Gleichzeitige Bestimmung von Trennschicht und Füllstand

Kombinierte Messung

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Das kontinuierliche Füllstand-Messsystem MSR arbeitet nach dem potentiometrischen Messprinzip und eignet sich zur parallelen Bestimmung von Füllstand und Trennschicht. Das Messverfahren kommt in allen elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten mit einer Mindestleitfähigkeit von 1 µS/cm zum Einsatz. Ist diese Voraussetzung erfüllt, arbeitet die Methode unabhängig von Druck, Temperatur, Dichte, Viskosität und Leitfähigkeit.

Dr. Wolfgang Schrittenlacher, Dipl.-Ing. Stefan Kunter

Das zentrale Bauelement des potentiometrischen Füllstandsensors ist ein metallisches Sondenrohr, das senkrecht in den Behälter eingeführt wird. Dieses Sondenrohr ist mit einer Messelektronik verbunden. Um den eingetauchten Teil des Sondenrohres entstehen Streufelder in der Flüssigkeit, wenn die zu messende Flüssigkeit die Mindestleitfähigkeit besitzt. Diese Streufelder werden mit der Elektronik ausgewertet und stehen dann dem Anwender als höhenproportionales Ausgangssignal zur Verfügung.
Voraussetzungen
Eine Grundvoraussetzung für eine exakte Füllstandmessung ist, dass die zu messende Flüssigkeit eine Mindestleitfähigkeit von 1 µS/cm besitzt. Leitungswasser hat typischerweise rund 500 µS/cm. Es können alle Säuren, Laugen und Salzlösungen problemlos gemessen werden. Diese können eine Leitfähigkeit bis zu 0,8 S/cm aufweisen. Das Verfahren arbeitet also über einen Bereich von sechs Größenordnungen unabhängig von der Leitfähigkeit. Große Vorteile hat das MSR-Füllstand-Messsystem, wenn bei einem Verarbeitungsprozess Schaum entsteht. Die elektrische Leitfähigkeit des Schaumes ist um viele Größenordnungen geringer, als die der Flüssigkeit. In diesem Fall liefert das Verfahren, unbeeinflusst von der Schaumbildung, die tatsächliche Füllhöhe und ermöglicht so eine sichere Prozesssteuerung.
Bei der Trennschichtmessung muss eine der Flüssigkeiten ebenfalls eine Mindestleitfähigkeit von 1 µS/cm haben. Sind beide Flüssigkeiten leitfähig, müssen sich die Leitfähigkeiten beider Medien mindestens um den Faktor 100 unterscheiden. Die Trennschichtmessung hat eine Vielzahl von Anwendungen in Bioreaktoren und bei der Wasserpegelerkennung in anderen Flüssigkeiten, z. B. in Öl.
Typische Einbauvarianten
Prinzipiell unterscheidet man vier Einbausituationen:
  • 1. Die leitfähigere Flüssigkeit ist unten, die MSR-Sonde ragt von oben in den Tank.
  • 2. Die leitfähigere Flüssigkeit ist unten, die MSR-Sonde ist von unten in den Behälter eingebaut.
  • 3. Die leitfähigere Flüssigkeit ist oben, die MSR-Sonde ist oben am Tank platziert.
  • 4. Die leitfähigere Flüssigkeit ist oben, die MSR-Sonde ist unten an den Behälter installiert.
Da nur die leitfähigere Flüssigkeit gemessen wird, wird in Fall 1 von einer normalen Einbausituation gesprochen. Gemessen wird vom Ende der Sonde in Kopfrichtung bis zum Trennschichtpegel B. Die Flüssigkeit mit der niedrigeren Leitfähigkeit wird ignoriert. B entspricht in diesem Fall der gemessenen Höhe der höherleitfähigen Flüssigkeit und damit der Position der Trennschicht.
Der festzulegende Nullpunkt befindet sich in Einbausituation 2 auf der Höhe des Tankbodens. Es wird also ausgehend vom Sondenkopf in Richtung des Sondenendes gemessen. Das bedeutet, dass die Messrichtung des MSR per Einstellung umgekehrt wird (werkseitig). Gemessen wird letztendlich die Flüssigkeitshöhe bis zum Trennschichtpegel B. Die Flüssigkeit mit der niedrigeren Leitfähigkeit wird wiederum ignoriert.
Die Voraussetzung für Fall 3 ist, dass die Anlage so gesteuert wird, dass der Flüssigkeitsstand nicht unter die Höhe des Überlaufpegels abfällt. Die Messrichtung verläuft vom Sondenkopf zum Sondenende, ist also umgekehrt. Der obere Teil der Sonde vom Kopf bis zum Überlaufpegel ist dann nicht aktiv. Der Überlaufpegel wird als der Nullpunkt der Sonde definiert. Es wird nur die Füllhöhe im Bereich A gemessen. Die Flüssigkeitshöhe im Bereich A bis zum Pegel B bestimmt die Position der Trennschicht. Analog zum Anwendungsfall 2 ist auch hier ein Einbau von unten möglich.
Die Messrichtung der Sonde in Anwendungsfall 4 ist in diesem Fall normal, also vom Sondenende zum Kopf hin. Die Gesamtfüllhöhe des Behälters muss wieder wie im Anwendungsfall 3 durch den Überlauf konstant gehalten werden. Dieser Überlaufpegel wird als Sondennullpunkt eingestellt. Die gemessene Füllhöhe entspricht dem Bereich A und zeigt somit den Trennschichtspiegel B an.
cav 474
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