Kurze Ansprechzeit – Die potenziometrische Füllstandsmessung

Neben Hygiene und robuster Bauform spielt natürlich auch die Funktionssicherheit des Sensors eine wesentliche Rolle. Die Vorteile des potenziometrischen Messprinzips liegen dabei auf der Hand: Bedingt durch eben dieses Messverfahren spielen Mediumswechsel bei der kontinuierlich messenden Niveausonde NSK keine Rolle, während kapazitiv messende Sonden aufgrund der sich verändern den Dielektrizitätszahl bei einem Mediumswechsel nachjustiert werden müssen. Lediglich eine Mindestleitfähigkeit von 1 µS/cm muss homogen im Medium verteilt vorhanden sein. Eine Änderung des Leitwerts fällt aufgrund des Messprinzips ebenfalls nicht ins Gewicht. Anhaftungen im Bereich des Messstabes, die bei kapazitiven Sensoren immer wieder zu Problemen führen, verfälschen bei der potenziometrisch messenden NSK den Messwert nicht, da lediglich der im Behälter vorhandene Füllstand bei der Messung relevant ist.

Auch der Überdruck in druckbeaufschlagten Tanks geht beim potenziometrischen Messprinzip nicht mit in die Messung ein, was eine hochgenaue Messung von sehr kleinen Füllständen in druckbeaufschlagten Tanks ermöglicht. Bei der hydrostatischen Differenzdruckmessung, die in solchen Fällen häufig zum Einsatz kommt, sollte, um eine vernünftige Messung zu realisieren, ein Verhältnis von ca. 4:1 zwischen Überdruck und hydrostatischem Druck nicht überschritten werden. Bei Einhaltung dieses Verhältnisses entstehen bei einem Minimalfüllstand im Behälter jedoch immer noch erhebliche Messfehler. Einschränkungen wie diese und so entstehende Genauigkeitsverluste treten bei der kontinuierlichen Füllstandssonde NSK nicht auf. Diese misst vom ersten Millimeter an konstant mit höchster Genauigkeit den Füllstand unabhängig vom Überdruck.

Bei schaumbildenden Applikationen kann das potenziometrische Messverfahren seine Stärken gegen die der berührungslosen (Ultraschall oder Radar) ausspielen. Neben einer Messwertverfälschung erfolgt bei schäumenden Medien bei berührungsloser Messung im schlimmsten Fall überhaupt keine Messwerterfassung. Der Grund dafür ist, dass die ausgesandten elektromagnetischen Wellen von manchen Schäumen vollständig absorbiert werden und deshalb keine Reflexion erfolgt.


Aufgrund der wesentlich geringeren Leitfähigkeit des Schaumes im Vergleich zum flüssigen Medium fallen bei der NSK Messfehler, die durch Schaum verursacht werden, so gering aus, dass sie in der Praxis meist vernachlässigt werden können. Schnelle Füllstandsänderungen können berührungslose Messsysteme wegen Ihrer Trägheit oft nicht erfassen. Die bereits erwähnte, schnelle Aktualisierung der Messwerte bei der NSK erfasst dagegen auch schnelle Änderungen problemlos.

Bekannterweise arbeitet kein Messverfahren in jeder Situation ohne Störeffekte. Dies gilt natürlich auch für das konduktiv-potenziometrische Verfahren.


In homogenen Medien arbeitet es ausgezeichnet, sobald jedoch die Verteilung der Leitfähigkeit im Medium stark inhomogen ist, entsteht ein Messfehler. Temperatursprünge am Messstab selbst wirken sich dank geeigneter Materialwahl nur sehr wenig aus und können meist vernachlässigt werden. Zu beachten ist, dass das Medium unter eine gewisse, sehr geringe Leitfähigkeit nicht abfallen sollte, weil sonst aus Sicherheitsgründen eine Leermeldung erfolgt. Die Spannung am System wäre andernfalls zu störungsbehaftet. Wobei beispielsweise destilliertes Wasser immer noch problemlos zu messen ist. In manchen Extremsituationen können speziell am oberen Stabende leitfähige Brücken vom Stab zur Tankwand bzw. zur Gerätemasse entstehen, die dann einen fehlerhaften Messwert verursachen. In diesem Fall leistet jedoch eine optionale Isolierung des Messstabes am oberen Stabende in den meisten Fällen Abhilfe.

Die Grundidee zum potenziometrischen Niveaumessverfahren besteht darin, an einem metallisch-leitenden Stab (Potenziometerbahn) eine Spannung anzulegen. Das im Tank vorhandene Medium wirkt als Potenziometerschleifer und greift vom Messstab eine Teilspannung ab (siehe Bild 2), die an der Tankwand gemessen werden kann. Die ermittelte Teilspannung wird ins Verhältnis zur Spannung am Messstab gesetzt, und daraus wiederum ergibt sich unmittelbar das Maß für den relativen Füllstand. Das Messverfahren ist in weiten Grenzen von der Leitfähigkeit des Mediums unabhängig. Lediglich eine Leitfähigkeit von 1 µS/cm muss im Medium vorhanden sein. Ein Einbau der Sonde von unten ist ebenfalls möglich.

Anwendung findet die kontinuierliche Niveausonde NSK oftmals in kleinen druckbeaufschlagten Tanks, wie Sie in Brauereien häufig vorkommen. Hierbei erfüllt, wie bereits erwähnt, die hydrostatische Differenzdruckmessung nicht immer die Genauigkeitsansprüche der Anwender. Eine berührungslose Messung ist für solche Anwendungen oftmals zu teuer. Eine hochgenaue und dabei kostengünstige Lösung ist die kontinuierliche Füllstandssonde NSK von Negele.


Die Hauptanwendung findet die NSK in Vorlaufbehältern von Füllmaschinen und liefert dort einen wichtigen Parameter zur Regelung des Vorlaufdruckes. Mit der NSK lassen sich in Abfüllmaschinen aufgrund der sehr kurzen Ansprechzeit hochgenaue Dosiervorgänge realisieren, da der sich ändernde Füllstand und der damit verbundene Vorlaufdruck aufgrund der kurzen Ansprechzeit sehr rasch nachgeregelt werden kann. Insbesondere in Füllmaschinen mit wechselnden und pastösen Abfüllprodukten eignet sich die NSK aus den bereits beschriebenen Gründen sehr gut für eine genaue und hygienisch optimale Füllstandsmessung.


Die im Applikationsfoto gezeigten Sonden sind in den Vorlaufbehältern einer Füllmaschine in einer Molkerei eingebaut. Dabei wurden Sie über optional lieferbare Milchrohradapter in den vorhandenen Prozessanschluss eingebracht. Die Sonden übernehmen hier die Füllstandsmessung die das wesentliche Kriterium für die Regelung des Vorlaufdruckes ist. In diesem Anwendungsfall werden Medien wie beispielsweise Quark und Joghurt abgefüllt. Dabei ist es für den störungsfreien Betrieb wichtig, dass Anhaftungen, die bei solchen Medien immer entstehen, den Messwert nicht verfälschen. Dieser Anforderung wird die NSK aufgrund des Messprinzips gerecht.


Bei einem Mediumswechsel, wie er hier öfter vollzogen wird, kann die Sonde ebenfalls ein gutes Stück zur Flexibilität des Anwenders beitragen, da, wie bereits erwähnt, kein Nachjustieren beim Wechsel des Produktes notwendig ist. Dies steigert die Geschwindigkeit und damit die Effizienz der Anlage.


Die kurze Ansprechzeit ist neben der ausgereiften Anlagentechnik Garantie dafür, dass Becher für Becher mit der selben Menge befüllt werden.