Kapazitive Sensoren gelten in der Füllstandmesstechnik als wahre Allrounder. Sie sind robust und vielseitig einsetzbar, weil sie sich für die Detektion sowohl metallischer als auch nichtmetallischer Objekte eignen, den direkten Mediumkontakt nicht scheuen oder durch (nichtleitende) Behälterwände hindurchblicken können. Mit konventionellen, bündig einbaubaren Sensoren lassen sich aber nicht alle Aufgabenstellungen zufriedenstellend lösen, da das Messfeld manchmal zu klein ist. Mit der Baureihe CFAK hat Baumer kapazitive Sensoren entwickelt, die dank externer Ground-Elektrode mit großen Schaltabständen bis 30 mm arbeiten.
Die berührungslos arbeitenden kapazitiven Füllstandsensoren sind vielseitig einsetzbar und überzeugen vor allem durch ihre hohe Prozesssicherheit und den geringen Wartungsaufwand. Ihre aktive Fläche enthält normalerweise zwei konzentrisch angeordnete Elektroden, die im Prinzip einem aufgeklappten Kondensator gleichen. Damit können die Sensoren die dielektrischen Verhältnisse in der Umgebung wahrnehmen, denn je nach Abstand und Material des Messobjekts ändert sich die Kapazität in der Messzone. Der Kondensator des kapazitiven Sensors bildet ein Streufeld. Er ist Teil eines Schwingkreises, der, sobald ein Objekt oder Medium ins Streufeld kommt, anfängt zu schwingen. Die daraus resultierende Stromänderung wird von der Elektronik ausgewertet und führt bei einem entsprechend großen Signal zum Schalten des Ausgangs.
Mit konventionellen, bündig einbaubaren Sensoren lassen sich nicht alle in der Füllstandsmessung auftretenden Aufgabenstellungen zufriedenstellend lösen. Deutlich wird dies bereits an der Größe des Messfeldes. Der Vorteil des klar definierten Ground-Potenzials kann sich als nachteilig erweisen, weil er den Erfassungsbereich einschränkt. Mit der Baureihe CFAK hat Baumer kapazitive Sensoren auf dem Markt gebracht, die sich dank deutlich höherer Schaltabstände auch für bisher als eher schwierig geltende Applikationen eignen, wie z. B. für Alkohol oder Tinte. Die für den nichtbündigen Einbau ausgelegten Sensoren arbeiten mit einem im Vergleich zu den Vorgängermodellen deutlich größeren Messfeld. Sie eignen sich für direkten Medienkontakt oder können ebenfalls als Durchblicker eingesetzt werden. Will man die Sensoren außerhalb des Behälters montieren, dürfen die Behälterwände auch etwas dicker sein, da Schaltabstände zwischen 4 und 30 mm dem Anwender hier ausreichend Spielraum lassen.
Bei den Sensoren der CFAK-Baureihe ist in der Sensorfläche lediglich die Messelektrode untergebracht. Das für die Messung erforderliche Ground-Potenzial liegt außerhalb, wodurch sich der Detektionsbereich deutlich vergrößert. Das zusätzliche Schirmfeld schirmt das Messfeld von der Elektronik ab und kompensiert Verschmutzungen und Mediumrückstände auf der Sensoroberfläche. Typische Anwendungen für die kapazitiven Sensoren der jüngsten Generation gibt es dadurch viele, da sich in den meisten Applikationen ein als zweite Kondensatorplatte nutzbarer Gegenspieler finden lässt. Da die Sensoren außerdem sowohl in M12-, M18- als auch in M30-Ausführungen angeboten werden, hat der Anwender auch hinsichtlich der Größe der aktiven Fläche ausreichend Auswahlmöglichkeiten. Die Sensoren gibt es wahlweise mit festem oder einstellbarem Schaltabstand. Sie sind in einem robusten PBT-Kunststoffgehäuse untergebracht, das auch den direkten Kontakt mit Tinten, mineralischen Schmierstoffen, Alkohol und (schwachen) Säuren oder Laugen verkraftet.
Anwendungsbeispiele
Konfitüre ist der am häufigsten konsumierte süße Brotaufstrich. Bevor sie jedoch morgens auf den Frühstückstischen stehen kann, muss sie ins Glas. Bei der Abfüllung muss gewährleistet werden, dass die Füllmenge immer dieselbe ist und die in der Lebensmittelverarbeitung notwendigen Hygienestandards eingehalten werden. Konfitüren oder Marmeladen haben je nach den verwendeten Früchten unterschiedliche Farben. Die Füllstandskontrolle übernehmen kapazitive Sensoren. Sie lassen sich auch bei den beengten Platzverhältnissen in Abfüllanlagen gut montieren und ihr farbunabhängiges Messprinzip garantiert hohe Prozesssicherheit. Dank der berührungslosen Messung durch die Behälterwand hindurch wird die Konfitüre nicht durch den Sensor kontaminiert.
Weitere Anwendungsbereiche gibt es wie Sand am Meer: Das Spektrum reicht von der Verpackungstechnik bis hin zur Laborautomation, z. B. überall dort, wo Flüssigkeiten gefördert oder ab- und umgefüllt werden. Die Messung durch die Tankwand hindurch verhindert in solchen Fällen eine Kontamination der Rohprodukte. Da es die kapazitiven Sensoren auch in Hochtemperatur-Ausführungen gibt, sind selbst Applikationen wie die Füllstandsüberwachung in der Schokoladenherstellung kein Problem. In der Conchiermaschine wird die Schokoladenmasse bei Temperaturen bis zu 78 °C geschmolzen. Die Füllhöhe im Behälter kann mit einem M30-Sensor detektiert werden. Dank des erweiterten Schaltabstandes ist dies ebenfalls berührungslos möglich. Außerdem gewährleistet die geringe Temperaturdrift des Sensors auch bei Temperaturdifferenzen größtmögliche Prozesssicherheit. Mit der neuen Sensoren-Baureihe werden sich der kapazitiven Füllstandmesstechnik so mit Sicherheit zahlreiche weitere Anwendungsbereiche erschließen.
Online-Info www.dei.de/0610416
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