Dieser Artikel beschreibt das Funktionsprinzip von Kapazitäts-Füllstandmessumformern und wie diese zur Füllstandmessung eingesetzt werden können. Um es zu verstehen, werden wir zunächst einen Blick auf ein allgemeineres Problem der Automatisierungsindustrie werfen.

Für die meisten Variablen in der Prozessautomatisierung stehen zahlreiche Prinzipien zur Auswahl. Jeder Anbieter wird ein Produkt nach einem bestimmten Prinzip hervorheben und Sie möglicherweise auffordern, andere aus diesem oder jenem Grund zu meiden.

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Wenn Sie den Hype beiseite lassen, müssen Sie bedenken, dass das beste Gerät für Ihre Anwendung über die Genauigkeit oder den Preis hinausgeht. Natürlich benötigt Ihr Prozess ein genaues, stabiles und langlebiges Gerät. Und du willst nicht zu viel dafür bezahlen. Ihr Unternehmen benötigt jedoch auch lokalen Support, schnellen Service oder Remote-Unterstützung durch den Anbieter. All diese Faktoren tragen dazu bei, die richtige Lösung für Ihre Anwendung zu finden.

Anwendungsfälle für Füllstandmessumformer

Nachdem Sie eine Weile in diesem Geschäft verbracht haben, haben Sie eine gute Vorstellung davon, welche Geräte in Ihrem Prozess am besten funktionieren. Wenn Sie beispielsweise den Füllstand in einem Eisbehälter benötigen, benötigen Sie ein berührungsloses Gerät. Auf diese Weise reduzieren Sie das Kontaminationsrisiko und vermeiden bestimmte Arten von Prozessanschlüssen. Macht Sinn, oder?

Dennoch verwenden die meisten Eisbehälter heute Druckmessumformer mit Spülanschluss und hygienischen Zulassungen. Denn obwohl eine berührungslose Lösung wie ein Freiraumradar für den Prozess besser aussieht, verwendet die Industrie typischerweise Sender, die für Lebensmittelanwendungen entwickelt wurden.

Das Druckgerät funktioniert einwandfrei, aber wenn Sie eine instabile Produktdichte haben, kann dies die Messwerte beeinflussen. Eine Änderung der Dichte erhöht die Fehlerspanne und verringert die Genauigkeit. Wenn Sie ein Freiraumradar wählen, hat die Dichte keinen Einfluss auf die Messung.

Aber warte, könnte man sagen. Diese Panzer haben normalerweise Rührwerke, und das sind Radargeräte, richtig? Nicht ganz. Ja, die meisten dieser Tanks haben Rührwerke. Eis hat jedoch eine hohe Dielektrizitätskonstante, die diesen Effekt negiert. Cool, nicht wahr?

Wie ich bereits in einem früheren Newsletter erwähnt habe, habe ich nicht viele Kapazitätstransmitter auf dem Feld gesehen. Obwohl das Prinzip nicht neu ist, werden Sie diese Geräte nicht überall finden. Wenn Sie ein nicht leitendes Produkt haben, müssen Sie den Nullpunkt und die Spannweite bei leerem und vollem Tank kalibrieren. Wenn Sie ein höher leitfähiges Medium haben, sollte die Werkskalibrierung durchgeführt werden.

Auf der anderen Seite arbeiten diese flexiblen Geräte in nicht leitenden und leitfähigen Medien. Sie haben jedoch einen Bereich zwischen 1 und 100 Mikro-Siemens pro Zentimeter, in dem diese Geräte nicht so gut funktionieren. Und der Kapazitätstransmitter sollte Kontakt mit dem Produkt aufnehmen, wodurch er hinter anderen Technologien zurückbleibt. Wie auch immer, mal sehen, wie das Gerät funktioniert.

Das Funktionsprinzip von Kapazitäts-Füllstandmessumformern

Wie der Name schon sagt, arbeiten Kapazitäts-Füllstandmessumformer als Kondensator. Die Sonde wirkt als eine der Kondensatorplatten und die metallische Gefäßwand als zweite. Wir nennen das Medium, das diese Platten trennt, das Isoliermaterial (Dielektrizitätskonstante, K). Die Kapazität bzw. Speicherfähigkeit des Kondensators (C) hängt von den Plattenflächen (A), ihrem Abstand voneinander (d) und der Dielektrizitätskonstante (E) ab.

C= E (K A/d)

  • C = Kapazität in Picofarad (pF)
  • E= Konstante
  • K = relative Dielektrizitätskonstante
  • A= effektive Fläche der Platten
  • d= Abstand zwischen den Platten

Wenn Sie einen Tank mit einem Füllstand von null Prozent haben, haben Sie nur Luft als Isoliermaterial. Wenn das Produkt beginnt, das Gefäß zu füllen, ändert sich dieses Material in eine Flüssigkeit oder einen Feststoff, wodurch sich die Kapazität ändert. Die vom Sensor gemessene Kapazität ist also direkt proportional zum Füllstand des Tanks.

Dieses Prinzip kann in vielen Prozessbedingungen wie Schlämmen, Schäumen, hohen Drücken und mehr funktionieren. Und der Dielektrizitätswert bestimmt, ob Sie eine teilweise oder vollständig isolierte Sonde verwenden sollten. Bei einem Kapazitätstransmitter, der einen Wert bis zu 5 misst, können Sie beispielsweise eine teilweise isolierte Sonde verwenden. Wenn der Wert jedoch höher als 5 ist, sollten Sie eine vollständig isolierte Sonde einsetzen.

Denken Sie daran, Sie benötigen zwei Platten. Normalerweise haben Sie die Sensorsonde als eine und die metallische Gefäßwand als die andere. Sie können dieses Prinzip jedoch weiterhin in einem Kunststoffgefäß anwenden. Sie benötigen lediglich ein konzentrisches Rohr im Tank oder einen Sensor mit Doppelstabelektroden.

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Kontinuierliche Füllstandsmessung und Niveauschalter

Dieses Prinzip gilt für kontinuierliche Mess- und Niveauschalter. Wenn Sie eine kontinuierliche Messung durchführen, sollte die Sonde den gesamten Messbereich abdecken. Bei einem Niveauschalter erkennt die installierte Stange nur den Füllstand in einem bestimmten Bereich.

Viele Anbieter bieten diese Lösungen auf dem Markt an – Endress+Hauser, VEGA, OMEGA, Siemens und andere. Je nach Hersteller müssen Sie möglicherweise ein Modell für Flüssigkeiten oder Feststoffe mit voll- oder teilisoliertem Material aus PE, PTFE, PFA und mehr erhalten.

Fazit

Kapazitive Füllstandmessumformer sind einfach und dennoch flexibel. Wenn Sie das Gerät im Feld für nicht leitende Medien kalibrieren müssen, haben Sie möglicherweise einige Schwierigkeiten. In leitfähigen Medien lässt es sich jedoch relativ einfach installieren. Skalieren Sie ein Gerät und vergleichen Sie seine Vor- und Nachteile mit anderen, um das Beste für Ihren Prozess zu entscheiden.

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Dieses Video erklärt die Füllstandmessung mit Kapazitäts-Füllstandmessumformern im Detail:

Wenn Sie mehr über die Füllstandmessung mit Kapazitäts-Füllstandmessumformern erfahren möchten, können Sie sich an unsere Ingenieure wenden und wir helfen Ihnen gerne weiter.

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