Ultraschall-Füllstandsmessgerät

Ein Ultraschall-Füllstandsmessgerät wird für das gekauft, was es nicht berührt. Wo ein Behälter Abwasser, eine Säure, ein Lebensmittelprodukt oder eine Suspension enthält, muss ein medienberührtes Gerät das Medium überstehen und danach gereinigt werden, und ein Schwimmer oder eine Sonde muss zugänglich sein. Von oben über der Oberfläche zu messen vermeidet all das: Der Schallwandler sitzt in der Luft über dem Behälter, und der Inhalt erreicht ihn nie.

Was das an Einfachheit einbringt, wird mit Geometrie bezahlt. Das Gerät braucht einen freien Weg von seiner Fläche zur Oberfläche, und bei einem Behälter mit irgendetwas darin ist das ein kleineres Zugeständnis, als es zunächst scheint.

Wie die Messung erfolgt

Der Schallwandler sendet einen Schallimpuls nach unten und hört dann zu. Der Impuls wird an der Dichteänderung an der Oberfläche reflektiert und kehrt zurück, und das Intervall zwischen Senden und Empfangen ergibt den Abstand; zieht man diesen von der Montagehöhe ab, erhält man den Füllstand. Weil die Schallgeschwindigkeit von der Temperatur der Luft abhängt, die der Impuls durchläuft, führt das Gerät einen Temperatursensor mit und korrigiert die Laufzeit entsprechend; deshalb gehört die Temperatur der Installation zur Auswahl und ist kein Umgebungsdetail.

Aus diesem einen Satz folgen drei geometrische Grenzen, die zusammen entscheiden, ob ein Behälter überhaupt messbar ist. Unmittelbar unter der Fläche gibt es ein Band, in dem das Gerät das eigene Sendesignal nicht vom zurückkehrenden Echo trennen kann, und der höchste Füllstand, den der Behälter erreichen darf, muss darunter bleiben. Der Impuls breitet sich mit der Entfernung aus, sodass der Strahl an einem hohen, engen Behälter die Wand oder einen Einbau erreichen und vor der Oberfläche ein falsches Echo zurückwerfen kann. Und für einen gegebenen Messbereich gibt es einen Mindestabstand zwischen dem Schallwandler und der Behälterwand, weil die Wandreflexion zeitlich dicht bei der Oberflächenreflexion eintrifft.

Kompakt oder getrennt

Die beiden Ausführungen unterscheiden sich nur darin, wo der Kopf sitzt. Die Kompaktausführung trägt den Schallwandler im Kopf und wird am Behälter montiert, was die Anordnung für einen Tank mit freiem Raum darüber und einer erreichbaren Decke ist. Die Getrenntausführung setzt den Schallwandler auf den Behälter und den Kopf dorthin, wo eine Person ihn ablesen kann, was ein niedriger Raum, ein Behälter ohne Zugang oben oder eine Waschzone erfordert.

Es gibt zwei Folgen über die Bequemlichkeit hinaus. Die Getrenntausführung nimmt zusätzlich zur Niederspannung auch eine Netzversorgung auf, sodass sie zu einer Anlage passt, in der am Behälter eine Versorgung vorhanden ist, aber keine Niederspannungszuführung. Und sie führt die Funkoption nicht, die die Kompaktausführung bietet, sodass ein abgelegener Standort ganz ohne Verkabelung stattdessen auf die Kompaktausführung weist.

Messbereich, Totzone und der kleine Behälter

Messbereich und Genauigkeit sind die Werte, nach denen ein Käufer zuerst sucht, und bei diesem Typ reichen sie für sich nicht aus. Die Totzone gehört zur Anordnung des Schallwandlers und nicht zum Messbereich, weshalb das Material für die Kompakt- und die Getrenntausführung über dieselben Messspannen hinweg unterschiedliche Werte nennt und weshalb eine Ausführung mit kurzer Totzone diejenige sein kann, die einen flachen Behälter messbar macht. Die Ausführung mit kurzer Totzone existiert genau für diesen Fall: Sie deckt einen Behälter ab, der nicht tiefer als ein oder zwei Meter ist, mit einer Totzone, die in Zentimetern statt in Zehnzentimetern gemessen wird.

Dieses Verhältnis ist der Grund, warum das Spezifikationsgespräch mit dem Behälter beginnt und nicht mit dem Gerät. Die Höhe des Behälters und der höchste Füllstand, den der Inhalt erreicht, entscheiden gemeinsam, ob das Gerät hoch genug montiert werden kann, um diesen Füllstand aus dem Totzonenband herauszuhalten, oder ob sich Messbereich, Montage oder Technik ändern müssen.

Ausgänge und Steuerung

Das Gerät bietet einen analogen Ausgang 4-20 mA und einen RS-485-Anschluss mit Modbus-RTU, was der übliche Weg in einen Regler oder ein Steuerungssystem ist, sowie ein Paar Relaiskontakte, die für Netzschaltung ausgelegt sind. Die Relais sind es, die ein Gerät eine Aufgabe erledigen lassen und nicht nur berichten: Ein Füllstandsschalter, der eine Pumpe startet oder ein Ventil öffnet, braucht einen Kontakt, und ein Alarm braucht einen weiteren. Die Getrenntausführung bietet vier Kontakte als Option, wo mehr Aktionen nötig sind.

Eine Genauigkeit des analogen Ausgangs von 0,2 % vom Endwert ist getrennt von der Messgenauigkeit angegeben, und die beiden sollten auseinandergehalten werden: Die erste beschreibt die Qualität des Signals zwischen dem Gerät und dem, was es liest, und die zweite beschreibt die Messung selbst.

Messgrenzen und Auswahlkriterien

Die Grenzen der Technik sind die drei geometrischen von oben, und sie sind klar zu benennen, weil jede einen Ausweg hat, der billiger ist als ein anderes Gerät. Ein Füllstand, der in das Totzonenband hineinreicht, lässt sich mitunter durch höhere Montage oder durch ein Steigrohr über den Behälter hinaus behandeln. Ein Strahl, der die Wand erreicht, lässt sich schmaler bündeln, das Gerät versetzen oder der Behälter nach einem anderen Verfahren messen. Trägt die Luft über der Oberfläche jedoch Dampf, Kondensat, Staub oder Schaum, hilft Geometrie nicht weiter, und Radar ist dann meist die Antwort - weshalb die Grenze zwischen den beiden Techniken durch die Atmosphäre über dem Medium gezogen wird und nicht durch den Füllstandsbereich, da beide dieselben Spannen abdecken.

Das Material lässt außerdem mehrere Werte offen, und sie werden aufgeführt statt geglättet. Die Genauigkeit wird im selben Dokument auf drei verschiedene Weisen ausgedrückt, und eine Genauigkeitsklasse ist nicht dieselbe Größe wie ein Prozentwert vom Endwert. Die Totzone unterscheidet sich bei einem Messbereich zwischen den beiden Ausführungen. Die Versorgungsanordnung unterscheidet sich zwischen ihnen. Und der Zusammenhang zwischen dem optionalen Funkmodul und der separaten 4G-Einheit wird nicht erklärt.

Bestellung

Die Größen, die die Antwort festlegen, sind die Höhe des Behälters, sein Durchmesser sowie der höchste und der niedrigste Füllstand im Betrieb; das Medium und der Dampf oder Staub darüber; die Betriebs- und die Extremtemperaturen am Gerät; ob sich an der Oberfläche Schaum, Kondensat oder Turbulenz bildet; was sich im Behälter befindet und wie nah das Gerät an der Wand montiert werden kann; ob der Messwert örtlich zu sehen sein muss oder nur als Signal vorliegen soll; die geforderten Ausgänge und womit sie gelesen werden; ob am Behälter eine Verkabelung vorhanden ist; und die verfügbare Versorgung. Eine Behälterzeichnung beantwortet die meisten dieser Punkte auf einmal und ist das nützlichste einzelne Dokument in der Anfrage. Menge, Bestimmungshafen und gewünschter Liefertermin vervollständigen sie.