Um Inbetriebnahme-, Betriebs- und Instandhaltungskosten in der Mess- und Regeltechnik möglichst niedrig zu halten, entwickeln Hersteller von Füllstandmesstechnik Sensoren, die einfach in Betrieb zu nehmen sind sowie schnell und anwendungskompatibel ausgetauscht werden können. Denn Anlagenbauer und -betreiber wollen die Inbetriebnahme ohne teuren Servicezukauf der Hersteller durchführen, zudem soll sie vom eigenen Personal übernommen werden.
Zum Beurteilen von Füllstandmessanwendungen stellen sich jedoch zunächst ganz grundsätzliche Fragen: Welches Messprinzip ist die richtige Lösung? Welche Sensibilität brauche ich für das zu messende Produkt? Welche Parameter oder Signaleinstellungen in der Elektronik muss ich setzen und wie kalibriere ich den Grenzschalter, damit er im Prozess zuverlässig funktioniert? Welche Gerätekonfiguration passt zu meiner Anwendung?
Diese Fragen können von Anlagenbauern und -betreibern oft nicht beantwortet werden. Deshalb ist es für sie wichtig, dass Messtechnik-Hersteller Sensoren entwickeln, die ohne große Fragestellungen für möglichst viele Anwendungen einsetzbar sind und somit die Inbetriebnahme einfach machen, auch um den zeitlichen Aufwand zu senken und Kosten zu sparen. Speziell bei den international weit verbreiteten kapazitiven Füllstandgrenzschaltern ist oft ein hohes Maß an Wissen über das Messprinzip erforderlich, um eine Anwendung zuverlässig zu betreiben.
Messprinzip von Grenzschaltern
Die Elektronik eines kapazitiven Grenzschalters misst die elektrische Kapazität zwischen der in den Behälter ragenden Sonde und der Behälterwand. Wird die Sonde durch das Produkt bedeckt, ändert sich die Kapazität. Diesen Kapazitätssprung nutzt die Elektronik um ein Signal zu schalten. Das Messprinzip macht es allerdings notwendig, dass die Sonde nach dem Einbau in den Behälter kalibriert werden muss. Denn Faktoren wie Behältergeometrie, Sensorbauform, die Einbauposition des Grenzschalters und der DK-Wert (Dielektrizitätskonstante) des zu messenden Mediums sind entscheidend für die Funktion der Sonde in einer Anwendung. Diese Faktoren sind je nach Applikation verschieden und erzeugen dadurch unterschiedliche Grundkapazitäten am Sensor.
Bisheriges Kalibrieren der Elektronik
Beim Kalibrieren der Elektronik wird der passende Schaltpunkt des Signalausgangs gesetzt. Passend heißt, dass der fürs Kalibrieren verantwortliche Mitarbeiter unter Berücksichtigung des DK-Wertes und der Grundkapazität in unbedecktem Zustand eine Schaltschwelle setzt, von der er ausgeht, dass sie bei Bedeckung der Sonde erreicht und überschritten wird. Bei vielen Herstellern erfolgt die Kalibrierung mittels Schraubenzieher an einem Potentiometer oder es müssen Schalter und Jumper gesetzt werden. Hat der dafür Verantwortliche dazu nicht ausreichend Kalibrier-Erfahrung und das notwendige Wissen, kann es sein, dass die Sonde mehrmals kalibriert und nachgestellt werden muss. Dabei kann es auch passieren, dass die Sonde im ungünstigsten Fall gar nicht zuverlässig in Funktion gebracht wird. Der Betreuungsaufwand kann dann so hoch werden, dass der Betreiber zu einem anderen Messprinzip greift.
Elektronik unterstützt das Kalibrieren
Von UWT gibt es auf dem Markt die kapazitiven Grenzschalter RFnivo mit nutzerfreundlicher Elektronik. Diese machen es dem Betreiber einfach, indem sie die Kalibrierung aktiv unterstützen. Nach der Installation der Sonden und dem Zuschalten der Versorgungsspannung, kalibrieren sie sich automatisch selbst und melden an einem Display auf der Elektronikeinheit, wenn eine Fehlfunktion der Sonde vorliegt.
Im Display wird angezeigt, ob die Kalibrierung erfolgreich war und ob die Sonden den für die Anwendung passenden Schaltzustand haben. Zusätzlich wird die aktuell gemessene Kapazität in Pikofarad (pF) angezeigt. Damit hat der Betreiber die Möglichkeit, Rückschlüsse auf die notwendige Sensibilität – ab 0,5 pF – zu ziehen und kann in dem ebenfalls vorhandenen Schnellstartmenü diese noch ändern, falls die Anwendung es erfordert.
Sowohl die Sensibilität und damit der Schaltpunkt als auch verschiedene Signalparameter können in dem Schnellstartmenü verändert werden. Letztendlich ist damit die Inbetriebnahme der Messsonde innerhalb weniger Minuten möglich, ohne dass der Betreiber tief in die physikalischen Zusammenhänge eines kapazitiven Messprinzips einsteigen muss.
Der Vorteil der kapazitiv messenden Grenzschalter ist das breite Einsatzspektrum bei Anwendungen – auch bei extremen Prozessbedingungen mit hohen Temperaturen und Drücken oder sehr anbackenden Medien. Es gibt weiterhin die Möglichkeit, einfache Anwendungen mit einfachen und günstigen Sensorausführungen zu lösen. Die produktberührenden Teile im Prozess bestehen meist aus Edelstahl, die Isolatoren aus Hochleistungskunststoff oder Keramik. Bei besonders aggressiven Anwendungen können diese noch zum Schutz vor Korrosion mit resistenten Kunststoffen beschichtet werden.
Vorteile mit neuer Elektronik
Die neu entwickelte Elektronik bietet dem Nutzer des kapazitiven Messprinzips Vorteile. Mit ihr ist es möglich, die Applikation offen darzulegen, indem die aktuell gemessene Kapazität angezeigt wird – sowohl bei unbedeckter Sonde als auch bei bedeckter Sonde und das auch bei anbackenden Medien. Der kalibrierte Schaltpunkt kann menügeführt abgefragt werden und es wird angezeigt, ob die eingestellte Sensibilität passt oder nicht.
Im Sinne von einfacher und benutzerfreundlicher Messtechnik sind kapazitive Füllstandgrenzschalter attraktiv für Anlagenbauer und -betreiber. Sie haben mit ihren hohen Prozesseinsatzgrenzen den Charakter von Multitalenten und sind in vielen Anwendungen in Schüttgütern und Flüssigkeiten eine Lösung.
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