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MIT HIGH TECH EINFACH ZU ZUVERLÄSSIGEN MESSERGEBNISSEN

Radar-Füllstandmessung in der Chemie

01.06.2020 Die Füllstandmessung in der Chemie wird vor allem durch den Einsatz von Radargeräten immer einfacher. Technologische Fortschritte erschließen dem Meßprinzip ganz neue Anwendungen. Im Multimedia-Themenspecial „Radar-Füllstandmessung in der Chemie“ behandeln wir unterschiedliche Facetten und Aspekte der Standmessung in anspruchsvollen Anwendungen.

Messverfahren zur kontinuierlichen Füllstandsmessung

Bei der kontinuierlichen Füllstandsmessung wird mithilfe unterschiedlicher Messverfahren die Füllhöhe eines Mediums in einem Tank oder Silo erfasst und in ein elektronisches Signal umgewandelt. Das Füllstandsignal wird entweder direkt vor Ort angezeigt oder in eine Prozesssteuerung bzw. ein Leitsystem eingebunden.
Typische Anwendungen für die kontinuierliche Füllstandsmessung sind Prozesstanks, Lagertanks oder Silos in der Prozessindustrie.

Die zu messenden Medien sind:

  • Flüssigkeiten
  • Pasten
  • Pulver
  • Schüttgüter

Zu den Messverfahren zur kontinuierlichen Füllstandmessung zählen Radar, geführtes Radar, Ultraschall, kapazitiv, Hydrostatik, Radiometrie und Magnetanzeiger.

Füllstandsmessung mit Radar

Die 80-GHz-Technologie hat sich durchgesetzt, so dass Hersteller Vega bereits über 100.000 Geräte dieses Typs verkaufen konnte. (Bild: Vega)

Die 80-GHz-Technologie hat sich in der Füllstandmessung von Flüssigkeiten und Schüttgütern aufgrund der Vielseitigkeit des Messverfahrens durchgesetzt. (Bild: Vega)

Bei der berührungslosen Füllstandsmessung mit Radar sendet das Messgerät Mikrowellensignale von oben auf das Füllgut, welches diese reflektiert.

Anhand der vom Messgerät empfangenen Mikrowellensignale wird die Entfernung zur Füllgutoberfläche ermittelt und der Füllstand errechnet.

Mit diesem Messverfahren werden Flüssigkeiten und Schüttgüter gemessen. Die berührungslose Füllstandsmessung mit Radar zeichnet sich durch besonders hohe Messgenauigkeit aus. Zudem ist die Messung ist unbeeinflusst von Temperatur, Druck und Staubentwicklung.

 

Messung von Füllstand und Trennschicht mit Geführtem Radar

Zur Füllstandsmessung mit Geführtem Radar werden Radarimpulse entlang einer Seil- oder Stabsonde geführt und von der Produktoberfläche reflektiert. Die Messsonde des TDR-Sensors sorgt dafür, dass das Signal ungestört bis zum Füllgut gelangt. Mit diesem Messverfahren werden Flüssigkeiten, Schüttgüter und Trennschichten in Flüssigkeiten gemessen.

TDR-Sensoren messen zuverlässig, auch bei Dampfentwicklung, Druck- und Temperaturschwankungen, Staub- und Geräuschentwicklung sowie Anbackungen und Kondensatbildung.

Aktuelle Technik bei der berührungslosen Füllstandmessung mit Radar

Wurden Messungen früher häufig durch schwierige Einbaubedingungen behindert, erlaubt die Signalfokussierung der 80-GHz-Technik heute auch unter ungünstigen Bedingungen präzise Messungen. Außerdem erschließt die hohe Frequenz ganz neue Anwendungen. Wo beispielsweise Behältereinbauten wie Heizschlangen, Stromstörer oder Rührflügel früher zu störenden Reflexionen führten, messen die fokussierten Sensoren auf Basis der 80-GHz-Technik meist unbeeinflusst und zuverlässig.

Grundlagen der Freistrahl-Radarmessung

Oktober 2014

Je höher die Frequenz des Radarsignals, desto stärker wird dieses fokussiert. Bilder: Vega

Das Messprinzip beruht auf der Messung der Laufzeit eines Radar-Signals (Mikrowelle), das an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert wird. Beim Puls-Radar besteht das Radarsignal aus kurzen Pulsen, der Füllstand wird aus der Laufzeit der Pulse vom Sender über die reflektierende Oberfläche und zurück zum Empfänger ermittelt. Im Gegensatz zum Puls-Radar liegt beim FMCW-Gerät das Signal kontinuierlich an, die Frequenz wird jedoch moduliert.

Der Radarstrahl tritt vom Sensor mit einem definierten Öffnungswinkel aus: Wie groß dieser ist, d.h., wie scharf fokussiert er auf die zu messende Oberfläche auftrifft, hängt von der Sendefrequenz und der Antennenfläche ab. Je höher die Frequenz und je größer die Antenne, desto besser die Fokussierung. Trifft der Radarstrahl auf Behältereinbauten, dann entstehen Reflexionen, die – wenn sie groß genug sind – vom Sensor als Messsignal fehlinterpretiert werden können. Dieser meldet oder zeigt dann unter Umständen nicht die Füllhöhe, sondern die Position beispielsweise eines Rührflügels.

Je größer die Frequenz, desto geringer die Störreflexionen

Bei einem in der Flüssigkeitsmessung üblichen 26-GHz-Füllstandradar (Abstrahlwinkel 10°) wächst der Durchmesser der Signalkeule in 2 m Entfernung vom Sensor um mehr als 75 cm. Um das Signal zu fokussieren, werden deshalb Antennen – beispielsweise Hornantennen – eingesetzt. Doch je größer die Antenne, desto größer wird der Abstand zwischen Sensor und Oberfläche, was vor allem auch bei kleinen Behältern ungünstig ist.

Geräte mit einer Frequenz von 80 GHz haben dagegen einen Abstrahlwinkel von lediglich 3°. Im Vergleich zun 26-GHz-Radar vergrößert sich der Durchmesser der Signalkeule in 2 m Entfernung lediglich auf rund 20 cm.

Siehe auch: https://www.chemietechnik.de/neues-hochfrequenz-radar-zur-fuellstandmessung-in-fluessigkeiten/

Aus dem VEGA Themen-Special

Sie möchten mehr über das Thema Radar-Füllstandmessung erfahren? Dann schauen Sie jetzt in unserem Special vorbei: www.chemietechnik.de/radar-fuellstandmessung-in-der-chemie

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