Für die kontinuierliche Füllstandmessung in Tanks, Behältern, Schächten und Becken stehen unterschiedliche Messprinzipien zur Verfügung. Besonders häufig stellt sich die Frage, ob eine hydrostatische Tauchsonde oder ein berührungslos arbeitender Radar-Füllstandsensor besser zur Anwendung passt.
Beide Messverfahren können einen zuverlässigen Füllstandswert für SPS, Leitsystem, Anzeige oder Pumpensteuerung liefern. Sie erfassen den Füllstand jedoch auf vollständig unterschiedliche Weise. Die Tauchsonde misst den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule. Ein Radarsensor misst dagegen von oben den Abstand zwischen Sensor und Produktoberfläche.
Diese Unterschiede wirken sich unmittelbar auf die Eignung aus. Eine hydrostatische Messung ist vergleichsweise einfach und robust, reagiert aber auf Änderungen der Flüssigkeitsdichte und bei geschlossenen Behältern auch auf einen zusätzlichen Gasdruck über dem Medium. Radar misst weitgehend unabhängig von Dichte und Behälterdruck, benötigt dafür jedoch eine geeignete Einbauposition, eine ausreichend reflektierende Produktoberfläche und eine plausible Echokurve.
Auch Schaum, Kondensat, Rührwerke, Einlaufstrahlen, Ablagerungen, aggressive Medien und wechselnde Prozessbedingungen können die Auswahl beeinflussen. Ein Messprinzip ist daher nicht grundsätzlich besser als das andere. Entscheidend ist, welche physikalische Messgröße unter den tatsächlichen Bedingungen des Tanks am zuverlässigsten erfasst werden kann.
Dieser Beitrag vergleicht hydrostatische Tauchsonden und Radar-Füllstandsensoren, erklärt typische Fehlerquellen und zeigt, welche Angaben für eine belastbare Geräteauswahl benötigt werden.
Inhaltsverzeichnis
- Warum das Messprinzip zur Anwendung passen muss
- Wie eine hydrostatische Tauchsonde den Füllstand misst
- Wie ein Radar-Füllstandsensor arbeitet
- Tauchsonde und Radar im direkten Vergleich
- Welches Prinzip eignet sich für offene Tanks und Becken?
- Füllstandmessung in geschlossenen und druckbeaufschlagten Tanks
- Warum Dichteänderungen die hydrostatische Messung beeinflussen
- Schaum, Kondensat und Dampf richtig bewerten
- Aggressive, verschmutzte und abrasive Medien
- Die richtige Einbauposition im Tank
- Messbereich, Totzone und Tankgeometrie auslegen
- Vom Füllstand zum Tankvolumen
- 4–20 mA, HART und SPS-Anbindung
- Inbetriebnahme und Plausibilitätsprüfung
- Wann ein anderes Messprinzip besser geeignet ist
- Typische Fehler bei der Auswahl
- Praxisbeispiel: Schwankende Dichte im Chemikalientank
- Entscheidungshilfe für die Praxis
- Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen zu Tauchsonden und Radar-Füllstandsensoren
Warum das Messprinzip zur Anwendung passen muss
Ein Füllstandsensor liefert nur dann einen verlässlichen Messwert, wenn sein Messprinzip zu Medium, Behälter und Betriebsbedingungen passt. Der Messbereich allein reicht für die Auswahl nicht aus. Zwei Sensoren mit einem Messbereich von 0 bis 5 m können unter identischen Tankbedingungen völlig unterschiedlich reagieren.
Eine Tauchsonde ermittelt den Füllstand aus dem Druck, den die Flüssigkeitssäule auf die Messmembran ausübt. Der Sensor benötigt daher einen direkten Kontakt zum Medium. Ändert sich die Dichte der Flüssigkeit, verändert sich auch der gemessene Druck, selbst wenn die tatsächliche Füllhöhe gleich bleibt.
Ein Radarsensor befindet sich üblicherweise oberhalb der Produktoberfläche. Er sendet elektromagnetische Signale in Richtung Medium und wertet die Reflexion aus. Gemessen wird zunächst eine Distanz. Aus der bekannten Tankhöhe wird anschließend der Füllstand berechnet.
Radar reagiert daher nicht unmittelbar auf die Masse oder Dichte der Flüssigkeit. Dafür muss das ausgesendete Signal die Produktoberfläche zuverlässig erreichen und von dort ausreichend stark zurückkehren. Einbauten, ungünstige Stutzen, stark absorbierender Schaum oder eine ungeeignete Sensorausrichtung können die Auswertung erschweren.
Vor der Produktauswahl sollte deshalb zunächst geklärt werden, welche Prozessgröße tatsächlich benötigt wird. Soll die geometrische Höhe der Flüssigkeitsoberfläche gemessen werden, ist Radar häufig vorteilhaft. Soll der Füllstand in einem einfachen offenen Wasserbecken überwacht werden, kann eine hydrostatische Tauchsonde die wirtschaftlichere und ebenso zuverlässige Lösung sein.
Wie eine hydrostatische Tauchsonde den Füllstand misst
Eine hydrostatische Tauchsonde ist ein speziell abgedichteter Drucktransmitter, der direkt in die Flüssigkeit abgesenkt wird. Die Messmembran befindet sich möglichst nahe am unteren Messpunkt des Tanks. Dort erfasst sie den Druck der darüberstehenden Flüssigkeitssäule.
Der hydrostatische Druck lässt sich vereinfacht mit folgender Beziehung beschreiben:
p = ρ × g × h
Dabei steht p für den hydrostatischen Druck, ρ für die Dichte der Flüssigkeit, g für die Erdbeschleunigung und h für die Höhe der Flüssigkeitssäule über dem Sensor.
Bei Wasser erzeugt eine Flüssigkeitssäule von einem Meter ungefähr 98 mbar. Eine fünf Meter hohe Wassersäule erzeugt somit etwa 490 mbar. Wird eine Tauchsonde für 0 bis 5 m Wassersäule ausgelegt, kann dieser Druckbereich beispielsweise auf ein Ausgangssignal von 4 bis 20 mA skaliert werden.
Bei offenen Tanks arbeiten Tauchsonden häufig mit Relativdruck. Eine Belüftungskapillare im Anschlusskabel stellt den Bezug zum atmosphärischen Luftdruck her. Auf diese Weise werden normale Luftdruckänderungen weitgehend kompensiert.
Diese Kapillare muss trocken und offen bleiben. Dringt Feuchtigkeit in das Kabel oder wird die Druckausgleichsöffnung verschlossen, kann sich der Referenzdruck verändern. Die Folge sind Nullpunktverschiebungen oder langsam driftende Füllstandswerte.
Die Tauchsonde selbst, das Anschlusskabel, die Dichtungen und gegebenenfalls eine Schutzkappe stehen dauerhaft mit dem Medium in Kontakt. Die Werkstoffe müssen deshalb nicht nur gegenüber der Flüssigkeit, sondern auch gegenüber Reinigungsmitteln, Temperatur, Ablagerungen und mechanischer Beanspruchung geeignet sein.
Wie ein Radar-Füllstandsensor arbeitet
Ein Radar-Füllstandsensor sendet elektromagnetische Wellen von oben in Richtung Produktoberfläche. Das Medium reflektiert einen Teil des Signals zurück zum Sensor. Aus der Laufzeit oder bei FMCW-Systemen aus dem Frequenzunterschied zwischen ausgesendetem und empfangenem Signal wird die Entfernung zur Oberfläche berechnet.
Kennt der Sensor die Distanz zwischen seinem Messbezugspunkt und dem Tankboden, kann er aus der gemessenen Leerdistanz den Füllstand bestimmen:
Füllstand = Referenzhöhe des Tanks − gemessene Distanz zur Oberfläche
Radar misst damit eine geometrische Entfernung. Änderungen der Flüssigkeitsdichte haben auf die Distanz grundsätzlich keinen direkten Einfluss. Auch ein wechselnder Gasdruck über der Flüssigkeit verändert die gemessene Entfernung normalerweise nicht.
Das Messverfahren arbeitet bei freistrahlendem Radar ohne eine Sonde, die bis in das Medium hineinreicht. Je nach Bauform befinden sich jedoch Antenne, Prozessanschluss oder eine frontbündige Sensorfläche im Tankraum und müssen gegenüber Prozessatmosphäre, Temperatur und Medium beständig sein.
Moderne Radarsensoren arbeiten häufig mit hohen Sendefrequenzen und einem stark gebündelten Signal. Ein kleiner Abstrahlwinkel erleichtert die Messung in schmalen Tanks und zwischen Einbauten. Dennoch muss der Messkegel bei der Auslegung berücksichtigt werden. Leitern, Rührwerke, Heizschlangen, Streben und seitlich einlaufende Flüssigkeit können Störechos verursachen.
Die Reflexionsstärke hängt unter anderem von den elektrischen Eigenschaften des Mediums ab. Wasserbasierte Flüssigkeiten reflektieren Radar typischerweise gut. Bei Medien mit einer sehr niedrigen Dielektrizitätszahl oder bei besonderen Gasphasen kann eine genauere Prüfung der Messbedingungen erforderlich sein.
Tauchsonde und Radar im direkten Vergleich
| Kriterium | Hydrostatische Tauchsonde | Radar-Füllstandsensor |
|---|---|---|
| Gemessene Größe | Druck der Flüssigkeitssäule | Distanz zur Produktoberfläche |
| Kontakt zum Medium | Sensor und Kabel dauerhaft im Medium | Freistrahlend, je nach Montage ohne direkten Flüssigkeitskontakt |
| Abhängigkeit von der Dichte | Ja | Nein, nicht unmittelbar |
| Einfluss des Gasdrucks im Tank | Bei geschlossenen Behältern zu berücksichtigen | Entfernungsmessung weitgehend unabhängig vom Behälterdruck |
| Offene Wasserbecken und Schächte | Sehr gut geeignet | Ebenfalls gut geeignet |
| Medienkontakt und Korrosion | Werkstoffe von Sensor und Kabel entscheidend | Weniger medienberührte Teile möglich |
| Schaum | Misst überwiegend den hydrostatischen Anteil der Flüssigkeitssäule | Reflexion und Signaldämpfung müssen geprüft werden |
| Kondensat | Vor allem Schutz der Belüftungskapillare beachten | Kondensat an Antenne oder Sensorfläche berücksichtigen |
| Einbauten im Tank | Meist geringer Einfluss, solange die Sonde frei hängt | Messkegel und mögliche Störechos beachten |
| Wartungszugang | Sonde muss gegebenenfalls aus dem Medium gezogen werden | Sensor häufig von oben zugänglich |
| Typische Ausgangssignale | 4–20 mA, teilweise HART oder zusätzliche Temperatur | 4–20 mA/HART, digitale Schnittstellen, teilweise IO-Link oder Feldbus |
Die Tabelle zeigt, dass sich aus der Technologie allein noch keine eindeutige Empfehlung ergibt. Bei einem offenen Brunnen mit sauberem Wasser kann eine Tauchsonde sehr einfach und zuverlässig arbeiten. Bei einem druckbeaufschlagten Chemikalientank mit wechselnder Dichte kann Radar deutlich vorteilhafter sein.
Auch die geforderte Messgröße spielt eine Rolle. Eine hydrostatische Sonde reagiert auf die Masse der Flüssigkeitssäule. Ein Radarsensor reagiert auf die Position der Oberfläche. Bei gleichbleibender Dichte führen beide Größen zu vergleichbaren Ergebnissen. Bei variabler Dichte können sie sich jedoch deutlich unterscheiden.
Welches Prinzip eignet sich für offene Tanks und Becken?
Offene Tanks, Brunnen, Regenrückhaltebecken, Pumpenschächte und Wasserreservoirs gehören zu den klassischen Anwendungen für hydrostatische Tauchsonden. Der Sensor wird nahe am tiefsten relevanten Messpunkt installiert und über das Kabel mit der Auswertung verbunden.
Bei Wasser und anderen Medien mit weitgehend stabiler Dichte ist die Umrechnung von Druck in Füllhöhe unkompliziert. Der Sensor benötigt keinen freien Messweg von oben und kann auch in tiefen oder schmalen Schächten eingesetzt werden.
Bei turbulenten Medien sollte die Sonde nicht unkontrolliert im Behälter schlagen. Eine geeignete Befestigung, ein Zusatzgewicht oder ein Schutz- beziehungsweise Führungsrohr kann die Messstelle stabilisieren. Die Messmembran darf dabei nicht mechanisch belastet oder vollständig durch Ablagerungen abgedeckt werden.
Die Sonde sollte nicht direkt auf dem Tankboden liegen. Dort können sich Schlamm, Sedimente oder schwere Partikel sammeln. Ein geringer Abstand zum Boden reduziert das Risiko einer zugesetzten oder dauerhaft belasteten Messmembran. Der dadurch entstehende Offset muss bei der Skalierung berücksichtigt werden.
Radar ist ebenfalls gut für offene Tanks und Becken geeignet. Der Sensor wird oberhalb der maximalen Produktoberfläche montiert und misst berührungslos. Das ist besonders interessant, wenn der Sensor nicht in das Medium eingetaucht werden soll oder wenn Wartungsarbeiten von oben einfacher durchzuführen sind.
Für Radar muss jedoch ein geeigneter Montagepunkt vorhanden sein. Einlaufstrahlen, Rührwerke oder stark geneigte Oberflächen sollten möglichst nicht direkt im Hauptmesskegel liegen. Bei schmalen Schächten kann ein Radarsensor mit eng gebündeltem Signal vorteilhaft sein.
Füllstandmessung in geschlossenen und druckbeaufschlagten Tanks
Bei einem offenen Tank wirkt auf die Flüssigkeitsoberfläche ungefähr der atmosphärische Luftdruck. Eine belüftete Tauchsonde kann diesen Druck als Referenz verwenden und misst im Wesentlichen nur den zusätzlichen Druck der Flüssigkeitssäule.
In einem geschlossenen oder druckbeaufschlagten Tank liegt über der Flüssigkeit jedoch ein zusätzlicher Gas- oder Dampfdruck an. Dieser Druck überträgt sich auf die gesamte Flüssigkeit und wirkt auch auf die Messmembran der Tauchsonde.
Eine einfache Tauchsonde kann dann nicht unterscheiden, welcher Anteil des gemessenen Drucks durch die Füllhöhe und welcher Anteil durch den Kopfdruck des Behälters verursacht wird. Steigt der Gasdruck bei konstantem Füllstand, würde die Sonde einen höheren Füllstand melden.
Eine hydrostatische Messung ist in einem Druckbehälter dennoch möglich, erfordert aber eine geeignete Druckkompensation. Typische Lösungen sind eine Differenzdruckmessung zwischen Tankboden und Gasraum oder zwei aufeinander abgestimmte Druckmessstellen, deren Werte in der Steuerung verrechnet werden.
Bei wechselnder Dichte bleibt zusätzlich die Dichteabhängigkeit bestehen. Eine reine Kompensation des Gasdrucks beseitigt daher nicht automatisch alle Messabweichungen.
Ein Radarsensor misst direkt die Entfernung zur Oberfläche. Ein wechselnder Kopfdruck beeinflusst diese geometrische Distanz nicht unmittelbar. Für Druckbehälter ist Radar deshalb häufig eine technisch einfache Lösung, sofern Prozessanschluss, Antenne, Dichtung, Druckstufe und Temperaturbereich für die Anwendung geeignet sind.
Bei hohen Drücken, hohen Temperaturen, Vakuum oder aggressiver Gasphase darf dennoch nicht pauschal irgendein Radarsensor eingesetzt werden. Die zulässigen Prozessdaten des konkreten Gerätes müssen vollständig geprüft werden.
Warum Dichteänderungen die hydrostatische Messung beeinflussen
Die hydrostatische Messung basiert direkt auf der Flüssigkeitsdichte. Wird der Sensor für eine bestimmte Dichte skaliert und verändert sich diese später, verändert sich der berechnete Füllstand.
Ein Tank enthält beispielsweise eine Flüssigkeitssäule von 5 m. Bei Wasser mit einer Dichte von ungefähr 1.000 kg/m³ entstehen rund 490 mbar hydrostatischer Druck. Besitzt das Medium bei gleicher Füllhöhe nur eine Dichte von 850 kg/m³, entstehen lediglich etwa 417 mbar.
Wird die Messung weiterhin wie Wasser ausgewertet, entsprechen 417 mbar nur ungefähr 4,25 m Wassersäule. Obwohl der Tank tatsächlich bis 5 m gefüllt ist, würde das System einen um etwa 15 Prozent niedrigeren Füllstand anzeigen.
| Füllhöhe | Beispielhafte Dichte | Hydrostatischer Druck | Anzeige bei Skalierung auf Wasser |
|---|---|---|---|
| 5,00 m | 1.000 kg/m³ | ca. 490 mbar | ca. 5,00 m |
| 5,00 m | 950 kg/m³ | ca. 466 mbar | ca. 4,75 m |
| 5,00 m | 850 kg/m³ | ca. 417 mbar | ca. 4,25 m |
Dichteänderungen können durch Temperatur, Konzentration, Mischungsverhältnis, Produktwechsel oder chemische Reaktionen entstehen. Bei Wasser sind die Änderungen in vielen Standardanwendungen klein. Bei Ölen, Kraftstoffen, Lösungsmitteln, Laugen oder Mischprodukten können sie deutlich relevanter sein.
Ist die Dichte bekannt und weitgehend konstant, kann die Tauchsonde passend skaliert werden. Ist die Dichte temperaturabhängig, kann bei hohen Genauigkeitsanforderungen eine zusätzliche Temperaturmessung und Dichtekompensation sinnvoll sein.
Ändert sich die Zusammensetzung des Mediums unvorhersehbar, ist eine hydrostatische Füllstandmessung möglicherweise nicht die beste Wahl. Radar misst die Oberfläche und ist daher für die geometrische Füllhöhe weitgehend unabhängig von solchen Dichteänderungen.
Schaum, Kondensat und Dampf richtig bewerten
Schaumbildung wird häufig pauschal als Argument für oder gegen ein Messprinzip verwendet. Entscheidend ist jedoch zunächst, welche Oberfläche beziehungsweise welcher Zustand gemessen werden soll.
Eine Tauchsonde befindet sich unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche. Leichter Schaum trägt aufgrund seiner geringen Dichte nur wenig zum hydrostatischen Druck bei. Die Tauchsonde erfasst daher überwiegend die Flüssigkeitssäule und nicht zwangsläufig die Oberkante der Schaumschicht.
Das kann ein Vorteil sein, wenn der tatsächliche Flüssigkeitsinhalt benötigt wird und der Schaum ignoriert werden soll. Soll dagegen die obere Schaumkante als Überfüllgrenze erkannt werden, ist eine reine hydrostatische Messung möglicherweise nicht ausreichend.
Bei Radar hängt das Verhalten von der Struktur, Dicke, Feuchtigkeit und elektrischen Eigenschaft des Schaums ab. Manche Schäume werden weitgehend durchdrungen, andere reflektieren oder dämpfen das Radarsignal deutlich. Der Sensor kann dann die Schaumoberfläche, die darunterliegende Flüssigkeit oder zeitweise kein eindeutig auswertbares Echo erfassen.
Die Aussage „Radar misst immer durch Schaum“ ist daher ebenso unzutreffend wie die Aussage, Radar funktioniere grundsätzlich nicht bei Schaum. Bei kritischen Anwendungen sollten Medium, Schaumeigenschaften und gewünschte Messoberfläche mit dem Gerätehersteller abgestimmt oder in einem Praxistest untersucht werden.
Kondensat und Dampf können ebenfalls unterschiedliche Auswirkungen haben. Bei einer Tauchsonde spielt Dampf über der Oberfläche für die eigentliche hydrostatische Messung meist nur über den Behälterdruck eine Rolle. Wichtig ist jedoch, dass kein Kondenswasser in die Belüftungskapillare oder den Kabelanschluss gelangt.
Radarsensoren sind gegenüber Dampf und Temperaturänderungen häufig robuster als akustische Ultraschallsysteme. Starke Kondensation oder Ablagerungen direkt auf der Antenne beziehungsweise Sensorfläche können die Signalqualität dennoch beeinflussen. Eine passende Antennenausführung, frontbündige Montage oder konstruktive Tropfkante kann in solchen Anwendungen sinnvoll sein.
Aggressive, verschmutzte und abrasive Medien
Bei einer Tauchsonde sind Gehäuse, Messmembran, Kabelmantel, Kabeldichtung und gegebenenfalls Elastomere dauerhaft dem Medium ausgesetzt. Die Werkstoffprüfung darf sich daher nicht nur auf den metallischen Sensorkörper beschränken.
Ein Edelstahlgehäuse kann gegenüber einer Flüssigkeit geeignet sein, während ein standardmäßiges PUR- oder PE-Kabel angegriffen wird. Umgekehrt kann ein chemisch beständiges Kabel erforderlich sein, obwohl die Messmembran keine besonderen Anforderungen stellt.
Auch die Temperatur beeinflusst die Medienbeständigkeit. Ein Werkstoff, der bei Raumtemperatur geeignet erscheint, kann bei höherer Prozesstemperatur deutlich schneller altern. Für eine verbindliche Auswahl müssen Konzentration, Temperatur, Einwirkdauer und mögliche Reinigungsmedien berücksichtigt werden.
In Abwasser, Schlamm oder Medien mit Feststoffen können sich Ablagerungen an der Messmembran bilden. Die Tauchsonde sollte eine möglichst unempfindliche, gut zugängliche Membrangeometrie besitzen. Eine mechanische Reinigung darf die dünne Messmembran nicht beschädigen.
Abrasive Partikel und starke Strömungen können Gehäuse und Kabel langfristig beanspruchen. Die Sonde sollte deshalb nicht direkt in einem Einlaufstrahl oder unmittelbar neben einer Pumpe installiert werden.
Radar reduziert den direkten Medienkontakt. Bei Kunststofftanks kann je nach Sensortyp und Tankmaterial sogar eine Messung durch die Behälterwand möglich sein. Dadurch entfällt ein Prozessanschluss mit unmittelbarem Flüssigkeitskontakt.
Bei einem metallischen oder druckbeaufschlagten Tank wird der Radarsensor üblicherweise über einen Stutzen oder Flansch eingebaut. Prozessanschluss, Antenne und Dichtung können dann weiterhin mit Dampf, Spritzern oder Kondensat in Kontakt kommen. Auch bei einer berührungslosen Messung ist deshalb eine Werkstoffprüfung erforderlich.
Die richtige Einbauposition im Tank
Die Einbauposition entscheidet bei beiden Messprinzipien wesentlich über die Messqualität. Eine korrekt ausgewählte Technologie kann durch eine ungünstige Montage unzuverlässig werden.
Tauchsonde richtig positionieren
Die Tauchsonde sollte nahe am niedrigsten relevanten Messpunkt hängen, jedoch nicht direkt auf dem Tankboden oder in einer Sedimentschicht liegen. Der Abstand zum Boden wird bei der Nullpunkt- und Bereichseinstellung berücksichtigt.
Das Kabel benötigt eine geeignete Zugentlastung. Es darf nicht über scharfe Kanten geführt, gequetscht oder unzulässig geknickt werden. Die Druckausgleichskapillare muss in einem trockenen Bereich enden und gegen Feuchtigkeit geschützt werden.
Bei Turbulenz, Strömung oder großen Tankdurchmessern kann die Sonde pendeln. Eine Führung oder ein zusätzliches Gewicht kann die Lage stabilisieren. Die Konstruktion darf jedoch keinen Druck auf die Membran ausüben oder Ablagerungen fördern.
Die Sonde sollte nicht unmittelbar unter einem Zulauf montiert werden. Der dynamische Druck des einströmenden Mediums kann den hydrostatischen Messwert überlagern und zu schwankenden Anzeigen führen.
Radarsensor richtig positionieren
Ein Radarsensor sollte so montiert werden, dass der Messkegel die Produktoberfläche möglichst ungehindert erreicht. Einbauten wie Leitern, Rohre, Rührwerke, Heizschlangen und Verstrebungen sollten nicht im zentralen Strahl liegen.
Die Montage direkt über einem Einlauf ist meist ungünstig. Der Sensor kann den Flüssigkeitsstrahl oder starke Verwirbelungen als zusätzliche Reflexion erfassen. Ein seitlich versetzter Montagepunkt ist häufig besser geeignet.
Der Tankstutzen muss zur Antenne passen. Ein zu langer, zu schmaler oder innen unebener Stutzen kann unerwünschte Reflexionen erzeugen. Die Antenne darf nicht unkontrolliert in einem metallischen Stutzen zurückgesetzt sein, sofern die Bauform dafür nicht vorgesehen ist.
Bei gewölbten oder konischen Behälterdächern muss der Sensor möglichst senkrecht auf die relevante Oberfläche ausgerichtet werden. Eine falsche Neigung kann das reflektierte Signal vom Sensor weglenken.
Nach der Montage kann bei vielen Geräten eine Störechoausblendung beziehungsweise Behälteraufnahme durchgeführt werden. Dabei werden feste Reflexionen von Einbauten erkannt und bei der späteren Messung berücksichtigt. Diese Funktion ersetzt jedoch keine grundsätzlich ungeeignete Einbauposition.
Messbereich, Totzone und Tankgeometrie auslegen
Der benötigte Messbereich ergibt sich nicht nur aus der gesamten Tankhöhe. Entscheidend sind der niedrigste und höchste Füllstand, die Position des Sensors sowie betriebliche Sicherheitsabstände.
Bei einer Tauchsonde wird der Druckbereich anhand der maximalen Flüssigkeitssäule über der Messmembran und der Mediendichte bestimmt. Liegt die Sonde 20 cm über dem Tankboden, kann dieser Bereich nicht ohne entsprechende Korrektur als nutzbarer Messbereich erfasst werden.
Der gewählte Druckmessbereich sollte zur tatsächlichen Anwendung passen. Ein Sensor für 100 m Wassersäule liefert bei einem Tank mit nur 2 m Füllhöhe zwar grundsätzlich ein Signal, nutzt aber nur einen kleinen Teil seiner Messspanne. Dadurch verschlechtert sich die nutzbare Auflösung und Genauigkeit der Gesamtmessung.
Bei Radar wird zwischen dem Messbezugspunkt am Sensor, dem maximalen Füllstand und dem Tankboden unterschieden. Direkt unterhalb der Antenne kann je nach Gerät eine obere Nah- oder Totzone bestehen, in der keine sichere Messung möglich ist.
Der maximale Füllstand darf daher nicht beliebig dicht an den Sensor heranreichen. Auch Anhaftungen, Spritzwasser oder Überflutung müssen bei der Auslegung berücksichtigt werden. Bestimmte Sensoren können einen zeitweisen Überflutungszustand erkennen oder überstehen, dies muss aber ausdrücklich zur Geräteausführung passen.
Am unteren Bereichsende ist zu prüfen, ob der Tankboden ein stärkeres Echo als die sehr niedrige Flüssigkeitsschicht erzeugt. Tankgeometrie, Medium und Geräteeinstellung beeinflussen, wie weit der nutzbare Messbereich tatsächlich reicht.
Vom Füllstand zum Tankvolumen
Sowohl Tauchsonde als auch Radar liefern zunächst einen Füllstand beziehungsweise eine daraus abgeleitete Höhe. Das Volumen ergibt sich erst aus der Behältergeometrie.
Bei einem senkrechten zylindrischen Tank mit konstantem Querschnitt ist der Zusammenhang zwischen Höhe und Volumen linear. 50 Prozent Füllhöhe entsprechen dann ungefähr 50 Prozent des nutzbaren Volumens.
Bei einem liegenden Zylindertank ist der Zusammenhang nicht linear. Eine halbe Füllhöhe entspricht zwar der Hälfte des Gesamtvolumens, andere Höhenwerte können aber nicht mit einer einfachen Prozentrechnung umgerechnet werden. Noch komplexer sind Tanks mit konischem Boden, gewölbten Enden oder mehreren Behälterabschnitten.
Die Linearisierung kann im Sensor, in einem Auswertegerät, in der SPS oder im Leitsystem erfolgen. Dafür werden Tankabmessungen, Kennlinien oder eine Stützpunkttabelle hinterlegt.
Eine korrekte Füllstandmessung kann trotzdem zu einem falschen Volumenwert führen, wenn die Tankgeometrie fehlerhaft parametriert wurde. Bei der Inbetriebnahme sollten daher der elektrische Rohwert, die berechnete Füllhöhe und das daraus ermittelte Volumen getrennt kontrolliert werden.
4–20 mA, HART und SPS-Anbindung
Hydrostatische Tauchsonden und Radar-Füllstandsensoren sind häufig als Zweileitertransmitter mit 4–20-mA-Ausgang verfügbar. Dabei repräsentieren 4 mA üblicherweise den unteren und 20 mA den oberen eingestellten Messwert.
Die Zuordnung muss jedoch immer anhand der Parametrierung geprüft werden. In bestimmten Anwendungen kann die Kennlinie invertiert sein, sodass ein hoher Füllstand einem kleineren Stromwert entspricht. Auch Unter- und Übersteuerungswerte sowie Fehlerströme müssen zur SPS-Konfiguration passen.
Über HART oder andere digitale Schnittstellen können je nach Gerät zusätzliche Informationen übertragen werden. Dazu gehören beispielsweise die gemessene Distanz, der berechnete Füllstand, die Sensortemperatur, der Signalstatus oder Diagnosemeldungen.
Bei der SPS-Anbindung sind mindestens folgende Punkte abzugleichen:
- Ausgangssignal des Sensors
- passiver oder aktiver Analogeingang
- Versorgungsspannung und zulässige Bürde
- unterer und oberer Messbereichswert
- Einheit der übertragenen Größe
- Fehlerstrom und Diagnoseverhalten
- Dämpfung und Filterung
- Skalierung auf Füllhöhe oder Volumen
Ein Ausgang von 12 mA entspricht bei einer linearen 4–20-mA-Skalierung 50 Prozent der eingestellten Messspanne. Ob dies 2 m, 5.000 Liter oder 50 Prozent Tankinhalt bedeutet, hängt von der Sensorparametrierung und der nachgeschalteten Skalierung ab.
Zur elektrischen Prüfung der Stromschleife kann der UPS4E Stromschleifen-Kalibrator verwendet werden. Er kann beispielsweise den Schleifenstrom messen oder definierte 4–20-mA-Werte zur Kontrolle des SPS-Eingangs simulieren.
Der UPS4E prüft jedoch weder den hydrostatischen Druck noch das Radarecho. Eine korrekte SPS-Anzeige bei simulierten 12 mA bestätigt lediglich die elektrische Signalverarbeitung ab dem Einspeisepunkt. Die physikalische Funktion des Füllstandsensors muss separat geprüft werden.
Inbetriebnahme und Plausibilitätsprüfung
Vor der Inbetriebnahme müssen Tankabmessungen, Einbauposition und gewünschter Messbereich eindeutig dokumentiert werden. Bei einem Radargerät werden insbesondere die Distanz zum Nullpunkt, der obere Füllstand und mögliche Störechos parametriert.
Bei einer Tauchsonde sind der Höhenunterschied zwischen Sensor und Tankboden, die Mediendichte und der Druckbereich zu berücksichtigen. Die Belüftungskapillare muss frei sein und der elektrische Anschluss darf keine Feuchtigkeit aufnehmen.
Eine erste Plausibilitätsprüfung sollte möglichst bei einem bekannten Füllstand erfolgen. Der tatsächliche Füllstand kann beispielsweise über eine Sichtanzeige, einen Peilstab, einen bekannten Befüllvorgang oder eine andere unabhängige Referenz bestimmt werden.
Bei Radar sollte zusätzlich die Echokurve betrachtet werden. Ein plausibler Zahlenwert allein beweist nicht, dass der Sensor tatsächlich die Produktoberfläche erfasst. Möglicherweise wird ein fester Einbau, der Tankboden oder ein Rührwerk als Nutzsignal ausgewertet.
Bei einer Tauchsonde ist zu prüfen, ob sich der Messwert mit zunehmender Befüllung gleichmäßig verändert. Ein konstanter Offset kann durch die Einbauhöhe, eine falsche Dichteannahme oder eine beeinträchtigte Druckreferenz entstehen.
Die Prüfung sollte nach Möglichkeit mehrere Punkte des Messbereichs umfassen. Besonders wichtig sind der untere Betriebsbereich, die typische Arbeitshöhe und der obere Alarmbereich.
Nach Wartungsarbeiten oder einem Sensortausch muss die vollständige Skalierung erneut kontrolliert werden. Ein Ersatzsensor mit demselben 4–20-mA-Ausgang kann einen anderen Druck- oder Distanzbereich besitzen und dadurch trotz korrekter Verdrahtung falsche Füllstandswerte liefern.
Wann ein anderes Messprinzip besser geeignet ist
Die Entscheidung muss nicht immer zwischen Tauchsonde und freistrahlendem Radar fallen. Bestimmte Anwendungen lassen sich mit einem anderen Verfahren zuverlässiger lösen.
Eine geführte Mikrowelle beziehungsweise TDR-Messung führt das Radarsignal entlang einer Stab- oder Seilsonde. Dieses Prinzip kann bei engen Behältern, niedrigen Dielektrizitätszahlen, Grenzflächenmessung oder schwierigen Tankgeometrien vorteilhaft sein. Die Sonde steht jedoch direkt mit dem Medium in Kontakt und kann durch starke Anhaftungen oder mechanische Belastungen beeinträchtigt werden.
Ultraschall misst ebenfalls berührungslos von oben. Das Verfahren kann für offene Wasser- und Abwasseranwendungen wirtschaftlich sein. Temperaturgradienten, Dampf, starke Luftbewegungen und Schaum können die Schallausbreitung jedoch stärker beeinflussen als ein Radarsignal.
Kapazitive Sensoren eignen sich je nach Ausführung für kontinuierliche Messung oder Grenzstanderfassung. Ihre Funktion hängt von der elektrischen Eigenschaft des Mediums und dem Aufbau der Sonde ab. Bei wechselnden Produkten oder starken Anhaftungen ist eine sorgfältige Auslegung erforderlich.
Magnetostriktive Füllstandsensoren verwenden einen Schwimmer und können eine hohe Genauigkeit erreichen. Dafür muss ein mechanisch geeigneter Schwimmer vorhanden sein, der zur Dichte und Medienbeständigkeit passt.
Für reine Überfüll- oder Trockenlaufschutzfunktionen kann ein separater Grenzstandschalter sinnvoll oder aufgrund der Risikobeurteilung erforderlich sein. Eine kontinuierliche Füllstandmessung ersetzt nicht automatisch eine unabhängige Sicherheitseinrichtung.
Typische Fehler bei der Auswahl
| Fehler | Mögliche Folge | Bessere Vorgehensweise |
|---|---|---|
| Auswahl nur nach Tankhöhe | Messprinzip passt nicht zu Medium oder Prozess | Dichte, Druck, Temperatur, Schaum und Einbauten berücksichtigen |
| Tauchsonde auf Wasser skaliert, obwohl die Dichte abweicht | Systematischer Fehler bei Füllhöhe und Volumen | Tatsächliche Betriebsdichte angeben und Schwankungen bewerten |
| Tauchsonde in einen Drucktank eingebaut | Kopfdruck wird fälschlich als zusätzlicher Füllstand interpretiert | Differenzdruckmessung oder geeignetes Radarprinzip prüfen |
| Radar direkt über dem Einlauf montiert | Instabile Echos und springende Messwerte | Montagepunkt außerhalb des Einlaufstrahls wählen |
| Radarsensor in ungeeignetem Stutzen | Störreflexionen und eingeschränkte Nahbereichsmessung | Stutzenlänge, Durchmesser und Antennenausführung abstimmen |
| Schaum pauschal ignoriert | Sensor misst eine andere Oberfläche als erwartet | Definieren, ob Flüssigkeits- oder Schaumoberfläche benötigt wird |
| Kabelwerkstoff der Tauchsonde nicht geprüft | Aufquellen, Versprödung oder Flüssigkeitseintritt | Sensor, Kabel und Dichtungen gemeinsam bewerten |
| 4–20-mA-Signal ohne Abgleich übernommen | Falsche SPS-Skalierung trotz funktionierendem Sensor | 4-mA- und 20-mA-Zuordnung dokumentieren und simulieren |
Ein weiterer häufiger Fehler ist die Erwartung, dass ein Hersteller oder Lieferant allein anhand der Angabe „Tankhöhe 5 m“ einen geeigneten Sensor auswählen kann. Für eine belastbare Auslegung werden deutlich mehr Informationen benötigt.
Dazu gehören Medium, Dichte, Temperatur, Tankdruck, Geometrie, Prozessanschluss, Schaumbildung, Kondensat, Einbauten, gewünschtes Ausgangssignal und die erforderliche Genauigkeit. Bei aggressiven Medien werden zusätzlich Konzentration und Werkstoffanforderungen benötigt.
Praxisbeispiel: Schwankende Dichte im Chemikalientank
In einem offenen Lagertank wird eine Flüssigkeit mit einer hydrostatischen Tauchsonde überwacht. Der Tank ist 4 m hoch, und die Tauchsonde wurde ursprünglich für ein Medium mit einer Dichte von 1.000 kg/m³ ausgelegt.
Im Betrieb wird der Tank jedoch abwechselnd mit unterschiedlich konzentrierten Mischungen befüllt. Die Dichte schwankt dabei zwischen etwa 850 und 1.050 kg/m³. Zusätzlich verändert sich die Produkttemperatur abhängig von Herstellung und Umgebung.
Das Bedienpersonal stellt fest, dass die SPS nach einem Produktwechsel einen deutlich anderen Füllstand anzeigt, obwohl die eingefüllte Menge nahezu gleich ist. Die elektrische Prüfung des 4–20-mA-Signals zeigt keine Auffälligkeit. Auch die Tauchsonde reagiert reproduzierbar auf Druckänderungen.
Die Ursache liegt nicht in einem Defekt, sondern im Messprinzip. Bei einer niedrigeren Dichte erzeugt dieselbe Füllhöhe einen geringeren hydrostatischen Druck. Die auf eine feste Dichte skalierte SPS interpretiert diesen Druck als niedrigeren Füllstand.
Eine mögliche Lösung wäre, die aktuelle Dichte für jedes Produkt in der Steuerung zu hinterlegen. Dies setzt jedoch voraus, dass Zusammensetzung und Dichte bei jeder Befüllung zuverlässig bekannt sind. Bei Mischphasen und Temperaturänderungen bleibt eine zusätzliche Unsicherheit.
Da für die Anwendung die tatsächliche geometrische Füllhöhe entscheidend ist, wird ein Radar-Füllstandsensor geprüft. Dieser misst die Entfernung zur Oberfläche unabhängig von der wechselnden Produktdichte. Der freie Messweg im Tank, die Reflexionseigenschaften der Medien und die Beständigkeit des Prozessanschlusses werden vor der Auswahl kontrolliert.
Nach korrekter Montage außerhalb des Einlaufstrahls wird die Messung über mehrere Füllstände mit einer unabhängigen Referenz verglichen. Die Anzeige bleibt nun auch bei Produktwechseln plausibel.
Das Beispiel zeigt, dass ein funktionierender Sensor trotzdem das falsche Messprinzip für die gewünschte Prozessgröße sein kann. Die Tauchsonde hatte den hydrostatischen Druck korrekt gemessen. Benötigt wurde jedoch eine dichteunabhängige Messung der geometrischen Füllhöhe.
Entscheidungshilfe für die Praxis
Eine hydrostatische Tauchsonde ist häufig eine gute Wahl, wenn ein offener Tank, Brunnen, Schacht oder ein Becken mit Flüssigkeit überwacht werden soll und die Dichte des Mediums bekannt sowie ausreichend stabil ist.
Sie eignet sich besonders, wenn kein geeigneter Montagepunkt über dem Tank vorhanden ist, Einbauten einen freien Radarstrahl erschweren oder die Messstelle tief und schmal ist. Auch bei starkem Oberflächenschaum kann die hydrostatische Messung vorteilhaft sein, wenn ausdrücklich die Flüssigkeitssäule unterhalb des Schaums benötigt wird.
Radar ist häufig die bessere Wahl, wenn die Dichte wechselt, kein direkter Kontakt mit dem Medium erwünscht ist oder ein geschlossener beziehungsweise druckbeaufschlagter Tank überwacht werden soll. Auch bei hohen Anforderungen an Wartungszugang, Hygiene oder Produktwechsel kann die berührungslose Messung Vorteile bieten.
Die folgende Orientierung ersetzt keine Applikationsprüfung, zeigt aber typische Tendenzen:
| Anwendung | Tendenziell geeignetes Prinzip | Begründung |
|---|---|---|
| Offener Wassertank mit konstanter Dichte | Tauchsonde oder Radar | Beide Prinzipien sind grundsätzlich gut einsetzbar |
| Tiefer Brunnen oder schmaler Schacht | Tauchsonde | Einfache Installation direkt im Medium |
| Druckbeaufschlagter Prozessbehälter | Radar oder Differenzdruckmessung | Einfache Tauchsonde wird vom Kopfdruck beeinflusst |
| Medium mit stark wechselnder Dichte | Radar | Geometrische Distanzmessung ist nicht unmittelbar dichteabhängig |
| Starker Schaum, Flüssigkeitsoberfläche unter dem Schaum relevant | Tauchsonde oder applikationsgeprüftes Radar | Gewünschte Messoberfläche muss eindeutig definiert werden |
| Aggressive Flüssigkeit ohne gewünschten Sensorkontakt | Radar | Weniger medienberührte Komponenten möglich |
| Tank mit vielen Einbauten und sehr engem freien Raum | Tauchsonde oder stark fokussiertes Radar | Einbauposition und Messkegel sind entscheidend |
| Schlammbecken mit Sediment am Boden | Radar oder geschützt montierte Tauchsonde | Ablagerungen an der Tauchsonde berücksichtigen |
Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
In der Kategorie Füllstandsensoren, Niveausensoren und Tauchsonden stehen unterschiedliche Lösungen für die kontinuierliche Messung in Tanks, Schächten, Brunnen und Behältern zur Verfügung.
Hydrostatische Tauchsonden eignen sich insbesondere für offene Tanks, Wasser- und Abwasseranwendungen, Brunnen, Pumpenschächte sowie Flüssigkeiten mit ausreichend bekannter Dichte. Je nach Anwendung stehen unterschiedliche Druckbereiche, Gehäuse- und Kabelwerkstoffe, Genauigkeiten, Explosionsschutz-Ausführungen und Ausgangssignale zur Verfügung.
Bei der Auswahl einer Tauchsonde sind neben der maximalen Füllhöhe insbesondere Mediendichte, Temperatur, Kabelmaterial, benötigte Kabellänge, Einbauhöhe, Belüftung, Sediment und mögliche Turbulenzen anzugeben.
Radar- und FMCW-Füllstandsensoren eignen sich für berührungslose Distanz- und Füllstandmessungen. Sie können besonders vorteilhaft sein, wenn sich die Produktdichte ändert, der Tank unter Druck steht oder ein direkter Kontakt zwischen Sensor und Flüssigkeit vermieden werden soll.
Für Radar müssen Tankhöhe, maximaler und minimaler Füllstand, Stutzenabmessungen, Behältergeometrie, Einbauten, Medium, Schaumbildung, Kondensat, Druck und Temperatur geprüft werden. Auch die elektrischen Eigenschaften des Mediums und die gewünschte Antennenausführung können relevant sein.
Die übergeordnete Kategorie Füllstandtechnik umfasst zusätzlich weitere Messprinzipien und Komponenten für kontinuierliche Füllstandmessung, Grenzstanderfassung und Signalauswertung.
Für Geräte mit 4–20-mA-Ausgang eignet sich der UPS4E Stromschleifen-Kalibrator ergänzend zur elektrischen Inbetriebnahme und Fehlersuche. Mit ihm lassen sich Schleifenstrom, SPS-Eingang und Skalierung prüfen oder definierte Stromwerte simulieren.
Der UPS4E ersetzt jedoch keine hydrostatische Druckreferenz und keine Prüfung des Radarechos. Er bewertet ausschließlich die elektrische Stromschleife. Für eine vollständige Messkettenprüfung muss auch die physikalische Füllstandmessung mit einer geeigneten Referenz kontrolliert werden.
ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl des Messprinzips und der technischen Auslegung. Für eine belastbare Empfehlung sollten möglichst vollständige Angaben zu Tank, Medium, Betriebsbedingungen, Einbauort, Messbereich und gewünschter Signalanbindung bereitgestellt werden.
Fazit: Nicht der Sensorpreis, sondern die Anwendung entscheidet
Tauchsonden und Radar-Füllstandsensoren können beide zuverlässige Messwerte liefern. Sie erfassen jedoch unterschiedliche physikalische Größen. Die Tauchsonde misst den Druck der Flüssigkeitssäule, während Radar die Entfernung zur Produktoberfläche bestimmt.
Eine hydrostatische Tauchsonde ist häufig eine einfache und wirtschaftliche Lösung für offene Tanks, Brunnen und Schächte mit Flüssigkeiten bekannter Dichte. Bei wechselnder Dichte, geschlossenen Druckbehältern oder unerwünschtem Medienkontakt bietet Radar häufig deutliche Vorteile.
Radar ist dennoch nicht automatisch für jeden Tank geeignet. Messkegel, Stutzen, Einbauten, Schaumbildung, Kondensat und Reflexionseigenschaften müssen geprüft werden. Umgekehrt ist eine Tauchsonde nicht allein deshalb ungeeignet, weil Schaum oder ein schwieriger Behälteraufbau vorhanden ist.
Die beste Lösung ergibt sich aus Medium, Tankgeometrie, Druck, Temperatur, Dichte, Einbauposition und gewünschter Messgröße. Wer diese Daten vor der Produktauswahl sauber erfasst, vermeidet Fehlmessungen, unnötige Sensorwechsel und aufwendige nachträgliche Umbauten.
Häufige Fragen zu Tauchsonden und Radar-Füllstandsensoren
Was ist der wichtigste Unterschied zwischen Tauchsonde und Radar?
Die Tauchsonde misst den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule. Radar misst die Entfernung zwischen Sensor und Produktoberfläche. Dadurch ist die Tauchsonde von der Dichte abhängig, während Radar die geometrische Füllhöhe weitgehend dichteunabhängig erfasst.
Welche Lösung ist für einen offenen Wassertank besser?
Sowohl eine Tauchsonde als auch Radar können geeignet sein. Eine Tauchsonde ist häufig besonders einfach und wirtschaftlich. Radar bietet Vorteile, wenn eine berührungslose Messung, ein guter Zugang von oben oder eine geringe Wartungsbelastung gewünscht wird.
Kann eine Tauchsonde in einem geschlossenen Drucktank eingesetzt werden?
Eine einfache hydrostatische Tauchsonde wird zusätzlich vom Gasdruck über der Flüssigkeit beeinflusst. Für einen Drucktank ist daher eine geeignete Druckkompensation, Differenzdruckmessung oder ein anderes Messprinzip erforderlich.
Warum beeinflusst die Dichte den Messwert einer Tauchsonde?
Der hydrostatische Druck ergibt sich aus Dichte, Erdbeschleunigung und Flüssigkeitshöhe. Eine dichtere Flüssigkeit erzeugt bei gleicher Höhe einen höheren Druck als eine leichtere Flüssigkeit.
Ist Radar vollständig unabhängig vom Medium?
Nein. Die Entfernungsmessung ist zwar nicht unmittelbar von der Dichte abhängig, die Stärke und Qualität des reflektierten Radarsignals hängen aber unter anderem von den elektrischen Eigenschaften des Mediums, der Oberfläche und den Prozessbedingungen ab.
Funktioniert Radar bei Schaum?
Das hängt von Art, Dicke und Feuchtigkeit des Schaums ab. Radar kann den Schaum durchdringen, an seiner Oberfläche reflektiert werden oder durch ihn stark gedämpft werden. Kritische Anwendungen sollten applikationsbezogen geprüft werden.
Misst eine Tauchsonde die Höhe des Schaums?
Leichter Schaum erzeugt nur einen geringen hydrostatischen Druck. Die Tauchsonde erfasst daher hauptsächlich die darunterliegende Flüssigkeitssäule und nicht zwangsläufig die Oberkante des Schaums.
Kann Kondensat einen Radarsensor stören?
Starkes Kondensat oder Ablagerungen an der Antenne können die Signalqualität beeinflussen. Moderne Radarsensoren sind häufig robust gegenüber solchen Bedingungen, dennoch müssen Antennenausführung und Einbauposition zur Anwendung passen.
Warum benötigt eine Tauchsonde eine Belüftungskapillare?
Bei einer Relativdruckmessung stellt die Kapillare den Bezug zum atmosphärischen Luftdruck her. Dadurch werden normale Luftdruckänderungen kompensiert. Die Kapillare muss trocken und frei bleiben.
Was passiert, wenn Wasser in die Belüftungskapillare eindringt?
Die Druckreferenz kann beeinträchtigt werden. Dadurch entstehen Nullpunktverschiebungen, langsame Drift oder unplausible Füllstandswerte. Kabelabschluss und Anschlussbereich müssen deshalb gegen Feuchtigkeit geschützt werden.
Darf eine Tauchsonde direkt auf dem Tankboden liegen?
Das ist meist nicht empfehlenswert. Sedimente können die Messmembran abdecken oder mechanisch belasten. Die Sonde sollte mit einem definierten Abstand zum Boden installiert werden.
Kann die Tauchsonde am Kabel aufgehängt werden?
Viele Tauchsonden sind für diese Montage vorgesehen. Dennoch müssen die Herstellerangaben, die zulässige Zugbelastung und eine geeignete Zugentlastung beachtet werden. Das Kabel darf nicht über scharfe Kanten geführt werden.
Wo sollte ein Radarsensor montiert werden?
Er sollte möglichst senkrecht auf die Produktoberfläche ausgerichtet und außerhalb von Einlaufstrahlen montiert werden. Feste Einbauten sollten nicht im zentralen Messkegel liegen.
Kann Radar durch einen Kunststofftank messen?
Je nach Tankmaterial, Wandstärke und Sensor kann eine Messung durch eine nichtleitende Kunststoffwand möglich sein. Dies muss mit der konkreten Geräteausführung und Behälterkonstruktion geprüft werden.
Kann Radar durch einen Metalltank messen?
Nein. Metall reflektiert das Radarsignal. Der Sensor benötigt daher einen geeigneten Prozessanschluss oder eine Öffnung in den Tankraum.
Was bedeutet Totzone bei einem Radarsensor?
Die Tot- beziehungsweise Nahzone ist ein Bereich unmittelbar vor der Antenne, in dem keine zuverlässige Distanzmessung möglich ist. Der maximal zulässige Füllstand muss außerhalb dieses Bereichs liegen.
Wie wird der Messbereich einer Tauchsonde bestimmt?
Der benötigte Druckbereich ergibt sich aus der maximalen Flüssigkeitshöhe über der Sonde und der Mediendichte. Zusätzlich sind mögliche Überlastungen und die Einbauhöhe über dem Tankboden zu berücksichtigen.
Wie wird aus dem Füllstand ein Volumen berechnet?
Der gemessene Füllstand wird mithilfe der Tankgeometrie in ein Volumen umgerechnet. Bei nichtlinearen Behälterformen wird eine Kennlinie oder Stützpunkttabelle benötigt.
Kann ein Sensor gleichzeitig Füllstand und Volumen ausgeben?
Je nach Gerät kann eine Tanklinearisierung direkt im Sensor hinterlegt werden. Alternativ erfolgt die Umrechnung in einem Auswertegerät, einer SPS oder im Leitsystem.
Welches Ausgangssignal ist für die SPS üblich?
Sehr verbreitet ist 4–20 mA, häufig ergänzt durch HART-Kommunikation. Je nach Gerät stehen außerdem digitale Schnittstellen, IO-Link oder Feldbusprotokolle zur Verfügung.
Wie kann ein 4–20-mA-Füllstandsignal geprüft werden?
Mit einem Stromschleifen-Kalibrator kann der tatsächliche Schleifenstrom gemessen oder ein definierter Stromwert für den SPS-Eingang simuliert werden. Dadurch lassen sich Verdrahtung und Skalierung prüfen.
Kann der UPS4E den Füllstandsensor vollständig kalibrieren?
Nein. Der UPS4E prüft die elektrische 4–20-mA-Signalkette. Für eine vollständige Prüfung muss bei einer Tauchsonde ein definierter hydrostatischer Druck und bei Radar eine bekannte Referenzdistanz beziehungsweise ein definierter Füllstand erzeugt werden.
Wann ist eine geführte Mikrowelle sinnvoller als freistrahlendes Radar?
Geführte Mikrowelle kann bei engen Behältern, Grenzflächenmessung oder Medien mit schwacher Radarreflexion vorteilhaft sein. Die Stab- oder Seilsonde steht jedoch in direktem Kontakt mit dem Medium.
Benötige ich zusätzlich einen Grenzstandschalter?
Das hängt von der Anwendung, der Risikobeurteilung und den geltenden Vorgaben ab. Für Überfüllschutz oder Trockenlaufschutz kann eine unabhängige Grenzstanderfassung sinnvoll oder erforderlich sein.
Welche Angaben werden für die Auswahl benötigt?
Benötigt werden mindestens Medium, Dichte, Temperatur, Tankdruck, Tankhöhe, Geometrie, Prozessanschluss, Einbauten, Schaumbildung, Kondensat, gewünschter Messbereich, Ausgangssignal, Genauigkeit und mögliche Ex- oder Sicherheitsanforderungen.