Mit dem Strahl durch die Wand

Füllstandmessung durch Glas- und Kunststoffwände hindurch

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01.06.2016 Füllstände akkurat zu erfassen, gehört zu den Grundübungen der Betriebsmesstechnik. Doch immer wieder stellt dies die Betreiber vor Probleme - insbesondere dann, wenn es in Behältern eng zugeht. Mit einem besonders fokussierten Radarstrahl ist nun Abhilfe möglich.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Radarmesstechnik ermöglicht es, Füllstände ohne direkten Kontakt zum Medium zu messen.
  • Da Radarsignale in der Lage sind, nichtleitende Werkstoffe wie Kunststoffe, Glas oder Keramik zu durchdringen, können die Sensoren sogar komplett außerhalb von Behältern angebracht werden.
  • Beim neuen Füllstandradar Vegapuls 64 tragen mehrere Faktoren dazu bei, die Messung durch Schaugläser oder Kunststoffbehälter zu vereinfachen. Durch die deutlich niedrigere Frequenz (80 GHz) werden Störsignale bereits bei einer leichten Neigung zur Seite reflektiert, die Messung wird dadurch zuverlässiger.

Berührungslos messen sie sowieso. Doch wenn Radargeräte den Füllstand auch durch Wände hindurch messen sollen, mussten bislang Abstriche bei der Genauigkeit und Zuverlässigkeit gemacht werden. Ein hochfrequentes Messsignal und clevere Elektronik ermöglichen es nun, durch die Wand von Glasbehältern, Schaugläsern oder Decken von Kunststoffbehältern hindurch zu messen.
Radarmesstechnik hat den großen Vorteil, dass der Füllstand ohne direkten Kontakt zum Medium erfasst werden kann. Typischerweise ist der Radarsensor auf einem Montagestutzen angebracht und hat so keinen direkten Kontakt zum Behälterinnenraum. Da Radarsignale in der Lage sind, nichtleitende Werkstoffe wie Kunststoffe, Glas oder Keramik zu durchdringen, können die Sensoren sogar komplett außen angebracht werden.
In welchen Anwendungsbereichen ein Radarsensor eingesetzt werden kann, hängt von dessen Messbereichsdynamik ab – das ist der Unterschied zwischen kleinstem und größtem Signal. Je größer die Dynamik, desto breiter das Einsatzspektrum der Sensoren und desto höher die Messsicherheit.
Der neue Vegapuls 64, der mit einem 80-GHz-Messsignal arbeitet, verfügt über einen bislang unerreicht großen Dynamikbereich. Das bedeutet, dass Medien mit geringen Reflexionseigenschaften, also kleiner Dielektrizitätszahl, deutlich besser gemessen werden können als mit bisherigen Radarsensoren. Auch bei Schaum, extrem turbulenten Füllgutoberflächen, Kondensat oder Anhaftungen an der Antenne wird durch die höhere Messsicherheit eine zuverlässige Füllstandmessung möglich. Zudem lässt sich der Füllstand auch ganz nah am Behälterboden ermitteln. Die Genauigkeit liegt bei +/-2 mm.

Große Dynamik ermöglicht breiten Anwendungsbereich
Bei der bisher eingesetzten Radarmesstechnik mit einer Sendefrequenz von 26 GHz mussten die Schaugläser in einem Winkel von ca. 20° geneigt angeordnet werden, um entstehende Störreflexionen zur Seite abzulenken. Auch bei der Messung durch die Behälterdecke von Kunststoffbehältern war es oft notwendig, die Sensoren über einer schrägen Behälteroberfläche zu platzieren, um Störsignale zu reduzieren. Beim neuen Füllstandradar tragen mehrere Faktoren dazu bei, die Messung durch Schaugläser oder Kunststoffbehälter zu vereinfachen. Durch die deutlich kleinere Wellenlänge der Frequenz von 80 GHz werden die Störsignale bereits bei einer leichten Neigung zur Seite reflektiert. Das Resultat ist eine deutlich zuverlässigere Messung ohne Störreflexionen im Nahbereich. Die auch bei kleinen Antennengrößen sehr gute Signalfokussierung macht es möglich, auf deutlich kleineren Schaugläsern eine zuverlässige Messung zu realisieren als mit den bisherigen Technologien. Eine spezielle Verarbeitung von Reflexionen im Nahbereich ermöglicht es zusätzlich, die Einflüsse von Störsignalen direkt vor dem Antennensystem zu reduzieren. Diese sogenannte STC-Funktion (Sensitivity Time Control) wirkt dabei wie ein Filter (siehe Textkasten „Zur Technik“).

Zuverlässige Messung durch Glasfenster hindurch
Bei der Kunststoffproduktion in einer Anlage in Spanien wird ein Reaktor mit Monomer und Acrylat befüllt. Danach wird ein Rührwerk eingeschaltet und die Hülle mit Dampf erhitzt, bis eine Temperatur von 100 °C erreicht ist. Nun beginnt der Verdampfungsprozess. Durch das Glasfenster kann man während des Mischvorgangs eine Gaswolke beobachten. Während das Medium vermischt wird und die Temperatur abfällt, erreicht das Polymer die ungefähre Viskosität. Nun wird das Rührwerk abgeschaltet und der Reaktor entleert.

Heftausgabe: Juni 2016
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Jürgen Skowaisa, Produktmanagement Radar bei Vega

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Jürgen Skowaisa, Produktmanagement Radar bei Vega
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