die Distanz, in der das Sondenende-Signal sichtbar ist. Die Sonde scheint also mit steigendem Füllstand immer länger zu werden. Da der Vegaflex 82 die korrekte Sondenlänge kennt und diese Verschiebung misst, ermittelt er kontinuierlich die Dielektrizitätszahl des Schüttguts.

Speziell in Schüttgütern ist die Reflektivität (Dielektrizitätszahl) des Mediums oft sehr gering. Ist das Füllstandecho nicht oder nicht mehr detektierbar, schaltet der Vegaflex 82 automatisch auf die Sondenendeverfolgung (indirekte Füllstandmessung) um. Dabei misst er die Distanz zum Sondenende und berechnet mit der zuletzt ermittelten Dielektrizitätszahl den Füllstand. Ist das Füllstandecho wieder sichtbar, schaltet das Gerät in den direkten Messmodus zurück.

Spezifische Grenzen werden erweitert

Mit dieser Methode werden die spezifischen Grenzen des Geführten Radar erheblich erweitert. Kunststoffgranulate oder -pulver mit einer sehr geringen Reflektivität (kleine Dielektrizitätszahl) können so ohne Einschränkungen gemessen werden. Ein Beispiel sind PE- oder auch PP-Pulver. In diesen Fällen entscheidet sich der Vegaflex 82 für den Anwender unbemerkt für den richtigen, sicheren Messmodus.

Zur Anwendung kommt das Verfahren auch bei einer Fluidisierung mit Druckluft, die meist im Konus des Silos stattfindet. Durch das Einblasen von Luft sinkt die Dielektrizitätszahl des Mediums erheblich. Standardgeräte steigen bei einer solchen Anwendung schlicht aus und melden einen leeren Behälter. Andere Verfahren, etwa das Ultraschallverfahren, scheitern an dieser Anwendung, da sie mit einer hohen Staubentwicklung verbunden ist.

Ganz anders agiert der Vegaflex 82, da dieser permanent die Dielektrizitätszahl bestimmt. Verliert das Messgerät das Füllstandsignal in diesem Bereich des Silos, schaltet er automatisch in den indirekten Messmodus und misst den Füllstand bis hinunter zum Sondenende.

Zusätzliches Feuchtemessgerät kann entfallen

Da die Dielektrizitätszahl kontinuierlich erfasst wird, lässt sie sich auch als Ausgangssignal ausgeben, um diese im Leitsystem zu verarbeiten. Besonders praktisch ist es, dass sie mit der Schüttgutfeuchte zusammen hängt und so die Schüttgutfeuchte kontinuierlich erfasst werden kann. Üblicherweise wird dafür ein zusätzliches Feuchtemessgerät verwendet, das aber nur punktuell misst. Der Vegaflex 82 misst die Dielektrizitätszahl jedoch über die gesamte Messhöhe und ist dadurch in der Lage, eine Durchschnittsfeuchte auszugeben und selbst niedrige Feuchteanteile zu erfassen. Ein zusätzliches Feuchtemessgerät kann also entfallen.

Ein weiteres Feature ist die automatische Längenbestimmung. Die genaue Kenntnis der Sondenlänge ist für alle TDR-Sensoren essenziell. Dies gilt auch für den Vegaflex 82. In der Praxis werden fast alle Sonden länger bestellt, da die exakte Länge oft erst bei der Montage bestimmt werden kann. Ist das Messgerät montiert, kürzt der Techniker die Sonde an Ort und Stelle auf die richtige Länge. Danach muss die Sonde noch einmal ausgemessen werden. Dies empfinden viele Anwender als sehr umständlich. Der neue Vegaflex 82 bestimmt die Länge der Sonde automatisch und erleichtert die Inbetriebnahme dadurch entscheidend.

Auch das ist neu: Erfahren Sie auf der nächsten Seite wie der Vegaflex 82 sich stets für das richtige Echo entscheidet.

Bewegungserkennung des Echos

Die intelligenten Algorithmen machen sich zudem in einer genaueren Signalauswertung bemerkbar. Um es plastisch auszudrücken: Bei der Detektion und Signalauswertung gewinnt in der Regel das größte Echo. Möglicherweise handelt es sich aber um ein Echo, das durch Verstrebungen im Behälter oder Anbackungen verursacht wurde.

Der Vegaflex 82 erstellt vom ersten Moment an ein Echoprofil. Diese Historie nutzt er zur richtigen Echoentscheidung. Zudem bewertet er Echos, die sich bewegen höher als statische Signale, die immer an derselben Stelle auftreten. Das sich bewegende Signal, das zur Echohistorie passt, hat für den Sensor damit die höchste Wahrscheinlichkeit das Füllstandecho zu sein als andere Signale. Die Bewegungserkennung erhöht wirkungsvoll die Messsicherheit. Das Ergebnis ist ein kontinuierlicher und wartungsfreier Betrieb.

Treffsicherheit bei der Fehlersuche

Treffsicherheit ist auch bei der Fehlersuche gefragt. Je genauer die Informationen für den Techniker oder Instandhalter sind, desto schneller ist das Gerät wieder in Funktion, und die Anlage kann wieder am Optimum gefahren werden. Zahlreiche Asset Management-Funktionen, sei es für die vorbeugende Wartung oder bei akutem Handlungsbedarf, wurden in der neuen Baureihe implementiert. Dies sind Statusmeldungen nach NE 107 bzw. VDI/VDE 2650, eine Klartextanzeige des Gerätezustandes, die Statusdokumentation im integrierten Ereignisspeicher mit Echtzeitstempel sowie die Anzeige von Messsicherheit und Elektroniktemperatur.

Alle Ereignisse, wie aufgetretene Störungen, Status- und Parameteränderungen werden im Sensor protokolliert. Die gesamte Gerätehistorie mit Zeitstempel steht dem Techniker in wenigen Augenblicken zur sicheren und schnellen Diagnose zur Verfügung. So wird eine Störung schnell behoben und der Prozess in Rekordzeit wieder in den Normalbetrieb geführt.

Fazit

Dank intelligenter Algorithmen und Software punktet der Vegaflex 82 in Anwendungen, die bisher sehr schwierig zu messen waren, beispielsweise Kunststoffe mit einer niedrigen Dielektrizitätszahl.

Aber auch im Standardfall überzeugt die neue Generation Füllstandmessgeräten durch die geführte Inbetriebnahme und der sicheren Messwerterfassung durch seine Einfachheit.

* Der Autor ist Produktmanager bei der Vega Grieshaber KG, Schiltach. +++Mit großer Bestürzung haben wir den Tod von Wolfgang Perenthaler zur Kenntnis genommen. Er verstarb Anfang Juli im Alter von 48 Jahren unerwartet und viel zu früh. Unser Mitgefühl gilt seiner Familie.+++

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