Vegapuls 67: Radartechnik für den Schüttgutbereich

Da Radarsignale unbeeinflusst von Staub, Luftströmungen, Befüllungslärm oder Temperaturschwankungen sind, bietet diese Technik einen großen Vorteil gegenüber anderen Messverfahren. Dadurch hat sich die Radarmesstechnik in kurzer Zeit fest in der Füllstandmessung von Schüttgütern etabliert.

Bisher kommt die neue Radartechnik aber oft nur dort zum Einsatz, wo andere Messprinzipien deutliche Funktionsprobleme zeigen. Nicht zuletzt auch, weil die bisherigen Sensoren für schwierigste Anforderungen mit hohen Prozesstemperaturen und Drücken ausgelegt waren. Damit waren Radargeräte für einfache Schüttgutanwendungen oft zu teuer und die Nachteile bisheriger Messverfahren mussten in Kauf genommen werden.

Der neue, gezielt für Standardanwendungen im Schüttgutbereich entwickelte Radarsensor Vegapuls 67 schließt diese Lücke und ermöglicht es, die Vorteile der Radartechnik auch in preissensiblen Standardanwendungen zu nutzen.

Radartechnologie für Schüttgutanwendungen

Vergleiche der verschiedenen Messprinzipien zeigen, dass die Radartechnik allen anderen Messverfahren deutlich überlegen ist.

Gegenüber berührenden Messprinzipien wie kapazitive Messung oder geführter Mikrowelle sind für das frei strahlende Radar Abzugkräfte und abrasive Produkte kein Problem. Die Wägetechnik scheitert oft am großen Aufwand für die Entkopplung der Rohrleitungen. Die elektromechanischen Lotsysteme benötigen einen hohen Wartungsaufwand und die erforderliche Verkabelung in Vierleitertechnik erhöht die Inbetriebnahmekosten.

Die Vorteile des Radarmessverfahrens werden besonders deutlich beim Vergleich mit der weit verbreiteten Ultraschalltechnik. Vor allem die starke Staubentwicklung und die Luftströmungen während der pneumatischen Befüllung von Pulvern macht den Schallwellen zu schaffen. Die Signale werden erheblich gedämpft und eine Messung während der Befüllung ist oft nicht möglich. Eine starke Lärmentwicklung durch die Befüllung mit z. B. Granulaten lässt die Reflexionssignale im Grundrauschen verschwinden. Die bei manchen Anwendungen vorhandenen starken Temperaturänderungen verursachen erhebliche Laufzeitfehler und eine zusätzliche Signaldämpfung.

Von all diesen physikalischen Einflüssen ist die Radartechnik unbeeinflusst. Die Signalstärke ist lediglich von den dielektrischen Eigenschaften des Schüttgutes bestimmt. Durch den hohen Dynamikbereich der Schüttgutradarsensoren und Antennensystemen mit hervorragender Signalbündelung sind den Anwendungen heute kaum Grenzen gesetzt. Selbst Produkte mit Dielekrizitätskonstanten εr von kleiner 1,5 können noch sicher gemessen werden.

Vom High-End-Gerät zum Universalsensor

Bei der Entwicklung des Radarsensors stand die Anpassung der Elektronik und der Antennensysteme für die Schüttgutmessung im Vordergrund.

Die unterschiedlich schwierigen Prozessbedingungen mussten genauso berücksichtigt werden wie die sichere und zuverlässige Funktionsweise der Sensoren.

Heute verfügen diese Sensoren über einen Dynamikbereich von mehr als 110 dB, was einer um den Faktor 1.000 höheren Empfindlichkeit gegenüber den üblichen Radarsensoren für Flüssigkeitsanwendungen entspricht.

Speziell angepasste Signalauswertungen, Messbereiche bis 70 m, optionale Schwenkhalterungen zur gezielten Ausrichtung der Sensoren sowie Luftspülungen zur Vermeidung von Verschmutzungen der Antennensysteme runden die Anpassung an die Messung von Schüttgütern ab.

Ein weiterer wichtiger Grund für den rasanten Erfolg der Radartechnik im Schüttgutbereich ist die einfache und damit anwenderfreundliche Bedienung der Geräte. Speziell optimierte Grundeinstellungen erlauben die Inbetriebnahme der Sensoren mit wenigen Handgriffen. Zur Optimierung der Messung bei schwierigen Anwendungen reichen einfache Beschreibungen mittels Anwendungsparameter aus.

Aber nicht jede Anwendung ist eine schwierige Messung und benötigt Geräteausführungen für Temperaturen bis 200 °C und Drücke bis 40 bar mit Antennensystemen aus rostfreiem Edelstahl. Für Standardanwendungen sind diese Geräte überdimensioniert und damit zu teuer.

Um den Betreibern von Schüttgutanwendungen mit kleinen Messbereichen und einfachen Prozessbedingungen trotzdem die Vorteile der Radarmesstechnik zugänglich zu machen, wurde der Vegapuls 67 entwickelt.

Durch die bewusste Einschränkung im Temperatur und Druckbereich ist ein kostengünstiges Design eines Schüttgutradarsensors gelungen, das mehr als nur eine Alternative zu den bisher bekannten Messprinzipien wie Ultraschall, elektromechanische Lotung oder sogar der kapazitiven Messung ist.

Mit der Erfahrung aus vielen tausend Schüttgutanwendungen wurde eine Geräteausführung entwickelt, die alle Anforderungen von Standardanwendungen im Schüttgutbereich erfüllt. Eine innen metallisierte Hornantenne aus Kunststoff mit einem Durchmesser von ca. 75 mm sorgt für eine sehr gute Fokussierung der Signale. Die hermetisch dicht aufgebrachte Antennenabdeckung aus Kunststoff wirkt wie eine Linse und verstärkt die Signalbündelung. Sie verhindert zusätzlich das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit. Mit einem Montagebügel kann der Sensor in unterschiedlichen Positionen an der Behälterwand bzw. der Decke befestigt werden. Mit einem Überwurfflansch ist die Montage auf einem Silostutzen möglich.

Wie bei allen Sensoren der Plics-Serie ist die Montage mit wenigen Handgriffen durchführbar und die Verkabelung in Zweileitertechnik möglich. In zahlreichen entwicklungsbegleitenden Testinstallationen bei Kunden mit unterschiedlichsten Messanforderungen musste der Sensor seine Eignung bereits unter Beweis stellen.