Füllstandssensoren finden Einsatz für kontinuierliche Messung der Füllstände von Flüssigkeiten, Schüttgütern u. a. Medien. Entdecken Sie die neuesten Entwicklungen bei Füllstandssensoren mit kapazitiver Füllstandssensor und Füllstandssensor Ultraschall. Unser Artikel beleuchtet aktuelle Marktinnovationen, erörtert vielfältige Anwendungsbereiche und bietet Einblicke in den aktuellen Stand der Technik sowie die neuesten Trends.

Jumo Fuellstandssensor

 

Inhalt

 

Füllstandssensor – Das Wichtigste in Kürze

Getrieben durch den Bedarf an genauerer, effizienterer und vielseitigerer Überwachung in einer Vielzahl von Industrien werden die Füllstandssensoren kontinuierlich weiterentwickelt. Aktuelle Trends umfassen die Integration von IoT-Fähigkeiten für eine bessere Vernetzung und Fernüberwachung, was eine Schlüsselrolle in der Industrie 4.0 spielt. Zudem gibt es Fortschritte in der Miniaturisierung und Energieeffizienz, die eine flexiblere und umweltfreundlichere Einsatzmöglichkeit bieten.

Ein weiterer Trend ist die Entwicklung von Sensoren mit erweiterten Diagnosefähigkeiten, die nicht nur den Füllstand messen, sondern auch Daten zur Zustandsüberwachung und Predictive Maintenance bereitstellen. Dies erhöht die Anlagenverfügbarkeit und reduziert Wartungskosten.

Darüber hinaus werden Sensoren mit höherer Genauigkeit und Zuverlässigkeit unter extremen Umgebungsbedingungen entwickelt, um den Anforderungen spezialisierter Anwendungen wie in der Petrochemie, Pharmazie oder Lebensmittelverarbeitung gerecht zu werden. Die zunehmende Akzeptanz von nicht-invasiven Messmethoden wie Ultraschall- oder Radar-Füllstandssensoren, die eine berührungslose Messung ermöglichen, kennzeichnet ebenfalls die aktuellen Trends in diesem Bereich.

Allrounder für die Füllstandsmessung

27.07.2023 | Vibrationsgrenzschalter erfassen in Chemieanlagen sowie in der Öl- und Gasindustrie zuverlässig den Füllstand oder die Füllhöhe von Flüssigkeiten. Mit dem Füllstandsschalter Vibracon LVL-M3 und -M4 bietet Pepperl+Fuchs zwei neue Serien an Vibrationsgrenzschaltern an – mit Atex- und IECEx-Zulassung für explosionsgefährdete Bereichen.

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Kapazitiver Füllstandssensor für Grenzstandmeldung

29.11.2022 | Der kapazitive Grenzstandmelder Jumo Zelos C01 LS detektiert den Füllstand von Flüssigkeiten und Feststoffen. Dabei kann der Füllstandssensor auch in drucküberlagerten Rohren und Tanks eingesetzt werden. In der Industrie erfüllt er die Anforderungen zum Überlaufschutz, Trockenlaufschutz und zur Medienerkennung.

Der Zelos C01 LS eignet sich für den Einsatz in Flüssigkeiten und Schüttgütern unter Temperaturen zwischen -40° bis +200 °C. Auf Basis der einzigartigen Auto-Kalibrierfunktionalität erkennt der Sensor die Grenzstandmessung zuverlässig und langzeitstabil. Nach der Konfiguration können die beiden Schaltausgänge automatisch zwischen Messmedium und Reinigungsmedien oder Schaum sicher unterscheiden.

Der Füllstandssensor erkennt zudem Anhaftungen. Das Produktdesign trägt der Miniaturisierung in der Sensorik Rechnung. Die Montage erfolgt problemlos mit einem standardisierten Drehmomentschlüssel. Die Abdichtung zum Medium erfolgt über die Sensorspitze. Somit wird keine separate Dichtung benötigt. Eine Verwechselung ist ausgeschlossen.


Industrial Ethernet Encoder und andere Industrie 4.0 Drehgeber


Kurzschlussschutz und Verpolschutz bieten zusätzliche Sicherheit. Eine antivalente Schaltung erkennt Leitungsfehler wie einen Kabelbruch. Durch ein Firmware-Update-Profil kann der Sensor im eingebauten Zustand aktualisiert werden. Dadurch werden Stillstandszeiten der Anlage minimiert. Als Ausgangssignale stehen PNP, NPN, push-pull und IO-Link zur Verfügung. Eine 360° leuchtende Statusanzeige zeigt den Sensorzustand nach Namur und VDI/VDE an.

Der Grenzstandmelder verfügt über die Schutzarten IP67 / IP69. Die medienberührenden Teile bestehen aus Peek mit einer homogenen Oberflächenrauheit kleiner Ra 0,8 µm. Der Füllstandssensor hat umfangreiche Zulassungen für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie, Bahntechnik und im Schiffbau. Weiterhin werden die Anforderungen nach den Wasserhaushaltsgesetz (WHG), eigensicheren Explosionsschutz und elektrischen Sicherheit nach UL erfüllt.

Der Zelos C01 LS überwacht Behälter, steuert Ventile SPS-Eingänge oder Warnsignale an und schützt Pumpen vor dem Trockenlaufen. Typische Einsatzfälle sind Vorratstanks für feste und flüssige Lebensmittel, Sand oder Granulate sowie Wasser und Abwasser. Die automatische Medienerkennung kann speziell mit und ohne Software eingelernt werden.

Füllstandssensor misst ungewöhnlich viele Medien

15.08.2022 | Der neue Füllstandssensor Combilevel PLP70 von Baumer passt sich automatisch an außergewöhnlich viele Medien an. Mit dem großem Touch Display ist er sehr bedienerfreundlich in der Prozessüberwachung. Der potentiometrische Füllstandssensors bewältigt eine niedrige Mindestleitfähigkeit des Mediums. Bislang konnte das Vorgängermodell LSP Medien mit einer Leitfähigkeit ab 50 Mikrosiemens/cm messen.

Der Füllstandssensor detektiert selbst Füllstände von Prozessmedien mit sehr niedriger Leitfähigkeit größer als 10 Mikrosiemens/cm. Er stößt damit in bislang unerreichte Grenzbereiche vor und eignet sich auch für Medien wie Prozesswasser. «Der PLP70 lässt sich besonders gewinnbringend einsetzen bei hoher Sortenvielfalt oder häufigem Medienwechsel. Durch das medienunabhängige Messprinzip bietet der Sensor auch bei den anspruchsvollsten Applikationen höchste Genauigkeit und Wiederholbarkeit», sagt Produktmanager Julian Budde. Als Beispiele für schwierige Anwendungen seien Prozesse mit schwer messbaren pastösen, anhaftenden oder schäumenden Medien mit niedriger Leitfähigkeit genannt.

Der potentiometrische Füllstandssensor PLP70 hat eine IO-Link Schnittstelle. Er ist flexibel einsetzbar für eine effiziente Prozessüberwachung und Prozessregelung. Mit exakten und zuverlässigen Messergebnissen können Prozesse optimiert werden wie die präzise Füllstandsüberwachung von Vorlaufbehältern und Lagertanks. Der Füllstandssensor eignet sich dank kurzer Ansprechzeit von weniger als 100 ms besonders für hochdynamische Prozesse mit schnellen Füllstandswechseln in Abfüllanlagen.​ 

Die Einsatzbereiche schwimmerloser potentiometrischer Füllstandssensoren umfassen industrielle Anwendungen von Prozesstanks, Reinigungsanlagen, Filteranlagen, Landwirtschaftsmaschinen, Wasseraufbereitungsanlagen bis hin zu hygienischen Anwendungen in Abfüllanlagen, Lager- und Puffertanks, Vorratsbehälter, Filteranlagen, Prozesstanks oder Reinigungsanlagen).

Das Baumer Display zeigt alle benötigte Informationen übersichtlich an – auch zur Erfassung aus der Ferne. «Zur einfachen Prozessüberwachung trägt wesentlich der Wechsel der Hintergrundfarbe bei, die den aktuellen Prozesszustand weithin sichtbar anzeigt», erklärt Produktmanager Julian Budde. Das Touch-Display gestattet eine komfortable Bedienung direkt am Sensor. 

Ultraschall und Radar Füllstandssensor mit IO-Link für das IIoT

18.02.2021 | Turck bietet für das Erfassen von Grenzständen oder Messen von Füllständen ein umfassendes Portfolio für verschiedene Medien und Umgebungsbedingungen. Darunter befinden sich auch der nachfolgend vogestellte Ultraschall Füllstandssensor und der Radarsensor zur Füllstandmessung. IO-Link Schnittstellen machen die Sensoren IIoT tauglich.

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Füllstandssensor für Viskose Medien

25.10.2020 | Ein Füllstandssensor auf Basis der Cortec Technologie von EBE erkennt Füllstände auch bei gut leitfähigen und stark anhaftenden Medien wie sie in der Medizintechnik vorkommen. Für nicht leitende Tanks hingegen eignet sich der Sensor Capatec. Mit ihm lassen sich die Toleranzen der eingebauten Kunststoff Bauteile aus Fertigung und Montage ausgleichen.

Die Stärken der Cortec Sensoren zeigen sich bei der klaren Unterscheidung von Volumen und Film sowie bei der Kompensation von externen Störern. EBE hat die Cortec Füllstandssensoren entwickelt, um die Füllstandsmessung von viskoser Flüssigkeit erheblich zu verbessern. Oftmals ist bei stark anhaftenden Flüssigkeiten eine Füllstandüberprüfung mit berührungslosen Sensoren nicht zuverlässig. Konventionelle berührungslose Füllstandsschalter stoßen beim Messen filmbildender Flüssigkeit meist an ihre Grenzen. Füllstandsschalter auf Basis der Cortec Plattform hingegen detektieren Flüssigkeitssäulen in nichtleitenden Behältern zuverlässig und durchschauen nicht nur die Wände der Behälter sondern auch Anhaftungen.


Induktiver Sensor erfasst weltweit erstmals Carbon


Die von EBE entwickelten Auswertealgorithmen sind für unterschiedlichste Einsatzbedingungen auslegbar. Die Cortec Technologie ist ein mehrkanaliges kapazitives Messverfahren, welches die Messelektroden in einem definierten Spektralbereich anregt. Bedingt durch den anhaftenden Film an den Behälterwänden treten bei klassischen kapazitiven Sensoren leicht Fehlmessungen auf. Beim Cortec spielt es keine Rolle, wie stark ein Medium anhaftet und leitet oder wie zäh es ist. Der Füllstand wird zuverlässig gemessen.

Füllstandsmessung in der Medizintechnik

Die größte Herausforderung für die Füllstandsmessung stellen Außenwände von Behältnissen dar, die mit einem Film belegt sind. Solche Einsatzfälle kommen oft in der Medizintechnik beim Messen von Blut oder Sekreten vor. Gleichzeitig ist in der Medizintechnik ein Kontakt mit dem Medium nicht möglich, weil Sicherheit und Sterilität höchste Priorität genießen. Beide für konventionelle Sensoren schwierigen Bedingungen meistern die Coretec Füllstandssensoren problemlos. 

Die Füllstandssensoren durchschauen Anhaftungen von Blut, Sekreten oder auch Flüssignahrung, während sie völlig kontaktfrei außerhalb der Behälter hinter einer Schutzwand oder in einem dichten, fugenlosen und dadurch einfach zu reinigenden Gehäuse sitzen. Dort kann sie nichts berühren oder beschädigen.

EBE konstruiert und fertigt für OEM Partner einbaufertige Füllstandslösungen auch mit Gehäuse und kundenspezifischer Schnittstelle. Die Sensoren eignen sich z. B. bestens für den Einsatz in Ernährungs- und Infusionspumpen, Dialysegeräten, zu Urinüberwachung oder Sekret- und Wundabsaugung. Die Sensoren messen sicher Füllstande von Absaugpumpen, Blutproben oder in der Labordiagnose sogar bei sehr eingen Platzverhältnissen. Die Technologie ist zudem für reine Detektionsaufgaben geeignet. Das bietet zusätzlich die Möglichkeit zur Schlauchüberwachung mittels kapazitiver Sensorik.

Füllstandssensor mit Luftspalt Kompensation am Tank

Der Füllstandssensor an einem Wechseltanksystem muss oft mit schwankenden Spaltmaßen umgehen. EBE hat für nicht leitende Tanks eine kombinierte Füllstandssensoren Lösung mit Luftspalt Kompensation zur berührungslosen Füllstandsmessung entwickelt. Mit dem Sensor Capatec lassen sich die Toleranzen der eingebauten Kunststoff Bauteile aus Fertigung und Montage ausgleichen.

Die bei der Herstellung von Kunststofftanks und Geräte Kunststoffrahmen entstehenden Fertigungstoleranzen verursachen die schwankenden Spaltmaße zwischen Tankwand und dem Geräterahmen von Behältern. Messabstände können aber auch durch variable Wandstärken, thermische Verformungen der Kunststoffbauteile oder nicht korrekt eingesetzte Tanks beeinflusst werden. Übersteigen die gemessenen Füllstand Schwankungen dabei 2 mm und mehr, wird die Füllstandsmessung für handelsübliche kapazitive Sensoren problematisch. Die neue Füllstandssensor Technologie von EBE wurde speziell für solche Anwendungen konzipiert.

Der neue Kombisensor von EBE kompensiert den Effekt schwankender Spaltmaße. Der kapazitive Füllstandssensor mit Elektrodenstruktur und µController wurde zusätzlich mit einem induktiven Näherungssensor ausgestattet. Der Füllstand wird von außen kapazitiv durch Tankwand, Tankhöhle sowie Geräterahmen gemessen. Dank des Näherungssensors wird der tatsächliche Abstand zwischen Tankoberfläche und Sensoren Oberfläche gemessen.

Ein kleines Stück Aluminium reicht hier als Gegenstück für den Indutec Sensor völlig aus. So lassen sich die Parameter für den kapazitiven Sensor, abhängig vom individuell vorhandenen Luftspalt, in Echtzeit nachführen. Die Sensoren gibt es als Füllstandssensor oder Grenzwertschalter und als Sensor mit einer kontinuierlichen Messung.

Auf Basis der kundenspezifischen Entwicklung ermitteln die Ingenieure die individuellen Parametersätze einmalig und legen diese im Flashspeicher der Füllstandssensoren ab. Eine Kalibrierung des Füllstandssensors entfällt somit. Es entsteht kein elektronischer Zusatzaufwand. Die für den Näherungssensor notwendige Spulenstruktur ist auf der Leiterplatte des Capatec Sensors integriert. Der µController übernimmt die elektronische Auswertung der Messung und Berechnung.

Die Form und Fläche des kombinierten Füllstandssensors lassen sich an die Gegebenheiten und Anforderungen des Tanks anpassen. Bereits ab einer Sensor Fläche von 25 x 30 mm können Luftspalte und Wandstärken von insgesamt 7 mm oder mehr problemlos überwunden werden. Beläge und Verschmutzungen im Flüssigkeiten Tank spielen keine Rolle. Durch die Beläge entstehen parasitäre Effekte. Diese werden durch die Algorithmen von Capatec kompensiert.

Der Füllstandssensor eignet sich für den Einsatz an Wechseltanksystemen in der Prozessindustrie, an Weißer Ware, bei mobilen Reinigungsgeräten sowie im Sanitär- und Campingbereich.

Füllstandssensor für SIL2 und SIL3 in Köstritzer Brauerei

 

11.02.2020 | Im Bereich Füllstandssensor hat Endress+Hauser jetzt die millionenfach bewährte Liquiphant-Reihe um das neue Modell FTL51 erweitert. Der Liquiphant FTL51 wurde speziell für die Prozessindustrie nach IEC 61508 entwickelt und eignet sich ohne Mehraufwand für den direkten Einsatz in SIL2 und SIL3 Anwendungen.


Ultraschallsensoren für Distanz, Abstand und Füllstand


Das Video zeigt den Einsatz des Liquiphant FTL51 in der CIP Anlage der Köstritzer Brauerei. Dort erhöht er die Sicherheit der Mitarbeiter bei Wartungsarbeiten. Der Füllstandssensor misst zuverlässig, ohne sich durch wechselnde Medieneigenschaften beeinflussen zu lassen. Regelmäßige Proof-Tests nach SIL oder WHG sollen mit dem neuen Grenzstandschalter jetzt einfach und mobil mit einem intuitiven Assistenten durchgeführt und die Ergebnisse im Anschluss automatisch werden können.

IoT Sensor überwacht Füllstand und Position aus der Ferne

16.01.2020 | Mit dem Füllstand Sensor Konzept „Wilsen.sonic.level“ von Pepperl+Fuchs lassen sich mit Hilfe des Internets die Füllstände von Flüssigkeiten und Schüttgütern in Containern, Tanks oder Silos aus der Ferne überwachen. Der IoT-Sensor hat eine integrierte Ultraschallmessung zur Messung von Füllhöhen, Füll- und Pegelständen. 

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Kundenspezifische Füllstandssensoren mit geführter Mikrowelle

10.01.2019 | EGE-Elektronik bietet Füllstandssensoren mit geführter Mikrowelle auch in kundenspezifisch konfektionierten Ausführungen an. Auf Basis seines bewährten Standardsystems ist der Sensorspezialist in der Lage, die Messvorrichtungen zeitnah für unterschiedlichste Tank-Geometrien, Einbaubedingungen oder schwierige Medien auszulegen.

So ermöglichen z. B. abgewinkelte Messsonden auch den seitlichen Einbau in die Tanks. Für Sonden, die in aggressiven Medien zum Einsatz kommen, verwendet EGE spezielle Werkstoffe wie Hastelloy oder Titan.

Durch die spezifische Anpassung an Dielektrizitätskonstanten und Temperaturbereiche der zu messenden Flüssigkeiten gewährleisten die Messsysteme von EGE auch in problematischen Medien und beengten Einbauverhältnissen präzise Ergebnisse.

Beschichteter Ultraschall Miniatur Füllstandssensor

17.04.2018 | Aggressive Medien wie Dämpfe oder Reinigungsmittel können die Sensorfront von Ultraschallsensoren, den sog. Transducer, beschädigen und somit zu einer Beeinträchtigung seiner Funktion führen. Die chemisch robusten Unar / Urar 12 Miniatursensoren von Baumer eignen sich dank einer patentierten, hauchdünnen Parylene-Beschichtung der Sensorfront und einem Edelstahl-Vollmetallgehäuse optimal für solche Umgebungen.

Die kompakten Sensoren sind als Näherungsschalter, Reflexionsschranken und Distanzsensoren verfügbar. Die Einsatzmöglichkeiten sind z.B. die Füllstandsmessung von Farben und Lacken in der grafischen Industrie oder in Drucktanks sowie kompakten Laborbehältern in der pharmazeutischen Industrie.

Dank sehr kurzen Ansprechzeiten von < 6 ms, einer schmalen Schallkeule und dem FDA-konformen Material eignen sie sich auch für schnelle Applikationen wie die Anwesenheitserkennung von Flaschen in Abfüllern in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie. Im Gegensatz zu Ultraschallsensoren mit Metallkappen lassen sich die Sensoren mit Parylene-Beschichtung sehr einfach und ohne weitere Hilfsmittel montieren.

Präzsier Füllstandssensor für Hygienebereich unter Schaum

IFM Fuellstandssensor20.04.2015 | Der neue Füllstandsensor LR2750 von IFM Electronic trotzt verschiedensten, häufig auch reflektierenden Schaumsorten. Das Gerät wurde speziell für anspruchsvolle Applikationen in der Lebensmittelindustrie entwickelt, besitzt ein hygienisches Design und widersteht aggressiven Reinigungsprozessen. Zusätzlich ist der Sensor mit einem „Aseptoflex-Vario“-Gewinde für eine Vielzahl von Prozessadaptern ausgestattet.

Durch den Einsatz hochwertiger und unempfindlicher Werkstoffe wie PEEK und EPDM als Dichtungsmaterial sowie einem Gehäuse aus V4A eignet sich der Füllstandsensor sehr gut für die Innen- und Außenreinigung. Er besitzt die Schutzart IP69K, eine erhöhte Druckfestigkeit bis 40 bar und ist außerdem für hohe Medientemperaturen bis zu 150°C ausgelegt. Diese Weiterentwicklung ist hochgradig resistent gegenüber widrigsten Umgebungsbedingungen wie dem Reinigen per Dampfstrahl.

Äußerst flexibel macht den LR2750 ein optionaler Tankabgleich. Auch in schwierigen Einbausituationen wie an Tankstutzen arbeitet das Gerät exakt und einwandfrei. Es besteht die Möglichkeit, die Sondenstäbe selbst zu kürzen oder auszutauschen. Eine Bevorratung mehrerer Stablängen bei Verwendung verschiedenartiger Tanks entfällt damit, was den Austausch vereinfacht. Ob kleinere Lagertanks, Ausgleichsbehälter, Separatoren oder in der Abfüllung, der LR ist fast überall und beliebig einsetzbar.

Vielseitiger Füllstandsschalter für UL-Listung zertifiziert

Baumer UL Fuellstandssensor15.01.2015 | Der vielseitig einsetzbare Füllstandsschalter „Clever Level LBFS/LFFS“ von Baumer ist nun durch das amerikanische Zertifizierungsunternehmen Underwriters Laboratories Inc. (UL) gelistet worden. Die Prüfung des Clever Level umfasste zahlreiche sicherheitstechnische Aspekte nach den relevanten UL-Normen und Anforderungen. Die renommierte und global akzeptierte UL-Listung als weiteres Qualitätsmerkmal erleichtert den Einsatz des Füllstandschalters in wichtigen internationalen Märkten, vornehmlich in den USA.

Mit der Clever Level Serie LBFS/LFFS bietet dieser Füllstandschalter als Allrounder zahlreiche Vorteile: Er ist für nahezu alle Medien wie Flüssigkeiten, Granulaten oder elektrostatische Medien einsetzbar. Andererseits ist er unempfindlich gegen Anhaftungen oder Schäume, die bei anderen Technologien zu Fehlschaltungen führen können.

Präzise und mit einer Reaktionszeit von weniger als 100 ms detektiert der Clever Level zuverlässig Füllstände in Tanks oder Rohren und schützt etwa Pumpen vor Trockenlauf. Daneben ist er auch in der Lage, verschiedene Medien zu unterscheiden, etwa die Differenzierung von z. B. Wasser und Öl.

Häufige Fragen

Wie funktioniert ein Füllstandssensor?

Ein Füllstandssensor misst den Pegelstand oder die Höhe einer Flüssigkeit, eines Pulvers oder eines anderen Schüttguts innerhalb eines Behälters. Es gibt verschiedene Arten von Füllstandssensoren, die unterschiedliche Technologien verwenden, um den Füllstand zu messen. Die gängigsten Technologien in der Füllstandsmesstechnik umfassen Schwimmersensoren, Ultraschallsensoren, Kapazitive Sensoren, Radar-Sensoren, optische Sensoren.

Wie funktioniert Ultraschall Füllstandsmessung?

Ultraschallsensoren senden Schallwellen aus, die von der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert werden. Die Zeit, die der Schall für Hin- und Rückweg benötigt, wird gemessen und in ein Füllstandssignal umgerechnet.

Wie funktioniert die hydrostatische Füllstandsmessung?

Die hydrostatische Füllstandsmessung basiert auf dem Prinzip, dass der Druck, den eine Flüssigkeitssäule auf den Boden eines Behälters ausübt, direkt proportional zur Höhe der Flüssigkeitssäule über dem Messpunkt ist. Bei dieser Methode wird ein Drucksensor am Boden des Behälters oder in einer bestimmten Tiefe unter der Flüssigkeitsoberfläche platziert. Der Sensor misst den Druck, der durch das Gewicht der Flüssigkeit über ihm erzeugt wird. Da dieser Druck von der Höhe der Flüssigkeitssäule abhängt, kann aus dem gemessenen Druck der Füllstand berechnet werden.

Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: Ege-Elektronik, Endress+Hauser, IFM Electronic, Jumo, Pepperl+Fuchs, Turck.

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Autorenangabe
Angela Struck

Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.