Reed-Füllstandtransmitter auslegen: Auflösung und Schwimmermagnet richtig wählen

→ Produktkategorie: Füllstandmessung

 

Ein Reed-Füllstandtransmitter kann einen Flüssigkeitsstand zuverlässig und kontinuierlich erfassen, wenn Schwimmer, Magnet, Reed-Messkette und mechanische Ausführung konsequent auf Medium und Messaufgabe abgestimmt werden.

Anders als bei einem einzelnen Schwimmerschalter wird dabei nicht nur ein Grenzstand erkannt. Entlang des Gleitrohres befindet sich eine Widerstandsmesskette mit mehreren Reed-Kontakten. Der Magnet im Schwimmer betätigt abhängig von seiner Position die entsprechenden Kontakte und erzeugt so ein mit dem Füllstand veränderliches elektrisches Signal.

Entscheidend für die erreichbare Messqualität sind unter anderem:

• Kontaktraster der Reed-Kette,
• Magnetsystem und Geometrie des Schwimmers,
• Dichte des Mediums,
• Durchmesser und Länge des Gleitrohres,
• mechanische Bewegungsfreiheit des Schwimmers,
• gewünschtes Ausgangssignal,
• tatsächlich benötigte Messauflösung.

Ein möglichst kleines Kontaktraster allein macht einen Reed-Füllstandtransmitter deshalb noch nicht automatisch zur besseren Messlösung. Schwimmerauswahl, Mediumsdichte, Mechanik und Signalverarbeitung müssen zum gleichen Messziel passen.

Ein passendes Beispiel aus dem ICS-Portfolio sind die WIKA Reed-Füllstandstransmitter FLR-S, FLR-P und FLR-H. Sie arbeiten nach dem Schwimmerprinzip mit magnetischer Übertragung und einer Reed-Widerstandsmesskette. Je nach Ausführung stehen verschiedene Kontaktraster, Werkstoffe, Prozessanschlüsse und elektrische Ausgangssignale zur Verfügung.

Weitere Lösungen finden Sie unter kontinuierliche Füllstandsmessung mit Schwimmer sowie unter Füllstandmesstechnik bei ICS Schneider.

Wie funktioniert ein Reed-Füllstandtransmitter?

Ein Reed-Füllstandtransmitter arbeitet mit einem Schwimmer, der sich entsprechend der Flüssigkeitsoberfläche entlang eines Gleitrohres bewegt.

Im Schwimmer befindet sich ein permanentes Magnetsystem.

Im Inneren des Gleitrohres befindet sich eine elektrische Messkette aus:

• Reed-Kontakten,
• Widerständen,
• Leiterbahn beziehungsweise Trägerplatine.

Bewegt sich der Schwimmer nach oben oder unten, wirkt sein Magnetfeld berührungslos durch die Wandung des Gleitrohres auf die Reed-Kontakte.

Dadurch verändert sich der wirksame Widerstand der Messkette entsprechend der Position des Schwimmers.

Der Füllstand wird damit elektrisch abgebildet

Bei der klassischen Ausführung entspricht die Widerstandsmesskette einer:

3-Leiter-Potentiometerschaltung

Die daraus resultierende Messspannung beziehungsweise der Widerstandsanteil ist proportional zur Schwimmerposition und damit zum Füllstand.

Da die einzelnen Reed-Kontakte in einem definierten Raster angeordnet sind, entsteht kein mathematisch vollständig kontinuierliches Signal, sondern ein sehr fein abgestuftes Signal.

In der Praxis wird dieses Verhalten deshalb als:

quasikontinuierlich

bezeichnet.

Aufbau der Reed-Messkette

Die Reed-Messkette besteht vereinfacht aus einer Reihe hintereinander angeordneter Widerstände.

An definierten Positionen befinden sich magnetisch betätigte Reed-Kontakte.

Der Schwimmermagnet schaltet abhängig von seiner Position einen bestimmten Bereich der Widerstandskette.

Vereinfacht

Bei einem niedrigen Füllstand befindet sich der Schwimmer am unteren Ende der Messstrecke.

Steigt der Füllstand, bewegt sich der Schwimmer nach oben und verändert schrittweise den wirksamen Widerstand.

Aus dieser Änderung kann anschließend beispielsweise ein:

• Widerstandswert,
• 4–20-mA-Signal,
• HART-Signal,
• digitales Feldbussignal

erzeugt werden.

Ein wichtiger Vorteil des Prinzips

Der elektrische Teil der Messkette befindet sich im Gleitrohr und ist mechanisch vom Medium getrennt.

Die Übertragung zwischen Schwimmer und Messkette erfolgt:

magnetisch und berührungslos

.

Damit sind keine elektrischen Schleifkontakte zwischen dem beweglichen Schwimmer und der Messkette erforderlich.

Welche Aufgabe hat der Schwimmermagnet?

Der Schwimmer besitzt zwei grundlegende Funktionen.

1. Mechanische Erfassung der Flüssigkeitsoberfläche

Durch seine Auftriebskraft folgt der Schwimmer der Flüssigkeitsoberfläche.

2. Magnetische Betätigung der Reed-Kette

Das integrierte Magnetsystem erzeugt das Magnetfeld, das die Reed-Kontakte im Gleitrohr betätigt.

Der Schwimmer ist deshalb kein beliebig austauschbares mechanisches Zubehör.

Magnetposition, Magnetstärke, Schwimmergeometrie und Gleitrohr müssen konstruktiv zur verwendeten Reed-Messkette passen.

Ein falscher Schwimmer kann problematisch sein

Beispielsweise wenn:

• das Magnetfeld nicht ausreichend auf die Reed-Kette wirkt,
• der Magnet axial falsch positioniert ist,
• der Innendurchmesser nicht zum Gleitrohr passt,
• der Schwimmer bei der vorhandenen Dichte zu tief eintaucht,
• der Schwimmer mechanisch am Gleitrohr klemmt.

Schwimmer und Messwertgeber sollten deshalb als aufeinander abgestimmtes System ausgelegt werden.

Was bedeutet der Kontaktabstand?

Die Reed-Kontakte befinden sich nicht kontinuierlich entlang des gesamten Rohres, sondern in definierten Abständen.

Dieser Abstand wird häufig als:

Kontaktraster

oder:

Kontaktabstand

bezeichnet.

Typische Raster bei Reed-Messketten sind beispielsweise:

• 5 mm,
• 10 mm,
• 15 mm,
• 18 mm.

Kleineres Raster bedeutet feinere Abstufung

Bei einem Raster von 5 mm liegen wesentlich mehr Schaltpositionen entlang der Messstrecke als bei einem Raster von 18 mm.

Das Signal kann die tatsächliche Schwimmerbewegung dadurch feiner abbilden.

Aber

Kontaktabstand und spezifizierte Messauflösung sind nicht automatisch identisch.

Das magnetische Schaltverhalten und die Auswertung der Widerstandskette beeinflussen die tatsächlich angegebene Auflösung.

Kontaktabstand und Messauflösung unterscheiden

Bei der Produktauswahl sollte deshalb nicht nur gefragt werden:

Wie groß ist das Raster?

Sondern:

Welche spezifizierte Auflösung ergibt sich daraus?

Für aktuelle WIKA-Reed-Füllstandtransmitter werden beispielsweise abhängig vom Kontaktraster folgende Auflösungen angegeben:

Kontaktabstand	Auflösung
5 mm	ca. 2,7 mm
10 mm	ca. 5,5 mm
15 mm	ca. 7,5 mm
18 mm	ca. 9 mm

Die feinste Variante mit 5-mm-Raster ermöglicht damit eine Füllstandauflösung im Bereich weniger Millimeter.

Auflösung ist nicht gleich Gesamtgenauigkeit

Auch eine Auflösung von beispielsweise:

2,7 mm

bedeutet nicht automatisch, dass der tatsächliche Flüssigkeitsstand unter allen Prozessbedingungen mit einer Gesamtmessabweichung von ±2,7 mm bestimmt wird.

Zusätzlich wirken unter anderem:

• Schwimmerauftrieb,
• Dichteänderungen,
• Temperatur,
• Wellenbewegung,
• mechanisches Spiel,
• Einbaulage,
• Signalwandlung.

Beispiel für verschiedene Kontaktraster

Ein Tank besitzt eine nutzbare Messstrecke von:

1.000 mm

Variante A mit 5-mm-Kontaktraster

Entlang der Messstrecke steht eine sehr feine elektrische Abstufung zur Verfügung.

Die spezifizierte Auflösung liegt beispielsweise bei:

ca. 2,7 mm

Variante B mit 18-mm-Kontaktraster

Die elektrische Abstufung ist gröber.

Die spezifizierte Auflösung liegt beispielsweise bei:

ca. 9 mm

Welche Variante ist besser?

Das hängt von der Messaufgabe ab.

Wenn lediglich erkannt werden soll, ob ein großer Lagertank ungefähr:

65 % oder 66 %

gefüllt ist, kann das gröbere Raster vollkommen ausreichend sein.

Bei einem kleinen Dosierbehälter kann dagegen eine feinere Abstufung erforderlich sein.

Die technisch kleinste verfügbare Rasterung ist daher nicht automatisch die wirtschaftlich oder messtechnisch sinnvollste Auswahl.

Warum die Mediumsdichte für den Schwimmer entscheidend ist

Ein Schwimmer bewegt sich nicht direkt aufgrund des Füllstands, sondern aufgrund des Auftriebs.

Nach dem archimedischen Prinzip entspricht die Auftriebskraft dem Gewicht des verdrängten Mediums.

Vereinfacht:

FA = ρ · g · V

mit:

• ρ = Dichte des Mediums,
• g = Erdbeschleunigung,
• V = verdrängtes Volumen.

Sinkt die Dichte des Mediums

muss der Schwimmer tiefer eintauchen, damit ausreichend Flüssigkeit verdrängt wird.

Steigt die Dichte

schwimmt derselbe Schwimmer höher.

Deshalb muss die Schwimmerauswahl zur:

• minimalen Mediumsdichte,
• Temperatur,
• Prozessdruck,
• Werkstoffverträglichkeit

passen.

Für die WIKA-FLR-Baureihen sind je nach Ausführung Anwendungen ab Grenzdichten von etwa:

400 kg/m³

möglich.

Die konkrete Schwimmerauswahl muss jedoch immer anhand der jeweiligen Ausführung und Prozessbedingungen erfolgen.

Eintauchtiefe und tatsächlicher Messpunkt

Der Füllstand entspricht nicht automatisch der geometrischen Mitte des Schwimmers.

Der Schwimmer taucht abhängig von:

• seinem Gewicht,
• seinem Volumen,
• der Mediumsdichte

unterschiedlich tief ein.

Entscheidend ist die Lage des Magnetsystems im Verhältnis zur Flüssigkeitsoberfläche.

Bei wechselnder Dichte

kann sich die Schwimmerposition gegenüber der Flüssigkeitsoberfläche verändern.

Das ist insbesondere relevant bei:

• starken Temperaturänderungen,
• unterschiedlichen Produktchargen,
• Medien mit stark variierender Konzentration,
• Trennschichtmessungen.

Wenn wenige Millimeter entscheidend sind, muss deshalb nicht nur die elektrische Auflösung, sondern auch der hydrostatische Auftrieb des Schwimmers betrachtet werden.

Gleitrohrdurchmesser richtig auswählen

Das Gleitrohr führt den Schwimmer und nimmt gleichzeitig die Reed-Messkette auf.

Bei Reed-Füllstandtransmittern sind modellabhängig beispielsweise Durchmesser von:

• 8 mm,
• 12 mm,
• 14 mm,
• 18 mm

möglich.

Der Rohrdurchmesser beeinflusst mehrere Punkte

• mögliche Messlänge,
• mechanische Steifigkeit,
• verwendbare Schwimmergröße,
• Prozessanschluss,
• Einbau in vorhandene Behälteröffnungen.

Lange Gleitrohre benötigen ausreichende Stabilität

Ein sehr langes und dünnes Rohr kann durch:

• Strömung,
• Vibration,
• seitliche Belastung,
• Eigengewicht

stärker beansprucht werden.

Deshalb steigt die maximal mögliche Messlänge bei bestimmten Baureihen mit dem Durchmesser des Gleitrohres.

Messlänge und Totbereiche berücksichtigen

Ein häufiger Fehler bei der Bestellung besteht darin, die Behälterhöhe direkt mit der erforderlichen Messlänge gleichzusetzen.

Zu unterscheiden sind:

• Gesamtlänge des Gleitrohres,
• Einbaulänge,
• aktive Messstrecke,
• oberer Totbereich,
• unterer Totbereich,
• mechanische Schwimmerbegrenzung.

Der Schwimmer kann nicht bis an jedes mechanische Rohrende fahren

Am unteren Ende befindet sich normalerweise eine Schwimmerbegrenzung.

Auch Prozessanschluss und Gehäuse begrenzen den oberen Bewegungsbereich.

Für die Auslegung sollte daher geklärt werden:

Welche Flüssigkeitshöhe soll tatsächlich von 0 bis 100 % dargestellt werden?

und nicht nur:

Wie hoch ist der Behälter insgesamt?

Mechanische Führung des Schwimmers

Der Schwimmer muss sich über die gesamte Messstrecke frei bewegen können.

Problematisch sind beispielsweise:

• verbogenes Gleitrohr,
• mechanische Verspannung,
• Anhaftungen,
• Fremdkörper,
• zu geringer Abstand zu Behältereinbauten,
• starke seitliche Strömung.

Besonders bei langen Sonden

sollte geprüft werden, ob eine zusätzliche mechanische Führung beziehungsweise Abstützung erforderlich oder vom Hersteller vorgesehen ist.

Eine zusätzliche Führung darf den Schwimmer jedoch nicht behindern.

Turbulenz, Wellenbewegung und Schaumbildung

Eine sehr fein auflösende Reed-Kette kann nur dann einen stabilen Wert liefern, wenn sich der Schwimmer selbst ausreichend ruhig bewegt.

Bei stark bewegter Oberfläche

kann der Schwimmer ständig zwischen mehreren Positionen pendeln.

Das Ausgangssignal folgt dann dieser Bewegung.

Typische Ursachen sind:

• einströmendes Medium direkt neben dem Schwimmer,
• Rührwerke,
• Pumpenbetrieb,
• starke Wellenbewegungen,
• Behältervibrationen.

Mögliche Maßnahmen

• ruhigeren Einbauort wählen,
• Abstand zur Befüllleitung vergrößern,
• mechanisches Beruhigungsrohr vorsehen,
• Signal in der Auswertung dämpfen.

Elektronische Dämpfung kann eine mechanisch ungeeignete Messstelle jedoch nicht vollständig kompensieren.

Ablagerungen und zähflüssige Medien

Das Schwimmerprinzip setzt eine ausreichend freie mechanische Bewegung voraus.

Bei:

• klebrigen Medien,
• kristallisierenden Flüssigkeiten,
• Schlämmen,
• starken Ablagerungen

kann sich die Reibung zwischen Schwimmer und Gleitrohr erhöhen.

Der Schwimmer folgt der tatsächlichen Flüssigkeitsoberfläche dann möglicherweise verzögert oder gar nicht mehr.

Typisches Fehlerbild

Der Füllstand sinkt, die Anzeige bleibt jedoch zunächst auf dem alten Wert stehen.

Erst durch Erschütterung bewegt sich der Schwimmer weiter.

In solchen Anwendungen sollte geprüft werden, ob das Schwimmerprinzip überhaupt die geeignete Messmethode ist.

Ausgangssignal der Reed-Kette

Die eigentliche Reed-Kette bildet zunächst einen variablen Widerstand beziehungsweise eine Potentiometerschaltung.

Dieses Signal kann direkt ausgewertet oder über einen Messumformer in ein industrielles Standardsignal umgesetzt werden.

Mögliche Ausführungen sind modellabhängig beispielsweise

• 3-Leiter-Potentiometersignal,
• 4–20 mA,
• 4–20 mA mit HART,
• PROFIBUS PA,
• FOUNDATION Fieldbus.

Welche Ausführung sinnvoll ist, hängt von:

• Leitungslänge,
• Steuerungssystem,
• Diagnoseanforderung,
• Explosionsschutz,
• vorhandener Infrastruktur

ab.

4–20-mA-Ausgang und Kopftransmitter

Für klassische Industrieanlagen ist ein 4–20-mA-Signal besonders praktisch.

Dabei wird der gesamte aktive Füllstandsbereich beispielsweise skaliert als:

4 mA = 0 %

und:

20 mA = 100 %

Beispiel

Aktive Messstrecke:

0 … 1.200 mm

Dann entspricht bei linearer Skalierung:

Füllstand	Ausgang
0 mm	4 mA
300 mm	8 mA
600 mm	12 mA
900 mm	16 mA
1.200 mm	20 mA

Die Reed-Kette selbst bleibt jedoch fein abgestuft.

Der Messumformer erzeugt daraus ein entsprechend abgestuftes 4–20-mA-Signal.

Welche Auflösung ist tatsächlich sinnvoll?

Die gewünschte Auflösung sollte aus der Prozessanforderung abgeleitet werden.

Beispiel Lagertank

Tankhöhe:

3.000 mm

Eine Auflösung von:

9 mm

entspricht nur:

0,3 % der Tankhöhe

Für eine normale Vorratsanzeige kann dies bereits mehr als ausreichend sein.

Beispiel kleiner Dosierbehälter

Messhöhe:

300 mm

Eine Auflösung von:

9 mm

entspricht dagegen:

3 % der Messhöhe

Hier kann ein feineres Raster sinnvoll sein.

Die Prozessanforderung zuerst definieren

Vor der Auswahl sollte deshalb gefragt werden:

Welche kleinste reale Füllstandsänderung muss sicher erkennbar sein?

und nicht:

Welches ist das feinste verfügbare Kontaktraster?

Behältergeometrie und Volumenanzeige

Der Reed-Füllstandtransmitter misst zunächst eine:

Höhe

beziehungsweise Schwimmerposition.

Eine prozentuale Füllstandsanzeige ist nur dann direkt proportional zum Volumen, wenn der Behälter über die gesamte Höhe einen konstanten Querschnitt besitzt.

Bei einem stehenden Zylindertank

mit konstantem Querschnitt gilt:

50 % Höhe ≈ 50 % Volumen

Bei einem liegenden Zylindertank

gilt dies dagegen nicht.

Eine halbe Flüssigkeitshöhe entspricht zwar aufgrund der Symmetrie 50 % Volumen, aber beispielsweise 25 % Höhe entsprechen nicht 25 % Volumen.

Auch konische oder unregelmäßige Tanks

benötigen zur Volumenanzeige eine zusätzliche:

• Linearisierung,
• Tankkennlinie,
• SPS-Berechnung.

Eine fein auflösende Füllstandsmessung allein garantiert deshalb noch keine ebenso genaue Volumenmessung.

Einbaulage und Prozessanschluss

Der Schwimmer muss sich entlang des Gleitrohres möglichst frei in vertikaler Richtung bewegen.

Je nach Ausführung ist eine vertikale beziehungsweise begrenzt geneigte Montage vorgesehen.

Bei der Prozessplanung sind zu berücksichtigen

• Flansch- oder Gewindegröße,
• Behälteröffnung,
• Schwimmerdurchmesser,
• Montagerichtung,
• ausreichender Einbauraum.

Schwimmerdurchmesser nicht vergessen

Ein häufiger mechanischer Planungsfehler besteht darin, nur den Durchmesser des Gleitrohres zu betrachten.

Der Schwimmer kann jedoch erheblich größer sein.

Er muss entweder:

• durch die vorhandene Behälteröffnung eingeführt werden können

oder:

• erst nach dem Einführen des Gleitrohres montierbar sein.

Die konkrete Montageausführung sollte deshalb vor der Bestellung geklärt werden.

Kontinuierliche Messung und Grenzstand trennen

Eine kontinuierliche Füllstandsanzeige und eine unabhängige Überfüllsicherung sind funktional unterschiedliche Aufgaben.

Ein Reed-Füllstandtransmitter kann beispielsweise kontinuierlich:

0 … 100 %

anzeigen.

Wenn jedoch ein sicherheitsrelevanter:

High-High-Grenzstand

erforderlich ist, sollte geprüft werden, ob hierfür eine:

• separate Grenzstanderfassung,
• unabhängige Messmethode,
• entsprechend zugelassene Sicherheitseinrichtung

erforderlich ist.

Die kontinuierliche Betriebsanzeige sollte nicht automatisch als unabhängige Schutzfunktion betrachtet werden.

Praxisbeispiel: 1.500-mm-Tank

Ein Prozessbehälter besitzt eine nutzbare Füllstandsspanne von:

1.500 mm

Das Medium ist ein dünnflüssiges Prozessöl.

Anforderungen

• kontinuierliche Füllstandsanzeige,
• 4–20-mA-Ausgang,
• Auflösung besser als 10 mm,
• vertikale Montage von oben,
• Mediumsdichte im gesamten Betriebsbereich ausreichend für den gewählten Schwimmer.

Auswahl des Kontaktrasters

Ein Kontaktabstand von:

18 mm

kann bereits eine spezifizierte Auflösung von ungefähr:

9 mm

ermöglichen.

Damit wäre die definierte Anforderung grundsätzlich erfüllt.

Ist trotzdem 5 mm sinnvoll?

Nicht zwingend.

Ein 5-mm-Kontaktraster würde zwar eine feinere Auflösung ermöglichen, diese bringt aber nur dann einen praktischen Vorteil, wenn:

• der Prozess diese Auflösung benötigt,
• der Schwimmer ausreichend stabil geführt wird,
• die Flüssigkeitsoberfläche ruhig genug ist,
• die nachgeschaltete Anzeige die zusätzliche Information sinnvoll nutzt.

Schwimmerauswahl

Zusätzlich wird die niedrigste zu erwartende Mediumsdichte bei maximaler Prozesstemperatur betrachtet.

Danach wird ein Schwimmer gewählt, der bei dieser Dichte noch zuverlässig aufschwimmt und mechanisch zum Gleitrohr passt.

Ergebnis

Erst die Kombination aus:

Messlänge + Kontaktraster + Schwimmer + Dichte + Prozessanschluss + Ausgangssignal

definiert den tatsächlich passenden Reed-Füllstandtransmitter.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Anzeige ändert sich nur in großen Sprüngen	grobes Kontaktraster	Raster und spezifizierte Auflösung prüfen
Schwimmer sinkt ungewöhnlich tief ein	Mediumsdichte niedriger als vorgesehen	Dichte und Schwimmerauslegung prüfen
Messwert bleibt beim Entleeren hängen	Schwimmer klemmt oder Ablagerungen vorhanden	Gleitrohr und Schwimmer mechanisch prüfen
Messwert springt ständig um mehrere Stufen	bewegte Flüssigkeitsoberfläche	Einbauort und Dämpfung prüfen
0-%-Punkt stimmt nicht mit Behälterboden überein	mechanischer Totbereich nicht berücksichtigt	aktive Messstrecke prüfen
100-%-Punkt wird nicht erreicht	oberer Schwimmerweg begrenzt	Einbaulänge und obere Begrenzung prüfen
Schwimmer passt nicht durch Prozessöffnung	Schwimmerdurchmesser bei Planung vergessen	Montageweg und Prozessanschluss prüfen
Anzeige schwankt trotz ruhigem Füllstand	Vibration oder Magnet-/Kontaktproblem	mechanische Führung und Messkette prüfen
4–20-mA-Signal stimmt nicht mit Schwimmerposition überein	Skalierung des Kopftransmitters falsch	0-%- und 100-%-Punkte prüfen
Volumenanzeige ist trotz korrekter Höhenmessung falsch	nichtlineare Behältergeometrie	Tanklinearisierung hinterlegen
Messung verändert sich bei Produktwechsel	andere Mediumsdichte verändert Schwimmertiefgang	Dichtebereich und Schwimmer prüfen

Empfohlener Auslegungsablauf

1. Messaufgabe definieren: Füllstand, Volumenanzeige oder beides festlegen.
2. Aktive Messstrecke bestimmen: Gewünschten 0-%- und 100-%-Punkt definieren.
3. Medium festlegen: Werkstoffverträglichkeit berücksichtigen.
4. Dichtebereich bestimmen: Minimal- und Maximaldichte über den Prozess berücksichtigen.
5. Temperatur erfassen: Einfluss auf Dichte und Werkstoffe prüfen.
6. Prozessdruck bestimmen: Schwimmer und Gleitrohr entsprechend auslegen.
7. Schwimmer auswählen: Auftrieb, Magnet, Werkstoff und Abmessungen abstimmen.
8. Gleitrohrdurchmesser auswählen: Länge, Stabilität und Schwimmer berücksichtigen.
9. Kontaktraster bestimmen: Aus tatsächlich benötigter Auflösung ableiten.
10. Auflösung prüfen: Kontaktabstand nicht mit Auflösung gleichsetzen.
11. Totbereiche berücksichtigen: Mechanische Schwimmerbegrenzungen einplanen.
12. Prozessanschluss prüfen: Gewinde, Flansch und Behälteröffnung festlegen.
13. Schwimmerdurchmesser prüfen: Montage durch die Prozessöffnung sicherstellen.
14. Einbauort bewerten: Turbulenz und seitliche Strömung vermeiden.
15. Ausgangssignal auswählen: Potentiometer, 4–20 mA, HART oder Feldbus festlegen.
16. Volumenlinearisierung prüfen: Bei nichtlinearen Behältern zusätzliche Kennlinie vorsehen.
17. Grenzstandfunktion bewerten: Gegebenenfalls separate Sicherheitsfunktion vorsehen.
18. Gesamtauslegung dokumentieren: Messlänge, Raster, Schwimmer, Dichte und Ausgang eindeutig festhalten.

Passende Reed-Füllstandtransmitter bei ICS Schneider

WIKA FLR-S, FLR-P und FLR-H für die Prozessindustrie

Die WIKA Typen FLR-S, FLR-P und FLR-H eignen sich für die kontinuierliche Füllstandsmessung zahlreicher flüssiger Medien.

Das Messprinzip basiert auf:

• Schwimmer mit Magnetsystem,
• Reed-Widerstandsmesskette im Gleitrohr,
• 3-Leiter-Potentiometerschaltung,
• quasikontinuierlicher Füllstanderfassung.

Die Produktfamilie bietet modellabhängig:

• verschiedene Kontaktraster,
• unterschiedliche Schwimmer,
• verschiedene Prozessanschlüsse,
• unterschiedliche Werkstoffe,
• optionale explosionsgeschützte Ausführungen.

Die Einsatzgrenzen reichen je nach Ausführung bis:

• Temperatur: -80 … +200 °C,
• Druck: Vakuum bis 80 bar,
• Grenzdichte: ab etwa 400 kg/m³.

Optional sind konfigurierbare Kopftransmitter für:

• 4–20 mA,
• HART,
• PROFIBUS PA,
• FOUNDATION Fieldbus

verfügbar.

WIKA FLR-SC mit 4–20 mA und Bluetooth

Der WIKA FLR-SC kombiniert die Reed-Messkette mit einem:

4 … 20 mA

Ausgang und zusätzlicher Bluetooth-Schnittstelle.

Über die Bluetooth-Verbindung können unter anderem der Messbereich beziehungsweise die 0-%- und 100-%-Marken des Kopftransmitters konfiguriert werden.

WIKA FLR-F für Lebensmittel- und Pharmaanwendungen

Für hygienisch anspruchsvollere Anwendungen steht der WIKA FLR-F zur Verfügung.

Die Baureihe ist für Anwendungen unter anderem in:

• Prozesswasser,
• Trinkwasser,
• Getränkeindustrie,
• Lebensmittelindustrie,
• Pharmaindustrie

ausgelegt.

Alternative bei besonders hoher Auflösungsanforderung

Wenn eine Auflösung im Bereich weniger Millimeter nicht ausreicht, sollte geprüft werden, ob ein anderes Messprinzip geeigneter ist.

Magnetostriktive Füllstandstransmitter wie die WIKA FLM-Baureihen ermöglichen modellabhängig eine Auflösung von deutlich unter:

1 mm

und sind deshalb für hochauflösendere Schwimmermessungen interessant.

Weitere Lösungen finden Sie unter Füllstandmesstechnik bei ICS Schneider.

Fazit

Ein Reed-Füllstandtransmitter ist eine robuste und vielseitige Lösung für die kontinuierliche Füllstandsmessung, wenn die mechanische und elektrische Auslegung konsequent auf die Anwendung abgestimmt wird.

Der Schwimmer ist ein Teil des Messsystems

Sein Auftrieb und sein Magnetsystem bestimmen unmittelbar, wie zuverlässig die Reed-Kette betätigt wird.

Die Mediumsdichte beeinflusst die Schwimmerposition

Bei geringer Dichte taucht der Schwimmer tiefer ein. Die Schwimmerauswahl muss deshalb den gesamten zu erwartenden Dichtebereich berücksichtigen.

Kontaktabstand und Auflösung sind nicht dasselbe

Ein 5-mm-Kontaktraster kann beispielsweise eine spezifizierte Auflösung von etwa 2,7 mm ermöglichen, während bei 18 mm Kontaktabstand etwa 9 mm erreicht werden können.

Die feinste Rasterung ist nicht immer erforderlich

Die gewählte Auflösung sollte zur realen Prozessanforderung, Behältergröße und Oberflächenruhe passen.

Mechanische Bewegungsfreiheit ist entscheidend

Ablagerungen, Turbulenz, seitliche Belastung oder ein ungeeigneter Schwimmer können die Messung stärker beeinflussen als die elektrische Auflösung der Reed-Kette.

Behälterhöhe und Messbereich müssen getrennt betrachtet werden

Totbereiche, Schwimmerbegrenzungen und Einbaulänge bestimmen, welcher Teil des Behälters tatsächlich als aktiver Messbereich verwendet werden kann.

Für die Praxis gilt

Messbereich festlegen → Medium und Dichtebereich bestimmen → Prozessdruck und Temperatur prüfen → geeigneten Schwimmer auswählen → Gleitrohr und mechanische Einbausituation festlegen → benötigte Messauflösung bestimmen → passendes Kontaktraster auswählen → Totbereiche berücksichtigen → Ausgangssignal festlegen → Behältergeometrie und gegebenenfalls Volumenlinearisierung berücksichtigen → unabhängige Grenzstandfunktionen separat bewerten.

FAQ: Reed-Füllstandtransmitter richtig auslegen

Was ist ein Reed-Füllstandtransmitter?

Ein Reed-Füllstandtransmitter ist ein kontinuierliches Füllstandsmessgerät, bei dem ein magnetischer Schwimmer entlang eines Gleitrohres eine darin angeordnete Reed-Widerstandsmesskette betätigt.

Wie funktioniert die Reed-Kette?

Im Gleitrohr befinden sich Reed-Kontakte und Widerstände. Das Magnetfeld des Schwimmers betätigt abhängig von seiner Position die entsprechenden Kontakte und verändert dadurch den elektrischen Widerstand der Messkette.

Ist ein Reed-Füllstandtransmitter eine kontinuierliche Messung?

Die Messung ist aufgrund des Kontaktrasters fein abgestuft und wird deshalb als quasikontinuierlich bezeichnet.

Was bedeutet Kontaktraster?

Das Kontaktraster beschreibt den Abstand der einzelnen Reed-Kontakte beziehungsweise Schaltpositionen entlang der Messkette.

Welche Kontaktraster gibt es?

Bei den entsprechenden WIKA-Reed-Messketten sind je nach Ausführung beispielsweise 5, 10, 15 und 18 mm möglich.

Ist ein 5-mm-Raster automatisch auf 5 mm genau?

Nein. Kontaktabstand und spezifizierte Messauflösung sind unterschiedliche Größen. Bei entsprechenden WIKA-Ausführungen wird für 5 mm Kontaktabstand beispielsweise eine Auflösung von etwa 2,7 mm angegeben.

Welche Auflösung ergibt sich bei 10 mm Kontaktraster?

Je nach Ausführung liegt die spezifizierte Auflösung bei ungefähr 5,5 mm.

Welche Auflösung ergibt sich bei 15 mm Kontaktraster?

Je nach Ausführung liegt sie bei ungefähr 7,5 mm.

Welche Auflösung ergibt sich bei 18 mm Kontaktraster?

Bei entsprechenden Ausführungen liegt die spezifizierte Auflösung bei ungefähr 9 mm.

Ist die kleinste Rasterung immer die beste Wahl?

Nein. Die Rasterung sollte aus der tatsächlich benötigten Prozessauflösung abgeleitet werden. Eine höhere Auflösung bringt keinen praktischen Vorteil, wenn beispielsweise Wellenbewegung oder Prozessschwankungen wesentlich größer sind.

Welche Aufgabe hat der Magnet im Schwimmer?

Er betätigt berührungslos die Reed-Kontakte der Messkette durch die Wandung des Gleitrohres.

Kann ich einen beliebigen Schwimmer verwenden?

Nein. Magnetsystem, Schwimmerabmessungen, Dichtebereich und Gleitrohr müssen zueinander passen.

Warum ist die Dichte des Mediums wichtig?

Die Dichte bestimmt die Auftriebskraft und damit, wie tief der Schwimmer in die Flüssigkeit eintaucht.

Was passiert bei zu geringer Mediumsdichte?

Der Schwimmer taucht tiefer ein. Ist die Dichte zu gering für die gewählte Ausführung, kann der Schwimmer seine vorgesehene Messfunktion nicht mehr zuverlässig erfüllen.

Welche minimale Dichte unterstützen WIKA-FLR-Füllstandtransmitter?

Für verschiedene FLR-Ausführungen wird eine Grenzdichte ab etwa 400 kg/m³ angegeben. Die konkrete Schwimmerauswahl hängt jedoch von der jeweiligen Gerätekonfiguration und den Prozessbedingungen ab.

Kann eine Dichteänderung den Messwert beeinflussen?

Ja. Eine Dichteänderung verändert den Schwimmertiefgang und damit die Lage des Magnetsystems relativ zur tatsächlichen Flüssigkeitsoberfläche.

Welche Gleitrohrdurchmesser sind möglich?

Je nach FLR-Ausführung sind beispielsweise 8, 12, 14 oder 18 mm verfügbar.

Warum wird für lange Messstrecken ein größeres Gleitrohr benötigt?

Mit zunehmender Länge steigen die Anforderungen an die mechanische Stabilität des Gleitrohres. Die maximal zulässige Länge hängt deshalb unter anderem vom Rohrdurchmesser ab.

Ist die Einbaulänge gleich dem Messbereich?

Nicht zwangsläufig. Mechanische Schwimmerbegrenzungen und konstruktive Totbereiche können die aktive Messstrecke verkürzen.

Warum kann der Schwimmer nicht bis ganz auf den Behälterboden fahren?

Am unteren Rohrende befindet sich üblicherweise eine mechanische Schwimmerbegrenzung. Zusätzlich besitzt der Schwimmer selbst eine bestimmte Bauhöhe.

Kann Turbulenz die Messung beeinflussen?

Ja. Eine stark bewegte Flüssigkeitsoberfläche führt zu einer entsprechenden Bewegung des Schwimmers und kann dadurch einen schwankenden Messwert verursachen.

Was kann man bei einer unruhigen Flüssigkeitsoberfläche tun?

Der Einbauort kann optimiert, Abstand zu Befüllleitungen geschaffen, ein Beruhigungsrohr verwendet oder das Ausgangssignal entsprechend gedämpft werden.

Sind Reed-Füllstandtransmitter für klebrige Medien geeignet?

Das hängt von der Anwendung ab. Starke Ablagerungen oder klebrige Medien können die freie Schwimmerbewegung behindern und dadurch die Messung beeinträchtigen.

Welches Ausgangssignal besitzt eine Reed-Messkette?

Die Grundausführung arbeitet als Widerstandsmesskette beziehungsweise 3-Leiter-Potentiometerschaltung. Über geeignete Messumformer können daraus industrielle Ausgangssignale erzeugt werden.

Ist 4–20 mA möglich?

Ja. Die WIKA-FLR-Baureihen können je nach Ausführung mit einem Kopftransmitter für 4–20 mA ausgestattet werden.

Ist HART möglich?

Ja. Für entsprechende FLR-Ausführungen sind konfigurierbare Kopftransmitter mit 4–20 mA und HART verfügbar.

Kann ein Reed-Füllstandtransmitter direkt das Tankvolumen messen?

Er misst zunächst die Füllstandshöhe beziehungsweise Schwimmerposition. Bei nichtlinearen Behältergeometrien muss die Umrechnung in Volumen über eine entsprechende Tankkennlinie erfolgen.

Warum stimmt bei einem liegenden Tank die Prozentanzeige nicht automatisch mit dem Volumen überein?

Weil sich die Querschnittsfläche mit der Füllhöhe verändert. Deshalb ist der Zusammenhang zwischen Füllhöhe und Volumen nicht linear.

Kann ein Reed-Füllstandtransmitter gleichzeitig als Überfüllsicherung dienen?

Eine kontinuierliche Betriebsanzeige und eine sicherheitsrelevante Grenzstandfunktion sind getrennt zu bewerten. Je nach Anwendung ist eine unabhängige und entsprechend zugelassene Grenzstanderfassung erforderlich.

Welcher WIKA-Reed-Füllstandtransmitter eignet sich für Prozessanwendungen?

Die WIKA FLR-S, FLR-P und FLR-H sind speziell für kontinuierliche Füllstandsmessungen in zahlreichen industriellen Flüssigkeitsanwendungen vorgesehen.

Gibt es einen Reed-Füllstandtransmitter mit Bluetooth?

Ja. Der WIKA FLR-SC kombiniert ein 4–20-mA-Ausgangssignal mit einer Bluetooth-Schnittstelle zur Konfiguration und Füllstandsüberwachung.

Welche Alternative gibt es für deutlich höhere Auflösung?

Für besonders hohe Auflösungsanforderungen können magnetostriktive Schwimmer-Füllstandtransmitter eine geeignete Alternative sein. Entsprechende WIKA-FLM-Ausführungen erreichen modellabhängig Auflösungen von weniger als 0,1 mm.

Wo finde ich weitere Füllstandmesstechnik?

Weitere Geräte finden Sie unter Füllstandmesstechnik bei ICS Schneider.