Ultraschall-Füllstandmessgeräte: Auswahl, Montage und Betrieb

1. Wie sollte der Messbereich eines Ultraschall-Niveaumessgeräts ausgewählt werden?

Bei der Auswahl eines Ultraschall-Niveaumessgeräts sollte zunächst die tatsächliche Messstrecke ermittelt werden.

Falls es sich um die Messung einer gewöhnlichen Flüssigkeit handelt und die Umgebung am Messort relativ stabil ist, kann ein geeignetes Modell entsprechend dem Nennmessbereich des Messgeräts ausgewählt werden.

Allerdings kann es bei einer relativ komplexen Messobjekt- oder Standortumgebung nicht ausreichen, den Messbereich ausschließlich anhand der tatsächlichen Distanz zu bestimmen.

1. Messung fester Materialien

Bei der Messung fester Materialien ist die Materialoberfläche in der Regel nicht so eben wie eine Flüssigkeitsoberfläche – sie kann Steigungen, Ruhewinkel sowie unregelmäßige Oberflächen aufweisen. In diesem Fall kann der effektive Echo, der zur Sonde zurückkehrt, geschwächt sein.

In dieser Situation sollten der gemessene Materialtyp sowie die tatsächliche Messdistanz dem Hersteller im Voraus mitgeteilt werden; zudem sollte entsprechend den Gegebenheiten auf der Baustelle eine angemessene Messbereichsübersetzung hinzugefügt werden.

Bei weichen Materialien mit starker Schallabsorption – wie etwa Mehl, Baumwolle oder Schwamm – können die Ultraschall-Echos sehr schwach sein. In solchen Fällen sind herkömmliche Ultraschall-Spiegelmessgeräte nicht notwendigerweise geeignet; daher sollte zunächst die tatsächliche Messbarkeit überprüft werden.

2.Kann ein Ultraschall-Niveaumesser auch dann noch verwendet werden, wenn Schaum vorhanden ist?

Wenn Schaum auf der Flüssigkeitsoberfläche vorhanden ist, kann dies die Ausbreitung und Reflexion von Ultraschallwellen beeinflussen.

Schaum, der eine große Fläche bedeckt, kann Folgendes bewirken:

• einen Teil der Ultraschallenergie absorbieren;

• die Schallwellen streuen;

• den Echo von der tatsächlichen Flüssigkeitsoberfläche schwächen;

• dazu führen, dass das Messgerät die Schaumoberfläche anstelle der tatsächlichen Flüssigkeitsoberfläche misst.

Wenn sich auf der Baustelle kontinuierlich ein großes Bereich von Schaumstoff befindet, sollte bei der Modellauswahl eine größere Messbereichsübersetzung vorgesehen werden.

Aufgrund Ihrer bereitgestellten Einsatzerfahrungen wird empfohlen, bei einer Schaumdicke von etwa 5 cm kein ultraschallbasiertes Niveaumessgerät direkt unter üblichen Betriebsbedingungen zu verwenden.Für diese Art von Projekten empfiehlt es sich, die Schaumdicke, den Abdeckungsbereich sowie die Stabilität im Voraus festzulegen, bevor entschieden wird, ob eine ultraschallbasierte Messung geeignet ist.

– 3. Warum muss Staub oder Dampf ausdrücklich erwähnt werden?

Ultraschallwellen müssen sich durch Luft oder Gas ausbreiten.

Wenn in der Luft eine große Menge an Staub oder Dampf vorhanden ist, können die Schallwellen während ihrer Ausbreitung gedämpft oder gestreut werden, wodurch die Intensität des effektiven Echos reduziert wird.

Beim Auswählen eines Modells für die folgenden Umgebungen sollten die tatsächlichen Betriebsbedingungen im Voraus kommuniziert werden:

• – hohe Staubkonzentration;

• – deutliche Wasserdampfwerte;

• – saure oder alkalische Nebel;

• – Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit;

• – große Schwankungen in der Gasphase.

Es reicht nicht aus, dem Lieferanten lediglich zu sagen, dass „die Messdistanz 5 m beträgt" – denn selbst bei derselben geometrischen Distanz kann die tatsächliche Messschwierigkeit je nach den Gegebenheiten auf unterschiedlichen Standorten erheblich variieren.

4. Wie sollte das Material der Ultraschallsonde ausgewählt werden?

Das Material der Sonde hängt hauptsächlich von der Korrosivität der zu messenden Umgebung ab.

Bei Verwendung von gewöhnlichem Wasser, Abwasser oder einer leicht sauren oder alkalischen Umgebung kann je nach Art des Produkts eine Standardsonde verwendet werden.

Bei besonders korrosiven Bedingungen sollte eine Sonde mit entsprechender Korrosionsbeständigkeit gewählt werden.

Insbesondere in stark sauren oder stark alkalischen Umgebungen sollte neben der Betrachtung der Flüssigkeit auch geprüft werden, ob folgende Substanzen entstehen können:

• Säureneise;

• Alkalienise;

• Korrosive Dämpfe.

Obwohl die Ultraschallsonde üblicherweise oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche positioniert ist, kann eine langfristige Exposition gegenüber einer korrosiven Gasphaseumgebung den Sonde noch beeinflussen.

Daher wird bei der Modellauswahl empfohlen, folgende Informationen bereitzustellen:

Mediumname + Konzentration + Temperatur + Vorhandensein korrosiver Nebel –

– anstatt lediglich zu angeben: „Messung saurer Flüssigkeit" oder „Messung alkalischer Flüssigkeit".

5. Warum muss der Ultraschallstrahlwinkel bei der Installation berücksichtigt werden?

Das vom Ultraschallsonde emittierte Signal entspricht nicht einer äußerst dünnen geraden Linie, sondern weist einen bestimmten Strahlwinkel auf.

Dies kann als ähnlich dem Strahl einer Taschenlampe verstanden werden:

Je größer die Entfernung zur Sonde ist, desto größer ist im Allgemeinen die von dem Schallstrahl abgedeckte Fläche.

Der Strahlwinkel ist bei Sonden verschiedener Modelle und Messbereiche nicht exakt gleich.

Beim Auswählen der Installationsposition ist es daher notwendig, nicht nur zu überprüfen, ob direkt unter der Sonde Hindernisse vorhanden sind, sondern auch den gesamten Bereich, den der Ultraschallstrahl abdeckt, zu untersuchen.

6. Welche Hindernisse können leicht Störechoss erzeugen?

Wenn sich andere Objekte innerhalb des Ultraschall-Übertragungsbereichs befinden, können diese ebenfalls Schallwellen reflektieren.

Häufige Hindernisse umfassen:

• Rohre;

• Leitern;

• Tankstützen;

• Pumpen und Ventile;

• Querträger;

• Vorspringende Bauwerke an Tankwänden;

• Andere Prozessausrüstungen.

Insbesondere wenn Hindernisse relativ nahe an der Sonde liegen, können die dadurch erzeugten Reflexionen relativ stark sein; in diesem Fall kann das Instrument diese Echos fälschlicherweise als die tatsächliche Flüssigkeitsoberfläche identifizieren.

Dies wird als „falsches Echo" bezeichnet.

Daher sollte bei der Installation vorrangig darauf geachtet werden, Hindernisse durch eine korrekte Installationspositionierung zu vermeiden – anstatt sich ausschließlich auf Software-Filtrierung zu verlassen.

Wenn feste Strukturen am Messstand tatsächlich nicht vermieden werden können, kann eine falsche Echounterdrückung oder eine Parameteranpassung entsprechend den Funktionen des jeweiligen Instruments durchgeführt werden.

7. Warum sollte die Sonde senkrecht zur Oberfläche des gemessenen Mediums ausgerichtet sein?

Um sicherzustellen, dass Ultraschallwellen effektiv zur Sonde zurückgeliefert werden können, sollte die Sendebahn des Transduktors im Allgemeinen so genau wie möglich mit der Oberfläche des gemessenen Mediums ausgerichtet sein.

Bei einer horizontalen Flüssigkeitsoberfläche sollte die Sonde in der Regel so installiert werden, dass sie nahezu vertikal nach unten weist.

Wenn die Sonde deutlich geneigt ist, können die Schallwellen nach ihrem Ankommen an der Flüssigkeitsoberfläche in eine andere Richtung reflektiert werden, was folgende Auswirkungen hat:

• geschwächte Echo-Signale;

• instabile Messwerte;

• gelegentlicher Verlust des Flüssigkeitsniveau-Signals;

• verengter tatsächlicher Messbereich.

Beim Einbau der Montagehalterung ist es daher zudem erforderlich zu überprüfen, ob die Sonde eben installiert ist und ob die Übertragungsrichtung korrekt ist.

8. Warum darf der höchste Flüssigkeitsstand nicht in die Blindzone eindringen?

Ultraschall-Füllstandmessgeräte weisen in der Regel eine bestimmte Messblindzone auf.

Unmittelbar nachdem die Sonde einen Ultraschallimpuls aussendet, benötigt es eine gewisse Zeit, um den Wechsel zwischen dem Send- und Empfangszustand abzuschließen. Daher kann die Region in unmittelbarer Nähe der Sonde möglicherweise nicht ordnungsgemäß gemessen werden.

Bei der Installation muss sichergestellt werden, dass:

eine ausreichende Distanz zwischen der Sendebahne der Sonde und dem höchsten Flüssigkeitsstand besteht.

Mit anderen Worten:

Der höchste Flüssigkeitsstand darf nicht in die für das Instrument festgelegte Blindzone fallen.

Die Blindzone variiert je nach Modell; daher kann eine einheitliche, feste Abstandswerte nicht universell angewendet werden.

Beim Modellauswahlen und bei der Installation sollte das Datenblatt des jeweiligen Modells geprüft werden, und es sollte ausreichend Platz für den möglichst hohen Flüssigkeitsstand vorgesehen werden.

– Checkliste für die Installationsposition des Ultraschall-Niveaumessgeräts;

Häufig gestellte Fragen

Frage 1: Warum sollte bei der Messung fester Stoffe eine größere Messbereichsreservierung vorgenommen werden?

Die Oberflächen fester Materialien sind in der Regel uneben; ultraschallische Wellen können dabei in verschiedene Richtungen reflektiert werden. Daher ist der effektive Echo, der zur Sonde zurückkehrt, oft schwächer als bei einer flachen Flüssigkeitsoberfläche.Die tatsächliche Modellauswahl sollte die Materialeigenschaften sowie die Oberflächenbedingungen berücksichtigen – nicht nur die geometrische Distanz.

Q2: Warum sind Materialien wie Mehl oder Baumwolle mit der Ultraschalltechnologie schwer zu messen?

Diese weichen Materialien können eine erhebliche Menge an Schallwellenenergie absorbieren, wodurch ein zu schwacher Echo entsteht, was die Messung erschwert.Ob eine ultraschallbasierte Messung angewendet werden kann, sollte je nach Art des Materials und des Messbereichs geprüft werden.

Q3: Bedeutet die Anwesenheit von Schaum auf der Flüssigkeitsoberfläche immer, dass ein ultraschallbasiertes Niveaumesser nicht verwendet werden kann?

Nein. Eine geringe Menge an Schaum verursacht nicht zwangsläufig einen Messfehler; jedoch kann umfangreicher, dicker und stabiler Schaum den Echo deutlich schwächen.Auf Grundlage Ihrer Angaben sollte die ultraschallbasierte Messung nur dann sorgfältig gewählt werden, wenn die Schaumdicke etwa 5 cm übersteigt.

Q4: Warum reicht es nicht aus, während der Installation nur den Bereich direkt unter der Sonde zu überprüfen?

Da Ultraschallwellen einen Strahlwinkel aufweisen, umfasst der tatsächliche Schallstrahl einen Bereich, der sich mit zunehmender Entfernung allmählich erweitert.Auch wenn direkt unter der Sonde kein Hindernis vorhanden ist, können Rohre oder Stützen an der Kante des Trägers dennoch falsche Echos erzeugen.

Q5: Kann Software falsche Echos, die durch Hindernisse verursacht werden, vollständig eliminieren?

: Dies kann nicht garantiert werden. Software kann einige feste falsche Echos unterdrücken, doch die zuverlässigere Methode bleibt es, während der Installation so weit wie möglich Hindernisse zu vermeiden.

Q6: Wie groß sollte die Distanz zwischen dem höchsten Flüssigkeitsstand und der Sonde sein?

Es gibt keinen universellen, festen Wert; dieser sollte entsprechend der Messblindzone des jeweiligen Modells bestimmt werden – wobei verhindert werden muss, dass der höchstmögliche Flüssigkeitsstand in diesen Bereich gelangt.

Zusammenfassung;

Für einen stabilen Betrieb eines Ultraschall-Niveaumessers müssen sowohl die lokalen Gegebenheiten als auch die Installationsanforderungen bei der Modellauswahl und Installation berücksichtigt werden.

Bei der Modellauswahl sollten folgende Aspekte als Prioritäten festgelegt werden:

Messbereich, gemessenes Objekt, Schaum, Staub, Dampf sowie die Korrosionsfähigkeit des Mediums.

Bei der Installation sollten folgende Aspekte als Prioritäten festgelegt werden:

Strahlwinkel, Hindernisse, Sondeausrichtung sowie Messblindzone.

: Im Vergleich zur wiederholten Anpassung von Softwareparametern nach der Installation ist es im Allgemeinen vorteilhafter für eine langfristig stabile Messung, die Probeposition vor dem Bau korrekt zu bestimmen, Objekte zu vermeiden, die falsche Reflexionen verursachen können, sowie einen ausreichenden Messbereich sowie eine ausreichende Abstandssicherheit zur Blindzone zu gewährleisten.