SITRANS MAG meldet leeres Rohr: Elektrodenkontakt, Erdung und Diagnose richtig prüfen

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Der Behälter ist gefüllt, die Pumpe läuft und laut Anlagenfahrer steht die Rohrleitung unter Druck. Trotzdem meldet der SITRANS MAG „Empty Pipe“ beziehungsweise „Leeres Rohr“. Der erste Verdacht fällt häufig auf den Durchflussmesser selbst. In vielen Fällen liegt die Ursache jedoch nicht im Messumformer, sondern unmittelbar an der Messstelle.

Ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser benötigt nicht nur eine vollständig gefüllte Rohrleitung. Die Messelektroden müssen zuverlässig mit einem ausreichend leitfähigen Medium in Kontakt stehen und sich auf einem definierten elektrischen Potential befinden. Luftpolster, Teilfüllung, isolierende Beläge, eine sehr geringe Leitfähigkeit oder ein ungeeigneter Potenzialausgleich können deshalb einen Leerrohralarm auslösen, obwohl sich durchaus Flüssigkeit in der Leitung befindet.

Für eine zuverlässige Fehlersuche sollte deshalb nicht sofort die Empty-Pipe-Grenze verändert werden. Zuerst müssen Füllzustand, Elektrodenkontakt, Medium, Erdung und Verkabelung geprüft werden. Erst danach ist die Parametrierung des Messumformers sinnvoll zu beurteilen.

Siemens Lösungen zur magnetisch-induktiven Durchflussmessung finden Sie unter Siemens Durchflussmessung. Weitere Feldgeräte sind unter Siemens Prozessinstrumentierung zusammengefasst.

Wie erkennt ein SITRANS MAG ein leeres Rohr?

Ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser arbeitet nach dem Faradayschen Induktionsprinzip. Spulen erzeugen ein Magnetfeld durch das Messrohr. Bewegt sich eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit durch dieses Feld, entsteht zwischen den gegenüberliegenden Messelektroden eine Spannung. Diese Spannung ist proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit.

Damit dieses Prinzip zuverlässig funktioniert, müssen die Elektroden elektrisch mit dem Medium verbunden sein. Bei vollständig leerem Rohr fehlt dieser Kontakt. Moderne Messumformer können diesen Zustand über die elektrischen Eigenschaften des Elektrodenkreises erkennen und daraus einen Leerrohrstatus ableiten.

Der Alarm bedeutet deshalb vereinfacht nicht zwingend:

„In der gesamten Rohrleitung befindet sich keine Flüssigkeit.“

Er bedeutet vielmehr, dass der Messumformer an seiner Messstelle keinen für die Messung plausiblen beziehungsweise ausreichenden Elektrodenkontakt erkennt.

Genau daraus ergeben sich viele scheinbar widersprüchliche Fehlerbilder.

Warum erscheint Empty Pipe trotz Flüssigkeit?

Mehrere unterschiedliche Ursachen können für den Messumformer elektrisch ähnlich aussehen. Ein Luftpolster an den Elektroden kann beispielsweise genauso zum Verlust des Elektrodenkontakts führen wie ein stark isolierender Belag. Auch ein Medium nahe der unteren Leitfähigkeitsgrenze oder ein gestörter Potenzialausgleich kann die Diagnose beeinflussen.

Beobachtung	Wahrscheinliche Ursache	Erster Prüfschritt
Alarm nur bei niedrigem Durchfluss	Teilfüllung oder Luftpolster	Füllzustand und Rohrleitungsverlauf kontrollieren
Alarm nach längerer Betriebszeit	Belag auf den Elektroden	Messrohr und Elektroden inspizieren
Alarm nur bei bestimmtem Medium	Leitfähigkeit zu gering oder wechselnd	Leitfähigkeit des Mediums prüfen
Alarm nach Umbau der Rohrleitung	Potenzialausgleich oder Erdung verändert	Erdungsverbindungen und Rohrmaterial kontrollieren
Alarm nach Arbeiten an Remote-Verkabelung	Elektrodenkabel, Schirmung oder Feuchtigkeit	Kabel und Anschlussraum prüfen
Alarm direkt nach Pumpenstart	Luft im Messrohr	Entlüftung und Montageposition prüfen

Die Diagnose sollte deshalb immer mit dem realen Prozesszustand beginnen und nicht mit der Elektronik.

Teilfüllung und Lufteinschlüsse erkennen

Ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser benötigt für eine korrekte Volumenstrommessung grundsätzlich ein vollständig gefülltes Messrohr.

Besonders kritisch sind Messstellen an hydraulischen Hochpunkten. Dort können sich Gas beziehungsweise Luft sammeln, während die restliche Rohrleitung weiterhin Flüssigkeit führt. Von außen sieht die Anlage dann vollständig gefüllt aus, an den Elektroden befindet sich jedoch möglicherweise zeitweise Luft.

Ähnliche Situationen entstehen bei einer fallenden Rohrleitung mit freiem Auslauf. Ist hinter dem Durchflussmesser kein ausreichender Gegendruck vorhanden, kann sich das Messrohr teilweise entleeren.

Typisch ist dann ein Fehler, der stark vom Betriebszustand abhängt: Bei hoher Pumpenleistung funktioniert die Messung, bei niedriger Förderleistung erscheint plötzlich Empty Pipe.

Bei der Fehlersuche sollten daher insbesondere Pumpenzustand, Rohrleitungsverlauf und Druckverhältnisse betrachtet werden. Liegt der Sensor an einem Hochpunkt, sollte geprüft werden, ob sich dort Luft sammeln kann. Bei stark wechselnden Betriebszuständen kann eine Entlüftungsmöglichkeit oder eine hydraulisch günstigere Position der Messstelle erforderlich sein.

Auch eine gefüllte Rohrleitung kann Luftblasen enthalten. Bei Abwasser, Schlamm oder stark belüfteten Medien können diese Blasen während der Strömung an den Elektroden vorbeiziehen und kurzzeitig die Diagnose beeinflussen.

Elektrodenkontakt und Beläge prüfen

Die Messelektroden stellen die elektrische Verbindung zwischen Medium und Messumformer her. Ihre Oberfläche sollte deshalb dauerhaft mit dem Prozessmedium in Kontakt stehen.

In Wasseranlagen sind starke Ablagerungen vergleichsweise selten, können bei eisenhaltigem Wasser, Kalk oder biologischem Bewuchs aber dennoch auftreten. In Abwasser- und Prozessanlagen kommen zusätzlich Fett, Schlamm, Fasern und chemische Ablagerungen infrage.

Ein leitfähiger Belag muss nicht zwangsläufig problematisch sein. Kritisch wird es vor allem dann, wenn sich eine isolierende Schicht zwischen Elektrode und Medium bildet. Die Elektrodenimpedanz steigt und der Messumformer kann den Zustand zunehmend wie eine schlecht benetzte beziehungsweise trockene Elektrode interpretieren.

Ein wichtiges Diagnosemerkmal ist deshalb die Entwicklung über die Zeit. Funktioniert eine Messstelle nach Reinigung wieder zuverlässig und tritt der Fehler erst nach Wochen oder Monaten erneut auf, spricht dies stark für eine Verschmutzungs- oder Belagproblematik.

Bei wiederkehrenden Ablagerungen sollte nicht nur gereinigt werden. Auch Medium, Elektrodenwerkstoff, Strömungsgeschwindigkeit und Einbausituation sollten bewertet werden.

Leitfähigkeit des Mediums berücksichtigen

Magnetisch-induktive Durchflussmesser benötigen ein elektrisch leitfähiges Medium. Wasser und Abwasser erfüllen diese Voraussetzung normalerweise problemlos. Kritischer können dagegen demineralisiertes Wasser, bestimmte Lösungsmittel oder sehr schwach ionisierte Prozessflüssigkeiten sein.

Nähert sich die tatsächliche Leitfähigkeit der unteren zulässigen Grenze des verwendeten Messsystems, wird nicht nur das eigentliche Durchflusssignal schwieriger auszuwerten. Auch die Beurteilung des Elektrodenkontakts kann unsicherer werden.

Deshalb ist eine wichtige Frage bei sporadischen Leerrohrmeldungen:

Tritt der Fehler mit Wasser problemlos nicht auf, aber mit einem anderen Prozessmedium schon?

Dann sollte die tatsächliche Leitfähigkeit des Mediums unter realen Prozessbedingungen geprüft und mit den Anforderungen des eingesetzten Sensors und Messumformers verglichen werden.

Eine allgemeingültige Leitfähigkeitsgrenze für alle SITRANS-MAG-Kombinationen sollte dabei nicht angesetzt werden. Sensor, Transmitter, Kabelkonfiguration und Anwendung müssen gemeinsam betrachtet werden.

Erdung und Potenzialausgleich richtig ausführen

Die vom magnetisch-induktiven Sensor erzeugte Messspannung ist sehr klein. Deshalb benötigt die Messung ein stabiles elektrisches Bezugspotenzial zwischen Medium und Messsystem.

Genau hier liegt eine häufig unterschätzte Fehlerquelle.

Bei elektrisch leitfähigen Metallrohren kann der notwendige Potenzialausgleich je nach Sensor und Installation bereits über die Rohrleitung hergestellt werden. Bei Kunststoffleitungen, innen elektrisch isolierten Rohrsystemen oder bestimmten Flanschkonfigurationen kann dagegen eine zusätzliche Erdung beziehungsweise Mediumkontaktierung erforderlich sein.

Je nach SITRANS-Sensor kommen dafür integrierte Erdungselektroden oder separate Erdungsringe infrage. Entscheidend ist immer die vorgesehene Installation des konkreten Sensortyps.

Ein Fehler entsteht beispielsweise, wenn ein ursprünglich metallisches Rohrstück gegen Kunststoff ausgetauscht wird und dabei die bisherige elektrische Verbindung zum Medium verloren geht. Mechanisch funktioniert die Anlage anschließend unverändert, elektrisch fehlt dem Durchflussmesser jedoch sein sauberes Referenzpotenzial.

Ebenso problematisch können lose Erdungsleitungen, korrodierte Verbindungen oder undefinierte Potenzialunterschiede zwischen Rohrleitung und Sensor sein.

Erdung ist dabei nicht mit dem Schutzleiteranschluss des Messumformergehäuses gleichzusetzen. Für die Messung ist insbesondere der vorgeschriebene Potenzialausgleich zwischen Medium, Sensor und Rohrleitung relevant.

Elektrodenkabel und Remote-Montage prüfen

Bei kompakt montierten Geräten liegen Sensor und Messumformer unmittelbar zusammen. Bei Remote-Ausführungen werden dagegen Spulen- und Elektrodensignale über separate Kabel zum Messumformer geführt.

Gerade das Elektrodensignal ist empfindlich. Beschädigte Kabel, Feuchtigkeit im Anschlussraum, verschmutzte Klemmen oder eine fehlerhafte Schirmung können die elektrischen Verhältnisse verändern.

Eine wichtige Diagnosefrage lautet deshalb:

Ist der Fehler nach Arbeiten am Sensor, am Messumformer oder an der Verkabelung erstmals aufgetreten?

Wenn ja, sollten zunächst Klemmenbelegung, Schirmanschlüsse und Kabelzustand mit der Siemens-Dokumentation der jeweiligen Gerätegeneration verglichen werden.

Ein beschädigtes Elektrodenkabel darf nicht mit einem beliebigen Instrumentenkabel ersetzt werden. Für empfindliche Elektrodenkreise sind die dafür vorgesehenen Kabeltypen und Anschlussverfahren einzuhalten.

Diagnosewerte richtig interpretieren

Bei einem SITRANS MAG sollte nicht nur der angezeigte Durchfluss betrachtet werden. Der Messumformer liefert zusätzliche Diagnoseinformationen, die bei der Ursachenanalyse sehr hilfreich sein können.

Bei älteren Anlagen mit MAG 5000 beziehungsweise MAG 6000 ist insbesondere das Fehlerprotokoll interessant. Der MAG 6000 verfügt über eine integrierte Leerrohrerkennung und Selbstdiagnose. Bei neueren Systemen mit SITRANS FMT020 stehen zusätzlich Mess- und Diagnoseinformationen wie die elektrische Leitfähigkeit zur Verfügung.

Ein einzelner Diagnosewert sollte jedoch nie isoliert bewertet werden. Interessanter ist häufig der zeitliche Zusammenhang:

Steigt der Empty-Pipe-Status gleichzeitig mit sinkender Leitfähigkeit? Erscheint der Alarm immer nach Pumpenstopp? Oder tritt er erst nach mehreren Wochen Betrieb auf?

Durch diese Korrelation lassen sich Prozess-, Installations- und Verschmutzungsprobleme wesentlich schneller voneinander unterscheiden.

Empty-Pipe-Grenzwert nicht vorschnell verändern

Viele Diagnosefunktionen besitzen Parameter beziehungsweise gerätespezifische Empfindlichkeitseinstellungen.

Ein häufiger Fehler besteht darin, bei einem störenden Leerrohralarm unmittelbar die Empfindlichkeit zu reduzieren oder die Funktion vollständig abzuschalten.

Damit verschwindet zwar möglicherweise die Meldung, nicht aber deren Ursache.

Ist das Messrohr tatsächlich teilweise leer, bleibt die Durchflussmessung unzuverlässig. Liegt eine Elektrodenverschmutzung vor, verschlechtert sich die Messstelle weiter. Und bei einem fehlenden Potenzialausgleich können zusätzliche Messfehler entstehen.

Der Grenzwert sollte deshalb erst bewertet werden, wenn Füllzustand, Medium, Elektroden, Erdung und Verkabelung nachweislich in Ordnung sind.

Systematische Fehlersuche

Schritt	Prüfung	Bewertung
1	Rohr wirklich vollständig gefüllt?	Hochpunkte, freie Ausläufe und niedrigen Systemdruck prüfen
2	Luft oder Gas im Medium?	Pumpenstart, Entlüftung und Prozess beobachten
3	Leitfähigkeit ausreichend?	Medium unter realen Prozessbedingungen bewerten
4	Elektroden sauber?	Belag, Isolation und Beschädigung kontrollieren
5	Potenzialausgleich korrekt?	Erdungselektroden, Erdungsringe und Rohrmaterial prüfen
6	Remote-Verkabelung einwandfrei?	Elektrodenkabel, Schirmung und Feuchtigkeit kontrollieren
7	Diagnose und Parametrierung plausibel?	Erst jetzt Empty-Pipe-Einstellungen beurteilen

Diese Reihenfolge verhindert, dass ein echtes Prozessproblem durch eine Parameteränderung lediglich unsichtbar gemacht wird.

Praxisbeispiel aus einer Wasseranlage

In einer Wasseraufbereitungsanlage meldet ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser sporadisch „Empty Pipe“. Laut Bedienpersonal ist die Leitung jedoch permanent mit Wasser gefüllt.

Während des normalen Produktionsbetriebs funktioniert die Messung zuverlässig. Der Fehler tritt hauptsächlich nachts auf, wenn die Förderleistung stark reduziert wird.

Zunächst werden Elektroden und Verkabelung kontrolliert. Beide sind unauffällig. Auch die Leitfähigkeit des Wassers ist für die Anwendung problemlos.

Bei der Betrachtung der Rohrführung fällt jedoch auf, dass der Durchflussmesser nahezu am höchsten Punkt eines horizontalen Rohrabschnitts sitzt. Bei geringer Pumpenleistung fällt der Leitungsdruck deutlich ab und Luft sammelt sich genau an dieser Stelle.

Während des Tages wird die Luft durch die höhere Strömung weitgehend mitgeführt. Im reduzierten Nachtbetrieb bildet sich dagegen ein Gaspolster im oberen Bereich des Messrohrs.

Der Alarm war deshalb korrekt: Die Rohrleitung war zwar nicht vollständig leer, die Elektroden hatten jedoch zeitweise keinen stabilen Flüssigkeitskontakt.

Nach Verbesserung der Entlüftung und der hydraulischen Betriebsbedingungen verschwindet die Meldung, ohne die Empty-Pipe-Empfindlichkeit zu verändern.

Das Beispiel zeigt einen wichtigen Grundsatz:

Ein Leerrohralarm ist nicht automatisch ein Elektronikfehler. Er kann eine reale Information über die hydraulischen Bedingungen an der Messstelle liefern.

Welche SITRANS-MAG-Komponenten eignen sich?

SITRANS FMT020

Der SITRANS FMT020 ist die aktuelle Transmittergeneration und Nachfolger der weit verbreiteten MAG-5000/6000-Serie.

Neben der Volumenstrom- und Strömungsgeschwindigkeitsmessung unterstützt er die Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit sowie Leerrohrüberwachung und Gerätediagnose. Das ist gerade bei der hier beschriebenen Fehlersuche hilfreich, weil Prozess- und Elektrodenzustand besser voneinander abgegrenzt werden können.

SITRANS FMS500

Für Wasser- und Abwasseranwendungen ist der SITRANS FMS500 eine aktuelle Sensorlösung. Zusammen mit dem FMT020 bildet er das SITRANS FM520-System.

Der Sensor besitzt integrierte Erdungselektroden. Je nach Installation können dadurch zusätzliche Erdungsringe entfallen. Trotzdem muss der gesamte Potenzialausgleich entsprechend der vorgesehenen Installationsweise ausgeführt werden.

SITRANS FM MAG 5000 und MAG 6000

MAG 5000 und MAG 6000 sind weiterhin in sehr vielen bestehenden Anlagen zusammen mit Sensoren wie MAG 5100 W, MAG 1100 oder MAG 3100 installiert.

Insbesondere der MAG 6000 verfügt über umfangreiche Selbstdiagnose einschließlich Leerrohrerkennung und Fehlerprotokollierung. Bei Störungen sollte deshalb zunächst die vorhandene Diagnose vollständig ausgewertet werden, bevor Sensor oder Messumformer ersetzt werden.

Unter Siemens Durchflussmessung finden Sie geeignete Komponenten und Systeme für magnetisch-induktive Durchflussmessstellen.

ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei Auswahl, Ersatz und Fehlersuche von SITRANS-MAG-Sensoren und -Messumformern sowie bei der Bewertung von Erdung, Messbereich, Medium und Einbausituation.

Fazit

Ein SITRANS-MAG-Alarm „Leeres Rohr“ bedeutet nicht zwangsläufig, dass die komplette Rohrleitung trocken ist. Entscheidend ist, ob die Messelektroden einen plausiblen elektrischen Kontakt zum Medium besitzen.

Teilfüllung und Luftpolster sind besonders häufige Ursachen. Sie treten oft nur bei bestimmten Betriebszuständen auf und werden deshalb leicht übersehen. Ebenso können isolierende Elektrodenbeläge, geringe Leitfähigkeit oder ein fehlerhafter Potenzialausgleich die Empty-Pipe-Diagnose beeinflussen.

Gerade nach Umbauten sollte die Erdung sorgfältig kontrolliert werden. Wird beispielsweise eine Metallleitung durch Kunststoff ersetzt, kann sich die elektrische Situation an der Messstelle grundlegend ändern.

Bei Remote-Ausführungen gehört auch das Elektrodenkabel zur Messkette. Feuchtigkeit, falsche Kabel oder fehlerhafte Schirmung können deshalb ebenfalls eine Rolle spielen.

Der sinnvollste Diagnoseweg lautet: zuerst prüfen, ob das Rohr wirklich voll ist, anschließend Medium und Elektroden kontrollieren, danach Erdung und Verkabelung bewerten und erst zum Schluss die Parametrierung verändern.

Damit lässt sich vermeiden, dass ein realer Prozess- oder Installationsfehler lediglich durch eine weniger empfindliche Alarmgrenze verdeckt wird.

Häufige Fragen zum SITRANS MAG Empty-Pipe-Alarm

Warum meldet der SITRANS MAG ein leeres Rohr, obwohl Wasser vorhanden ist?

Das Messrohr kann teilweise gefüllt sein oder sich an den Elektroden kann ein Luftpolster befinden. Auch Elektrodenbeläge, geringe Leitfähigkeit oder ein ungeeigneter Potenzialausgleich können die Diagnose beeinflussen.

Kann Luft im Rohr einen Empty-Pipe-Alarm erzeugen?

Ja. Befindet sich Luft direkt an einer Messelektrode, kann der notwendige elektrische Kontakt zum Medium verloren gehen.

Kann Verschmutzung der Elektroden wie ein leeres Rohr wirken?

Ja. Insbesondere isolierende Ablagerungen können die elektrische Kopplung zwischen Elektrode und Medium verschlechtern.

Welche Rolle spielt die Leitfähigkeit?

Magnetisch-induktive Durchflussmesser benötigen ein ausreichend leitfähiges Medium. Bei sehr geringer Leitfähigkeit können sowohl Durchflussmessung als auch Elektrodenüberwachung schwieriger werden.

Braucht ein SITRANS MAG immer Erdungsringe?

Nein. Das hängt vom Sensortyp und von der Rohrinstallation ab. Einige Sensoren besitzen integrierte Erdungselektroden. Bei anderen Anwendungen können Erdungsringe oder zusätzliche Potenzialausgleichsmaßnahmen erforderlich sein.

Warum tritt der Fehler nur bei geringer Pumpenleistung auf?

Bei niedrigem Druck oder geringer Strömung kann sich ein Messrohr teilweise entleeren oder Luft kann sich an einem hydraulischen Hochpunkt sammeln.

Sollte ich die Empty-Pipe-Funktion einfach abschalten?

Nicht bevor die Ursache geklärt ist. Ein deaktivierter Alarm kann eine tatsächlich teilweise gefüllte oder elektrisch problematische Messstelle verdecken.

Was sollte nach Arbeiten an der Rohrleitung geprüft werden?

Neben dem Füllzustand sollte besonders kontrolliert werden, ob sich Rohrmaterial, Erdung, Potenzialausgleich oder Einbaulage verändert haben.

Was ist der aktuelle Nachfolger von MAG 5000 und MAG 6000?

Für Modernisierungen und neue Systeme steht der SITRANS FMT020 als aktuelle Transmittergeneration zur Verfügung.