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Ein Verständnis für die Funktionsweise sowie die Vor- und Nachteile verschiedener Pegelsensoren hilft uns dabei, den geeignetsten Pegelsensor auszuwählen. Im Folgenden werden die gängigen Prinzipien zur Erkennung von Pegeln durch Sensoren erläutert. 1 Laser-Schichtsensor – Der Laser-Schichtsensor ist ein kontaktloser, hochpräziser Schichtsensor mit hervorragenden Leistungsmerkmalen. Sein Funktionsprinzip ähnelt dem von Ultraschall-Sensoren zur Messung des Füllstands – nur werden dabei Ultraschallwellen durch Lichtwellen ersetzt. Der Laserstrahl ist sehr dünn, wodurch er auch dann noch ordnungsgemäß funktioniert, wenn die Oberfläche des Flüssigkeitsspiegels äußerst uneben ist. Laserbasierte Höhenmessgeräte können einen sehr weiten Messbereich abdecken; in der Regel werden dabei Nahinfrarotlichter verwendet. Es erfolgt durch die Verwendung eines halbdurchlässigen Reflektors zur Behandlung des aus dem Lichtstrom emittierten Lasers. Ein Teil wird als Referenzsignal in den Zeitwandler eingegeben, während der andere Teil durch den Laser des halbdurchlässigen Reflektors über das optische System so verarbeitet wird, dass ein paralleler Lichtstrahl einer bestimmten Breite auf die Oberfläche des Objekts gerichtet wird. Die reflektierten Wellen erreichen den Empfänger des Sensors und werden dort in elektrische Signale umgewandelt. Da die Zeit vom Strahlen bis zur Empfangsseite sehr kurz ist, wird ein Abtastkreis verwendet, um sie auf den Bereich von Nanosekunden zu erweitern, was die Signalverarbeitung und die Zeitmessung erleichtert. Daten werden mit einem Mikrocomputer verarbeitet, wodurch ein analoger Ausgangssignal entsteht, das den Flüssigkeitsstand digital anzeigt. Anschließend wird mithilfe von Software die Zuverlässigkeit des Signals überprüft. Sollte im Messsystem ein Fehler auftreten, wird ein Alarm ausgelöst. Diese Sensoren eignen sich für den Einsatz in Bereichen wie der Überwachung von Seen, Flüssen, Stauseen, offenen Kanälen, Gezeiten sowie des Stadt-Wasserstands. 2 Radar-Sensoren für die Messung des Füllstands. Radar-Sensoren für die Messung des Füllstands weisen die gleichen Vorteile wie Sensoren, die auf dem Laserprinzip beruhen. Zudem werden sie nicht vom zu messenden Medium beeinflusst und sind nur wenig anfällig für äußere Einflüsse. Eine erneute Kalibrierung ist nicht notwendig. Allerdings liegt die Messreichweite in der Regel bei maximal 6 Metern. Diese Sensoren eignen sich besonders zur Messung im Inneren großer Behälter mit Heißdampf – beispielsweise in Bereichen wie der Überwachung von Schweröl oder Asphalt. 3 Ultraschall-Sensor für die Messung des Flüssigkeitsspiegels: Der Ultraschall-Sensor nutzt den Zeitunterschied zwischen dem Senden und dem Reflektieren von Ultraschallwellen, um die Höhe des Flüssigkeitsspiegels zu ermitteln. Er ist einfach in der Installation und zeichnet sich durch hohe Flexibilität aus. Allerdings ist er anfällig für Verluste an Energie bei der Übertragung der Ultraschallwellen. Daher eignet er sich nicht für Anwendungen in Umgebungen mit starker Absorption von Ultraschallwellen – wie zum Beispiel in Bereichen mit Schaum, Staub oder Dampf. 4 Statischer Höhenmesssensor: Der Prinzip der Messung eines statischen Höhenmesssensors besteht darin, durch den Einbau eines Drucksensors am Boden den Druckwert zu ermitteln. Die Umrechnung in eine Höhe des Flüssigkeitsspiegels hat den Vorteil, dass sie nicht von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels beeinflusst wird. Allerdings ist je höher die Höhe, desto höher muss auch die Genauigkeit des Sensors für den Flüssigkeitsspiegel sein. Bei längerer Nutzung oder beim Wechsel der Flüssigkeit ist eine Kalibrierung erforderlich. Wird weit verbreitet in den Bereichen Überwachung von Wasserversorgung und -entsorgung in Städten, Abwasserbehandlung, Stauseen, Flüssen, Ozeanen usw. eingesetzt. 5 Schwimmkugel-basierte Höhenmesssensoren: Schwimmkugel-basierte Höhenmesssensoren messen die Änderungen des Flüssigkeitsspiegels anhand der Bewegung der Schwimmkugel. Es handelt sich dabei um mechanische Messverfahren; die Wiederholgenauigkeit ist gering. Solche Sensoren eignen sich nicht für zähe oder mit Verunreinigungen angereicherte Flüssigkeiten – außerdem kann es dazu kommen, dass die Schwimmkugel verstopft. Schwimmkörperbasierte Höhenmesssensoren haben ein breites Anwendungsspektrum und sind kostengünstig sowie praktisch in der Anwendung. Sie werden häufig in Bereichen wie Auffangbecken, Feuerlöschteichen und Abwasserbehandlungsanlagen zur Überwachung eingesetzt, sind jedoch nicht für die Überwachung in der Lebensmittelhygiene geeignet. 6 Schwingquarz-Schalter für die Messung des Flüssigkeitsstands – Schwingquarz-Schalter dieser Art werden in Industriesteuerungssystemen häufig eingesetzt und sind für nahezu alle Bereiche der Flüssigkeitsüberwachung geeignet. Zum Beispiel die kontinuierliche Überwachung des Füllstands von Behältern für Kühlmittel und Schmierstoffe in Fabriken. Der Mechanismus funktioniert folgendermaßen: Wenn Flüssigkeit oder Schüttgut die beiden Schwingungszinken füllt, ändert sich die Resonanzfrequenz. Anhand dieser Frequenzänderung wird ein Schaltsignal ausgesendet. Die Ausgabe ist digital; eine Messung der kontinuierlichen Höhe ist nicht möglich. Es gibt auch die photorefraktive Messmethode: Dabei wird durch einen Sensor ein Lichtquell ausgesendet. Das Licht wird durch den transparenten Kunststoff vollständig reflektiert und erreicht so den Empfänger des Sensors. Wenn das Licht jedoch auf die Flüssigkeitsschicht trifft, wird ein Teil des Lichts in die Flüssigkeit gelenkt. Dadurch kann der Sensor die Verringerung der zurückgegebenen Lichtmenge messen und so die Höhe der Flüssigkeitsschicht überwachen. Die photoelektrische Refraktionsmethode eignet sich nur zur Messung des Füllstands von durchsichtigen Flüssigkeiten. Nachdem wir die Messprinzipien der oben genannten Pegelsensoren kennengelernt haben, können wir je nach Eigenschaften und Zustand der zu messenden Flüssigkeit den geeigneten Pegelsensor auswählen.