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Verfahrenstechnik 6/2021

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Verfahrenstechnik 6/2021

TOP-THEMA I ACHEMA PULSE

TOP-THEMA I ACHEMA PULSE Zuverlässig am Kabel Pegelsonden vereinfachen die hydrostatische Füllstandmessung Überaus zuverlässig, einfach zu installieren und in nahezu allen Flüssigkeiten einsetzbar – die Popularität der Füllstandmessung mit Pegelsonden ist leicht nachzuvollziehen. Die Messmethode auf Basis des hydrostatischen Drucks eignet sich für die unterschiedlichsten Applikationen – und in der Tiefe ist sie ohne Alternative. R und 130 Liter Trinkwasser verbraucht die Bevölkerung Deutschlands pro Kopf und Tag. Mehr als 70 % des Bedarfs pumpen die Versorgungsunternehmen aus Grundwasseradern in ihre Systeme. Diese mächtigen Speicher dürfen nicht leerlaufen. Damit die Entnahme rechtzeitig gestoppt werden kann, um ausreichend Wasser nachfließen zu lassen, muss das Niveau der Adern kontinuierlich über- Autor: Oleg Greber, Product Management Electronic Products, WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, Klingenberg wacht werden. Die Kontrolle findet bis zu 200 m unterhalb der Erdoberfläche statt. Bei einer solchen Entfernung kommt nur eine hydrostatische Füllstandmessung in Frage. Die speziell für diese Messmethode entwickelten Pegeloder Tauchsonden werden an ihrem Anschlusskabel bis zum Grund der Wasseradern hinabgelassen. Ihr Sensor erfasst dort den Schwere- oder hydrostatischen Druck als primäre Größe zur Berechnung des Wasserstands. Dieses Vorgehen ist für fast jede Flüssigkeit anwendbar, im Becken einer Kläranlage ebenso wie im engen Schacht eines Bohrlochs. Der hydrostatische Druck bleibt unbeeinflusst von der Flüssigkeitsmenge und der Geometrie eines Behälters oder offenen Gebindes wie einem See. Er verändert sich ausschließlich mit der Höhe der Flüssigkeitssäule. In einem Wassertank zum Beispiel ist der Druck nach jedem Meter Wassertiefe um ca. 100 mbar höher als der Druck an der Wasseroberfläche. Unbeeinflusst von Behältergeometrie Die Pegelsonde überträgt den Druckmesswert an eine nachgelagerte Logik, die dann die tatsächliche Füllhöhe berechnet. Sie bezieht dafür neben dem Druck die Dichte der jeweiligen Flüssigkeit und die Schwerkraft bzw. Erdbeschleunigung mit ein. Bei hohen Genauigkeitsanforderungen und/oder signifikanten Temperaturschwankungen im Medium muss zusätzlich die temperaturbedingte Dichteänderung berücksichtigt werden, sonst wird das Messergebnis verfälscht. Für solche Fälle empfiehlt sich der Einsatz von Pegelsonden mit integriertem Temperaturfühler, das erspart die Einrichtung einer zusätzlichen Messstelle für die Temperaturüberwachung. Die hydrostatische Füllstandmessung funktioniert nicht nur unabhängig von der Geometrie ihres Einsatzortes zuverlässig. Im Vergleich zu anderen Messmethoden bleibt sie von vielen physikalischen Eigenschaften eines Mediums, wie zum Beispiel Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante, Schaumbildung oder Viskosität, unbeeinflusst. Die Pegelsonde als ihr zugeordnetes Messgerät verursacht darüber hinaus nur einen geringen Installationsaufwand und kann ohne Parametrierung in Betrieb genommen werden. Ob Harnstofflösungen, Wasser, Laugen oder Abwässer: Pegelsonden können dauerhaft in den unterschiedlichsten Flüssigkeiten betrieben werden und müssen daher über den Schutzgrad IP68 verfügen. Ihre Konstruktion muss bezüglich Medienbeständigkeit und Dichtigkeit für die je- 24 VERFAHRENSTECHNIK 06/2021 www.verfahrenstechnik.de

weilige Applikation optimiert sein. Das kompakte Gehäuse zum Beispiel ist im Fall unkritischer Medien in der Regel aus 316L-Edelstahl gefertigt, bei aggressiven Flüssigkeiten bieten sich Sonderlegierungen wie Hastelloy oder Titan an. Für die bestmögliche Messung ist der Sensor der Pegelsonde am unteren Ende des Gehäuses integriert. Die Messzelle muss selbst unter widrigsten Bedingungen ein zuverlässiges Ergebnis im Rahmen der Spezifikation liefern. Entsprechend groß ist die Auswahl an Materialien, von Edelstahl bis zur antikorrosiven Spezialkeramik. Letztere empfiehlt sich vor allem für eine frontbündige Ausführung, weil sie leicht von möglichen Anhaftungen gereinigt werden kann. Prozesssichere Genauigkeiten bis 0,1 % Schematische Darstellung der Füllstandmessung mit einer Pegelsonde im belüfteten Tank Ab sofort erhältlich! Das Handbuch zur Schwingungs- Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen Condition Monitoring Praxis „Pegelsonden messen kontinuierlich, so erhält der Anlagenbetreiber anhand des Datenverlaufs ein genaues Bild von der jeweiligen Verbrauchsentwicklung.“ Oleg Greber Im Vergleich zur Langzeitstabilität spielt die Genauigkeit bei den meisten Applikationen in der Regel eine eher sekundäre Rolle. Ein Wert von 0,5 % ist Standard und reicht in diesen Fällen aus. Ausnahmen bilden zum Beispiel Messaufgaben im Bereich Food & Pharma, wo die Unternehmen aus Gründen der Prozesssicherheit oder wegen des wirtschaftlichen Werts der jeweiligen Medien nach Genauigkeiten von bis zu 0,1 % verlangen. Die Elektronik gleicht der eines herkömmlichen Drucksensors. Sie wandelt den Druckwert in ein normiertes Industriesignal um, meist 4–20 mA. Für batteriebetriebene Messstellen im Feld sind zudem Ausführungen mit einem Low- Power-Signal (0,1–2,5 V) erhältlich. Da Pegelsonden überwiegend außen eingesetzt werden, verfügt ihre Elektronik optional über einen Schutz vor Überspannung als Folge eines nahen Blitzeinschlags. Eine andere sensible Stelle ist die Kabeleinführung des Gehäuses. Der Hohlraum dort wird üblicherweise vergossen. Diese Füllung kann nach einer bestimmten Zeit spröde werden und sich lösen. Sie reicht bei Anwendungen mit unkritischen Medien und durchschnittlichen Tauchtiefen in der Regel jedoch aus. Für Applikationen, bei denen die Gefahr einer „Sicherheitslücke“ an dieser Stelle minimiert werden muss, wurde eine mechanische Lösung mit Langzeitwirkung entwickelt. Im Pegelsondentyp LF-1, für hohe Messanforderungen konzipiert, presst eine Formfeder eine Spezialdichtung mit 1 000 N gegen die Fassung. Fazit: Die hydrostatische Füllstandmessung mit Pegelsonden kommt für die allermeisten Flüssigkeiten infrage. Sie ermittelt deren Niveau auf der Basis des Schweredrucks, unbeeinflusst von der Behältergeometrie und vielen physikalischen Eigenschaften des Mediums. Pegelsonden plus Anschlusskabel sind leicht zu installieren und eignen sich für die unterschiedlichsten Applikationen, selbst für Flüssigkeitssäulen bis 250 m. Anwender müssen allerdings darauf achten, dass die Gehäuse, Kabel und Kabeleinführung für die jeweilige Messaufgabe optimiert sind. Fotos: Wika www.wika.de Das ultimative Know-How für die Instandhaltung. Aus der Praxis – für die Praxis! Bestellen Sie Condition Monitoring Praxis in unserem Shop für nur 46 Euro unter: shop.engineering-news.net

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