Der Baumer Füllstandsschalter wurde für die Füllstandsmessung für nahezu alle Anwendungen und Branchen entwickelt. Die universell einsetzbare CleverLevel Serie erkennt sämtliche Medien – feste, flüssige und anhaftende. CleverLevel ist die clevere Alternative zur Schwinggabel.


Frequenzhubtechnologie

Eine in die Sensorspitze integrierte Elektrode bildet zusammen mit der Umgebung einen Kondensator. Das Medium bestimmt abhängig von seiner Dielektrizitätskonstanten (DK-Wert) den Kapazitätswert. Zusammen mit einer Spule in der Sensorelektronik entsteht ein Resonanzkreis. Abhängig von der gemessenen Resonanzfrequenz und den programmierbaren Triggerschwellen wird das Schaltsignal angesteuert.

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Hydrostatische Füllstandsmessung

Etwa die Hälfte aller Füllstandsmessungen der Prozessautomatisierung in Tanks ist mit Drucksensoren realisiert. Kleine Druckmessbereiche und gleichzeitig hohe Genauigkeiten sind gefordert. Pro Meter Messhöhe beträgt der hydrostatische Druck nur etwa 100 mbar für Wasser oder wasserbasierte Medien. Für genaue Füllstandsbestimmungen muss die Dichte des Mediums bekannt sein und entsprechend verrechnet oder kalibriert werden. So lange der Tank drucklos ist, genügt ein einzelner Relativdrucksensor möglichst im oder nahe dem Tankboden. Bei druckbeaufschlagten Tanks muss die Information über den sogenannten Kopfdruck im Tank rechnerisch berücksichtigt werden. Dazu ist ein zweiter Drucksensor notwendig. Eine genaue Messung wird immer anspruchsvoller, je kleiner die Messhöhe und je grösser der Kopfdruck ausgelegt sind, da die hydrostatische Druckinformation gebildet aus der Differenz beider Druckwerte immer kleiner gegen die zu wählenden Messbereiche der Drucksensoren wird.


Ultraschall-Füllstandsmessung

Ultraschallsensoren basieren auf der gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals. Sie senden hochfrequente Schallwellen aus, die an der Oberfläche des zu messenden Mediums reflektiert werden. Die Medien können flüssig, körnig oder pulverförmig sein. Durchsichtige und andere optisch schwer erfassbare Objekte werden mit Ultraschallsensoren eindeutig erkannt.

Bei Ultraschallsensoren zu kontinuierlichen Füllstandsmessung wird der gemessene Entfernungswert vom Sensor zur Medienoberfläche als Spannungswert ausgegeben. Der abgegebene Strom bzw. die abgegebene Spannung ist dabei proportional zum Füllstand bzw. Abstand zur Medienoberfläche.


Kapazitive Füllstandsmessung

Im Prinzip funktioniert der kapazitive Sensor wie ein offener Kondensator. Zwischen der Messelektrode und der GND-Elektrode wird ein elektrisches Feld aufgebaut. Sollte ein Material mit einer Dielektrizitätszahl εr grösser als Luft in das elektrische Feld eindringen, vergrössert sich je nach εr dieses Materials die Kapazität des Feldes. Die Elektronik misst diese Kapazitätserhöhung, das erzeugte Signal wird in der nachfolgenden Signalaufbereitung ausgewertet und führt bei entsprechender Grösse zum Schalten des Ausgangs.


Optoelektronische Füllstandsmessung

Füllstands- und Leckagesensoren mit Kontakt zur Flüssigkeit: Das Funktionsprinzip optischer Füllstandssensoren beruht auf der Veränderung des Grenzwinkels für die Totalreflexion, je nachdem, ob die Sensorspitze von Flüssigkeit oder Luft umgeben ist. Wird die Fühlerspitze von einer Flüssigkeit umgeben, so wird der Lichtstrahl in die Flüssigkeit abgelenkt und der Sensorausgang ändert seinen Schaltzustand. Das flüssige Medium kann elektrisch leitend, trübe oder klar sein. Bei den Leckagesensoren wird dasselbe Funktionsprinzip verwendet.

Füllstandssensoren ohne Kontakt zur Flüssigkeit: Die Füllstandssensoren zur Schlauch-/Steigrohrmontage funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip. So nutzt der FFDK 16 ebenfalls die lichtablenkende Eigenschaft von Flüssigkeiten aus. Im Zustand ohne Flüssigkeit trifft das ausgesendete Licht direkt auf den Empfänger. Wenn Flüssigkeit in den Detektionsbereich gelangt, wird ein Teil des ausgesendeten Lichtes abgelenkt, sodass weniger Licht auf den Empfänger trifft. Diese Lichtänderung kann vom Sensor entsprechend ausgewertet werden. Bei der Lichtleiterversion FSL 500C6Y00 funktioniert es genau umgekehrt. Im Zustand ohne Flüssigkeit trifft kein Licht auf den Empfänger. Erst wenn Flüssigkeit in den Detektionsbereich des Arrays gelangt, wird ein Teil des ausgesendeten Lichtes auch zum Empfänger abgelenkt. Diese Lichtänderung am Empfänger kann ausgewertet werden. Der Vorteil der Array-Bauweise mit einem Überwachungsbereich von ca. 5 mm liegt darin, dass Störungen durch Schaum und kleine Luftblasen mit einem leistungsstarken Lichtleitergerät ausgeblendet werden können.


Potentiometrische Füllstandsmessung

Ein Potentiometer stellt einen Winkelaufnehmer mit ratiometrischem Messprinzip dar. Der mathematische Zusammenhang zeigt die Unabhängigkeit des digitalen Ausgangs am AD-Wandler von der Ansteuerungsspannung UP und dem Widerstandswert RP.

Die Umsetzung dieses Prinzips als Füllstandmessung nutzt für die quasi Schleiferbahn ein elektrisch leitfähiges Rohr, das von einer potentialfreien Spannungsquelle UP gespeist wird. Längs dieses Rohres entsteht durch den Stromfluss ein linearer Spannungsabfall. Den Schleifer bildet das Medium, in dem sich ein entsprechendes Dipolfeld zur Äquipotentialfläche der leitfähigen Tankwandung oder einer Hilfselektrode ausbildet. Die zwei wertgleichen Ersatzwiderstände RM1 und RM2 repräsentieren dies als 1:1-Spannungsteiler. Die unsymmetrische Spannung zwischen dem Tank oder der Hilfselektrode und einem Pol der Spannungsquelle bildet das Messsignal UM. Dieses ist linear zum Füllstand und ratiometrisch zur halben Amplitude der Spannungsquelle UP bezogen auf die Länge des Rohres.


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