Kapazitiven Grenzstandschalter einlernen: Dielektrizitätskonstante, Behälterwand und Anhaftung beachten

→ Produktkategorie: Füllstandmesstechnik

 

Kapazitive Grenzstandschalter können Flüssigkeiten, Pasten, Schlämme, Pulver und Schüttgüter erfassen. Anders als ein Schwimmerschalter reagieren sie dabei nicht auf eine mechanische Bewegung, sondern auf die Veränderung eines elektrischen Feldes im Bereich der Sonde.

Wie deutlich sich dieses Feld beim Bedecken der Sonde verändert, hängt wesentlich vom Medium und dessen relativer Dielektrizitätskonstante εr ab. Wasser erzeugt beispielsweise eine wesentlich stärkere kapazitive Änderung als Luft, Öl oder ein trockenes Schüttgut mit niedriger Dielektrizitätskonstante.

Für eine zuverlässige Grenzstanderfassung reicht es deshalb nicht aus, den Sensor lediglich in den Behälter einzuschrauben. Empfindlichkeit beziehungsweise Schaltpunkt müssen zur realen Einbausituation passen.

Dabei beeinflussen unter anderem:

• Medium,
• Dielektrizitätskonstante,
• Behälterwand,
• Abstand zu metallischen Einbauten,
• Anhaftungen,
• Feuchtigkeit,
• Schaum,
• Einbaulage

das tatsächlich gemessene kapazitive Signal.

Ein kapazitiver Grenzstandschalter sollte deshalb möglichst erst nach der endgültigen Montage am realen Prozess eingelernt beziehungsweise eingestellt werden. Entscheidend ist nicht ein theoretischer εr-Wert allein, sondern der Unterschied zwischen dem zuverlässig zu erkennenden Zustand „Sonde frei“ und „Sonde bedeckt“ unter realen Betriebsbedingungen.

Geeignete Geräte finden Sie unter Füllstandmesstechnik bei ICS Schneider beziehungsweise unter Grenzstanderfassung.

Wie funktioniert ein kapazitiver Grenzstandschalter?

Das Grundprinzip entspricht vereinfacht einem elektrischen Kondensator.

Die Sonde bildet eine Elektrode. Die Umgebung beziehungsweise bei vielen Anwendungen die metallische Behälterwand bildet die Gegen- oder Referenzelektrode.

Die Kapazität hängt unter anderem ab von:

• Geometrie der Elektroden,
• Abstand,
• Fläche,
• Material zwischen den Elektroden.

Vereinfacht lässt sich eine Kapazität darstellen als:

C ∝ εr

Ändert sich das Medium im elektrischen Feld der Sonde, verändert sich damit auch die gemessene Kapazität.

Sonde frei

Die Umgebung der Sonde besteht beispielsweise überwiegend aus:

Luft

.

Sonde bedeckt

Das elektrische Feld wird teilweise oder vollständig vom Prozessmedium beeinflusst.

Die Elektronik erkennt diese Veränderung und schaltet den Ausgang.

Warum ist die Dielektrizitätskonstante wichtig?

Die relative Dielektrizitätskonstante beschreibt vereinfacht, wie stark ein Material das elektrische Feld gegenüber Vakuum beziehungsweise Luft beeinflusst.

Luft

besitzt ungefähr:

εr ≈ 1

.

Wasser

besitzt bei Raumtemperatur dagegen einen sehr hohen relativen εr-Wert in der Größenordnung von:

εr ≈ 80

.

Viele Öle, Kunststoffe, Pulver und organische Produkte liegen deutlich niedriger.

Das bedeutet für die Praxis

Je größer der Unterschied zwischen:

Sonde frei

und:

Sonde bedeckt

ist, desto leichter kann der Sensor einen stabilen Schaltpunkt bilden.

Ein Produkt mit niedriger Dielektrizitätskonstante benötigt dagegen häufig eine empfindlichere Einstellung beziehungsweise einen hierfür geeigneten Sensor.

Wie groß muss der Unterschied zwischen frei und bedeckt sein?

Entscheidend ist nicht ausschließlich der absolute εr-Wert des Mediums.

Wichtig ist die tatsächliche Signaländerung am eingebauten Sensor.

Diese hängt zusätzlich ab von:

• Sondenform,
• Sondenlänge,
• Behältergeometrie,
• Prozessanschluss,
• Abstand zur Behälterwand,
• Produktbedeckung,
• Anhaftung.

Deshalb kann derselbe Sensor mit demselben Medium in zwei unterschiedlichen Einbausituationen unterschiedlich eingestellt werden müssen.

Was bedeutet Teach-in bei einem Grenzstandschalter?

Unter Teach-in wird häufig verstanden, dass der Sensor einen oder mehrere reale Prozesszustände als Referenz übernimmt.

Je nach Gerät erfolgt dies beispielsweise über:

• Taster,
• lokales Display,
• Potentiometer,
• Software beziehungsweise Kommunikation.

Bei einfacheren kapazitiven Grenzschaltern wird nicht zwingend ein automatischer Teach-in durchgeführt. Stattdessen wird die Empfindlichkeit beziehungsweise der Schaltpunkt manuell auf den Prozess abgestimmt.

Typische Referenzzustände sind

Sonde frei

und gegebenenfalls:

Sonde vollständig bedeckt

.

Leerabgleich richtig durchführen

Für viele Anwendungen ist der Zustand mit freier Sonde die wichtigste Referenz.

Der Behälter muss dabei nicht zwingend vollständig leer sein

Entscheidend ist, dass der Bereich der Sonde dem realen Zustand entspricht, der später zuverlässig als:

nicht bedeckt

erkannt werden soll.

Idealerweise erfolgt der Abgleich bereits

• im endgültigen Behälter,
• bei endgültiger Einbaulage,
• mit angeschlossenen Rohrleitungen,
• mit vorhandenen metallischen Einbauten,
• unter möglichst realistischen Prozessbedingungen.

Dadurch sind die statischen kapazitiven Einflüsse der Umgebung bereits Bestandteil der Grundeinstellung.

Wann ist ein Vollabgleich sinnvoll?

Kann der Sensor sowohl den freien als auch den bedeckten Zustand erfassen beziehungsweise speichern, bietet ein Abgleich mit realem Medium zusätzliche Sicherheit.

Der Sensor kennt dann beide Zustände

beispielsweise:

Cfrei

und:

Cbedeckt

.

Der Schaltpunkt kann anschließend mit einer geeigneten Reserve zwischen beiden Zuständen liegen.

Besonders sinnvoll ist ein realer Produktabgleich bei:

• Produkten mit niedrigem εr,
• starker Anhaftung,
• wechselnden Prozessbedingungen,
• kritischen Schaltfunktionen.

Welchen Einfluss hat die Behälterwand?

Bei klassischen kapazitiven Messanordnungen ist die Umgebung der Sonde Teil des elektrischen Messfeldes.

Eine metallische Behälterwand kann dabei als definierte Referenzfläche wirken.

Deshalb beeinflusst der Abstand zur Wand die Grundkapazität

Wird eine Sonde beispielsweise direkt neben einer metallischen Behälterwand montiert, kann sich das elektrische Feld anders ausbilden als bei einer Montage weiter im Behälterinneren.

Auch eine nachträgliche Änderung von:

• Sondenposition,
• Prozessanschluss,
• Behältergeometrie

kann deshalb eine erneute Einstellung erforderlich machen.

Kapazitiver Sensor am Kunststoffbehälter

Bei einem nichtleitenden Behälter fehlt je nach Sensorprinzip die metallische Behälterwand als klassische Referenzelektrode.

Ob und wie der Grenzstand dennoch zuverlässig erfasst werden kann, hängt deshalb stark vom konkreten Sensordesign ab.

Einige kapazitive Sensoren

können beispielsweise:

• unabhängig von einer metallischen Behälterwand arbeiten,
• durch eine nichtmetallische Wand erkennen,
• mit einer separaten Referenzgeometrie arbeiten.

Deshalb muss bei Kunststoffbehältern immer die Herstellerspezifikation des konkreten Sensors berücksichtigt werden.

Metallische Einbauten und Rohrleitungen beachten

Nicht nur die Behälterwand beeinflusst das kapazitive Feld.

Auch nahe gelegene:

• Rührwerke,
• Heizschlangen,
• Rohre,
• Streben,
• Einbauten

können die Grundkapazität verändern.

Besonders kritisch

sind Veränderungen nach der Inbetriebnahme.

Wird beispielsweise nachträglich ein metallisches Rohr unmittelbar neben der Sonde installiert, kann sich der Messwert auch bei unverändertem Füllstand verschieben.

Kapazitive Grenzstandsensoren sollten deshalb möglichst in ihrer endgültigen mechanischen Umgebung eingestellt werden.

Warum sind Anhaftungen problematisch?

Nach dem Absinken des Füllstands bleibt bei vielen Medien eine dünne Produktschicht auf der Sonde zurück.

Diese Schicht verändert die Kapazität weiterhin.

Der Sensor sieht damit nicht mehr exakt denselben Zustand wie bei einer vollkommen sauberen Sonde

Die Folge kann sein:

Sonde eigentlich frei → Sensor meldet weiterhin bedeckt

.

Besonders kritisch sind:

• klebrige Flüssigkeiten,
• Pasten,
• feuchte Pulver,
• leitfähige Ablagerungen,
• hygroskopische Produkte.

Grenzschalter mit vorhandener Anhaftung einstellen

Ein ideal sauberer Sensor ist für die Einstellung nicht immer der beste Referenzzustand.

Bei einem Prozess mit unvermeidbarer Produktanhaftung

ist es sinnvoll, den realistischen Zustand nach dem Ablaufen des Produktes zu berücksichtigen.

Ein praktisches Vorgehen kann beispielsweise sein:

1. Sonde mit Produkt bedecken.
2. Produkt wieder absenken.
3. Typische Anhaftung auf der Sonde belassen.
4. Diesen Zustand als zuverlässig „frei“ einstellen.
5. Anschließend vollständige Bedeckung erneut prüfen.

Dadurch entsteht eine bessere Reserve zwischen:

Anhaftung

und:

tatsächlicher Bedeckung

.

Grenzschalter mit speziellen Technologien zur Anhaftungskompensation können diese Anwendung zusätzlich erleichtern.

Feuchtigkeit und wechselnde Produktzusammensetzung

Besonders bei Schüttgütern kann sich das kapazitive Verhalten durch Feuchtigkeit erheblich verändern.

Beispiel

Ein trockenes Pulver besitzt eine vergleichsweise niedrige effektive Dielektrizitätskonstante.

Nimmt dasselbe Material Feuchtigkeit auf, kann das kapazitive Signal deutlich steigen.

Der einmal eingestellte Schaltpunkt muss deshalb ausreichend Reserve für den real auftretenden Produktbereich besitzen.

Bei wechselnden Produkten

sollten mindestens geprüft werden:

• Produkt mit niedrigstem erwarteten εr,
• Produkt mit höchstem erwarteten εr,
• trockenster Zustand,
• feuchtester Zustand.

Die Parametrierung sollte unter allen zulässigen Zuständen zuverlässig funktionieren.

Wie beeinflusst Schaum die Grenzstanderfassung?

Ob ein kapazitiver Grenzstandschalter Schaum erkennt, hängt von dessen Eigenschaften ab.

Schaum besteht aus:

• Gasanteilen,
• Flüssigkeitsfilmen,
• gegebenenfalls leitfähigen Bestandteilen.

Sein kapazitiver Einfluss kann deshalb deutlich geringer sein als der der eigentlichen Flüssigkeit.

Zuerst muss die gewünschte Funktion definiert werden

Soll:

Schaum = bedeckt

oder:

Schaum = frei

gelten?

Die Empfindlichkeit und der Sensortyp müssen entsprechend ausgewählt werden.

Bei wechselnder Schaumbildung sollte die Funktion unter realen Prozessbedingungen getestet werden.

Warum ist eine Hysterese notwendig?

Befindet sich die Produktoberfläche unmittelbar im Bereich des Schaltpunktes, können:

• Wellen,
• Rührbewegungen,
• Schaum,
• Schüttkegel,
• Vibrationen

zu ständig wechselnder Bedeckung führen.

Ohne ausreichende Hysterese

könnte der Ausgang ständig zwischen:

EIN

und:

AUS

wechseln.

Eine geeignete Schalthysterese beziehungsweise Verzögerung stabilisiert den Ausgang.

Sie darf jedoch nicht so groß gewählt werden, dass eine notwendige Reaktion unzulässig verzögert wird.

Empfindlichkeit nicht unnötig hoch einstellen

Eine hohe Empfindlichkeit erscheint zunächst vorteilhaft.

Sie kann jedoch unerwünschte Einflüsse verstärken.

Bei zu hoher Empfindlichkeit können beispielsweise

• dünne Anhaftungen,
• Feuchtigkeit,
• Schaum,
• nahe metallische Bauteile

bereits zum Umschalten führen.

Bei zu niedriger Empfindlichkeit

wird dagegen das eigentliche Produkt möglicherweise nicht zuverlässig erkannt.

Die richtige Einstellung liegt deshalb nicht bei maximaler Empfindlichkeit, sondern bei einem stabilen Schaltpunkt mit ausreichender Reserve zu beiden Zuständen.

Einbauposition richtig auswählen

Auch eine perfekt eingestellte Elektronik kann eine ungeeignete mechanische Einbausituation nicht vollständig kompensieren.

Zu vermeiden sind nach Möglichkeit

• direkte Befüllstrahlen auf die Sonde,
• mechanische Belastungen durch Schüttgut,
• Produktbrücken zwischen Sonde und Wand,
• Toträume mit dauerhaften Ablagerungen,
• unmittelbare Nähe zu bewegten Rührwerksteilen.

Bei seitlicher Montage sollte außerdem darauf geachtet werden, dass Produkt nach dem Absinken des Füllstands möglichst ablaufen kann.

Min- und Max-Grenzstand unterscheiden

Ein kapazitiver Grenzstandschalter kann sowohl zur:

• Überfüllüberwachung,
• Minimalstanderfassung,
• Trockenlaufsicherung,
• Bedarfsmeldung

eingesetzt werden.

Die gewünschte sichere Ausgangsstellung unterscheidet sich jedoch

Bei einer Überfüllsicherung soll beispielsweise ein:

Leitungsbruch

nicht versehentlich als:

Tank hat noch Platz

interpretiert werden.

Das Schaltverhalten muss deshalb zur Schutzfunktion passen.

Fail-safe-Schaltverhalten richtig festlegen

Viele industrielle Grenzstandschalter bieten unterschiedliche Fail-safe- beziehungsweise Schaltlogiken.

Je nach Anwendung wird festgelegt, welcher Ausgangszustand bei:

• Sonde frei,
• Sonde bedeckt,
• Spannungsausfall,
• Gerätefehler

gewünscht ist.

Die Einstellung ist Teil der Sicherheitsbetrachtung

Sie darf nicht ausschließlich danach gewählt werden, welche Logik für die SPS-Programmierung am bequemsten ist.

Bei sicherheitsrelevanten Überfüll- oder Trockenlauffunktionen gelten darüber hinaus die jeweiligen Anforderungen der Anlage und des verwendeten Schutzsystems.

Was passiert bei einem Produktwechsel?

Ein kapazitiver Grenzstandschalter, der zuverlässig auf Wasser eingestellt wurde, muss nicht zwangsläufig genauso zuverlässig bei einem Öl mit deutlich niedrigerem εr arbeiten.

Vor einem Produktwechsel prüfen

• Dielektrizitätskonstante,
• Leitfähigkeit,
• Anhaftungsverhalten,
• Feuchtigkeit,
• Schaumbildung.

Bei deutlichen Änderungen sollte der Sensor anschließend erneut unter realen Bedingungen geprüft beziehungsweise eingestellt werden.

Praxisbeispiel: Flüssigkeit mit Anhaftungen

Ein Behälter enthält eine viskose Flüssigkeit.

Ein kapazitiver Grenzstandschalter soll bei:

95 % Füllstand

eine High-High-Meldung auslösen.

Erster Versuch

Der Sensor wird bei vollständig gereinigter und trockener Sonde sehr empfindlich eingestellt.

Nach dem ersten Befüllzyklus sinkt der Füllstand wieder.

Auf der Sonde verbleibt jedoch ein dünner Produktfilm.

Der Grenzschalter meldet weiterhin:

bedeckt

.

Verbesserte Einstellung

Die Sonde wird erneut vollständig bedeckt.

Anschließend wird der Füllstand abgesenkt und die typische verbleibende Anhaftung bewusst auf der Sonde belassen.

Die Empfindlichkeit wird so eingestellt, dass dieser Zustand zuverlässig als:

frei

erkannt wird.

Danach wird der Behälter wieder gefüllt.

Die vollständige Bedeckung muss weiterhin mit ausreichender Reserve erkannt werden.

Ergebnis

Der Sensor unterscheidet jetzt zwischen:

dünner normaler Anhaftung

und:

echtem Grenzstand

.

Damit wird deutlich, warum die Einlernung nicht unter idealen Laborbedingungen, sondern möglichst im realen Prozess erfolgen sollte.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Sensor erkennt Produkt nicht	Empfindlichkeit zu niedrig oder εr zu gering	Produktdaten und Empfindlichkeit prüfen
Sensor meldet dauerhaft bedeckt	Anhaftung oder zu hohe Empfindlichkeit	Sonde reinigen und Abgleich mit realer Anhaftung durchführen
Sensor schaltet nach Reinigung korrekt, später wieder falsch	Produktfilm bildet zusätzliche Kapazität	Anhaftungskompensation beziehungsweise Einstellung prüfen
Messung verändert sich nach Umbau des Tanks	geänderte kapazitive Umgebung	Behälterwand und metallische Einbauten prüfen
Sensor schaltet bei Annäherung eines Metallteils	elektrisches Feld wird beeinflusst	Montageabstand und Empfindlichkeit prüfen
Trockener Feststoff wird erkannt, feuchter Feststoff löst viel früher aus	höhere effektive Dielektrizitätskonstante durch Feuchtigkeit	Grenzfälle des Produktes testen
Sensor reagiert bereits auf Schaum	Schaum beeinflusst Kapazität ausreichend stark	gewünschte Schaumdetektion und Empfindlichkeit prüfen
Schaum soll erkannt werden, wird aber ignoriert	kapazitiver Unterschied zu gering	höhere Empfindlichkeit oder anderes Messprinzip prüfen
Ausgang schaltet ständig ein und aus	Produktoberfläche bewegt sich am Schaltpunkt	Hysterese beziehungsweise Zeitverzögerung prüfen
Sensor funktioniert im Testbehälter, aber nicht im Prozess	andere Behältergeometrie oder Einbausituation	Sensor im endgültigen Aufbau neu einstellen
Produktwechsel verursacht Fehlmeldung	anderer εr-Wert oder anderes Anhaftungsverhalten	Sensor neu prüfen beziehungsweise einstellen
Grenzschalter bleibt nach Entleerung lange aktiv	anhaftendes oder schlecht ablaufendes Produkt	Einbaulage und Anhaftung prüfen

Empfohlener Inbetriebnahmeablauf

1. Medium bestimmen: Flüssigkeit, Paste, Schlamm oder Schüttgut erfassen.
2. Dielektrische Eigenschaften prüfen: Besonders bei Produkten mit niedrigem εr.
3. Schwankungen berücksichtigen: Produktwechsel, Feuchtigkeit und Temperatur einbeziehen.
4. Behältermaterial bestimmen: Metallischen oder nichtleitenden Behälter unterscheiden.
5. Einbauposition festlegen: Füllstrom, Rührwerk und mögliche Anhaftungsbereiche berücksichtigen.
6. Sensor endgültig montieren: Vor der Feineinstellung keine provisorische Geometrie verwenden.
7. Metallische Einbauten berücksichtigen: Rohre, Streben und Heizregister beachten.
8. Schaltfunktion festlegen: Minimum, Maximum oder andere Grenzstandfunktion definieren.
9. Fail-safe-Verhalten festlegen: Gewünschte Reaktion bei Fehler beziehungsweise Spannungsausfall bestimmen.
10. Freien Zustand herstellen: Sonde realistisch unbedeckt halten.
11. Leerzustand einstellen beziehungsweise teachen: Nach Geräteanleitung vorgehen.
12. Produkt auf die Sonde bringen: Realen bedeckten Zustand herstellen.
13. Bedeckten Zustand prüfen: Ausreichende Schaltreserve sicherstellen.
14. Produkt wieder absenken: Rückschaltung beobachten.
15. Typische Anhaftung belassen: Reale Verschmutzung nicht künstlich entfernen.
16. Freimeldung erneut prüfen: Anhaftungen dürfen keine dauerhafte Bedecktmeldung verursachen.
17. Empfindlichkeit gegebenenfalls reduzieren: So hoch wie nötig, nicht höher.
18. Schaum testen: Wenn im realen Prozess vorhanden.
19. Hysterese beziehungsweise Verzögerung prüfen: Flatternde Ausgänge vermeiden.
20. Extremzustände testen: Niedrigstes und höchstes erwartetes εr berücksichtigen.
21. Produktwechsel prüfen: Falls mehrere Medien gefahren werden.
22. Schaltausgang testen: SPS, Relais beziehungsweise Abschaltfunktion kontrollieren.
23. Einstellung dokumentieren: Produkt, Einbausituation und Parametrierung festhalten.

Passende kapazitive Grenzstandschalter bei ICS Schneider

Siemens Pointek CLS100 – kompakter kapazitiver Grenzstandschalter

Der Siemens Pointek CLS100 eignet sich insbesondere für kompakte Messstellen und unterschiedliche Flüssigkeiten beziehungsweise Schüttgüter.

Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören:

• kapazitives Inverse-Frequency-Messprinzip,
• einstellbare Empfindlichkeit,
• Ausblendung beziehungsweise Beherrschung von Anhaftungen,
• verschiedene Ausgangsoptionen,
• PPS- beziehungsweise PVDF-Sondenoptionen,
• kompakte Bauform.

Siemens Pointek CLS200 – universeller kapazitiver Grenzschalter

Der Siemens Pointek CLS200 ist ein universeller kapazitiver RF-Grenzschalter für Flüssigkeiten, Schlämme, Schüttgüter und Trennschichtanwendungen.

Typische Eigenschaften sind:

• einstellbare Empfindlichkeit,
• Erkennung von Medien mit niedriger relativer Dielektrizitätskonstante,
• Ausblendung von Anhaftungen durch passende Einstellung,
• Stab- und Kabelausführungen,
• verschiedene Ausgangsoptionen,
• optionale lokale Anzeige beziehungsweise Kommunikation je nach Ausführung.

Der CLS200 eignet sich damit besonders für Anwendungen, bei denen Medium und Einbausituation eine gezielte Anpassung des Schaltpunktes erfordern.

Siemens Pointek CLS300 – für anspruchsvolle Prozessbedingungen und starke Anhaftungen

Für hohe Prozessanforderungen steht der Siemens Pointek CLS300 zur Verfügung.

Zu den wesentlichen Merkmalen gehören:

• kapazitive Grenzstanderfassung für Flüssigkeiten und Schüttgüter,
• Active-Shield-Technologie zur Reduzierung des Einflusses von Anhaftungen,
• Ausführungen für hohe Temperaturen und Drücke,
• Stab- und Kabelvarianten,
• lokale Parametrier- und Diagnosemöglichkeiten je nach Ausführung.

Der CLS300 eignet sich damit besonders für Prozessbedingungen, bei denen starke Anhaftungen, hohe Temperaturen oder hohe Drücke auftreten.

Weitere Lösungen finden Sie unter Grenzstanderfassung bei ICS Schneider.

Fazit

Kapazitive Grenzstandschalter sind vielseitig einsetzbar, reagieren jedoch bewusst auf ihre elektrische Umgebung.

Die Dielektrizitätskonstante bestimmt wesentlich die Signaländerung

Je stärker sich das Medium gegenüber Luft kapazitiv auswirkt, desto deutlicher lässt sich der bedeckte Zustand erkennen.

Die Behältergeometrie gehört zur Messkette

Behälterwand, Einbauten und Sondenposition beeinflussen das elektrische Feld.

Deshalb sollte der Abgleich im endgültigen Einbau erfolgen

Eine Einstellung außerhalb des Behälters bildet die reale Prozessgeometrie nur unzureichend ab.

Anhaftung ist einer der wichtigsten Praxisfaktoren

Eine dünne Produktschicht kann weiterhin ein kapazitives Signal erzeugen.

Der realistische freie Zustand ist wichtiger als eine perfekt saubere Sonde

Bei anhaftenden Medien sollte deshalb mit der typischen verbleibenden Produktschicht geprüft werden.

Die höchste Empfindlichkeit ist nicht automatisch die beste Einstellung

Zu hohe Empfindlichkeit erhöht die Gefahr von Fehlmeldungen durch Anhaftung, Schaum oder Umgebungsänderungen.

Feuchtigkeit kann die Eigenschaften von Schüttgütern stark verändern

Die Einstellung muss deshalb den gesamten real auftretenden Produktbereich abdecken.

Schaum muss bewusst bewertet werden

Vor der Parametrierung muss geklärt werden, ob Schaum als bedeckt oder als frei erkannt werden soll.

Nach Produkt- oder Anlagenänderungen erneut prüfen

Ein neuer Werkstoff, eine andere Behältergeometrie oder zusätzliche metallische Einbauten können den Schaltpunkt verändern.

Für die Praxis gilt

Medium und εr-Bereich bestimmen → Behältermaterial und Einbaugeometrie prüfen → Sensor endgültig montieren → gewünschten Fail-safe-Zustand festlegen → realistischen freien Zustand einstellen → tatsächliche Produktbedeckung prüfen → typische Anhaftung nach dem Ablaufen berücksichtigen → Empfindlichkeit nur so hoch wie notwendig einstellen → Schaum, Feuchtigkeit und Produktwechsel testen → Hysterese beziehungsweise Verzögerung prüfen → Schaltfunktion unter realen Betriebsbedingungen verifizieren → Parametrierung dokumentieren.

FAQ: Kapazitiven Grenzstandschalter einstellen und einlernen

Wie funktioniert ein kapazitiver Grenzstandschalter?

Er erkennt die Änderung der elektrischen Kapazität im Bereich seiner Sonde, wenn sich das umgebende Medium verändert beziehungsweise die Sonde bedeckt wird.

Was bedeutet Dielektrizitätskonstante?

Sie beschreibt, wie stark ein Material das elektrische Feld gegenüber Vakuum beziehungsweise Luft beeinflusst.

Welche Dielektrizitätskonstante hat Luft?

Die relative Dielektrizitätskonstante von Luft liegt näherungsweise bei 1.

Warum ist Wasser leicht kapazitiv zu erfassen?

Wasser besitzt eine vergleichsweise hohe relative Dielektrizitätskonstante und erzeugt deshalb gegenüber Luft eine deutliche kapazitive Änderung.

Sind Medien mit niedrigem εr schwieriger zu erfassen?

Ja. Bei niedrigen Dielektrizitätskonstanten fällt der Unterschied zum freien Zustand geringer aus und der Sensor muss entsprechend geeignet beziehungsweise empfindlich eingestellt sein.

Was bedeutet Teach-in bei einem kapazitiven Sensor?

Der Sensor übernimmt einen oder mehrere reale Prozesszustände als Referenz, beispielsweise Sonde frei und Sonde bedeckt. Die konkrete Vorgehensweise hängt vom Gerät ab.

Muss ein kapazitiver Sensor immer eingelernt werden?

Nicht zwingend. Manche Geräte besitzen eine automatische beziehungsweise menügeführte Kalibrierung, andere werden über einen Schaltpunkt oder eine Empfindlichkeit manuell eingestellt.

Sollte der Sensor vor oder nach der Montage eingestellt werden?

Die Feineinstellung sollte möglichst nach der endgültigen Montage erfolgen, weil Behälterwand, Einbauten und Einbaulage die Kapazität beeinflussen können.

Warum beeinflusst die Behälterwand die Messung?

Die Umgebung der Sonde ist Teil des elektrischen Feldes. Bei vielen kapazitiven Messanordnungen wirkt insbesondere eine metallische Behälterwand als Referenzfläche.

Funktioniert ein kapazitiver Grenzstandschalter in einem Kunststofftank?

Das hängt vom Sensordesign ab. Einige Geräte können unabhängig von einer metallischen Tankwand beziehungsweise auch durch nichtleitende Behälterwände arbeiten.

Warum können Metallrohre neben dem Sensor Probleme verursachen?

Sie verändern das elektrische Feld und damit die Grundkapazität des Sensors.

Was passiert bei Produktanhaftung?

Die anhaftende Produktschicht beeinflusst die Kapazität auch dann, wenn der eigentliche Füllstand bereits unterhalb der Sonde liegt.

Kann Anhaftung eine dauerhafte Vollmeldung verursachen?

Ja. Bei zu hoher Empfindlichkeit kann eine verbleibende Produktschicht fälschlicherweise als bedeckte Sonde erkannt werden.

Wie stellt man einen Sensor bei anhaftenden Medien ein?

Der reale Zustand nach dem Ablaufen des Mediums sollte berücksichtigt werden. Eine typische Anhaftung kann bewusst auf der Sonde verbleiben und als freier Zustand eingestellt beziehungsweise geprüft werden.

Was ist Active Shield?

Bei entsprechend ausgestatteten kapazitiven Sensoren dient diese Technologie dazu, den Einfluss von Materialanbackungen beziehungsweise unerwünschten Kapazitäten auf den eigentlichen Messbereich zu reduzieren.

Kann Feuchtigkeit die Messung beeinflussen?

Ja. Besonders bei Schüttgütern kann Feuchtigkeit die effektive Dielektrizitätskonstante deutlich verändern.

Kann ein kapazitiver Sensor Schaum erkennen?

Je nach Schaum, Medium und Sensoreinstellung ja. Ob dies erwünscht ist, muss vor der Parametrierung festgelegt werden.

Warum schaltet mein Sensor ständig ein und aus?

Mögliche Ursachen sind eine bewegte Produktoberfläche, Schaum, zu hohe Empfindlichkeit oder eine zu geringe Hysterese beziehungsweise Verzögerung.

Was bedeutet Hysterese?

Sie erzeugt einen Unterschied zwischen Ein- und Rückschaltpunkt und verhindert dadurch instabiles Schalten unmittelbar an der Grenzposition.

Sollte die Empfindlichkeit immer maximal eingestellt werden?

Nein. Sie sollte nur so hoch wie notwendig eingestellt werden. Eine unnötig hohe Empfindlichkeit erhöht die Gefahr von Fehlmeldungen.

Muss der Sensor nach einem Produktwechsel neu eingestellt werden?

Bei deutlich veränderten dielektrischen Eigenschaften oder verändertem Anhaftungsverhalten sollte die Funktion erneut unter realen Bedingungen geprüft werden.

Kann derselbe Sensor Flüssigkeiten und Schüttgüter erkennen?

Viele industrielle kapazitive Grenzstandschalter sind für beide Medienarten ausgelegt. Die konkrete Eignung hängt jedoch vom Gerät und Prozess ab.

Wo sollte der Sensor nicht eingebaut werden?

Nach Möglichkeit nicht direkt im Befüllstrahl, unmittelbar an störenden metallischen Einbauten oder an Stellen mit unvermeidbarer massiver Produktbrückenbildung.

Was ist bei einer Max-Grenzstandmessung wichtig?

Neben der zuverlässigen Produkterkennung muss auch die gewünschte Fail-safe-Funktion bei Gerätefehler oder Spannungsausfall berücksichtigt werden.

Was ist bei einer Min-Grenzstandmessung wichtig?

Der Sensor muss zuverlässig erkennen, wann die Sonde frei wird. Anhaftungen sind deshalb bei Minimalstand- und Trockenlaufschutz besonders relevant.

Welcher Siemens-Sensor eignet sich für universelle kapazitive Grenzstanderfassung?

Der Pointek CLS200 ist für zahlreiche Flüssigkeiten, Schlämme, Schüttgüter und Trennschichtanwendungen ausgelegt.

Welcher Sensor eignet sich bei starken Anhaftungen und hohen Prozessbedingungen?

Der Pointek CLS300 bietet unter anderem Active-Shield-Technologie und Ausführungen für hohe Temperaturen und Drücke.

Wo finde ich weitere Grenzstandschalter?

Weitere Lösungen finden Sie unter Grenzstanderfassung bei ICS Schneider.