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Artikel-Nr. VK-IND03

IND03 Füllstandsmessung

Aufbau einer Ultraschall-Füllstandsmessung für einen beliebig geformten 2-Phasen-Flüssigkeitstank

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Gegenstand des Versuchs

Im Versuch wird eine Ultraschall-Füllstandsmessung für einen beliebig geformten 2-Phasen-Flüssigkeitstank aufgebaut. Es wird eine Kalibrierkurve für die Füllvolumina aufgenommen und anhand einer definierten Betankung geprüft. Für die maximale Tankbefüllung wird ein Ultraschallgrenzwertschalter getestet.

Keywords: Schallgeschwindigkeit, Laufzeit, Schallimpedanz, Impuls-Echo-Verfahren, Initialecho, Mehrfachreflexion, kontinuierliche Messung, Grenzwertüberwachung

Theoretische und praktische Aspekte zum Versuch

Bei einer Vielzahl industrieller Prozesse, insbesondere der Automatisierung industrieller Abläufe, werden Füllstandsmesser z. B. an Tankanlagen, Reaktoren, Sammelbecken usw. benötigt. Neben verschiedenen mechanischen, kapazitiven, optischen und elektromagnetischen Sensoren werden in vielen Bereichen Ultraschallsensoren zur Füllstandsmessung eingesetzt. Sie sind bei nahezu jedem beliebigen Medium, bei Überschichtung mehrerer Medien, bei Schaumbildung und auch bei sehr aggressiven Flüssigkeiten einsetzbar, da die Messung von außen durch die Behälterwand erfolgen kann. Im Versuch wird eine Füllstandsmessanordnung für kontinuierliche Messungen aufgebaut. Für zwei verschiedene Flüssigkeiten (Wasser und Öl) wird der minimal erfassbare Füllstand bestimmt und jeweils eine Volumenkalibrierung durchgeführt. Mit Hilfe der Kalibrierung wird eine Füllstandsmessung an einem 2-Schicht-System aus den beiden Flüssigkeiten durchgeführt. Zusätzlich sollen geeignete Ultraschallsignale für einen Grenzwertschalter aufgezeichnet und analysiert werden.

Verwenung eines Ultraschallwandlers als Grenzwertschalter

Verwendung eines Ultraschallwandlers als Grenzwertschalter

Ergebnis

Für die Kalibrierung der Füllstandsmessung wurden die Schalllaufzeiten für verschiedene Füllvolumina von Wasser bzw. Öl gemessen. Zur Bestimmung beliebiger Füllvolumen wurden Kalibrierkurven an die Messwerte angepasst. Als Kurvenfits waren Polynome 2. Ordnung ausreichend. Infolge des geringen Unterschiedes der Schallgeschwindigkeiten von Wasser und verwendetem Öl haben die Kalibrierkurven hier einen sehr ähnlichen Verlauf.

Messwerte und Kalibrierkurven

Messwerte und Kalibrierkurven

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