CITplus - Mit modularen Systemen für geführte Mikrowellen bietet die Firma Bopp & Reuther Messtechnik eine Alternative zu herkömmlichen Füllstandmessungen.

Die TDR Technologie (Time Domain Reflection), also die Laufzeitmessung von geführten Mikrowellen, ist die Technologie mit der größten Umsatzsteigerung im Bereich der Füllstandmessung.
Die Vorteile liegen in der verwendeten Messmethode mit umgebungsunabhängigen Mikrowellen. Auf diese haben Temperatur-, Druck- oder Mediums-Änderungen keinen Einfluss. Weitere Vorzüge sind der modulare Aufbau und die einfache Montage und Inbetriebnahme dieser Füllstandsonden.
Die geführte Mikrowelle erlaubt darüber hinaus, dass die Energiepulse konzentriert an einem Metallstab oder Seil geführt werden. Die Messung ist somit unabhängig vom Abstand zur Tank- oder Behälterwand und zu möglichen Tankeinbauten. Diese können Echos und somit Störimpulse erzeugen, die bei frei abstrahlenden Messprinzipien aufwändig durch die Elektronik und Softwarealgorithmen kompensiert werden müssen. Ein oft genannter Nachteil von mediumberührten Sonden ist der Kontakt mit dem Messstoff. Wettgemacht wird dieser Nachteil aber durch die Verwendung von chemisch beständigen Werkstoffen wie PTFE, die einfache Parametrierung und Implementierung.

Das Messprinzip
Die von der Elektronik erzeugten Mikrowellenimpulse werden entlang der Sonde zur Oberfläche des Messstoffes geführt und von dieser reflektiert, so dass die Laufzeit dem Füllstand proportional zugeordnet werden kann.
Drei Standard Sondentypen kommen zum Einsatz, um die unterschiedlichsten Anwendungsanforderungen abzudecken:

• Einstabsonde: für kleinere Lager- oder Zwischenbehälter
• Seilsonde: für Behälter oder Silos bis 20 m Höhe
• Koaxialsonde: für Medien, wie Flüssig­gase mit niedrigem Dielektrikum

Die Füllstandsonde MG1 („Mikrowelle Geführt-1") der Bopp & Reuther Messtechnik ermöglicht durch ihren modularen Aufbau (Baukastensystem) eine sehr schnelle und einfache Montage und erlaubt außerdem eine nachträgliche Anpassung an die kundenspezifische Applikation.

Sonden-Baukasten
Bestehend aus folgenden Grundbestandteilen können anwendungs-/kundenspezifische Füllstandsonden individuell montiert und angepasst werden:
Sonden-Kopf

Gehäuse: zur Verdrahtung und ­Umgebungsschutz der Elektronik

• Elektronik: zur Mikrowellen-Erzeugung und -Auswertung
• Einkopplung: zur Mikrowelleneinkopplung auf einen metallischen Leiter

Sonden-Typ

• Einstabsonde: Edelstahlstab
• Seilsonde: Edelstahlseil mit ­Beschwerungsgewicht
• Koaxialsonde: Einstabsonde mit ­Schutzrohr

Dieses vollmodulare Konzept ist Garant für eine einfache Lagerhaltung von Komponenten und spart beim Kunden oder Lieferanten Kosten, da nur standardisierte Sonden-Köpfe bevorratet werden müssen. Die Komponenten zur Komplettierung sind Standard-Halbzeuge wie Edelstahlstäbe, -seile und -rohre, die überall leicht bearbeitet und beschafft werden können.
Selbst vollisolierte Stabsonden können im Nachhinein um- oder aufgerüstet werden. Auch bei diesem Sonden-Typ wurde die Konstruktion so gewählt, dass jederzeit aus einer einfachen Edelstahl-Stabsonde eine vollisolierte PTFE-Version gefertigt werden kann.
Die Sonden vom Typ MG1 werden kundenspezifisch von Bopp & Reuther Messtechnik kalibriert ausgeliefert, so dass die Füllstandsonde im Idealfall beim Kunden nur noch verdrahtet werden muss. Beim Einschalten der Versorgungsspannung, sind die anwendungsspezifischen Daten (4 - 20 mA, 0 - 100 %-Bereich) bereits programmiert. Somit ist die sofortige Funktion gewährleistet. Ein Servicetechniker des Lieferanten ist für die Inbetriebnahme damit überflüssig, wodurch an der Messstelle weitere Kosten gespart werden.

Schnelle Reaktionszeiten
Die existierenden 2-Draht TDR-Geräte sind in Ihrer Auswertegeschwindigkeit begrenzt, da nur limitierte Rechenleistung (Energie) aufgrund des 2-Draht Konzeptes zur Verfügung steht. 4-Draht Geräte hingegen haben genügend Leistung zur Verfügung, um besonders schnell und zuverlässig zu messen. Reaktionszeiten von 0,2 s sind Standardwerte, um solche Geräte auch für kleinere Tanks einsetzen zu können. Bei kleinen Behältern sind sehr schnelle Füllgeschwindigkeiten zu erwarten (ca. 200 - 400 mm/s; je nach Pumpenleistung), so dass entsprechend schnelle Reaktionszeiten erforderlich sind. In solch kleinen Tanks hatte bisher die kapazitive Messtechnik ihr Haupteinsatzgebiet, da diese durch das integrative Messprinzip, sehr schnell Kapazitätsänderungen auswerten und ausgeben kann. Mittels analogen Schaltaufbaus sind Reaktionsgeschwindigkeiten von wenigen Millisekunden möglich. Ein Nachteil der kapazitiven Messmethode, die Mediums-Abhängigkeit und die damit verbundene initiale Sonden-Kalibrierungen vor Ort, entfällt mit dem Einsatz des MG1 TDR Systems des Speyerer Unternehmens.

Wo wird die Sonde angewendet?
Im Anlagen- und Maschinenbau gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Applikationen. Hier werden häufig noch Schwimmersysteme (z. B. Reedkette, Bypasssysteme) eingesetzt, die entweder kontinuierlich den Füllstand messen oder mittels mehrerer Grenzschalter-Einbauten definierte Schaltpunkte erzeugen. Somit können einfache Pumpen- und/oder Ventilsteuerungen realisiert werden.
Diese kontinuierlich arbeitenden Messwertgeber kommen vorwiegend bei kleineren Füllhöhen zum Einsatz, da Messlängen über 2 - 3 m unwirtschaftlich oder anwendungsbedingt nicht geeignet sind. Das häufig auftretende Problem von festsitzenden Schwimmern, hervorgerufen durch Ansatzbildung z. B. durch abtrocknende, beschichtende oder hochviskose Flüssigkeiten führt zur Betriebsunsicherheit solcher Systeme. Diese wird oftmals mangels bekannter Alternativlösungen toleriert. Günstige Einkaufspreise und ein einfacher Austausch der Geräte begünstigen dieses Vorgehen. Mit der Füllstandsonde MG1 schließt Bopp & Reuther Messtechnik eine Lücke durch günstigen Preis und exakte Messergebnisse.
Durch schnelle Reaktionszeiten, keine mechanisch bewegten Teile, eine hohe Auflösung und Fehler von unter 1 mm ist die MG1-Sonde prädestiniert für den Einsatz in kleinen Behältern bei chemisch, aggressiven Medien wechselnden Medien mit unterschiedlichen Stoffeigenschaften, wegen der Unabhängigkeit von der Dichte.
Hinzu kommen die einfache Montage und die nachträglich mögliche Modifikation durch das modulare Konzept.
Bei Schaumbildung, kritischen Füllstoffen oder dem Einsatz von Rührwerken finden oft Koaxialsonden Verwendung. Der Einsatz einer Koaxialsonde bei Behältern mit Rührwerken zur Vermischung von Stoffen ist eigentlich ein Widerspruch, da durch die Abschirmung des Koaxialrohrs keine homogene Vermischung der Stoffe gewährleistet werden kann. Bei diesen Applikationen wird das Standard-Koaxialrohr durch eine geschlitzte Variante ersetzt. Durch die Schlitze ist eine homogene Mischung gewährleistet, die Mikroimpulse werden aber weiterhin im geschlitzten Rohr geführt und sorgen somit für eine hohe Zuverlässigkeit der Füllstandmessung.
Das modulare System, die werksseitig durchgeführte kundenspezifische Sonden-Kalibration und schnelle Reaktionszeiten der Bopp & Reuther Messtechnik Füllstandsonde MG1 eröffnen somit neue Möglichkeiten in der Anwendung.