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Druckmessumformer zur Füllstandsmessung - Bestimmung des Tankfüllstands durch Druckmessung

Suchen Sie nach einer genauen und vielseitigen Methode zur Messung von Flüssigkeitsständen? In diesem Blogbeitrag stellen wir Ihnen die hydrostatische Füllstandsmessung mit Druckmessumformern vor, die sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignen. Ihr robustes Gehäuse sorgt dafür, dass sie auch rauen Umgebungen standhalten, und ihr großer Messbereich ermöglicht den Einsatz in einer Vielzahl von Industrieanlagen. Erfahren Sie, wie die hydrostatische Messung funktioniert, lernen Sie die Unterschiede zwischen hydrostatischen Sonden und Druckmessumformern kennen und entscheiden Sie sich für einen relativen oder absoluten Füllstandmessumformer. Wir führen Sie durch die Füllstandsmessung in belüfteten und druckbeaufschlagten Tanks und erläutern die Skalierung des Ausgangssignals und die Einstellung des Offsets anhand praktischer Beispiele. Lesen Sie weiter und erfahren Sie mehr!

Hydrostatische Füllstandsmessung

Es gibt viele verschiedene Methoden zur Messung von Flüssigkeitsständen, und die Wahl der richtigen Methode hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Eine der beliebtesten und vielseitigsten Methoden ist die Messung des hydrostatischen Drucks einer Flüssigkeitssäule. Der hydrostatische Druck einer Flüssigkeitssäule ist proportional zu ihrer Höhe. Wenn man die Dichte der Flüssigkeit kennt, kann man aus dem gemessenen Druck die Höhe der Säule und damit den Füllstand der Flüssigkeit berechnen. Je höher die Flüssigkeitssäule ist, desto größer ist der hydrostatische Druck, den sie auf den Boden des Tanks ausübt. Die Messung dieses Drucks ermöglicht es, den Füllstand einer Flüssigkeit, unabhängig von ihrer Art, genau zu bestimmen.

Die Formel für den hydrostatischen Druck lautet wie folgt:

Hydrostatischer Druck (ph) = Dichte der Flüssigkeit (ρ) * Höhe der Flüssigkeitssäule (h) * Erdbeschleunigung (g)

Es kann auch in folgender Form geschrieben werden:

ph = ρgh

Wo:

  • ph - hydrostatischer Druck (in Pa)
  • ρ - Dichte der Flüssigkeit (in kg/m³)
  • h - Höhe der Flüssigkeitssäule (in m)
  • g - Beschleunigung der Erde (in m/s²; der Standardwert ist 9,81 m/s²)

Beispiel:

Berechnen Sie den hydrostatischen Druck am Boden eines mit Wasser gefüllten Behälters in 10 m Höhe. Die Dichte des Wassers beträgt 1000 kg/m³.

ph = 1000 kg/m³ * 10 m * 9,81 m/s² = 98100 Pa = 0,981 bar

Der hydrostatische Druck am Boden des Tanks beträgt 0,981 bar.

Hydrostatische Sonden versus Druckmessumformer bei der hydrostatischen Füllstandsmessung

Für die hydrostatische Füllstandsmessung werden hydrostatische Sonden oder Druckmessumformer verwendet. Füllstandssonden sind besonders nützlich für Tanks, die belüftet sind oder sich in offenem Wasser befinden. Druckmessumformer sind eine vielseitige und hochpräzise Lösung für die Messung des Füllstands von Flüssigkeiten unter verschiedenen Bedingungen, insbesondere in geschlossenen Tanks, unter extremen Bedingungen wie explosionsgefährdeten Bereichen und bei zähflüssigen Flüssigkeiten. In diesem Blogbeitrag konzentrieren wir uns auf Drucktransmitter und diskutieren mögliche Messlösungen mit ihnen.

Tanks

Für die hydrostatische Füllstandsmessung können wir je nach Anwendung hydrostatische Sonden oder Druckmessumformer einsetzen

Druckmessumformer in der Füllstandsmessung - Anwendungsbeispiele

Druckmessumformer sind in der Füllstandsmessung in verschiedenen Branchen weit verbreitet. Ihre Vielseitigkeit und Genauigkeit machen sie ideal für viele Anwendungen. 

Anwendungsbeispiele:

Chemische Industrie:

  • Füllstandmessung von Rohstoffen, Chemikalien und Produkten
  • Beständigkeit gegen Korrosion und aggressive Chemikalien
    • Füllstandskontrolle
    • Einfache Reinigung und Sterilisation

    Pharmazeutische Industrie:

    • Genaue Messung von Medikamentenständen
    • Einfache Reinigung und Sterilisation

    Energie:

    • Überwachung von Wasserständen in Dampfkesseln
    • Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Drücke

    Wasser- und Sanitärtechnik:

    • Für die kontinuierliche Messung von Wasserständen in Brunnen
    • Wetterfest

Relativdruckaufnehmer vs. Absolutdruckaufnehmer - welche Wahl für die Messung von Flüssigkeiten?

Relativdruckaufnehmero können zur Messung von Flüssigkeitsständen verwendet werden, haben aber einige Einschränkungen. Schwankungen des atmosphärischen Drucks, z. B. durch Witterungseinflüsse, beeinflussen die Messung des Flüssigkeitsstands. Eine Druckänderung von 1 hPa entspricht einer Änderung des Wasserstandes um 1 cm. Daher können Schwankungen des atmosphärischen Drucks Messfehler von ±20 cm verursachen.

Zusätzlich muss der Relativdruckaufnehmer den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit und den atmosphärischen Druck messen. Daher ist ein größerer Messbereich erforderlich, was zu einem größeren Messfehler führen kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in vielen Fällen Absolutdruckmessumformer oder Differenzdruckmessumformer die bessere Wahl für die Messung von Flüssigkeitsständen sind als Relativdruckmessumformer.

Füllstandsmessung in belüfteten Behältern mit dem Druckmessumformer JUMO DELOS SI

Füllstandsmessung in belüfteten Behältern mit dem Druckmessumformer JUMO DELOS SI

Füllstandmessung in Druckbehältern

Bei geschlossenen Behältern, bei denen der Druck nicht gleich dem Atmosphärendruck ist, erfordert die Füllstandmessung besondere Techniken.

Differenzdruckmessung

Zwei Druckpunkte werden zur Füllstandsmessung in geschlossenen Behältern verwendet:

  • Der untere Punkt misst Füllstand und Gesamtdruck.
  • Der obere Ansaugpunkt misst nur den Innendruck des Tanks.

Aus der Differenz der beiden Werte lässt sich der Füllstand berechnen.

Es gibt zwei Möglichkeiten, den Differenzdruck zu messen:

  • Messung mit 2 separaten Transmittern:
    • Drucksensoren können absolut oder relativ sein.
    • Die Druckdifferenz (p2 - p1) wird mathematisch in der Recheneinheit berechnet.
  • Messung mit Differenzdrucktransmitter:
    • Der Transmitter misst die Druckdifferenz direkt.
    • Bei dieser Art von Messumformern werden häufig Membrantrenner eingesetzt.

Beispiel 1: Differenzdruckmessung mit Membrantrenner

Der Differenzdrucktransmitter ist über Kapillarrohre mit den Membrantrennern verbunden und bildet ein geschlossenes System. Die Druckmittler sind am Behälter angeflanscht.

Der hydrostatische Druck der Flüssigkeit, die die Kapillaren füllt, verursacht einen "Vordruck", der bei der Skalierung des Ausgangssignals berücksichtigt werden muss.

Beispiel 2: Differenzdruckmessung mit Membrantrenner, Druckaufnehmer darunter

In diesem Fall ist der Druckaufnehmer unterhalb des unteren Druckpunktes eingebaut.

Die Einbauhöhe des Messumformers hat keinen Einfluss auf die Messung, da der hydrostatische Druck der Flüssigkeitssäule berücksichtigt wird.

Skalierung des Messbereichs

Druckmessumformer bieten die Möglichkeit, das Ausgangssignal an den Messbereich anzupassen. Es gibt mehrere Möglichkeiten der Skalierung:

  • Teach-In Funktion:
    • Einstellen des Messanfangs bei leerem Tank.
    • Einstellen des oberen Bereichswertes, wenn der Tank voll ist.
  • Berechnung der Skalierung:
    • Unter Verwendung von Formeln, die die Dichte der Flüssigkeit, die Höhe der Flüssigkeitssäule und die Gravitationskonstante berücksichtigen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Füllstandsmessung in geschlossenen Behältern spezielle Techniken wie die Differenzdruckmessung erfordert. Es gibt mehrere Mess- und Skalierungsverfahren, die eine genaue Messung unter verschiedenen Bedingungen ermöglichen.

Füllstandmessung in einem Druckbehälter mit Druckmessumformer für Differenzdruckmessung JUMO dTRANS p20 DELTA

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Über die Autorin

Mein Name ist Ewelina Szmit und ich bin seit mehreren Jahren im Bereich Content Marketing tätig und verbinde meine beruflichen Fähigkeiten mit meiner Leidenschaft für das Schreiben. Ich bin davon überzeugt, dass selbst die technischsten Themen interessant und für jedermann zugänglich präsentiert werden können. Außerhalb der Arbeit entfalte ich meine Kreativität beim Erstellen von Zeitungscollagen. Meine Freizeit verbringe ich am liebsten aktiv, indem ich mit meinem Hund spazieren gehe oder laufe.



Ewelina Szmit

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Katarzyna Tracz

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