Ultraflache Gewichtssensoren

Der Einsatz von elektronischer Wägetechnik ermöglicht eine materialunabhängige Bestimmung des Behälterinhalts. Er wird allerdings vielerorts noch gescheut, gilt er doch gemeinhin als teuer und mechanisch aufwendig. Der mechanische Aufwand wird jedoch meist überschätzt. Moderne Drucklast-Wägezellen setzen die definierte Verformung eines Messkörpers in ein genaues und lineares elektrisches Signal um. Sie benötigen dazu nur Bruchteile von Millimetern als Nennmessweg über den gesamten Lastbereich. Im Gegensatz zur klassischen Wägetechnik mit geforderten Genauigkeiten von 0,1% sind für Füllstandmessungen Genauigkeiten von 1% ausreichend. Aus diesen beiden Tatsachen lässt sich für den in-dustriellen Einsatz ableiten, dass mit sehr moderatem Aufwand schnell und preiswert akzeptable Genauigkeiten erzielbar sind. Dies soll im Folgenden durch das Beispiel einer Füllstandmessung bei einem liegenden Tank mit 40 t Inhalt verdeutlicht werden.

Bei dem liegenden Tank sollte die eingebaute Füllstandmessung einfach und kos-tengünstig umgerüstet werden, um eine genauere Überwachung zu ermöglichen. Die konventionelle Füllstandmessung bediente sich der Füllhöhe als Maß für den Inhalt. Dabei wurde auch die Temperatur des Mediums gemessen, um durch Temperaturschwankungen hervorgerufene Dichteänderungen zu berücksichtigen. Bei der Füllstandmessung ist jedoch gerade in kritischen Bereichen zwischen 0 und 10% sowie 90 und 100% Füllmenge der Messfehler besonders hoch und eine Linearisierung notwendig. Für die Linearisierung wird in kleinen Stufen Material eingefüllt und sorgfältig verwogen, ein sehr zeitaufwendiges Verfahren.

Beim Einsatz von Wägesensoren ist eine Linearisierung nicht notwendig. Sollte es über die Füllhöhe zu starken Verschiebungen des Schwerpunktes kommen, so ist eine Ausstattung aller Auflagerpunkte mit Wägesensoren sinnvoll. Da die Einzelsignale der Sensoren summiert werden, macht sich eine Verlagerung des Gewichts im Summensignal nicht bemerkbar.

Im Fall des liegenden Behälters kann davon ausgegangen werden, dass sich der Schwerpunkt über die Füllmenge praktisch nicht verändert. Eine Ausstattung mit nur zwei Sensoren auf einer Seite des Tanks ist völlig ausreichend. Um ein möglichst praxisnahes Ergebnis zu erzielen, wurden ohne mechanische Veränderungen oder Umbauten zwei ultraflache Gewichtssensoren unter dem Tank platziert. Dazu wurde der Tank auf einer Seite um etwa 30 mm angehoben und die beiden Sensoren unterlegt. Da die Bauhöhe des Sensors nur 25 mm beträgt, war ein Höhenausgleich auf der gegenüberliegenden Seite nicht notwendig. Auch die zum Tank führenden Rohrleitungen mussten nicht verändert werden. Zudem entstehen keine Probleme bei korrosiven Materialien oder durch Kontamination des Materials, da die Sensoren nicht in Kontakt mit dem Material kommen. Gegen Umgebungseinflüsse sind die rostfreien Messelemente hermetisch gekapselt nach IP 68.

Ein digitaler Transmitter mit Feldbusanbindung versorgt die Sensoren und übernimmt die Aufbereitung des Messsignals. Nach dem Setzen des Leerpunktes und dem Anfahren eines definierten Gewichtspunktes war die Justage abgeschlossen und der Testbetrieb konnte beginnen. Moderne digitale Transmitter bieten zudem die Möglichkeit, eine Justage ganz ohne Gewichte durchzuführen. Dazu werden die zertifizierten Kennwerte der Wägesensoren dem System mitgeteilt und das System errechnet daraus automatisch die Kalibrierung. Erfahrungen zeigen, dass sich mit dieser Art der Kalibrierung Genauigkeiten besser als 0,1% erreichen lassen.

Am liegenden Behälter wurde in den folgenden Tagen und Wochen genau über jede Materialbewegung im Tank Protokoll geführt und die Ergebnisse der Wägesensoren und die der konventionellen Füllstandmessung registriert. Während die eindimensionale Füllstandmessung zum Teil erhebliche Abweichungen zum angelieferten beziehungsweise abgefüllten Gewicht anzeigte, ergab die Messung mit den Wägesensoren eine sehr hohe Übereinstimmung mit den über die Waage ermittelten Mengen. Der maximale Fehler lag bei rund 1,1%, im Mittel jedoch deutlich darunter, während die Füllstandmessung Fehler von über 2,5% aufwies.

E cav 207