Powertrio für den Füllstand

Stefan Menschel

750 000 Messstellen hat Endress+Hauser weltweit mit Laufzeitmessgeräten (Time-of-Flight) ausgestattet. Der Hersteller wartet nun bei den unterschiedlichen Messverfahren Ultraschall, geführtes und freiabstrahlendes Radar mit Weiterentwicklungen auf. Die Messung mit dem Füllstandradar ist die sichere Lösung bei Flüssigkeiten unter extremen Prozessbedingungen (Druck, Temperatur) und bei ausgasenden Medien. Das weiterentwickelte Messprinzip eignet sich auch für den Einsatz in Schüttgütern unabhängig von Staub und Befüllgeräuschen. Der Micropilot arbeitet mit hochfrequenten Radarimpulsen, die von einer Antenne abgestrahlt und von der Füllgutoberfläche reflektiert werden. Die Laufzeit des reflektierten Radarimpulses ist direkt proportional zum zurückgelegten Weg. Bei den freiabstrahlenden Radargeräten vom Typ Micropilot konnte Endress+ Hauser im Herbst 2006 die Dynamik der Messgeräte mit speziell entwickelten Hochfrequenzmodulen erhöhen. Was bedeutet das in der Praxis? In Schüttgütern können Füllstände bis 70 m sicher gemessen werden. In Flüssigkeiten hat sich der Anwendungsbereich deutlich erweitert, d. h. hohe Zuverlässigkeit, auch bei geringen DK-Werten, turbulenten Oberflächen und leichter Schaumbildung. Seit Januar 2007 verfügt das Unternehmen zusätzlich über ein 26-GHz-Pulsradargerät mit ±1 mm Genauigkeit für den eichpflichtigen Verkehr.

Die Füllstandmessung mit geführten Radarimpulsen ist sowohl für Schüttgüter (Seilsonden) als auch für Flüssigkeiten (Stab- und Koaxsonden) geeignet. Der Levelflex M arbeitet mit hochfrequenten Radarimpulsen, die entlang einer Sonde geführt werden. Beim Auftreffen der Impulse auf die Medienoberfläche verändert sich der Wellenwiderstand und ein Teil des Sendeimpulses wird reflektiert. Die vom Gerät gemessene und ausgewertete Zeitdauer zwischen dem Senden und dem Empfangen des reflektierten Impulses ist ein direktes Maß für die Distanz zwischen Prozess-einkopplung und der Medienoberfläche. Das geführte Füllstandradar Levelflex M zeichnet sich durch eine sehr hohe Messzuverlässigkeit aus. Das ist darin begründet, dass in anspruchsvollen Anwendungen zwei redundante Messverfahren (Sondenenderkennung) parallel in einem Gerät laufen. Die Produktreihe eignet sich besonders für den Einbau in einen Bypass. Solche Messstellen, die als Komplettlösung geliefert werden können, spielen speziell in der Chemie, Petrochemie und bei Kraftwerken eine wichtige Rolle. Die Flüssigkeitsgeräte messen bis 400 °C und 400 bar. Levelflex M gewährleistet selbst bei starker Staubentwicklung eine sichere Messung in Schüttgütern und liefert auch bei Turbulenzen und Schaum zuverlässige Messwerte bei Flüssigkeiten. Durch den bereits erfolgten Vorabgleich lässt sich der Sensor einfach in Betrieb nehmen. Eine automatische Sondenüberwachung sorgt für eine hohe Verfügbarkeit.

Ultraschall ist eine bewährte und preisgünstige Lösung zur Füllstandmessung in Flüssigkeiten und Schüttgütern. Bei der Ultraschallmesstechnik zeigt die Gerätegeneration Prosonic S die Innovationskraft des Unternehmens. Bestehend aus Auswerteeinheit und Sensor, bietet das Gerät als getrennte Instrumentierung gerade in rauen, unwegsamen und gefährlichen Umgebungen Vorteile. Der Anwender hat die Wahl zwischen einer Hutschienenausführung für die platzsparende Montage im Schaltschrank oder einem robusten, witterungsbeständigen Feldgehäuse zur Wandmontage im Freien. Die Ultraschallfamilie Prosonic S wird in 2007 mit einer Scannerversion erweitert werden. Prosonic S/M/T unterscheiden sich in Ausführung, Funktionalität und Preis. Die Geräte dieser Baureihe stehen als Kompaktgeräte oder als getrennte Ausführung zur Verfügung. Sie ermöglichen eine einfache Planung und Montage, eine schnelle und sichere Inbetriebnahme und passen sich den Anforderungen an die Messaufgabe an. Typische Einsatzbereiche sind abrasive und aggressive Medien, auch unter rauen Umgebungsbedingungen. Darüber hinaus haben Füllguteigenschaften wie Dielektrizitätskonstante, Dichte oder Feuchtigkeit keinen Einfluss auf die Messung. Die Prosonic-Familie arbeitet mit Ultraschallimpulsen, die von der Medienoberfläche durch den Dichtesprung zwischen Luft und Medium reflektiert werden. Die vom Gerät gemessene und ausgewertete Zeitdauer zwischen dem Senden und dem Empfangen des Impulses ist ein direktes Maß für die Distanz zwischen Sensormembran und Medienoberfläche.

Der Einsatzbereich der Laufzeitmessgeräte (Ultraschall, Radar geführt, Radar freiabstrahlend) reicht von -200 bis 400 °C und von -1 bis 400 bar(ü). Für noch extremere Bedingungen bleibt die radiometrische Messtechnik, so dass sich nahezu keine Einsatzgrenzen bezüglich Druck und Temperatur ergeben. Neben den Laufzeitmessgeräten hat Endress+Hauser so ziemlich alle Produktfamilien für Füllstandmesstechnik überarbeitet. Die Zielsetzung war klar – mehr Transparenz, Reduzierung der Komplexität, Vereinheitlichung wo möglich und sinnvoll, Erweiterung der Anwendungsbandbreite und Einsatzbereiche sowie einheitliche, einfache und intuitive Gerätebedienung. Radargeräte haben in den letzten Jahren technische Fortschritte gemacht. Darüber hinaus hat sich ihr Preis nach unten entwickelt. Solche berührungslosen Messverfahren bieten scheinbar verlockende Vorteile und zweifellos glänzt die Technik bereits heute bei mancher vorher schier unlösbaren Aufgabe.

Doch ist Radar der zukünftige Überflieger? Nach Ansicht der Experten von Endress+Hauser wird das Messprinzip zwar langfristig das eine oder andere Verfahren verdrängen, gegen Radar als einzige und universelle Füllstandmesstechnik der Zukunft spricht aber einiges: So zum Beispiel der Preis, die fehlende Möglichkeit eines Selbstreinigungseffektes wie bei Ultraschall und die Einschränkungen beim Einbau im Vergleich zu einem geführten Radar. „Warum soll ich bei einer Anwendung in unserer Kläranlage, in der mir eine Standardgenauigkeit des Messwertes genügt, ein Gerät einsetzen, das 100-mal genauer messen kann?“, bringt es der Fachreferent für Füllstand eines großen Chemieunternehmens auf den Punkt. Nur eine messtechnische Vielfalt auf Basis verschiedenster physikalischer Messprinzipien gewährleistet Lösungen in einem optimalen Preis-/Leistungsverhältnis.

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Mehr zu den Füllstandmessgeräten

Hannover Messe 2007 – Interkama+

16. Schüttguttag

Schinle: Der Schwerpunkt unserer Aktivitäten lag bei der Entwicklung neuer Auswertealgorithmen für die Laufzeitmessungen. Zum Beispiel die aktive Gasphasenkompensation für unser geführtes Füllstand-radar Levelflex M in Hochtemperatur- und Hochdruckanwendungen. Darüber hinaus konnten wir eine Dynamikverbesserung bei den Radargeräten erreichen. Der sich ergebende Kundennutzen sind vereinfachte Inbetriebnahme und mehr Messsicherheit und damit eine deutlich erweiterte Anwendungsbandbreite.

Schinle: Nein! Heute und mittelfristig gesehen ist Stand der Technik, dass der Kunde eine preis- und anwendungsoptimierte Gerätetechnik wünscht. Richtig ist selbstverständlich, dass aufgrund der Weiterentwicklung die Anzahl der mit Radar erfolgreich gelösten Anwendungen permanent zunimmt. Die Physik hat sich jedoch nicht geändert. Somit ist zum Beispiel bei stark schäumenden Medien ein Differenzdrucktransmitter zur Füllstandmessung immer noch die erste Wahl. Selbst mit dem etablierten kapazitiven Messprinzip haben wir auch heute noch sehr gute Wachstumsraten.

Schinle: Die Einsatzbereiche erweitern sich ständig. Die größten Vorteile der berührungslosen Messverfahren liegen zweifelsohne im Bereich der Feststoffe. Im Bereich der Flüssigkeiten sind zum Beispiel Spezialanwendungen wie die Messung von außen möglich. In Grenzbereichen unterstützt unser Auslegetool Applicator den Anwender bei der Auswahl des passenden Gerätes. Und sollte in der Anwendung der Einsatz von Radar oder Ultraschall nicht möglich sein, dann empfehlen wir schon auch mal ein elektromechanisches Lot.

Schinle: In dieser Frage unterstützen selbstverständlich unsere bereits erwähnten Auslegetools. Wird’s etwas schwieriger, dann steht unser Vertrieb mit all seiner Applikationserfahrung und dem gesamten Füllstand Know-how zur Verfügung. Wir bieten mehr als nur Feldgeräte. Durch unser Branchen- und Anwendungswissen sind wir ein kompetenter Partner für Systemlösungen vom Engineering über den Einkauf bis zur Inbetriebnahme. Neben der Füllstandmesstechnik bieten wir weitere Messparameter wie Druck, Temperatur, Durchfluss, Analysenmesstechnik – alles aus einer Hand.