Grundlagen der Radartechnik zur Füllstandmessung

3. Radar-Füllstandmesssysteme
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3.1 Übersicht über Verfahren zur Füllstandmessung
Die Messung des Füllstands von Flüssigkeiten oder festen Stoffen in Behältern ist eine
häufig anzutreffende Messaufgabe in der Industrie. Hierzu haben sich viele traditionelle und
moderne technische Verfahren herausgebildet [Webster]. Die Wichtigsten sind im folgenden
kurz erläutert:
Hydrostatisch:
Auftrieb:
Kapazitiv:
Konduktiv:
Vibration:
Thermisch:
Radiometrisch:
Laser:
Ultraschall:
Mikrowelle:
TDR:
Ein Drucksensor wird am Tankboden angebracht und der Differenzdruck
zur Umgebung gemessen. Ein häufig verwendeter Begriff ist „Bodendrucktransmitter“.
Vorteil: kostengünstig; Nachteile: abhängig von der Dichte
des Mediums; geringe Genauigkeit.
a) Die Position eines Schwimmers, dessen Dichte geringer als die der
Flüssigkeit sein muss, wird erfasst;
b) Ein Auftriebskörper („Verdränger“) taucht teilweise in die Flüssigkeit
ein und die Veränderung seines Gewichts wird gemessen;
c) Eine Tastplatte wird mechanisch an die Oberfläche geführt, bis ein
Auftrieb spürbar ist.
Vorteile: relativ kostengünstig; Nachteile: abhängig von der Dichte des
Mediums; Versagen bei starker Verschmutzung.
Es wird die füllhöhenabhängige Kapazität zwischen einer Elektrode, die
in die Flüssigkeit eintaucht, und der Tankwand erfasst. Bei einer elektrisch
leitenden Flüssigkeit muss die Elektrode isoliert sein, hier ist dann die
Isolierkapazität im Bereich der Benetzung wirksam. Nachteile: geringe
Genauigkeit, abhängig von der Flüssigkeit.
Es wird der Stromfluss durch eine Elektrode erfasst, sobald diese mit der
Flüssigkeit in Kontakt kommt. Meist nur als Füllstandschalter ausgeführt.
Es wird die Dämpfung einer vibrierenden Schwinggabel beim Eintauchen in
die Flüssigkeit erfasst. Meist nur als Füllstandschalter ausgeführt.
Es wird die erhöhte Wärmeabfuhr beim Eintauchen eines stromdurchflossenen,
temperaturabhängigen Widerstands in eine Flüssigkeit genutzt,
der elektrische Widerstand verändert sich mit der Eintauchtiefe. Vorteil:
sehr einfach; Nachteile: abhängig vom Medium, geringe Genauigkeit.
Gammastrahlen werden beim Durchtritt durch das Medium stärker
gedämpft als in der Atmosphäre. Vorteil: berührungslose Messung;
Nachteile: Strahlenbelastung, aufwendige Kalibration.
Es wird die Laufzeit eines Laserstrahls, der an der Flüssigkeitsoberfläche
reflektiert wird, ermittelt. Vorteile: berührungslose Messung, sehr gute
Genauigkeit, geringer Strahlwinkel; Nachteile: Verschmutzungsgefahr;
versagt bei Dampf-Atmosphäre; teuer.
Ein Ultraschallsignal wird ausgesendet, an der Flüssigkeitsoberfläche
reflektiert und wieder empfangen. Gemessen wird die Laufzeit des Signals.
Vorteil: berührungslose Messung; Nachteile: Schallgeschwindigkeit ist
stark abhängig von der Gaszusammensetzung und der Temperatur in der
Atmosphäre; versagt bei Vakuum oder bei Dampf-Atmosphäre.
Hierbei wird die Laufzeit eines Radar-Signal, das an der Flüssigkeitsoberfläche
reflektiert wird, gemessen. Vorteile: berührungslose Messung,
nahezu unabhängig vom Übertragungsmedium und der Oberfläche des
Messstoffs; gute Genauigkeit.
Auch „geführte Mikrowelle“ genannt. Ein Verfahren, das ebenfalls die Laufzeit
von Hochfrequenzsignalen misst, die jedoch an einer Leitung entlang laufen,
die in die Flüssigkeit eintaucht. Vorteile: weitgehend unabhängig von Tankeinbauten,
auch sehr schwache Reflexionen detektierbar, gute Genauigkeit.
Radarhandbuch 9