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Fachbeitrag
25.10.2022  |  3108x
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Kapazitive Messtechnik für H2-gashaltiges Kühlwasser

Die kapazitive Messtechnologie realisiert eine sehr schnelle Messung (<1s) und wird auch nicht vom vorherrschenden Dampf oder Druckschwankungen beeinflusst.

Kapazitive Füllstandmessung in Tanks

Füllstandsensoren, die nach dem kapazitiven Messprinzip arbeiten, werden in unterschiedlichen Flüssigkeiten, Pasten, Schäumen und Schlämmen eingesetzt und können in allen Arten und Formen von Tanks, metallisch oder nicht-metallisch, implementiert werden.
Dabei weisen sie eine sehr hohe Präzision in leitenden sowie nicht leitenden Medien auf. Schaut man sich das Ganze in der Praxis an, wird deutlich wie vielseitig einsetzbar das kapazitive Messprinzip in sehr unterschiedlichen Prozessbedingungen ist.

Bewährte Technologie

Für eine stahlproduzierende Anlage wurde eine kontinuierliche Füllstandmessung, die unbeeinflusst von Dampf oder Druck-schwankungen innerhalb eines sehr kleinen Messbereichs funktioniert, mit dem NivoCapa® NC 8000 in Wasser zur Gaskühlung realisiert. Die bewährte Technologie mit aktiver Ansatzkompensation und abstimmbarem Oszillator stellte eine flexible Lösung zur Optimierung der Herstellungsprozesse dar.

Messgenauigkeit

Einer der Top 10 Stahlproduzenten weltweit war auf der Suche nach einer unempfindlichen und zugleich genauen kontinuierlichen Füllstandmessung von Kühlwasser innerhalb sehr kleiner verstreut platzierter Tanks zur Gaskühlung.
Im Zuge der Modernisierung der Produktionsstätten in Indien sollten mehrere Werke mit einer präzisen Füllstandüberwachung ausgestattet werden. Neben dem Befüllen und Entleeren mittels Pumpen, welche Druckschwankungen innerhalb der Tanks verursachen, war das Vorhandensein von H2 Gas als kritischer Faktor für die Auswahl geeigneter Messtechnik zu betrachten.

Korrosionsfeste Bauweise

Mehrere von Sumit Majumder, Geschäftsführer der UWT Indien, und seinem Team durchgeführte Tests vor Ort mit verschiedenen Sensoren machten schnell klar, dass die Tanks mit dem kapazitiven Messprinzip der robusten NivoCapa® NC 8000 Sonde sicher überwacht werden können. Für den kleinen Messbereich der Anwendung von 1150 mm bot die Stabausführung NC 8100 mit einen Gesamtmessbereich bis zu 5 Meter (in der Seilversion bis zu 25 Meter) eine kompatible Lösung.

Vielseitig einsetzbar

Der NivoCapa® NC 8000 ist eine einfache und kostengünstige Füllstandüberwachung von wasserbasierten Flüssigkeiten oder Ölen sowie fließfähigen Pulvern. Gemessen wird die elektrische Kapazität im Prozess, welche proportional zum Füllstand im Behälter ist. Die mechanische Sonde besteht aus dem Messbereich mit flexibler Länge, und der aktiven Ansatzkompensation mit fester Länge. Sie liefert den elektrischen Kapazitätswert des Messbereiches bezüglich der Umgebung (Behälterwand, Mess-/Masserohr oder leitfähiges Material) und ist mit dem Messumformer verbunden.

PFA-Abschirmung

Der Füllstandsensor kann in großen Silos oder Tanks sowie kleinen Prozessbehältern, Pufferspeichern, Trichtern, Wannen, Bypässen oder Fallrohren verwendet werden. Die stabile, verschleiß- und abriebfeste Edelstahlsonde aus 1.4404 (316L) ist durch einen optional erhältlichen PFA Überzug für den Einsatz in aggressiven chemischen Medien bestens geeignet.

Kompakte Bauweise

Die unterschiedlichen Geräteausführungen ermöglichen Installationen von oben, unten und dank abgesetztem Gehäuse auch bei größeren Vibrationen oder sehr geringem Platzangebot. Die Gehäuse sind Aluminium pulverbeschichtet und die hohe Sensibilität ab einem DK-Wert von 1,5 gewährleistet eine hohe Funktionssicherheit und macht den Füllstandsensor flexibel in vielen Medien einsetzbar. Unterschiedliche Dielektrizität wird problemlos ausgewertet und detektiert. Der NC 8000 ist ein 2-Leiterinstrument mit analogen 4…20 mA Ausgangsignal nach NAMUR NE43. Er vereint eine einfach einzustellende Elektronik mit felderprobten Sondenauslegern.

„Active Shield“ Technologie

Die zusätzlich verbaute „Active Shield“ Technologie schützt mit aktiver Ansatzkompensation vor Messfehlern, welche durch Brückenbildung, Schäume, Materialablagerung und Anbackung entstehen können. Der flexible Messbereich kombiniert mit einer sehr hohen Auflösung, stellt präzise Messergebnisse sicher, auch bei extremen Prozesstemperaturen innerhalb eines Bereichs von -40 °C bis zu +200 °C sowie innerhalb eines Prozessüberdrucks bis zu 35 bar.

Schnelle Messung

Der Stabsensor NivoCapa® NC 8100 setzt eine zuverlässige Füllstanddetektion innerhalb der Kühltanks mit einer variierenden Prozesstemperatur zwischen 80 °C und 150 °C problemlos um.
Die kapazitive Messtechnologie realisiert eine sehr schnelle Messung (<1s) und wird auch nicht vom vorherrschenden Dampf oder Druckschwankungen beeinflusst. Der Einbau auf einem Stutzen erlaubt es zudem einen Messbereich bis zum Tankdeckel zu realisieren und mit maximaler Genauigkeit über die gesamte Länge des Sensors zu arbeiten.
Die Füllstandmesser sind mit einem nutzerfreundlichen User Interface inklusive LCD Display mit Bedientasten und Diagnosefunktion leicht zu handhaben.

Internationale Zulassungen

Die Sensoren der kompletten NivoCapa® Serie verfügen neben einer WHG auch über die für die Anwendung innerhalb des Kühlsystems notwendigen internationalen Zulassungen für gas- und staubexplosionsgefährdete Bereiche.
Durch die Umsetzung der praktischen Lösung für eine funktionelle und sichere Füllstandmessung entsprechend den hohen Anforderungen und Standards des Stahlproduzenten wird ein reibungsloser Anlagenbetrieb optimal unterstützt.

Kapazitiver Messtechnik


Um die kapazitive Füllstandmesstechnik zu erklären, ist es wichtig das Grundprinzip eines Kondensators zu verstehen.
Ein Kondensator besteht aus zwei voneinander isolierten, leitfähigen Elektroden. Er hat die Fähigkeit, innerhalb eines elektrischen Feldes, Energie zwischen seinen Elektroden zu speichern.
Gelangt nicht leitfähiges Material (= das Dielektrikum Ɛr) zwischen die Elektroden, erhöht sich die Menge an speicherbarer Energie und damit die Kapazität des Kondensators. Diese wird zusätzlich von den Dimensionen der Elektroden (Flächeninhalt A) und deren Abstand (d) zueinander bestimmt.
Die Kapazität eines Plattenkondensators wird allgemein mit der Formel C = Ɛr * A/d beschrieben.
Mit diesem Verständnis lässt sich nun die Funktionsweise eines kapazitiven Füllstandsensors erklären. Dieser besteht aus einer medienberührenden, metallischen Sonde (Stab oder Seil), die zusammen mit einer leitfähigen Behälterwand als die beiden Elektroden eines Kondensators zu verstehen sind.
Ein nicht-leitfähiges Medium, wie beispielsweise Öl (nicht leitfähige Medien < 1 µS/ cm), bildet das Dielektrikum zwischen diesen beiden Elektroden. Steigt nun der Füllstand an, vergrößert sich die Elektrodenfläche, was wiederum zu einer Erhöhung der Kapazität führt.
Diese Kapazitätsänderung wird vom Sensor erkannt und zu einem, dem Füllstand proportionalen Signal umgewandelt.


Geringer Wartungsaufwand

Funktionsbedingt müssen kapazitive Füllstandsensoren oftmals auf das Medium abgeglichen und kalibriert werden (Leer- sowie Vollkapazität). Der Medienabgleich entfällt, wenn das zu messende Medium leitfähig ist, wie beispielsweise Wasser (leitfähige Medien > 100 µS), da in diesem Fall das Medium selber die zweite Elektrode darstellt. Als Dielektrikum dient die isolierende PFA-Stabummantelung, wodurch das Grundprinzip eines Kondensators wieder gegeben ist.

„Inverse Frequency Shift“ Technologie

  • Eine kleine Änderung der Kapazität ergibt eine relativ große Veränderung in der Frequenz
  • Was diese kapazitive Messtechnik zudem auszeichnet ist die einzigartige im Sensor verwendete „Inverse Frequency Shift“ Technologie.
  • Es wird nicht direkt die Kapazität gemessen sondern vielmehr auch die Änderung einer erzeugten Frequenz ausgewertet.

Sehr hohe Messgenauigkeit

Stellen Sie sich vor sie haben einen leeren Behälter, die Sonde ist nicht bedeckt, die Frequenz ist hoch und die Kapazität niedrig. Jetzt füllt sich der Behälter, die Sonde wird bedeckt und somit fällt die Frequenz und die Kapazität steigt. Was klar zu erkennen ist, eine kleine Änderung der Kapazität ergibt eine relativ große Veränderung in der Frequenz. Dadurch dass die Frequenz ausgewertet werden kann, können bereits kleine Änderungen im Füllstand detektiert werden. Somit ist eine sehr hohe Messgenauigkeit gegeben und der Sensor kann sehr empfindlich eingestellt werden.

Firmeninformation

UWT GmbH
UWT GmbH
* LEVEL. UP TO THE MAX. Die UWT GmbH in Betzigau ist der Experte für Füllstandmesstechnik und ein zuverlässiger, global führender Lösungsanbieter für die sichere und messgenaue Erfassung von Füllständen und Grenzständen in Siloanlagen und materialverarbeitenden Prozessen in verschiedensten Branchen. Ganz gleich, ob Schüttgut, Feststoffe, Flüssigkeiten, Pasten oder Schäume. UWT gilt mit Produktlinien wie Rotonivo®, Vibranivo® oder NivoBob® als Synonym für die perfekte Messtechnik-Lösung in fast jeder Anwendung. Mit zwei Produktionsstätten in Betzigau und auf Malta sowie weiteren Standorten u.a. in den USA, Großbritannien, China, Russland, Indien, Brasilien und Mexiko wurden mittlerweile über eine Million Applikationen in Feld gebracht. Damit steht UWT weltweit für Füllstandmessung auf höchstem Niveau. Das Ganze basiert auf den drei starken Säulen Technology, Performance und Partnership und einer Zusammenarbeit auf Augenhöhe mit den Kunden, Lieferanten, Partnern und den ca. 200 Mitarbeiter*innen. Im Bereich Grenzstand bei Schüttgut hat UWT eine strategische Position im Markt erreicht und mit dem Drehflügelmelder neue Standards gesetzt. Zudem wird eine durchgängige Digitalisierung angeboten: von modernsten eTools, die eine einfache und schnelle Produktauswahl, Konfiguration und Inbetriebnahme ermöglichen, über die leichte, intuitive Bedienung bis hin zur innovativen Gerätekommunikation, für den reibungslosen Betrieb. Die hohe Qualität und Zuverlässigkeit der UWT-Produkte, das robuste Design, die einfache Handhabung und die Langlebigkeit der Sensoren sorgen für geringe Ausfallzeiten, eine hohe Anlagenverfügbarkeit und damit auch für ein hohes Maß an Sicherheit im laufenden Betrieb. Das alles made in Germany. So hat sich auch das Produkt- und Leistungsspektrum kontinuierlich weiterentwickelt und umfasst mittlerweile auch Überwachungs- und Visualisierungssysteme sowie die komplette Anlagenprojektierung - ein weiterer Beweis dafür, wie konsequent die UWT GmbH auf Wachstum ausgerichtet ist. Als inhabergeführtes, deutsches, mittelständisches Unternehmen ist UWT mit einem internationalen Vertriebsnetzwerk in über 70 Ländern mit persönlichen Kontakten vor Ort bestens aufgestellt. Eine authentische und ehrliche Zusammenarbeit mit den Kunden und Partnern zeichnen UWT ebenso aus, wie die engagierten und zufriedenen Mitarbeiter*innen. Der spürbar großartige Teamspirit sorgt dafür, dass sich UWT wie eine große Familie anfühlt – und das ist es, was zählt. - LEITBILD Soziales Engagement und gesellschaftliche Verantwortung sind bei UWT wesentliche Bestandteile der Unternehmensphilosophie. Dabei liegt der Fokus auf Sport, Kultur und Sozialem. Auch Umweltschutz und Verantwortung für die Zukunft werden bei UWT groß-geschrieben. Die Bereitstellung von E-Ladestationen, langlebige, ressourcenschonende Produkte und der Einsatz von Ökostrom sprechen für sich.
Letztes Update: 11.01.2024

Zugeordnete Messe

Messe Powtech 2023
Nutzen Sie die ganze Dynamik der POWTECH – der Leitmesse für Experten der Pulver- und Schüttguttechnologie. Sie ist die Präsentationsplattform für Innovationen und Weiterentwicklungen rund um Prozesse, die aus Pulver, Granulat, Schüttgut und Flüssigkeit Qualitätsprodukte herstellen und verarbeiten – auch im Bereich Umwelt und Recycling. Fünf gute Gründe die POWTECH zu besuchen 1. 360° Verfahrenstechnik Genießen Sie einen 360° Panoramablick über die gesamte Prozesskette der Verfahrenstechnik und tauschen Sie sich mit den Besten der Branche über die neuesten Entwicklungen rund um das Analysieren, Zerkleinern, Sieben, Mischen, Fördern, Dosieren und Kompaktieren von Pulver, Granulat, Schüttgut und Flüssigkeiten aus. Ob Energieeffizienz, Nachhaltigkeit, schonende Verarbeitung oder Prozessoptimierung – als Innovationstreiber rückt die POWTECH immer die aktuellsten Themen, die die Verfahrenstechnik bewegen, in den Fokus. 2. Klarer Fokus auf Pulver-, Granulat- und Schütguttechnologie sowie Verarbeitung von Fluids und Liquids Kompakt und auf kürzestem Weg sind die führenden Anbieter von Grundverfahren für Pulver, Schüttgüter und Flüssigkeiten erreichbar: Angefangen bei Apparatebau und Verfahrenskomponenten, Geräten zum Messen, Regeln und Automatisieren über Produkte in den Bereichen Nanopartikeltechnologie, Sicherheits- und Umwelttechnik bis hin zu Dienstleistungen rund um die Verfahrenstechnik werden Sie hier garantiert fündig. 3. Die perfekte Bühne für Live-Erfahrungen, Austausch und neue Kontakte Die POWTECH ist mehr als eine reine Fachmesse: Hier werden Exponate live getestet und mit Leidenschaft konkrete Lösungen erarbeitet. Über den direkten Austausch unter Experten entstehen Diskussionen auf Augenhöhe und Herausforderungen werden direkt von Grund auf behandelt. So entstehen wirklich wertvolle und nachhaltige neue Kontakte und Geschäftsbeziehungen. Die POWTECH ist außerdem die perfekte Bühne für den Nachwuchs: Neben großen Keyplayern präsentieren auch junge, innovative Startups ihre produkt- und verfahrensmäßigen Neuentwicklungen für die erfolgreiche Zukunft der Branche. 4. Inspirationen für die Verfahrenstechnik von Morgen Meetings, Termine, Kostendruck. Bleibt Ihnen während Ihrer täglichen Arbeit oft kein Raum für Kreativität? Das begleitende Fachprogramm der POWTECH 2023 öffnet neue Blickwinkel. Lassen Sie sich in unserem Expertenforum, Sonderschauen und Pavillons von neuen Impulsen inspirieren, unter anderem zu den Themen Ex-Schutz, Food Life Science Technologies, Serialisierungspflicht oder Reinraumtechnik. 5. Branchenbarometer POWTECH 477 Aussteller aus 29 Ländern und 7.688 Fachbesucher zum Restart der POWTECH 2022 untermauern die Bedeutung für beinah alle Industriezweige, allen voran Chemie, Pharma, Metall und Food. Der Wertschöpfungsbereich Verfahrenstechnik ist weiterhin ein starker Wachstumsmarkt. 2023 trägt die POWTECH der Entwicklung Rechnung, dass sich in vielen Branchen das Pulver- und Schüttgut-Processing mit Fluid- und Liquid-Technologien zu einem integrierten Prozess verbindet und bezieht explizit die Verarbeitung und das Handling von Flüssigkeiten in das Angebotsspektrum mit ein. Des Weiteren werden die bedeutenden Industriezweige Kosmetik und Batterie neu in das Angebotsspektrum mit aufgenommen. Seien Sie dabei und starten Sie 2023 mit neuen Themen und Technologien durch.
26.09.2023 | Messe | 3 Tage | Nürnberg | Eintritt: kostenpflichtig
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