Arten von Messgeräten für die Pegelmessung: Funktionsprinzipien, Merkmale und Auswahlleitfaden

Die Pegelmessung findet breite Anwendung in der chemischen Verfahrenstechnik, der Wasseraufbereitung, der Lebensmittel- und Getränkeproduktion, der pharmazeutischen Industrie, im landwirtschaftlichen Wassermanagement, im Bergbau, in Lagersystemen sowie in der industriellen Automatisierung. Je nach Medium, Tankstruktur, Temperatur, Druck sowie Installationsumgebung sind unterschiedliche Messverfahren erforderlich.

Zu den gängigen Technologien gehören die hydrostatische, die ultraschallbasierte, die schwimmende, die radarbasierte, die RF-Admittanz- sowie die kapazitive Niveausmessung. Keine einzelne Technologie eignet sich für alle Anwendungsfälle; bei der Auswahl sind daher die Prozessbedingungen, der Messbereich, die Installationsanforderungen, die Signalausgabe sowie die Wartungsanforderungen zu berücksichtigen.

1. Hydrostatische Niveausmessung

Die hydrostatische Niveausmessung bestimmt den Flüssigkeitsstand anhand des vom Flüssigkeitskolben erzeugten Drucks.Wenn die Dichte der Flüssigkeit relativ konstant bleibt, führt eine Erhöhung der Flüssigkeitshöhe zu einem entsprechenden Anstieg des hydrostatischen Drucks.

Einfaches Messprinzip:

– Geeignet für die kontinuierliche Messung des Flüssigkeitsstands.

– Typische Einsatzbereiche:

– Wassertanks, Reservoirs, Brunnen sowie industrielle Lagersysteme.

Prozessstabilität:

Schaum, Dampf und Oberflächenturbulenzen beeinflussen die Druckmessung nicht direkt.

Systemintegration:

Industrielle Modelle können 4-20mA oder RS485-Ausgänge bereitstellen.

Die hydrostatische Messung wird von der Dichte der Flüssigkeit beeinflusst. Wenn sich die Dichte aufgrund von Temperatur, Konzentration oder Prozesszusammensetzung erheblich verändert, Das berechnete Niveau kann sich ebenfalls verschieben. Für belüftete geschlossene Behälter können eine Druckkompensation in der Gasphase oder eine Differenzdruckmessung erforderlich sein.

2. Ultraschall-Lagenmessung

Ultraschall-Füllstandtransmitter sind in der Regel berührungslose Messgeräte. Der Sensor sendet einen Ultraschallpuls in Richtung der Flüssigkeits- oder Festkörperoberfläche aus und misst die Laufzeit des reflektierten Signals. Der gemessene Abstand wird anschließend anhand der Installationsreferenzhöhe in eine Höhenangabe umgewandelt.

kontaktlose Messung

Der Sensor steht normalerweise nicht in direktem Kontakt mit dem Prozessmedium.

Anwendung in Flüssigkeits- und bestimmten Feststoffanwendungen

Geeignet für Tanks, Becken, Abwassersysteme, offene Kanäle sowie ausgewählte Feste Stoffe.

Relativ einfache Installation

Gut geeignet für Anwendungen unter atmosphärischem Druck bei stabilen Luftbedingungen.

Automatisierungsintegration

Kann mit ... verbunden werden PLC s, RTUs, Datenlogger und Fernüberwachungssysteme.

Da Ultraschallsignale durch den Gasraum über dem Prozesslauf übertragen werden, Temperaturänderungen, Dampf, Schaum, starke Luftströmung, Staub, Oberflächenwirbel sowie interne Hindernisse können die Messstabilität beeinträchtigen.

3. Messung des Schwimmpegels

Fließmessgeräte nutzen die Auftriebswirkung, um Änderungen des Flüssigkeitsstands zu erfassen. Wenn die Flüssigkeit steigt oder fällt, bewegt sich der Schwimmer entsprechend, und die Position wird über eine magnetische Kopplung in ein Pegelsignal umgewandelt. mechanische Kopplung, Reed-Schalter oder andere Messverfahren.

Direktes mechanisches Prinzip

Häufig für herkömmliche Flüssigkeitspegelanwendungen verwendet.

Unabhängig von der dielektrischen Konstante

Geeignet für viele Standardflüssigkeiten.

Punktmessung oder kontinuierliche Messung

Kann für Pegelschalter oder kontinuierliche Pegelanzeige verwendet werden.

Da der Auftriebsschwimmer in direkten Kontakt mit dem Medium steht, spielen Viskosität, Korrosion sowie Feststoffe eine Rolle. Es müssen Kristallisation, Ablagerungen sowie der verfügbare Bewegungsspielraum berücksichtigt werden. Medien mit hoher Viskosität oder neigend zu Verunreinigungen können die Bewegung von Flottern einschränken.

– 4. Radar-Niveausmessung;

– Radar-Niveaus Sender verwenden hochfrequente elektromagnetische Wellen zur kontaktlosen Niveausmessung. Die Antenne sendet ein Radarsignal auf die Prozessoberfläche aus; das reflektierte Signal wird analysiert, um den tatsächlichen Flüssigkeits- oder Feststoffpegel zu bestimmen.

kontaktlose Messung

Geeignet sowohl für Flüssigkeiten als auch für feste Stoffe.

– Geeignet für anspruchsvollere Betriebsbedingungen.

– Im Vergleich zu ultraschallbasierten Messverfahren generell weniger empfindlich gegenüber Temperatur-, Druck- und Dampfveränderungen.

– Keine mechanischen beweglichen Teile.

– Geeignet für langfristige, kontinuierliche Messungen.

– Weit gefächertes Anwendungsspektrum.

– Wird in Tanks, Silos, der Wasseraufbereitung, chemischen Prozessen sowie in Bergbauanwendungen eingesetzt.

Die Radarreflexion wird weiterhin von der Dielektrizitätskonstante sowie der Installationsposition beeinflusst. Tankgeometrie und unerwünschte Echos Bei Medien mit geringer Dielektrizitätskonstante oder komplexen Gefäßen ist eine sorgfältige Auswahl der Radarfrequenz, des Antennendesigns sowie der Installationsposition erforderlich.

5. Messung des RF-Admittanzniveaus

Messgeräte für das RF-Admittanzniveau erfassen Änderungen der elektrischen Eigenschaften zwischen einer Sonde und dem Gefäß. Sie verwenden in der Regel eine Kontaktsonde und können auf Flüssigkeiten, Schlämme, Pulver sowie körnige Materialien angewendet werden.

Mehrere Medienarten

Geeignet für Flüssigkeiten, Schläme, Pulver und Körner.

Punktgenaue Detektion

Gewöhnlich für Hoch- und Niedriglevel-Alarme verwendet.

: Gilt für bestimmte Beschichtungsmittel.

: Bei geeigneter Konstruktion kann das Gerät bestimmte Beschichtungsbedingungen oder Ablagerungsbedingungen tolerieren.

: Die Messung der RF-Admittanz kann von den elektrischen Eigenschaften des Mediums beeinflusst werden. Probenbeschichtung und Installationsgeometrie Anwendungen mit erheblichen dielektrischen Veränderungen oder starkem Ladungsaufbau sollten unter realen Prozessbedingungen kalibriert und verifiziert werden.

6. Kapazitive Niveaumessung

Kapazitive Pegelmessgeräte messen Änderungen der Kapazität, wenn Material in den Messbereich zwischen der Sonde und der Referenzelektrode gelangt. Die Dielektrizitätskonstante des Prozessmediums beeinflusst direkt die Kapazitätsantwort.

Flüssigkeiten und ausgewählte Feststoffe

Geeignet für verschiedene Flüssigkeiten, Pulver und körnige Materialien.

Kompakte Bauweise

Geeignet für kleine Behälter und Anlagen mit begrenztem Platz.

Kontinuierliche oder punktbasierte Messung

Kann für die kontinuierliche oder punktbasierte Füllstandsmessung konfiguriert werden.

Die kapazitive Messung ist empfindlich gegenüber der Dielektrizitätskonstante sowie der Zusammensetzung des Materials. Aufbau der Sonde, Luftfeuchtigkeit und Installationsgeometrie. Bedeutende Änderungen der Eigenschaften des Mediums können eine Neuberegelung erforderlich machen.

7.Vergleich von Messverfahren für den Normalpegel:

8. Auswahl einer Niveaumesstechnologie:

– Wasserbehälter, Reservoirs und Brunnen;

– Je nach Installations- und Prozessbedingungen können hydrostatische, ultrasonische oder radarbasierte Messverfahren gewählt werden;

– Abwasser- und Ablaufwassersysteme

Schäume, Schlamm, Korrosionsprodukte sowie schwimmende Materialien sind zu berücksichtigen. Bei schwierigeren Bedingungen kann die Anwendung von Radar geprüft werden.

Industrielle Lagertanks

Für normale atmosphärische Silos können Ultraschall-, Radar- oder hydrostatische Messverfahren verwendet werden, während bei Prozessen mit höheren Temperaturen oder höheren Drücken Radar-, geführte-Wellen-Radar oder Differenzdruckmessung erforderlich sein können.

Bulk Solid Silos

Je nach Staubbelastung, Messbereich und Materialeigenschaften können Radar-, Ultraschall-, RF-Admittanz- oder kapazitive Pegelmessverfahren gewählt werden.

Kleine Behälter und Punktpegelmessung:

Schwimmschalter, kapazitive Schalter oder RF-Admittanz-Pegelschalter können geeignet sein.

9.Für die Auswahl des Niveausmessgeräts erforderliche Informationen:

FAQ

Frage 1: Welche Niveausensorik eignet sich für die normale Wasserstandsmessung?

A1: Es können alle drei Messverfahren – hydrostatische, ultrasonische und radarbasierte Messgeräte – eingesetzt werden. Die endgültige Auswahl hängt von der Messreichweite, der Installation sowie den Prozessbedingungen ab.

Q2: Was ist der wesentliche Unterschied zwischen ultrasonischen und radarbasierten Niveaumessungen?

A2: Ultrasonische Messgeräte nutzen Schallwellen, während radarbasierte Messgeräte elektromagnetische Wellen verwenden. Radarverfahren sind in der Regel weniger empfindlich gegenüber Änderungen von Temperatur, Druck und Dampfdruck.

Q3: Wird die hydrostatische Niveausmessung durch die Dichte der Flüssigkeit beeinflusst?

A3: Ja. Der hydrostatische Füllstand wird aus dem Druck der Flüssigkeitskolonne berechnet; daher können signifikante Änderungen der Dichte den berechneten Füllstand beeinflussen.

Q4: Können Radar-Füllstandsmessgeräte feste Stoffe messen?

A4: Ja. Radar-Füllstandsmessgeräte werden sowohl für Flüssigkeiten als auch für feste Stoffe in Tanks und Silos weit verbreitet eingesetzt.

Q5: Warum ist die Dielektrizitätskonstante für die kapazitive Füllstandsmessung wichtig?

A5: Die kapazitive Messung hängt von Änderungen der Kapazität ab, die durch das Prozessmedium verursacht werden; daher beeinflusst die Dielektrizitätskonstante die Messantwort direkt.

Q6: Welche Technologie sollte in Betracht gezogen werden, wenn Schaumstoff vorhanden ist?

A6: Die Auswahl hängt von der Schaumstoffdicke und den Prozessbedingungen ab. Bei dickem Schaumstoff können Ultraschall-Echo-Signale abgeschwächt werden; in solchen Fällen ist die Prüfung von Radarmessungen oder Kontaktmessungen erforderlich.

Q7: Können alle Instrumente aller Ebenen mit einem verbunden werden?PLC?

A7: Dies hängt von der Ausgangskonfiguration ab. Messgeräte mit 4-20mA, RS485 Modbus oder Relaisausgänge können in der Regel mit anderen Komponenten integriert werden PLC s, RTUs oder Datenerfassungssysteme.

Fazit

Hydrostatische, ultraschallbasierte, schwimmende, radarbasierte, RF-Admittanz- sowie kapazitive Pegelmessgeräte basieren auf unterschiedlichen Messprinzipien und eignen sich für verschiedene Prozessbedingungen. Die hydrostatische Messung eignet sich für Flüssigkeiten mit relativ stabiler Dichte. Die Ultraschallmessung eignet sich für zahlreiche nichtkontaktbasierte Anwendungen im Bereich Flüssigkeiten sowie ausgewählte Feststoffe. Fließmessgeräte bieten eine direkte mechanische Lösung für gewöhnliche Flüssigkeiten. Der Radarverfahren eignet sich für anspruchsvollere Bedingungen in Tanks und Silos; RF-Admittanz- oder kapazitive Technologien werden häufig für spezifische Kontaktmessungen sowie für die Detektion auf Punktebene eingesetzt.

Die korrekte Auswahl sollte das Prozessmedium, den Messbereich, die Temperatur, den Druck, Schaumstoff, Dampf, Staub, die Installationsbedingungen, das Ausgangssignal sowie die Anforderungen an die Systemintegration berücksichtigen. METRAVON Produkte zur Messung von Werten können mit anderen Systemen integriert werden.PLC s, RTUs,SCADA Systeme und industrielle IoT-Plattformen für Flüssigkeitsbehälter, Wasseraufbereitungssysteme, industrielle Prozesse sowie Anwendungen im Bereich Bulk-Solid.