VEGA Grieshaber VEGAPULS 64: Berührungslose Füllstandmessung mit höchster Frequenz

Der VEGAPULS 64 liefert medienunabhängig einen millimetergenauen Messwert und zeigt sich unbeeindruckt von den unterschiedlichsten Prozessbedingungen.

In Glasgefäßen kommen bei der Füllstandmessung mit 80 GHz, neben vielen anderen Vorteilen der neuen Radarsensoren, vor allem zwei Aspekte zum Tragen: kleine Prozessanschlüsse und die Möglichkeit, durch nichtleitende Werkstoffe hindurchzumessen.

Gerade im Glasapparatebau sind die Behälter häufig deutlich kleiner als bei anderen Chemieanlagen. Und nicht selten werden neue Verfahren im kleineren Maßstab getestet und anschließend großtechnisch umgesetzt. Eine genaue und zuverlässige Prozessüberwachung ist dabei notwendig. Aber genau hier stoßen viele bisherige Messsysteme an ihre Grenzen. Zum einen ist eine hohe chemische Beständigkeit gefordert, die möglichst der von Borosilikatglas 3.3 oder PTFE entsprechen sollte. Zum anderen sind die Prozessanschlüsse im Allgemeinen meist kleiner als DN 100. Beiden Anforderungen entsprechen die Radarsensoren VEGAPULS 64.

Im Glasapparatebau sind die Behälter oft deutlich kleiner. Daher werden Sensoren mit kleinem Prozessanschluss gefordert, was der VEGAPULS 64 bietet.

Kleine Prozessanschlüsse dank höherer Sendefrequenz

Die Signalfokussierung von Radarsensoren wird im Wesentlichen durch die Sendefrequenz und den Antennendurchmesser bestimmt. In der Praxis bedeutet das, dass bei einer um den Faktor 3 höheren Sendefrequenz, die Radarsignale um denselben Faktor genauer fokussiert sind. Einflüsse durch Behältereinbauten, wie Rührwerke und Heizelemente oder die Montage dicht an der Behälterwand, wirken sich sehr viel weniger auf das Messergebnis aus. Deutlich kleinere Prozessanschlüsse sind möglich. Dennoch wird eine sehr gute Signalfokussierung erzielt. Um eine Fokussierung von ca. 8° zu erreichen, ist bei einem Radarsensor mit 26 GHz-Sendefrequenz ein Prozessanschluss von DN 100 notwendig, bei den 80 GHz-Sensoren VEGAPULS 64 genügt hierfür bereits ein Gewindeanschluss von 1½″. Selbst beim kleinsten ¾″-Anschluss wird noch ein Öffnungswinkel von 15° erreicht. Damit eignen sich die Radarsensoren besonders für den Einsatz in kleinen Behältern mit ebenso kleinen Prozessanschlüssen, wie sie auch in Glasapparaten vorkommen.

Das auf QVF®-Glasanlagen spezialisierte Unternehmen De Dietrich Process Systems nutzt hochfrequente Radarmesstechnik, um den Anwendern eine deutlich bessere Überwachung der Prozesse zu ermöglichen.

PTFE als hochbeständige Prozessabtrennung

Anschlüsse an Glasflansche erfolgen mit Dichtungen aus PTFE und Losflanschringen aus Edelstahl oder Kunststoff. Da Radarsignale Kunststoffe wie PTFE nahezu ohne eine zusätzliche Dämpfung durchstrahlen können, entwickelte Vega mit De Dietrich Process Systems einen Adapter, der ganz einfach auf den bereits bestehenden Prozessanschluss eines QVF®-Glasgefäßes montiert werden kann. Um die Abmessungen auch hinsichtlich der Radartechnik und deren Signalreflexionen optimal zu gestalten, wurde die Form des Adapters von den Vega-Messspezialisten über eine Software simuliert und optimiert. Das Ergebnis ist ein Radarsensor mit einem Prozessanschluss aus hochbeständigem PTFE, der direkt an den Glasflansch eines Glasapparats montiert werden kann. Dieser liefert medienunabhängig einen millimetergenauen Messwert und lässt sich von den unterschiedlichsten Prozessbedingungen nicht beeindrucken.

Um die Vega-Sensoren mit den Glasapparaten zu verbinden, musste eine neue Lösung entwickelt werden.

(K)ein Blick in die Glaskugel

Vor allem bei bereits bestehenden Anlagen sind die Anschlüsse oft alle belegt und es ist nachträglich nicht mehr möglich, einen Prozessanschluss für die Montage eines Radarsensors freizubekommen. Hier bieten die Sensoren von Vega Möglichkeiten, den Füllstand im Behälter genau zu erfassen. Da Radarsignale, wie auch Licht, die Wand eines Glasbehälters durchdringen, kann der Sensor direkt über dem Behälter montiert werden. Der Füllstand wird durch das Glas hindurch erfasst.

Die Vorteile der Radarmesstechnik mit 80 GHz: Die kleinen Sensoren benötigen deutlich weniger Platz, als die bisherige 26 GHz-Ausführung. Und dank der sehr guten Signalfokussierung entstehen weniger Störungen durch Einbauten oder Verbindungen der Glasapparate. Um Reflexionen der Radarsignale an der Glasoberfläche zu reduzieren, kann der Sensor einfach über einer leicht schrägen Stelle des Glasbehälters angeordnet werden. Damit werden die Reflexionen an der Glasoberfläche einfach zur Seite „abgelenkt“ und gelangen nicht als Störreflexion zurück zum Sensor. Eine zusätzliche Dämpfung der Radarsignale beim Durchstrahlen der Glasfläche hat keinen Einfluss auf die Messung. Der VEGAPULS 64 bietet mit einem Dynamikbereich von 120 dB genügend Leistungsreserve.

In der Praxis bewährt

Viele Anwender haben inzwischen die Vorteile der neuen Radartechnologie mit 80 GHz erkannt und solche Sensoren im praktischen Einsatz. Die optimale Lösung ist die Verwendung eines geeigneten PTFE-Adapters, der für den Einsatz in Glasapparaten optimiert wurde. Bei einer Nachrüstung, bei der kein geeigneter Stutzen mehr frei ist, werden die Radarsensoren direkt über dem Glasbehälter montiert und die Messung erfolgt durch das Glas hindurch. Besonders interessant ist diese Möglichkeit bei bewegten Glasbehältern, wie zum Beispiel Rotationsverdampfern. Das Volumen wässriger Lösungen in dem sich drehenden Glasbehälter lässt sich einfach durch das Glas hindurch erfassen. Dabei spielen eine Benetzung der Glasfläche durch das Wärmebad an der Außenseite oder Kondensat an der Innenseite kaum eine Rolle. Der Füllstand wird unter allen Bedingungen zuverlässig erfasst.

„Als VEGA die 80 GHz-Radarsensoren auf den Markt brachte, waren wir sehr gespannt, ob sie sich auch für die QVF®-Glasapparate von De Dietrich Process Systems eignen würden. Der Werkstoff hat – im Vergleich zu den üblichen Materialien von Lagertanks – ganz andere Eigenschaften. Wir haben daher bei der Findung der optimalen Anpassung an unsere Glasapparate sehr effizient und zielführend mit Vega zusammengearbeitet. So gelang der Anschluss der Vega-Sensoren an Glasflansche der QVF®-SUPRA-Line einfach und zuverlässig“, erklärt Claudius Hansel, Mess- & Regeltechniker QVF®, bei De Dietrich Process Systems.

Die gefundenen Lösungen führten letztendlich sogar zur Verwendung weiterer Vega-Sensoren bei De Dietrich Process Systems. „Die Druckmessumformer mit keramischer Messzelle und PVDF-Anschluss passen ebenfalls zu unseren Glasanlagen. Und auch die Vibrationsgrenzschalter mit ECTFE- oder PFA-beschichtetem Prozessanschluss eignen sich hervorragend für die korrosionsbeständigen QVF®-Glasbehälter. Demzufolge verwenden wir mittlerweile für die Messung von Grenzstand, Füllstand und Druck Vega-Lösungen“, verrät Claudius Hansel abschließend.