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SMARTLEVEL-Technologie für die zuverlässige Füllstanderfassung
06.07.2010 | Die Füllstanderfassung mit konventionellen kapazitiven Sensoren stößt schnell an ihre Grenzen, wenn Flüssigkeitsfilme, Verschmutzungen oder Anhaftungen in Sensorhöhe auf der Behälterinn- und Außenwand die Messung beeinträchtigen und zu Fehlschaltungen führen.
Mit neuen kapazitiven Sensoren in SMARTLEVEL-Technologie lassen sich jetzt auch die Füllstände von leitfähigen Medien wie Blut, Essig, Ketchup, Schokolade oder einer stark schäumenden Flüssigkeit wie Bier zuverlässig erfassen.
Kapazitive Näherungsschalter oder Sensoren haben sich in der Füllstandmessung einen festen Platz erobert. Man kann mit ihnen durch die nicht metallische Behälterwandung Füllstände von Flüssigkeiten, Granulaten oder Pulvern erkennen, ohne dass der Sensor mit den Medien in Kontakt kommt. Konventionelle kapazitive Sensoren haben jedoch auch eine Reihe von Nachteilen. So muss die Empfindlichkeit des Sensors so eingestellt werden, dass nicht schon die Behälterwandung an sich, sondern erst die Behälterwandung zusammen mit dem Medium das Signal auslöst. Diese Kalibrierung erfordert viel Zeit und ist immer wieder Ausgangspunkt von Störungen. Besonders schwierig wird es, wenn die Füllstände von stark schäumenden und leitfähigen Flüssigkeiten wie z.B. Bier, Ketchup oder auch Schokolade zu erfassen sind. Verschmutzungen oder Anhaftungen auf Sensorhöhe sowie Flüssigkeitsfilme auf der Innenseite der Behälterwand führen dann fast zwangsläufig zu Fehlschaltungen, die eine korrekte Füllstandbestimmung nahezu unmöglich machen.
Hier wird man umdenken müssen. Es gibt seit neuestem kapazitive Füllstandmelder, die sich z. B. für die Detektion stark leitfähiger, bipolarer Medien wie z. B. Laugen oder Säuren eignen und auch bei schäumenden oder filmbildenden und anhaftenden Medien keineswegs passen müssen.
Eingesetzt werden diese neuen Sensoren in SMARTLEVEL-Technologie, die der Sensorspezialist Balluff auf den Markt gebracht hat, unter anderem in einem Filmkopierwerk zur Füllstandkontrolle von Entwicklerflüssigkeiten. Obwohl sich hier die Medienkonsistenz des Entwicklerbades je nach Einsatzzeit ständig ändert, liefert der neue Füllstandmelder stets korrekte Messergebnisse. Eine regelmäßige Reinigung von Sensor und Behälter in mehr oder weniger kurzen Intervallen ist ebenfalls überflüssig.
Kapazitive Füllstandmelder nutzen für die
Messung die gegenüber Gasen oder Luft unterschiedliche
Dielektrizitätskonstante des zu detektierenden Mediums, um
unterschiedliche Flüssigkeiten, Pulver oder Granulate durch eine nicht
leitende Behälterwand von maximal 4 mm hindurch zu erkennen. Je nach
Abstand und Material des Messobjektes ändert sich die Kapazität in der
Messzone. An diesem physikalischen Prinzip lässt sich nichts ändern, man
kann jedoch einen Schritt weitergehen und dieses Messverfahren so
modifizieren, dass die kapazitive Füllstandmesstechnik auch für bisher
als schwierig geltende Medien verwendet werden kann. Den Beweis
angetreten hat das Balluff Kompetenzzentrum für kapazitive Sensoren,
Balluff SIE Sensorik, mit Sitz in Viernheim, mit seinen neuen
Füllstandmeldern in SMARTLEVEL-Technologie.
Die Sensoren arbeiten ebenfalls kapazitiv, allerdings
mit einer etwa siebenmal höheren Oszillatorfrequenz als herkömmliche
kapazitive Sensoren. Darüber hinaus sammelt ihre Auswerteelektronik mehr
Informationen als sonst bei kapazitiven Sensoren. Sie erfasst nicht nur
den kapazitiven, sondern auch den konduktiven Anteil beziehungsweise
den Leitwert des Mediums. Durch die Und-Verknüpfung von
Kapazitäts- und Leitwertmessung lassen sich viele bisher als unmöglich
geltende Applikationen lösen. Da kompakte Medien hohe, dünne Filme des
gleichen Mediums, aber nur geringe Leitwerte haben, können die neuen
Sensoren problemlos dünne Anhaftungen an der Behälterwand vom realen
Füllstand unterscheiden. Fehlschaltungen bei nicht rückstandsfrei
abfließenden Medien wie z. B. Spül- und Reinigungsmitteln sind damit
ausgeschlossen.
Für den Anwender bringt dieses Prinzip
zahlreiche Vorteile: So sind die neuen Sensoren zu allen
Sensoren kompatibel, die zur Füllstandmessung von Medien mit
Dipolcharakter eingesetzt werden. Dies gilt auch für Tauchapplikationen
und Füllstanderkennungen durch nicht metallische Wandungen mit einer
Dicke von 10 mm. Die nicht leitende Behälterwand wird automatisch
kompensiert. Betauungseffekte an der Behälterinnen- und Außenwandung
beeinflussen die Zuverlässigkeit der Messung nicht. Auch Anhaftungen,
Verschmutzungen und Flüssigkeitsfilme oder Schaumbildungen werden
zuverlässig ausgeblendet. Dies führt erstmals zu einer fehlerfreien
Füllstandkontrolle. Weitere Vorteile: die neuen Sensoren müssen weder
bei der Inbetriebnahme justiert, noch während des laufenden
Betriebs nachjustiert werden. Das gilt auch bei verschiedenen
Wandstärken und Behältermaterialien. Vor allem wenn viele Sensoren
eingesetzt sind, ergeben sich dadurch beachtliche Zeiteinsparungen. Die neuen Sensoren werden für den Einsatz
bei
Wandstärken bis über 10 mm angeboten. Das ist fast das Dreifache wie bei
herkömmlichen Sensoren. In vielen Anwendungen werden dadurch aufwändige
Bypässe mit Schaugläsern für die Messung überflüssig, was wiederum
Installations- und Materialkosten spart. So beispielsweise, wenn der
Füllstand von stark pastösen, leitfähigen Cremes oder Bodylotion beim
Abfüllen direkt durch die nicht leitende Wandung des Vorratsbehälters
hindurch abgefragt werden kann. Ein anderes Beispiel - diesmal
aus der Halbleiterindustrie - ist eine Nassbank zur
Bearbeitung von Wafern und Solarzellen. Hier erfassen die neuen
kapazitiven Sensoren den Füllstand von Säuren und Laugen durch eine
vergleichsweise dicke Wand der PTFE- und PVDF-Behälter. Da auch hier
Bypässe und Schaugläser überflüssig werden, reduzieren sich die
Installations- und Materialkosten. Darüber hinaus profitiert der
Anwender von einer erhöhen Applikationssicherheit.
Selbst in der Luftfahrt kommen Sensoren in SMARTLEVEL -Technologie
mittlerweile zum Einsatz. So rüstet Airbus die Waschräume seines
vierstrahligen Großraumflugzeugs A380 mit einer Mischbatterie der Firma
Aquarotter aus Ludwigsfelde aus. Kern der exklusiven Armatur im
eleganten Airbus-Design sind Tastsensoren in SmartLevel-Technologie. Mit
ihnen können die Flugreisenden assistiert von einer Leuchtdiodenanzeige
bequem die gewünschte Wassertemperatur vorwählen. Der besondere Clou:
Fehlschaltungen sind ausgeschlossen, denn auch hier blenden die
berührungslos arbeitenden Taster anhaftende Verschmutzungen,
Flüssigkeitsfilme und Seifenschaum selbständig aus. Selbst wenn ein
feuchtes Papierhandtuch darüberliegt, wird der Schaltvorgang erst bei
Berührung durch die Hand ausgelöst. Die in vielen kritischen Anwendungen
bewährten Füllstandmesser mussten für diese spezielle Anwendung
lediglich geringfügig mechanisch modifiziert und die Elektronik in ein
kundenspezifisches Kunststoffgehäuse eingebracht und vergossen werden.
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