Artikel Neue Pfade in der Prozessmesstechnik

Mehr als ein Dutzend Sensor-Produktfamilien für die verschiedenen Prozessparameter Füllstand, Druck, Temperatur und Durchfluss und lassen sich flexibel, vielseitig sowie unabhängig von den Einbaubedingungen einsetzen. Als Instrumentierungslösungen für die Feldebene bieten die Sensoren ein robustes und kompaktes Design sowie eine einfache Handhabung bei der Installation und im Betrieb.

Füllstandsensoren: präzise, wartungsarm und hoch verfügbar

Die Füllstandmesstechnik ist die Grundlage der Steuerung und Prozesskontrolle in einer Vielzahl von Industrien und Anwendungen. Die Praxis unterscheidet im Prinzip zwei Arten der Füllstandmessung: reine Grenzwertschalter, die nur einen Minimal- oder Maximal-Messwert anzeigen und ein digitales Schaltsignal ausgeben, und kontinuierliche Füllstand-Messsysteme, die an jedem Punkt einer definierten Messstrecke eine Füllstandinformation generieren können und diese typischerweise als Analogsignal (0...20 mA, 4...20mA oder 0...10V) ausgeben.

Kontinuierliche Niveaumessung und Grenzstanderfassung, einzeln oder auch kombiniert in einem Sensor, medienberührend oder berührungslos, für Flüssigkeiten und Schüttgüter - all diese Optionen eröffnet das Portfolio der Füllstandsensoren. Verschiedene Technologien, unter anderem Hydrostatik, Ultraschall oder Vibration, ermöglichen effiziente Lösungen beispielsweise für Vorratstanks in verfahrenstechnischen Anlagen, für Schüttgüter in Rohstoffsilos, für Puffertanks oder Tauchbecken in industriellen Prozessen oder als Pumpenschutz in Rohrleitungen. Dass sich anspruchsvolle, kontinuierliche Messaufgaben genauso installations- und integrationsfreundlich lösen lassen wie eine einfache Grenzstanderfassung, beweisen der Füllstandsensor LFP Cubic und der Grenzstandschalter MHF15.

Geführtes Radar: kontinuierliche Füllstandmessung ohne Mediums-Einfluss

Mit dem LFP Cubic werden die Vorteile der High-tech-Messtechnologie TDR (Time Domaine Reflectometry) auf effiziente Weise für Standardapplikationen nutzbar gemacht. Bei diesem  Prinzip des geführten Radars werden hochfrequente, niedrigenergetische Mikrowellenimpulse in die Sensorsonde des LFP Cubic eingekoppelt und an ihr entlang geführt. Trifft dieser Impuls auf die Oberfläche der zu erfassenden Flüssigkeit, wird ein Teil des Impulses dort reflektiert und läuft an der Sonde entlang wieder zur Elektronik zurück. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem ausgesandten und dem empfangenen Impuls errechnet das Gerät mit einer Genauigkeit von nur wenigen Millimetern den aktuellen Füllstand.

Durch dieses Verfahren vereint der LFP Cubic kontinuierliche Niveaumessung und Grenzstanderfassung in einem Sensor. Der Anwender spart den Einbau separater Sensoren zum Erfassen von Einzelschaltpunkten, beispielsweise für eine Min-Max-Regelung, weil sich diese über die Elektronik des LFP Cubic sehr präzise realisieren lassen. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass der Füllstandsensor unabhängig von Einbau- und Medieneinflüssen sowie der Form der Metallbehälter ist. Dadurch eignet er sich für nahezu alle wasser- und ölbasierten Flüssigkeiten, wie etwa Kühlmittel, Schleif- und Hydrauliköle oder Gemische mit Säuberungs-, Entfettungs- und Reinigungsmitteln. Für den Betrieb bedeutet dies darüber hinaus, dass der Füllstandsensor nicht neu konfiguriert werden muss, wenn sich die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeiten ändern. Abgestufte Sondenlängen zwischen 200 mm und 2.000 mm, die verschraubte Edelstahl-Messsonde - die sich also ausbauen, kürzen oder wechseln lässt - sowie die Eignung für Temperaturen bis 100 °C und Prozessdrücke bis 10 bar unterstreichen die Flexibilität und Vielseitigkeit des LFP Cubic.

Lichtbrechung meldet Grenzstand

Dass optoelektronische Sensoren bei der Prozessinstrumentierung eine zuverlässige und hoch verfügbare Alternative zu anderen physikalischen Wirkprinzipien, zum Beispiel elektro-mechanischen bzw. elektro-magnetischen Grenzstandsensoren wie Elektroden oder Schwimmerschaltern sein können, beweist der Grenzstandschalter MHF15. Auf der technologischen Basis einer Reflexions-Lichtschranke wurde ein optisch tastender Grenzschalter im IP69K-Edelstahlgehäuse mit G1/2"-Prozessgewinde entwickelt. Sobald eine Flüssigkeit das Prisma des Sensors bedeckt, verändert sich dadurch die Lichtbrechung im Prisma, und der Sensor gibt ein Schaltsignal aus. Eingesetzt werden kann der MHF15 für die Maximum- und Minimum-Überwachung wasserbasierter Medien in Prozesstanks und Behältern sowie als Trockenlauf- und Pumpenschutz für Rohrleitungen. Einmal eingeschraubt, muss der Sensor nur noch elektrisch angeschlossen werden. Ein Medienabgleich bei der Inbetriebnahme ist ebenso wenig erforderlich wie wiederholte Rekalibrierungen im Langzeitbetrieb. Das Konzept des MHF15 gewährleistet minimale Integrations-, Betriebs- und Wartungskosten und macht ihn nicht nur technisch, sondern auch wirtschaftlich zu einer interessanten Lösung zur Grenzstanderfassung.

Drucksensoren: universelle Messlösungen für flüssige und gasförmige Medien

Die Druckmessung in Rohrleitungen, Apparaten sowie geschlossenen Behältern spielt in der Verfahrenstechnik eine große Rolle und kann aus mehreren Gründen erforderlich sein. Bei bestimmten Geräten oder Anlagen ist deren einwandfreies Arbeiten nur bei einem bestimmten Druck gewährleistet. Druckmessung ist erforderlich, wenn chemische oder technologische Prozesse druckabhängig sind. Druck muss gemessen werden, wenn er - wie zum Beispiel in einem Druckluftbehälter - ein Maß für eine in einem Behälter gespeicherte Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsmenge ist. Auch aus Sicherheitsgründen kann Druckmessung geboten sein, nämlich dann, wenn ein Überschreiten eines konstruktionsbedingten Grenzdruckes eine Gefährdung des Bedienpersonals und der Anlage bedeutet. Elektronische Druckmessumformer und Druckschalter sind für solche Anwendungen entwickelt worden und zeichnen sich durch ihr industriegerechtes Design aus. Widerstandsfähige Materialien und hochwertige Verarbeitung gewährleisten Robustheit und Verfügbarkeit. Darüber hinaus bieten die einfache Bedienung und die intelligenten Sensorkonzeptionen dem Anwender entscheidende Mehrwerte über die präzise Messtechnik und die verschiedenen Messbereiche hinaus.

Deutlich wird dies beim Druckschalter PBS, der beispielsweise zur Drucküberwachung in Hydrauliksystemen oder auch in Kühlwasserkreisläufen eingesetzt wird. Der PBS ist Messumformer, Druckschalter und Displayeinheit in einem einzigen kompakten und bedienfreundlichen Sensorgehäuse. Für eine optimale Montage lassen sich das Gehäuse und der Sensorkopf beliebig verdrehen. Zur bestmöglichen Ablesbarkeit kann die Anzeige elektronisch um 180° gedreht werden. Das Einstellen des PBS erfolgt auf einfache Weise über drei Tasten. Hinsichtlich der Datenkommunikation bietet der PBS je nach Version ein oder zwei digitale Schaltausgänge, ein analoges Ausgangssignal wahlweise als Strom- oder Spannungsausgang und vielfältige programmierbare Schaltfunktionalitäten.

Für die gleichen Messbereiche, die der Druckschalter PBS abdeckt, bietet das Portfolio von SICK mit dem Druckmessumformer PBT einen Sensor an, der mit einem analogen Ausgangssignal, einer besonders kleinen Bauform sowie einer Vielzahl von Prozessanschlüssen und elektrischen Anschlussoptionen ein Allroundtalent für Standardapplikationen darstellt. Unter der Bezeichnung PFT, d. h. mit längerem Sensorgehäuse, erhöhen sich die zulässigen Mediumstemperaturen von 100?°C (PBT) auf bis zu 150 °C.

Temperatursensorik für vielfältige Anwendungen

In der verfahrenstechnischen Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik ist die Temperatur eine der wichtigsten Messgrößen - auf sie entfallen etwa 50?% aller Messstellen. An vielen dieser Messstellen kommen Widerstandsthermometer zum Einsatz, zum Beispiel der TSP, ein kleiner, kompakter und preiswerter Platin-Messfühler, oder das Einschraubthermometer TCT, das ebenfalls mit einem Pt100-Widerstandselement arbeitet. Sie nutzen den physikalischen Zusammenhang, dass mit steigender Temperatur der elektrische Widerstand zu- und damit die elektrische Leitfähigkeit abnimmt - und dies in einer weitgehend linearen Funktion. Entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen an Bauform und Ausstattung, wie sie aus der Druckmesstechnik bekannt sind, bieten auch diese Einschraub- und Einsteckthermometer für die Temperaturmessung universelle Lösungsmöglichkeiten. Der TCT bietet - im Gegensatz zum TSP - nicht nur einen Schaltausgang, sondern auch einen zusätzlichen Analogausgang 4...20 mA sowie diverse Prozessanschlüsse und unterschiedliche Einbaulängen. Darüber hinaus eignet er sich aufgrund der abgesetzten und vergossenen Elektronik für Temperaturen bis 150 °C.

Durchfluss-Sensorik für Volumen und Masse

Als Durchfluss wird eine pro Zeiteinheit durch einen Querschnitt hindurchtretende Menge bezeichnet. Bei der Menge kann es sich sowohl um ein Volumen als auch um eine Masse handeln, die ihrerseits von der Dichte des Stoffes abhängt. Ob Volumen- oder Massendurchfluss - für Prozesse, in denen es auf den Durchfluss von Flüssigkeiten oder den Materialdurchsatz von Schüttgütern ankommt, gibt es für zahlreiche Applikationen geeignete Lösungen.

Mit Bulkscan, einem 2D-Lasermesssensor, lassen sich beispielsweise Schüttgutprofile auf einem Förderband präzise erfassen und daraus - zusammen mit der Fördergeschwindigkeit - Volumenströme bzw. der Massendurchfluss sehr genau berechnen. Für die Durchflussmessung von Flüssigkeiten etwa in einem Kühlkreislauf perfekt geeignet ist der Durchflusssensor FFU. Die Eignung für leitende und nicht leitende Medien, die chemische und thermische Beständigkeit sowie der dichtungs- und damit verschleißfreie Aufbau zeichnen diesen Ultraschall-Sensor für die Messung von Volumendurchfluss aus.n

Entscheider-Facts
Für Anwender

• Durch die Messtechnologie TDR (Time Domaine Reflectometry) vereint der Füllstandsensor LFP Cubic kontinuierliche Niveaumessung und Grenzstanderfassung in einem Sensor.
• Der Grenzschalter MHF15 kann für die Maximum- und Minimum-Überwachung wasserbasierter Medien in Prozesstanks und Behältern sowie als Trockenlauf- und Pumpenschutz für Rohrleitungen eingesetzt werden. Das Konzept gewährleistet minimale Integrations-, Betriebs- und Wartungskosten
• Der Druckschalter PBS wird beispielsweise zur Drucküberwachung in Hydrauliksystemen oder auch in Kühlwasserkreisläufen eingesetzt.
• Für die gleichen Messbereiche, die der Druckschalter PBS abdeckt, ist der Druckmessumformer PBT geeignet, der mit einem analogen Ausgangssignal, einer besonders kleinen Bauform sowie einer Vielzahl von Prozessanschlüssen und elektrischen Anschlussoptionen für Standardapplikationen eingesetzt wird.
• Mit Bulkscan, einem 2D-Lasermesssensor, lassen sich beispielsweise Schüttgutprofile auf einem Förderband präzise erfassen und daraus - zusammen mit der Fördergeschwindigkeit - Volumenströme bzw. der Massendurchfluss sehr genau berechnen. Für die Durchflussmessung von Flüssigkeiten beispielsweise in einem Kühlkreislauf ist der Durchflusssensor FFU geeignet. 

Achema 2012 Halle 11.1 - A85

Autor: Christoph Müller, Business Unit Manager Industrial Instrumentation Sick
Ausgabe:06/2012 Juni