Trennt die Spreu vom Weizen

Dr. Klaus Kluger

Radar zur Füllstandmessung in Prozessen hat weite Verbreitung gefunden und dringt in Applikationsbereiche vor, in denen man bisher den Einsatz von Radarfüllstandmessungen für undenkbar gehalten hätte. Um den sehr unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, muss der Radartransmitter dabei über technische Optionen verfügen, die es ermöglichen, für die jeweilige Messaufgabe die bestmögliche Variante auszuwählen.

Ein führender europäischer Hersteller produziert spezielle Harze auf Formaldehydbasis, die als Additive in unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz gelangen. Die Herstellung umfasst eine Reihe von Prozessschritten. Innerhalb des Prozesstanks, der eine Höhe von 3,5 m hat, wird das Harz durch Mischung unterschiedlicher Lösemittel hergestellt. Das Gemisch wird mit zwei Rührwerken intensiv durchmischt, die Lösung wird dabei erhitzt und es entstehen Dämpfe. Die Dichte des Lösungsgemisches variiert stark während des Prozesses, das Endprodukt hat eine Dielektrizitätskonstante von ca. 6, ist hoch viskos und haftet an jeder Oberfläche an. Entsprechend sollte der Füllstand im Prozessbehälter berührungslos gemessen werden und das Messverfahren sollte keine bewegten Teile haben.

Ein entscheidender Aspekt bei der Wahl des am besten für diese schwierigen Bedingungen geeigneten Radartransmitters lag in der Auswahl der Messfrequenz. Das Prozessradargerät Rosemount 5400 ist in einer 6-GHz- und einer 26-GHz-Variante erhältlich. Je höher die Frequenz, desto gebündelter ist der vom Transmitter ausgesendete Radarstrahl. Zum Vergleich: bei einer 4’’-Hornantenne beträgt bei einer Frequenz von 6 GHz der Strahlungswinkel 37°, bei der 26-GHz-Version beträgt er nur 9°. Entsprechend können bei der 26-GHz-Version geometrische Einflüsse der Messstelle wie Tankstutzenabmessungen, störende Bauteile oder begrenzte Tankabmessungen leichter berücksichtigt werden. Allerdings ist zu beachten, dass Einbauten oder andere Störungen bei einem kleineren Strahlungswinkel größere Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit der Messung haben können, da durch den kleineren Ausbreitungswinkel eine im Verhältnis größere Fläche des Radarstrahls beeinflusst wird. So ist bei einem Abstand von 5 m vom Radartransmitter bei der oben beschriebenen 4”-6-GHz-Version die Strahlbreite 3,5 m, während die Hochfrequenzausführung bei gleichem Abstand nur eine Strahlbreite von 1 m erreicht. Entsprechend empfiehlt sich bei turbulenten Oberflächen, hervorgerufen durch Rührwerke etc., der Einsatz eines 6-GHz-Geräts, da es deutlich unempfindlicher auf Turbulenzen reagiert. Im vorliegenden Fall entschied man sich daher für den Einsatz eines 6-GHz-Gerätes mit einer 6”-Hornantenne.

Der Rosemount-5400-Füllstandmesser wurde wie in Bild 1 gezeigt montiert, wobei ein Abstand zur Tankwand von mindestens 50 cm eingehalten wurde, um Stör-echos zu vermeiden. Der Aufbau des Radargeräts orientiert sich an den Bedürfnissen geringer Betriebs- und Instandhaltungskosten. So besteht das Gehäuse aus robustem Druckgussaluminium und verfügt über zwei separate Kammern. In der einen Kammer ist die Elektronik und das durch die abgewinkelte Bauform gut abzulesende Display untergebracht, in der zweiten Kammer befinden sich die Anschlussklemmen, so dass, sollte diese Kammer zum Anschließen geöffnet werden, die Elektronik des Radargerätes nicht äußeren Einflüssen (Feuchtigkeit, Staub etc.) ausgesetzt ist. Das Gehäuse ist frei drehbar und kann so der jeweils spezifischen Einbausituation vor Ort optimal angepasst werden. Der Kopf des Radargerätes lässt sich zudem problemlos von der Antenne entfernen, so dass im Falle von Wartungs- oder Servicearbeiten am Gerät der Prozesstank selbst nicht geöffnet werden muss. Die mit dem Flansch verbundene Antenne kann im Prozesstank verbleiben.

Verschmutzte Antenne, Staub, Dämpfe, Schäume, turbulente Oberflächen und niedrige Dielektrizitätskonstanten beeinflussen die Messsicherheit, da sie den Anteil an Störechos, die an den Radartransmitter zurückgesendet werden, deutlich erhöhen und das Nutzecho entsprechend verringern. Konventionelle 2-Leiter-Radartransmitter verwenden einen Kanal am Mikrowellengeneratormodul zum Senden und Empfangen der Signale, was naturgemäß mit einem Verlust an Signalerzeugung und -empfang einhergeht. Das Prozessradar Rosemount 5400 arbeitet mit Zweikanaltechnik (Dual Port Technology). Es stehen zwei Kanäle zum Aussenden und Empfangen der Mikrowellensignale zur Verfügung, wodurch das Signalrauschen erheblich reduziert und der Signalverlust entscheidend verringert wird. Gerade bei Applikationen, in denen es durch starke Dämpfe, Störechos von Tankeinbauten oder turbulente Oberflächen zu unvermeidbaren Störeinflüssen kommt, wirkt sich dies in besonders positiver Weise auf die Stabilität des empfangenen Nutzsignals aus (Bild 2). Dank der Zweikanaltechnik verwendet das Gerät die zur Verfügung stehende Leistung des 2-Leiter Transmitters sehr viel effizienter und liefert so auch bei kritischen Applikationen oder Substanzen mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten zuverlässige und stabile Messwerte. Im vorliegenden Fall führte der Einsatz des Rosemount 5400 zu einer zuverlässigen, kontinuierlichen Füllstandmessung, wodurch die Prozessführung deutlich optimiert und früher übliche Stillstandzeiten signifikant verkürzt werden konnten.

Der Rosemount-5400-Radartransmitter liefert das Messsignal entweder über Foundation Fieldbus oder über einen 4…20-mA-Ausgang mit einem überlagerten Hart-Signal. Die Inbetriebnahme des Geräts ist mit-hilfe der RadarMaster-Software, eines Handterminals 275/375 oder der AMS Suite einfach durchzuführen. Die RadarMaster-Software ist ein benutzerfreundliches, auf Windows basierendes Softwarepaket. Die einfache Menüführung mit grafischer Darstellung gewährleistet eine leichte Inbetriebnahme, die Measure & Learn-Funktion innerhalb der Software vereinfacht die Inbetriebnahme weiter.

cav 402

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