Wer schon einmal versucht hat, mit einem herkömmlichen kapazitiven Sensor die Füllstände von Schokoladenmasse oder stark schäumenden Flüssigkeiten wie Spülmittel zu erfassen, weiß, wie schwierig dies ist. Nicht nur die Justierung gestaltet sich bei dicken Behälterwandungen zeitaufwendig, sondern auch Flüssigkeitsfilme, Verschmutzungen oder Anhaftungen auf Sensorhöhe an der Behälterinnenwand führen regelmäßig zu Fehlschaltungen. Eine exakte Bestimmung der Füllstandhöhe ist so kaum möglich.
Abhilfe für Applikationen mit bipolaren Flüssigkeiten verspricht ein Füllstandmelder in Smartlevel-Technologie. Dank seiner Oszillatortechnik, die die Behälterwandung selbstständig kompensiert, erschließt der kapazitive Sensor neue Anwendungsfelder bei deutlich vereinfachter Handhabung. Er ist zu allen Sensoren kompatibel, die zur Füllstandmessung von Medien mit Dipolcharakter eingesetzt werden. Dies gilt für Tauchapplikationen und Füllstanderkennungen durch nicht metallische Wandungen mit einer maximalen Dicke von 10 mm. Entwickelt wurde der Sensor im Balluff Kompetenzzent-rum für kapazitive Sensoren, SIE Sensorik, mit Sitz in Viernheim.
Der selbst kompensierende Sensor erkennt alle Flüssigkeiten mit Dipoleigenschaften, z.B wässrige Lösungen, Säuren und Laugen. Die nicht leitende Behälterwand wird hingegen automatisch kompensiert. Betauungseffekte an der Behälterinnen- und Außenwandung beeinflussen die Zuverlässigkeit der Messung nicht. Auch Anhaftungen, Verschmutzungen und Flüssigkeitsfilme oder Schaumbildungen werden ausgeblendet. Dies führt zu einer fehlerfreien Füllstandkontrolle.
Prinzip der Selbstkompensation
Der Smartlevel-Sensor arbeitet dazu mit einem speziellen Hochfrequenz-Oszillator, dessen Schwingungsbedingungen durch zwei zu erfassende Kapazitäten genau gegenläufig beeinflusst werden und einen Selbstabgleich bewirken. So misst er im Gegensatz zu konventionellen kapazitiven Sensoren über zwei Elektroden unabhängig voneinander, nämlich einmal die Kapazität der Behälterwandung ohne Erdbezug, zum anderen die Kapazität und den Leitwert des Mediums mit Erdbezug. Sieht der Sensor keinen Behälter, schwingt der Oszillator mit mittlerer Schwingungsamplitude. Hat der Sensor jedoch Kontakt mit der Behälterwand, erhöht sich die Schwingungsamplitude und wird der Behälter befüllt, so führt die Kapazität des Mediums mit Erdbezug zu einer Verringerung der Schwingungsamplitude am Ausgang auf bis zu 0 V. Während bei herkömmlichen kapazitiven Sensoren noch eine individuelle Justierung auf den jeweiligen Behälter erforderlich ist, gehört diese Anpassung an Wandkapazität und Dicke der Behälterwand beim Smartlevel-Sensor somit der Vergangenheit an.
Darüber hinaus kann das Gerät im Gegensatz zu konventionellen kapazitiven Sensoren Füllstände zuverlässig erkennen, ohne dass es durch dünne Flüssigkeitsfilme oder Anhaftungen zu Fehlschaltungen kommt. Diese besondere Fähigkeit wird durch eine höhere Arbeitsfrequenz und eine niedrigere Quellenimpedanz des Sensors erreicht. Dieser selbstkompensierende kapazitive Sensor zur Füllstanderkennung arbeitet mit einer Arbeitsfrequenz 6,5 MHz, die nahezu 7-mal höher ist als bei einem herkömmlichen kapazitiven Sensor. Damit ist für den Smartlevel-Sensor der Blindwiderstand zwischen aktiver Fläche und Flüssigkeit oder Film reduziert und er kann störungsfrei die exakte Füllhöhe des Mediums erkennen, sofern die Summe aus Leitfähigkeit und Kapazität nur hinreichend groß genug ist.
Ein Anwendungsbeispiel von vielen ist sein Einsatz in einer Ölsprühanlage Hier erfasst er mühelos durch die 5 mm starke Wandung eines Kunststoffbehälters den Füllstand eines Öl-Graphit-Gemischs. Das Medium wird auf Metallbleche gesprüht, damit diese sich beim Kaltverformen besser biegen lassen. Herkömmliche Sensoren sind hier fehl am Platz, denn durch den Einsatz von Graphit bilden sich an der Behälterinnenwandung stark leitfähige Anhaftungen. Der Sensor kann diese jedoch mühelos kompensieren.
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