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Flüssigkeits-Füllstandmessung in hygienischen Prozessen

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06.04.2016 Sauber, sicher und vor allem kompakt sollen Füllstandmessgeräte für den Einsatz in Pharmaanlagen sein. Aber auch die Lebensmittelindustrie legt großen Wert auf hygienisch einwandfreie Messungen.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Das neue Radar-Füllstandmessgerät Vegapuls 64 arbeitet mit einer Signalfrequenz von 80 GHz. Dadurch ist die Messkeule enger fokussiert (3°), als bei den bisher üblichen 26 GHz-Geräten (10°).
  • Die engere Fokussierung führt dazu, dass die Messung auch in Behältern mit komplexen Geometrien und Einbauten gelingt.
  • Die große Dynamik in Verbindung mit dem fokussierten Strahl ermöglicht es, sehr kompakte Sensoren und Antennen zu bauen.

Die berührungslos arbeitenden Radargeräte sind deshalb auch in diesen Industrien im Trend. Trotzdem gab es in der Praxis aufgrund der Einbausituation, der geforderten Genauigkeit und dem abzudeckenden Messbereich Einschränkungen. Mit einem neu entwickelten Freistrahl-Radar werden nun auch solche Anwendungen abgedeckt.

In der Pharmaindustrie geht der Trend zu immer kleineren Produktionsmengen. Für die Produktion der immer potenteren und auch teureren Wirkstoffe werden immer häufiger neue Produktionskonzepte und kleinere Anlagen genutzt. Und je dichter und komplexer die Anlagen, desto höher werden die Anforderungen an die eingesetzte Messtechnik. Klassische Messverfahren wie kapazitive Füllstandsensoren oder andere Prinzipien, bei denen der Sensor vom zu messenden Medium berührt wird, scheiden aus Gründen der Reinigbarkeit und Hygiene oft aus.

In den vergangenen Jahren haben sich deshalb freistrahlende Radargeräte bewährt, bei denen der Sensor den Füllstand berührungsfrei erfasst. Bei Behältern mit Einbauten – das sind beispielsweise Rührer, Stromstörer oder Wärmetauscher – kann es allerdings zu Störreflexionen und Einschränkungen beim Messbereich kommen. Außerdem können Anhaftungen am Sensor, Schaum oder Dämfe das Messsignal stören. Dazu kommt, dass die für die Fokussierung des 26 GHz-Signals erforderlichen Antennen vergleichsweise groß sind – für die immer filigraneren Produktionsmodule der Pharmazeuten häufig sogar zu groß.

Um die Gründe dafür zu verstehen, hilft ein Blick auf das Messprinzip. Dieses beruht auf der Messung der Laufzeit eines Radar-Signals (Mikrowelle), das an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert wird. Beim Puls-Radar besteht das Radarsignal aus kurzen Pulsen, der Füllstand wird aus der Laufzeit der Pulse vom Sender über die reflektierende Oberfläche und zurück zum Empfänger ermittelt. Im Gegensatz zum Puls-Radar liegt beim FMCW-Gerät das Signal kontinuierlich an, die Frequenz wird jedoch moduliert.

Der Radarstrahl tritt vom Sensor mit einem definierten Öffnungswinkel aus: Wie groß dieser ist, d.h., wie scharf fokussiert er auf die zu messende Oberfläche auftrifft, hängt von der Sendefrequenz und der Antennenfläche ab. Je höher die Frequenz und je größer die Antenne, desto besser die Fokussierung. Trifft der Radarstrahl auf Behältereinbauten, dann entstehen Reflexionen, die – wenn sie groß genug sind – vom Sensor als Messsignal fehlinterpretiert werden können. Dieser meldet oder zeigt dann unter Umständen nicht die Füllhöhe, sondern die Position beispielsweise eines Rührflügels.

Heftausgabe: April 2016
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Armin Scheuermann ist Chefredakteur von Pharma+Food

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Armin Scheuermann ist Chefredakteur von Pharma+Food
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