Den richtigen Füllstandsensor wählen

Bei allen industriellen Prozessen, bei denen Tanks, Silos oder Lagertanks verwendet werden, ist es notwendig, den Füllstand der gelagerten Güter zu kennen oder zumindest vordefinierte Füllstände (voller oder leerer Tank) zu erkennen. Diese Aufgabe übernehmen Füllstandsensoren und Füllstandsanzeiger. Auch wenn diese beiden Begriffe sehr ähnlich sind, bezeichnen sie streng genommen grundlegend verschiedene Geräte. Ein Füllstandsanzeiger misst punktuell, auf welcher Höhe der Füllstand ist, während ein Füllstandsensor, auch Füllstandsmesser oder Niveauschalter genannt, einen kontinuierlichen Messwert der Füllstandshöhe liefert. Füllstandsensoren werden dazu eingesetzt, bei Erreichen eines bestimmten Füllstands einen Alarm oder eine bestimmte Aktion auszulösen. Es gibt verschiedene Verfahren zur Füllstandsmessung, die jeweils ihre Vor- und Nachteile haben. Die Wahl hängt also von der vorgesehenen Anwendung ab.

Füllstandsensoren ansehen

Welchen Füllstandsensor sollte man wählen?

Füllstandsensoren der Marke VEGA

Ob eine Messtechnologie für einen jeweiligen Prozess geeignet ist, hängt von der Art des zu messenden Produkts ab, also davon, ob es sich um eine Flüssigkeit, eine Paste oder einen Feststoff handelt. Handelt es sich um eine Flüssigkeit, ist ausschlaggebend, ob sie schaumbildend ist oder nicht.

Die Technologien zur Füllstandsmessung lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen, nämlich solche mit Kontakt zwischen Sensor und Fluid und solche ohne. Berührungslose Technologien eignen sich am besten für extreme Betriebsbedingungen und für aggressive Produkte. Die berührungslose Füllstandsmessung hat außerdem den Vorteil, dass das zu messende Produkt niemals durch die Messung verunreinigt werden kann.

Wie bei allen Sensoren stellt der Messbereich ein wesentliches Kriterium dar. Auch die Platzierung des Sensors auf dem Messobjekt ist ein entscheidender Faktor. Wenn beispielsweise ein Sensor so über einem Silo angebracht wird, dass er sich einen Meter über der maximalen Füllhöhe befindet, so muss dieser Höhenunterschied bei der Berechnung des tatsächlichen Füllstands berücksichtigt werden.

Ein Füllstandsensor muss darüber hinaus resistent gegen die Druck- und Temperaturbedingungen des jeweiligen Prozesses sein und über ein mit der Messkette kompatibles Ausgangssignal verfügen: Analog- oder Digitalausgang, mit oder ohne Anzeige, mit oder ohne Ausgangsrelais usw.

Sensortyp	Fluidtyp	Vorteile	Nachteile
Füllstandsensor mit Schwimmer	Flüssigkeiten	Genaue Messung Unempfindlich gegenüber Schaum und Viskosität Kostengünstig, wartungsfrei	Empfindlich gegenüber Oberflächenwelligkeit Geringer Messbereich (< 1 m) Ungeeignet für korrosive Produkte
Hydrostatischer Füllstandsensor	Flüssigkeiten	Genaue Messung Unempfindlich gegenüber Schaum und Viskosität Einfach zu montieren Breiter Messbereich	Regelmäßiger Wartungsbedarf Tank muss vor jeglicher Intervention entleert werden
Radar-Füllstandsensor	Flüssigkeiten Feststoffe Pasten	Berührungslose Messung Wartungsfrei, einfach zu montieren Sehr genaue Messung Einstellbarer Messbereich Temperaturbeständig bis 450 °C	Empfindlich gegenüber elektrisch leitfähigen Produkten
Füllstandsensor mit geführtem Radar	Flüssigkeiten Feststoffe Pasten	Berührungslose Messung Sehr genaue Messung Unempfindlich gegenüber turbulenten Produktoberflächen Unempfindlich gegenüber Umweltbedingungen Breiter Messbereich	Empfindlich gegenüber elektrisch leitfähigen Produkten
Ultraschall-Füllstandssensor	Flüssigkeiten Feststoffe	Berührungslose Messung Genaue Messung Selbstreinigend, wartungsfrei Breiter Messbereich Einfach zu montieren	Empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen Empfindlich gegenüber extremen Drücken und Temperaturen Ungeeignet für schäumende und staubende Produkte Empfindlich gegenüber elektrisch leitfähigen Produkten
Kapazitiver Füllstandsensor	Flüssigkeiten Granulate Pulver	Einfach zu montieren Widerstandsfähig gegen sehr hohe Temperaturen und Drücke Robust Unempfindlich gegenüber viskosen und klebrigen Materialien
Radiometrischer Füllstandsensor	Mit allen Fluidtypen kompatibel	Geeignet für alle Anwendungen Berührungslose Messung Unempfindlich gegenüber Produkteigenschaften Beständig gegen aggressive Stoffe Widerstandsfähig gegen extreme Temperaturen und Drücke	Teure Technologie Regelmäßiger Wartungsbedarf

Wann sollte man einen Füllstandssensor mit Schwimmer wählen?

Füllstandssensor mit Schwimmer von WIKA

Das Funktionsprinzip eines Füllstandssensors mit Schwimmer ist relativ einfach: Auf einer vertikalen Achse gleitet ein Schwimmer, der den Füllstandschwankungen folgt. Um den Flüssigkeitsstand zu ermitteln, muss lediglich die Position des Schwimmers auf der vertikalen Achse gemessen werden.

Dieser Sensortyp ist sehr präzise und verwendet ein einfaches und bewährtes Verfahren. Die Messung wird weder durch die Viskosität der Flüssigkeit noch durch Schaum auf der Oberfläche beeinflusst. Jedoch reagiert er empfindlich auf Turbulenzen an der Flüssigkeitsoberfläche, wie z. B. Wellen. Er ist preiswert und erfordert keine regelmäßige Wartung, ist aber nicht für korrosive Stoffe geeignet.

Der Messbereich ist auf die Länge der Achse beschränkt und beträgt in der Regel weniger als einen Meter.
Wann sollte man einen hydrostatischen Füllstandssensor wählen?

Hydrostatischer Füllstandssensor von BinMaster

Hydrostatische Füllstandssensoren sind Drucksensoren, die in Wasser eingetaucht werden können. Sie messen den hydrostatischen Druck, der proportional ist zur Höhe der Flüssigkeit über dem Sensor. Diese Technologie ist nur für Flüssigkeiten geeignet.

Hydrostatische Füllstandssensoren bieten einen großen Messbereich und werden nicht durch Schaumbildung auf der Oberfläche beeinträchtigt. Allerdings hängt die Messung von der Dichte der Flüssigkeit und vom Druck im Tank ab. Es handelt sich um eine präzise Technologie, die einfach zu installieren ist (der Sensor wird meist am Boden des Tanks montiert). Sie kommt häufig in der Lebensmittelindustrie und in Wasseraufbereitungsanlagen zum Einsatz. Da sich auf der Membran mit der Zeit Ablagerungen bilden können, die die Messung beeinflussen, muss der Sensor regelmäßig gewartet werden. Für eine solche Aktion, ebenso wie für die Montage und Demontage des Sensors, muss der Tank komplett entleert werden.
Wann sollte man einen Radar-Füllstandsensor wählen?

Radar-Füllstandsensor von AMETEK Drexelbrook

Ein Radar-Füllstandsensor wird oben auf dem Tank, also oberhalb des Produkts, montiert. Er sendet Mikrowellen an die Oberfläche des Produkts, die diese an den Sensor zurückreflektiert. Indem die Laufzeit zwischen Aussendung der Welle und Empfang der reflektierten Welle gemessen wird, lässt sich der Abstand zwischen dem Sensor und der Produktoberfläche und somit der Füllstand des Produkts bestimmen.

Der Hauptvorteil dieses Sensortyps besteht darin, dass er den Füllstand aller möglichen Produktarten (Flüssigkeiten, Pasten, Feststoffe usw.) messen kann, mit Ausnahme elektrisch leitfähiger Produkte. Außerdem ist er äußerst präzise und unempfindlich gegenüber den Eigenschaften des Produkts (Temperatur, Druck, Dichte, Leitfähigkeit usw.).

Da die Messung berührungslos erfolgt, kann er auch in aggressiven Umgebungsbedingungen, mit abrasiven, korrosiven Flüssigkeiten usw. eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass er oberhalb des maximalen Füllstands angebracht wird, meist am oberen Ende des Behälters. Er kann also leicht angebracht und entfernt werden, ohne dass der Behälter vorher entleert werden muss.

Es gibt eine interessante Variante dieser Technologie: Sensoren mit geführtem Radar bzw. mit geführtem Wellenradar. Diese funktionieren nach demselben Prinzip wie andere Radarsensoren, mit dem Unterschied, dass die Mikrowellen an einem Stab oder Kabel entlang durch das Produkt geführt werden. Durch eine solche Führung der Wellen ist der Sensor weniger störanfällig, insbesondere gegenüber Störungen, die mit der Oberfläche des Produkts (Schaumbildung, Turbulenzen auf der Oberfläche, Restansammlungen von Schüttgütern usw.) oder im Tank befindlichen Elementen (Strukturelemente oder Vorrichtungen zur Wellenreflektion) zusammenhängen.
Wann sollte man einen Ultraschall-Füllstandssensor wählen?

Ultraschall-Füllstandssensor von Microsonic

Genau wie Radar-Füllstandssensoren werden auch Ultraschall-Füllstandssensoren über dem Produkt montiert. Sie funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip, und zwar senden sie Ultraschallimpulse aus, die von der Oberfläche des Produkts reflektiert werden. Durch die Messung der Wellenlaufzeit zwischen Aussendung und Empfang der reflektierten Welle kann der Abstand zwischen dem Sensor und der Produktoberfläche berechnet werden.

Diese Technologie ermöglicht eine berührungslose Messung und bietet dieselben Vorteile wie Radarsensoren, nämlich eine einfache Montage und Demontage ohne vorherige Entleerung des Tanks.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Ultraschallschwingungen des Sensors für eine ständige Selbstreinigung sorgen, sodass ein Verstopfen des Sensors, insbesondere durch Staubablagerungen, verhindert wird.

Diese Sensoren verfügen außerdem über einen großen Messbereich, sodass sie in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden können.

Ultraschallsensoren eignen sich für Füllstandmessungen von Flüssigkeiten und Feststoffen, nicht aber von schäumenden oder staubigen Produkten, da diese die Wellen teilweise absorbieren und somit die Messergebnisse verfälschen können. Außerdem reagieren Ultraschallsensoren empfindlich auf Temperaturschwankungen und sind nicht für hohe Temperaturen und Drücke geeignet.
Wann sollte man einen kapazitiven Füllstandssensor wählen?

Kapazitiver Füllstandssensor von UWT

Das Funktionsprinzip eines kapazitiven Füllstandssensors ist relativ simpel: Der Sensor und der Tank bilden einen elektrischen Kondensator, dessen elektrischer Kapazitätswert direkt vom Füllstand des Produkts im Tank abhängt.

Kapazitive Sensoren zeichnen sich durch ihre Robustheit aus, dank der sie hohen Temperaturen und Drücken standhalten können. Sie sind einfach zu montieren und führen selbst bei zähflüssigen oder stark klebenden Produkten zuverlässige Messungen durch. Sie können zur Messung von Flüssigkeiten, Granulaten oder Pulvern verwendet werden. Darüber hinaus sind kapazitive Füllstandssensoren im Gegensatz zu Ultraschall- und Radarsensoren unempfindlich gegenüber elektrisch leitenden Produkten.

Dieser Sensortyp ist besonders in der chemischen Industrie, der Lebensmittelindustrie sowie der Kunststoffverarbeitung weit verbreitet.
Wann sollte man einen radiometrischen Füllstandsensor wählen?
Radiometrische Füllstandsensoren verwenden eine radioaktive Quelle, die Gammastrahlen aussendet. Beim Durchdringen von Materie werden die Gammastrahlen abgeschwächt. Die radioaktive Quelle und der Sensor müssen so angeordnet sein, dass die Gammastrahlen den gesamten Tank durchdringen. Die Gammastrahlen werden proportional zur Höhe des Produkts, d. h. zu seinem Füllstand, abgeschwächt.

Der Hauptvorteil dieses Sensortyps besteht darin, dass er für jede Art von Anwendung verwendet werden kann. Er ermöglicht eine berührungslose und nicht-intrusive Messung und kann ohne Unterbrechung des Betriebs montiert und demontiert werden, da er außerhalb des Tanks angebracht wird (Gammastrahlen können Wände durchdringen). Radiometrische Sensoren sind unempfindlich gegenüber den Eigenschaften des zu messenden Produkts und können daher auch unter extremen Temperatur- und Druckbedingungen und mit aggressiven Produkten eingesetzt werden.

Diese Technik ist zuverlässig und trotz der Verwendung von Gammastrahlen äußerst sicher für das Personal.

Aufgrund der relativ hohen Kosten findet diese Technologie in der Regel allerdings nur dort Anwendung, wo kein anderer Sensortyp geeignet ist.