Fluidsensorik

03.01.2023

Füllstandsensoren, Drucksensoren, Durchflusssensoren, Temperatursensoren

Eine wesentliche Grundlage für effiziente und ressourcenschonende Prozesse ist die Überwachung der Prozessparameter. Mithilfe unserer Sensoren haben Sie die Parameter Druck, Temperatur, Füllstand und Durchfluss jederzeit im Blick. SICK bietet ein breites Produktportfolio für Prozesssteuerung sowie die Bevorratung und Überwachung von Flüssigkeiten, Schüttgütern und Gasen.

Druckmessung für Flüssigkeiten und Gase

Die Messung der Zustandsgröße Druck spielt in vielen Bereichen des Anlagen- und Maschinenbaus, der Fertigungsindustrie, des Werkzeugmaschinenbaus, der Verfahrenstechnik und der Herstellung und Veredelung von Nahrungs- und Genussmitteln eine zentrale Rolle.

Je nach Messverfahren wird zwischen Absolut-Drucksensoren, Differenzdrucksensoren und Relativdrucksensoren unterschieden. Absolut-Drucksensoren verwenden ein Vakuum mit einem Druck von fast 0 Bar und Relativsensoren den atmosphärischen Luftdruck als Referenz. Differenzdrucksensoren ziehen zur Messung die Druckdifferenz zwischen zwei Messkammern heran. Je nach Messbereich kommt eine piezoresistive Siliziumzelle oder eine Metall-Dünnfilm-Messzelle zum Einsatz.
 
Die Metall-Dünnfilm-Messzellen werden für Messbereiche von 0 … 10 bar und höher eingesetzt. Sie bestehen aus einer Edelstahlmembran, auf welcher Dehnungsmessstreifen angebracht werden. Dehnungsmessstreifen sind Messelemente, welche schon bei geringen Verformungen ihren elektrischen Widerstand ändern. Die gemessene Widerstandsänderung wird dann in ein übliches Ausgangssignal wie 4 … 20 mA oder 0 … 10 V umgewandelt.
 
Die piezoresistive Messzelle wird für Sensoren mit Messbereichen von 0 … 0,4 bar bis 0 … 6 bar genutzt. Das Funktionsprinzip der beiden Methoden ist ähnlich, der Siliziumzelle misst allerdings nicht aufgrund der Widerstandsänderung. Der Siliziumchip ändert bei Verformung die Kristallstruktur und damit die Beweglichkeit der Elektronen. Der Chip sowie die Aufnahme (Header) sitzen in einer von Membran verschlossenen Kapsel. Diese Kapsel befindet sich in Öl, das den Druck von der Membran auf den Chip überträgt.
Unser SICK-Portfolio umfasst elektronische Druckmessumformer und -schalter, die aufgrund ihrer intelligenten und vielseitigen Konfigurationsmöglichkeiten, der gewohnten Robustheit durch hochwertige Materialien und präzise Messung gepaart mit einfacher Bedienung und Installation für individuelle Kundenbedürfnisse geeignet sind.
 
Erfahren Sie mehr über den PBS plus, den multifunktionalen IO-Link-Sensor für Druckmessung, -steuerung und -überwachung.
 

Temperaturmessung für Flüssigkeiten und Gase

Ob es um die Überwachung von Betriebszuständen im Anlagen- und Maschinenbau oder die Kontrolle und Regelung von sensitiven Prozessen geht: Die zuverlässige und genaue Erfassung der Temperatur ist von grundlegender Bedeutung in vielen Bereichen der Industrie.

Das Messelement unserer Temperatursensoren ist ein Platin-Messwiderstand, welcher abhängig von der Temperatur seinen Widerstand ändert. Bei sogenannten Kaltleitern steigt der Widerstand bei steigender Temperatur und umgekehrt. Platin ist ideal, da sich die Änderung des Widerstands nahezu linear zu Temperaturänderung verhält. Platin-Messwiderstände werden nach Material und dem Nennwiderstand bei einer Temperatur von 0°C benannt. Die Temperatursensoren von SICK sind entweder mit einem Pt100 oder einem Pt1000 ausgestattet. Der gemessene Widerstand wird in ein gängiges elektrisches Ausgangssignal wie beispielsweise 4 … 20 mA, 0 … 10 V umgewandelt, wobei die Messchaltung als 2-Leiter, 3-Leiter oder 4-Leiter ausgeführt ist.
 
Die Produktpalette von SICK umfasst Einschraub- und Einsteckthermometer sowie Temperaturschalter, welche hochwertige Lösungen zur berührenden Messung von Temperatur in Flüssigkeiten und Gasen bietet.
 

Lösungen für Füllstand- und Grenzstandmessung

Für kontinuierliche Füllstandsmessung, Grenzstandmessung oder beides kombiniert, bietet SICK zahlreiche Lösungen mit unterschiedlichen Funktionsprinzipen für Flüssigkeiten und Schüttgüter an. Das innovative Angebot umfasst beispielsweise Sensoren mit geführter Radarwelle, Ultraschallgeräte, kapazitive Sensoren, Geräte nach dem Vibrationsprinzip sowie verschiedene optische Technologien. 

  • Die kontinuierlichen Füllstandsensoren für Flüssigkeiten können Dank des Radarmessprinzips mit geführter Radarwelle den Füllstand fast aller Flüssigkeiten mit Dielektrizitätszahl ≥ 1,8 erfassen. Das Freiraumradar funktioniert in allen Arten von Flüssigkeiten und Schüttgütern, auch unter extremen Prozessbedingungen. Füllstandsensoren der Serie LFR und LBR, basierend auf Radartechnologie, sind modulierte Dauerstrichradargeräte (=FMCW – Frequency Modulated Continuous Wave). Hierbei wird das Radarsignal von der Antenne ausgesendet und von der Oberfläche der Flüssigkeit oder des Schüttguts reflektiert. Die Zeit, welche zwischen Senden und Empfangen gemessen wird, ist direkt proportional zur Distanz zur Oberfläche. Da solch kurze Zeiten nur schwer genau zu messen sind, verwendet FMCW eine Frequenzmodulation und mischt das gesendete und empfangene Signal. Die Differenz der Frequenzen entspricht indirekt der Zeitdifferenz, die den Abstand angibt.

    Eine weitere Radartechnologie findet sich in unseren Sensoren der LFP Serie, die sogenannte Zeitbereichsreflektometrie (TDR – Time Domain Reflectometry), bei welcher die Radarimpulse entlang einer Sonde, welche als Metallstab oder Stahlseil ausgeführt ist, geführt werden. Trifft der gesendete Radarimpuls nun auf die Oberfläche der Flüssigkeit, wird ein Teil diesen Impuls reflektiert und diese wandert entlang der Sonde zurück in das Empfangsmodul. Die Zeitdifferenz zwischen ausgesendetem und empfangenem Impuls ist proportional zur Distanz. Der Vorteil dieses Funktionsprinzips ist, das mögliche Einbauten im Tank nicht zu Störsignalen führen, was bei der Messung mit ungeführtem Radar schon der Fall ist.

Durchflussmesstechnik

Die Durchfluss-Sensorik von SICK beruht auf innovativen Laufzeitmessverfahren, welches wiederum auf Ultraschall- und Lasertechnologie basiert. Diese berührungslos arbeitenden Technologien zeichnen sich besonders durch ihre flexiblen Einsatzbereiche und durch ihre Vielfältigkeit aus. Unsere Durchfluss-Sensoren sind unbeeinflusst von Prozess- und Umgebungsbedingungen, weshalb sie jederzeit zuverlässig und sicher analoge Werte des aktuellen Durchflusswerts oder Impulsabfragen zur Mengenerfassung ermöglichen. 

  • Der Durchflusssensor FTMg (sowie die FTS-Serie) erfasst den Durchfluss mittels kalorimetrischem Messprinzip. Bei diesem Prinzip wird die Sensorsonde erwärmt und das vorbeifließende Medium kühlt den Fühler ab. Der Temperaturabfall ist proportional zur Fließgeschwindigkeit und ist somit umso höher, je schneller das Medium fließt. Der Sensor wertet die erfasste Temperaturdifferenz aus und berechnet daraus Werte für die Durchflusskontrolle. Der FTMg kann zur Messung von Druckluft und nicht korrosiven Gasen wie Argon, Helium, Kohlendioxyd und Stickstoff eingesetzt werden und liefert neben dem Durchfluss auch Werte zu Temperatur, Druck und Energieverbrauch.

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