Extremes Klima durch Feuchtigkeit und Kälte – Verlässliche Füllstandmessung in der Molkerei

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Die hydrostatische Füllstandmessung mittels Druckaufnehmer ist seit Langem etabliert und findet u. a. in Molkereien vielfältige Anwendungen. In den Applikationen treten aber auch immer wieder Probleme auf, wie z. B. Drifterscheinungen oder instabile Messungen. Das passiert meist in den Bereichen, in denen Kondensationsfeuchte entsteht, also ein kaltes Medium in feuchter Umgebung oder im Außenbereich gemessen werden soll, wie beispielsweise bei Lagertanks.

Da diese Probleme im schlimmsten Fall zu einem kompletten Ausfall der Messsensorik führen können, stellen sich viele Anwender die Frage, worin genau die Ursache dafür liegt und welche Möglichkeiten der Abhilfe technisch realisierbar sind. Analysen haben ergeben, dass die Ausfälle oft in der Umsetzung des Messprinzips liegen. Bei der hydrostatischen Füllstandmessung misst ein Drucksensor, der an der tiefsten Stelle des Tanks eingebaut ist, den Druck der über ihm stehenden Flüssigkeitssäule und zu- sätzlich den momentanen Luftdruck. Um nun den korrekten Füllstand zu ermitteln, müssen beide Parameter im Messergebnis berücksichtigt werden. Üblich auftretende Luftdruckschwankungen, von z. B. 50 mbar, führen zum Beispiel bei einem drei Meter hoch gefüllten Tank zu einem Unterschied von 16 Prozent im Messergebnis. Um diese Messungenauigkeit zu vermeiden, muss also der Luftdruck im Ergebnis berücksichtigt werden.

Möglichkeiten zur Vermeidung von Messfehlern

Zur Vermeidung von Messfehlern sind zwei unterschiedliche technische Ausführungen von klimafesten Sensoren im Markt erhältlich:

  1. Druckmesszellen mit Ausgleichskapillaren zur Kompensation des atmosphärischen Drucks
  2. Sensoren mit diffusionsoffener Doppelmembran als Feuchtigkeitssperre
Bei den sogenannten Relativdruckmesszellen mit Ausgleichskapillaren leitet ein dünner Schlauch den Atmosphärendruck von der Umgebung auf die Rückseite der Messmembran.

Da der Luftdruck nun auf beiden Seiten der Membran ansteht, bleibt als resultierendes Messsignal nur noch der tatsächlich vorhandene hydrostatische Druck des zu messenden Mediums im Behälter. Bei dem anderen Verfahren mit geschlossener Relativdruckmesszelle und eingebauter diffusionsoffener Doppelmembran wird jeweils eine eigene Druckmembran für den Atmosphärendruck und den hydrostatischen Druck eingesetzt. Sowohl das Verfahren mit Ausgleichskapillare als auch das Verfahren mit Doppelmembran hat grundsätzlich einen Nachteil: Das Diffundieren von Wasserdampf kann nicht dauerhaft verhindert werden. Wenn nun, wie bereits zuvor erwähnt, Betriebsbedingungen mit einem kalten Medium im Tank und feuchtwarmer Luft an der Außenseite des Tanks herrschen, entsteht das Problem, dass der Wasserdampf kondensiert. Dies geschieht bei Unterschreiten des Taupunktes an der kältesten Stelle im System, der Druckmesszelle. Die bereits in den Sensor eingedrungene Feuchtigkeit führt somit zu Sensordrift bzw. schwankenden Messwerten und, über einen gewissen Zeitraum betrachtet, zur Zerstörung der Messtechnik.