Kapazitive Näherungsschalter oder Sensoren haben in der Füllstandsmessung einen festen Platz. Man kann mit ihnen durch eine nichtmetallische Behälterwandung Füllstände von Flüssigkeiten, Granulaten oder Pulvern erkennen, ohne dass der Sensor mit dem Medium in Kontakt kommt. Konventionelle kapazitive Sensoren haben jedoch auch eine Reihe von Nachteilen. So muss beispielsweise 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 des Behälters führen dann fast zwangsläufig zu Fehlschaltungen, die eine korrekte Füllstandsbestimmung nahezu unmöglich machen.
Für solche schwierigen Fälle gibt es kapazitive Füllstandsmelder, die sich z. B. für die Detektion stark leitfähiger, bipolarer Medien wie Laugen oder Säuren eignen und auch bei schäumenden oder filmbildenden und anhaftenden Medien keineswegs passen müssen. Eingesetzt werden diese Sensoren in Smartlevel-Technologie, die der Sensorspezialist Balluff auf den Markt gebracht hat, unter anderem in einem Filmkopierwerk zur Füllstandskontrolle von Entwicklerflüssigkeiten. Obwohl sich hier die Medienkonsistenz des Entwicklerbades je nach Einsatzzeit ständig ändert, liefert der neue Füllstandsmelder stets korrekte Messergebnisse. Eine regelmässige Reinigung von Sensor und Behälter in mehr oder weniger kurzen Intervallen ist ebenfalls überflüssig.
Unterschiedliche Dielektrizitätskostanten
Kapazitive Füllstandsmelder nutzen die gegenüber Gasen oder Luft unterschiedliche Dielektrizitätskonstante des zu detektierenden Mediums, um Flüssigkeiten, Pulver oder Granulate durch eine nicht leitende Behälterwand von maximal 4 mm zu erkennen. Je nach Abstand und Material des Messobjektes ändert sich die Kapazität in der Messzone. Indem man noch einen Schritt weitergeht und dieses Messverfahren modifiziert, kann die kapazitive Füllstandsmesstechnik auch für bisher als schwierig geltende Medien verwendet werden. Den Beweis angetreten hat das Balluff-Kompetenzzentrum für kapazitive Sensoren, Balluff SIE Sensorik mit Sitz in Viernheim, mit seinen neuen Füllstandsmeldern in Smartlevel-Technologie.
Die modifizierten Sensoren arbeiten weiterhin kapazitiv, allerdings mit einer etwa siebenmal höheren Oszillatorfrequenz. Darüber hinaus sammelt ihre Auswerteelektronik mehr Informationen als sonst bei kapazitiven Sensoren. Denn 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.
Auch für dicke Wände
Für den Anwender bringt dieses Prinzip zahlreiche Vorteile: So sind die neuen Sensoren zu allen Sensoren kompatibel, die zur Füllstandsmessung von Medien mit Dipolcharakter eingesetzt werden. Dies gilt auch für Tauchapplikationen und Füllstandserkennungen durch nichtmetallische 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 Füllstandskontrolle. 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.
Mit ihrem Einsatzbereich für Wandstärken bis über 10 mm sind die modifizierten Sensoren fast drei Mal so stark wie die herkömmlichen. In vielen Anwendungen werden dadurch aufwendige Anpassungen wie Schaugläser für die Messung überflüssig, was Installations- und Materialkosten spart. Auch im Alltag nützlich Selbst in der Luftfahrt kommen mittlerweile Sensoren in Smartlevel-Technologie 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 selbstständig aus. Selbst wenn ein feuchtes Papierhandtuch darüberliegt, wird der Schaltvorgang erst bei Berührung durch die Hand ausgelöst. Die in vielen kritischen Anwendungen bewährten Füllstandsmesser mussten für diese spezielle Anwendung lediglich geringfügig mechanisch modifiziert und die Elektronik in ein kundenspezifisches Kunststoffgehäuse eingebracht und vergossen werden.
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