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Die Messung des Wasserstands sowie die Messung des Wasserpegels sind wichtige Prozessvariablen in der industriellen Produktion, der Wasseraufbereitung, der landwirtschaftlichen Bewässerung und dem Überwachung von Infrastrukturen. Zuverlässige Füllstanddaten unterstützen die Prozesssteuerung, den Anlagenschutz, das Alarmmanagement sowie die Fernüberwachung.
Ein Ultraschall-Füllstandsendgerät ermöglicht eine kontaktlose Messung, indem der Sensor über der Flüssigkeitsoberfläche installiert wird. Da das Messelement normalerweise nicht im Medium submerge bleiben muss, findet diese Technologie breite Anwendung in der Behandlung von Wasser und Abwasser, in Tanks, Reservoirs sowie bei ausgewählten chemischen Flüssigkeiten.
1. Wie funktioniert ein Ultraschall-Niveaussender?
Ein Ultraschall-Niveaussender bestimmt die Entfernung zur Flüssigkeitsoberfläche, indem er die Laufzeit eines Ultraschallpulses durch die Luft misst. Der Sensor sendet einen Ultraschallimpuls in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche aus. Die Schallwelle wird von der Oberfläche reflektiert und kehrt zum Sensor zurück.
Abstand = Schallgeschwindigkeit × Rundwegzeit ÷ 2
Ist die Referenzhöhe der Installation oder die Tankhöhe bekannt, so kann der tatsächliche Flüssigkeitsstand wie folgt berechnet werden:
Flüssigkeitsstand = Referenzhöhe − gemessener Abstand
Das Messgerät misst daher zunächst die Distanz und konvertiert diesen Distanzwert anschließend anhand der konfigurierten Installationsparameter in den Flüssigkeits- oder Wasserstand.
Der Ultraschallpuls gelangt hauptsächlich durch den Luftraum zwischen dem Sensor und der Flüssigkeitsoberfläche. Es misst den Füllstand nicht, indem es Schallwellen durch die Flüssigkeit selbst überträgt.
2. Hauptmerkmale der ultrasonischen Füllstandmessung
kontaktlose Messung
Der Sensor wird üblicherweise oberhalb der Flüssigkeit installiert, wodurch die direkte Exposition gegenüber Korrosion, Verunreinigung und Ablagerungen verringert wird.
kontinuierliche Füllstandüberwachung
Kontinuierliche Pegelwerte können für die Prozessüberwachung, Alarmierung, Steuerung sowie die Ferndatenerfassung bereitgestellt werden.
Systemintegration
Je nach Modell können die Schnittstellen 4-20mA, RS485, Modbus RTU sowie Relaisausgänge umfassen.
Keine mechanischen beweglichen Teile
Die Messung ist weder von Schwimmern, mechanischen Armen noch von anderen beweglichen Messmechanismen abhängig.
Geeignet für mehrere Flüssigkeiten.
Einsatzgebiete: Wasser, Abwasser sowie ausgewählte Öle oder chemische Flüssigkeiten, abhängig von den Prozessbedingungen.
3. Haupttechnische Parameter
Die technischen Spezifikationen variieren je nach Messbereich, Transducer-Auslegung, Ausgangskonfiguration und Umweltanforderungen. Das endgültige Modell sollte anhand der tatsächlichen Installationsbedingungen ausgewählt werden.
| Parameter | Beschreibung |
|---|---|
| Messprinzip | Ultraschall-Flugzeit |
| Messart | kontaktlose, kontinuierliche Messung |
| Messbereich | je nach Modell und erforderlicher Messentfernung ausgewählt |
| Messgenauigkeit | hängt vom Modell abMessbereich und Anwendungsbedingungen: |
| – Todeszone; | – hängt vom Aufbau des Wandleres und dem Messbereich ab; |
| – Stromversorgung; | – hängt vom gewählten Modell ab; |
| – Ausgangssignal | 4-20mA, RS485 oder andere verfügbare Optionen, abhängig vom Modell; |
| Kommunikationsprotokoll; | Modbus RTU für die jeweils geltenden digitalen Modelle verfügbar |
| Temperaturkompensation; | in der Regel für industrielle Ultraschallmodelle verfügbar; |
| Stromverbrauch; | hängt von der Versorgung und der Ausgangskonfiguration ab; |
| Schutzklasse | Ausgewählt entsprechend den Anforderungen für die Installation im Innen- oder Außenbereich; |
| Betriebstemperatur; | Abhängig vom ausgewählten Modell; |
| Installation; | Gewindeverbindung, Befestigungshalterung oder andere Struktur; |
| Sensor-/Hülsenmaterial; | Ausgewählt entsprechend Medium und Umgebungsbedingungen; |
| Kabelmaterial | Hängt von der Sensorstruktur und der Installationsumgebung ab. |
– Für einen bestimmten METRAVON-ultrasonischen Niveausender. Messbereich, Genauigkeit, Stromversorgung, Schutzklasse und Signal-Schnittstelle sollten aus dem entsprechenden Produktdatenblatt abgeklärt werden.
4. Typische Anwendungen
Industrieüberwachung
Zu den typischen Anwendungen gehören industrielle Wasserbehälter, Prozessbehälter sowie Abwasserbecken. Reservoirs für sauberes Wasser, Sammelbehälter, Pumpstationen sowie Systeme zur Aufbereitung von Rohwasser.
Niveau-Signale können mit ... verbunden werden.PLC s oder Steuerungssysteme für die kontinuierliche Überwachung, Alarme und Pumpensteuerung
Überwachung des Wasserstands im landwirtschaftlichen Bereich.
Anwendungsbereiche umfassen Bewässerungstanks, landwirtschaftliche Reservoirs sowie Wasserspeicherbecken. Offene Kanäle und Fertigation-Speicherbehälter.
In Kombination mit Datenloggern und Kommunikationsgeräten, Informationen zum Wasserstand können aus der Ferne überwacht werden.
Überwachung der städtischen Entwässerung und von Straßenüberflutungen;
Ultraschallsensoren können auf niedrig gelegenen Straßen, unterirdischen Durchfahrten sowie in Entwässerungskanälen eingesetzt werden. Stromabfluss-Bohrungen und städtische Abwassersysteme.
Messdaten können Hochwasseralarme, die Steuerung von Entwässerungs Pumpen sowie die Fernüberwachung unterstützen.
Typische Architektur für die Fernüberwachung:
Ultraschall-Füllstandtransmitter → Datenlogger → 4G / LoRa WAN → Fernüberwachungsplattform
In landwirtschaftlichen Anwendungen werden Ultraschall-Füllstandtransmitter vorwiegend zur Überwachung des Wasser- oder Flüssigkeitsstands eingesetzt. Sie sind nicht für die direkte Messung der Bodenfeuchtigkeit vorgesehen. Die Bodenfeuchtigkeit sollte mit einem speziell dafür konzipierten Bodenfeuchtigkeitssensor gemessen werden.
5. Faktoren, die die Ultraschall-Luftpegelmessung beeinflussen
Schaumstoff
Dicke Schaumstoffe können das Ultraschallecho absorbieren oder abschwächen.
Dampf und Wasserdampf
Hochtemperierter Dampf oder Wasserdampf kann die Ausbreitung von Schallwellen beeinflussen.
Temperatur
Die Lufttemperatur beeinflusst die Schallgeschwindigkeit; daher kommt häufig eine Temperaturkompensation zum Einsatz.
Oberflächenbewegungen
Starke Rüttelung oder schneller Zufluss können instabile Echos erzeugen.
Verstopfungen: Rohre, Leiter, Balken und andere innere Strukturen können unerwünschte Echos erzeugen.
6. Auswahl eines ultrasonischen Pegeltransmitters
| Auswahlkriterien | Bestätigende Informationen |
|---|---|
| Gemessenes Medium | Wasser, Abwasser, Öl oder chemische Flüssigkeit |
| Maximale Messentfernung | Entfernung vom Sensor bis zum niedrigsten erwarteten Flüssigkeitspegel |
| Maximales Flüssigkeitsniveau | Überprüfen Sie, ob das höchste Niveau außerhalb der Totzone bleibt |
| Prozessbedingungen | Schaum, Dampf, Temperaturänderungen und Oberflächenbewegungen |
| Installationsumgebung | Innenraum, Außenbereich, Tank,Reservoir oder offener Kanal; |
| Ausgangssignal: | 4-20mA oder RS485; |
| Kommunikation; | Ob Modbus RTU ist erforderlich |
| Systemintegration: | PLC, RTU,SCADA, Datenlogger oder IoT-Plattform |
| Schutzanforderungen; | Auswahl basierend auf den Gegebenheiten vor Ort |
Für Projekte zur Fernüberwachung sollten auch Kommunikationsgrenzen sowie künftige Systemerweiterungen berücksichtigt werden. Dies ermöglicht es dem Niveausender, sich einfacher mit bestehenden Automatisierungs- und IoT-Infrastrukturen zu integrieren.
FAQ
Frage 1: Muss ein ultrasonischer Niveausender mit der Flüssigkeit in Kontakt treten?
Antwort 1: Nein. Der Sensor wird üblicherweise oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche installiert und misst die Distanz anhand der Laufzeit ultrasonischer Impulse.
Frage 2: Kann ein ultrasonischer Niveausender Abwasser messen?
A2: Ja. Es kann in zahlreichen Abwasseranwendungen eingesetzt werden, wobei Schaumbildung, Verdampfung sowie Oberflächenbewegungen zu berücksichtigen sind.
Q3: Können Ultraschallsensoren den Wasserstand in Tanks messen?
A3: Ja. Wasserbehälter, Reservoirs und Lagertanks sind gängige Anwendungsbereiche.
Q4: Kann ein Ultraschall-Wasserstandssender die RS485-Schnittstelle nutzen?
A4: Einige industrielle Modelle bieten RS485-Kommunikation und unterstützen Modbus RTU.
Q5: Warum ist eine Temperaturkompensation erforderlich?
A5: Die Lufttemperatur beeinflusst die Schallgeschwindigkeit. Die Temperaturkompensation hilft, den resultierenden Fehler bei der Entfernungsmessung zu verringern.
Q6: Hat Schaumstoff Auswirkungen auf die Ultraschallpegelmessung?
A6: Ja. Dicker Schaumstoff kann die Stärke des reflektierten Ultraschallsignals verringern und sollte bei der Auswahl berücksichtigt werden.
Q7: Können Ultraschall-Niveausender im Freien verwendet werden?
A7: Ja. Die Schutzklasse sowie die Installationskonstruktion sollten entsprechend den Bedingungen für Regen, Temperatur und Standort gewählt werden.
Q8: Kann ein Ultraschall-Niveausender direkt mit einem PLC?
A8: Ja.Je nach PLC-Eingangs-Schnittstelle können 4-20mA oder eine RS485-Modbus-Kommunikation verwendet werden.
Fazit
Ein Ultraschall-Niveausender ist ein kontaktloses, kontinuierliche Niveausmessgerät, das auf der Ultraschall-Fluchtzeittechnologie basiert. Es kann für industrielle Tanks, Wasseraufbereitungssysteme, die Speicherung von Bewässerungswasser sowie die Überwachung von Überschwemmungen in städtischen Gebieten eingesetzt werden.
Die erfolgreiche Anwendung hängt vom Messbereich, der Totzone, dem Schaumstoff, dem Dampf, der Temperatur, den Bedingungen an der Flüssigkeitsoberfläche, der Installationsposition sowie der Signal-Schnittstelle ab. METRAVON Ultraschallbasierte Niveausmesssysteme können mit anderen Komponenten integriert werden.PLC s, RTUs, Datenerfassungssysteme sowie Fernüberwachungsplattformen für IoT-Anwendungen gemäß den Projektanforderungen, die kompatible und skalierbare Niveauüberwachungssysteme unterstützen.
