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Die kundenindividuelle Massenproduktion ist längst Industriealltag – was auch die Messtechniker spüren, denn sie werden angesichts immer kleinerer Losgrößen fast permanent mit neuen Messaufgaben konfrontiert.

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TauchsondenWenn der Pegel steigt

Tauchsonden zur Tiefenmessung kommen in vielen Bereichen zum Einsatz. Hauptanwendungen sind Grundwasserpegel sowie Wasserstände in natürlichen Gewässern und Stauseen – oder auch Kläranlagen. Die wesentlichen Unterschiede liegen dabei in den Medien und den geforderten Messbereichen. Baumer bietet deshalb Sonden mit verschiedenen Technologien an.
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Tauchsonden: Wenn der Pegel steigt

Die Tiefenmessung ist ein Sonderfall der Druckmessung, für die der Markt eine Vielzahl von Sensoren zur Verfügung stellt. Sie basieren auf unterschiedlichen Technologien und Bauformen. Zunächst gilt es also zu klären, ob der Einsatz einer Tauchsonde oder ein fest montierter Füllstandsschalter sinnvoll ist. Die Tauchsonde ist einem fest montierten Füllstandsschalter in zwei wesentlichen Punkten überlegen: Erstens kann sie kontinuierliche Niveauänderungen messen, während ein Füllstandsschalter lediglich darüber informiert, dass ein vorher definiertes Niveau den Schalter ausgelöst hat. Zweitens ist die Messgenauigkeit von Tauchsonden deutlich höher. Sie können bei einem Messbereich von zehn Meter problemlos eine Niveauänderung von einem Milliemeter feststellen.

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Aufgrund dieser Eigenschaften werden Tauchsonden beispielsweise auch als Frühwarnsysteme eingesetzt. Denn hier kommt es darauf an, langsame Pegelstandsänderungen möglichst rechtzeitig zu erkennen und eventuelle Gegenmaßnahmen einzuleiten. Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität sind daher bei diesen Sonden von besonderer Bedeutung, da sie häufig an unzugänglichen Orten montiert sind, wo die Wartung und das Austauschen sehr aufwendig sind. Außerdem entspricht die Dichtigkeit einer Tauchsonde mindestens der Schutzart IP68.

Für die Übertragung der Messdaten benötigen Tauchsonden ein Kabel mit integriertem Druckausgleichsrohr. Weil sie häufig in Peilrohren eingesetzt werden, deren Standard-Durchmesser 1 Zoll beträgt, sind kompakte Abmessungen sehr wichtig. Deshalb sind beispielsweise die Tauchsonden PSMN und PSSN von Baumer mit ihrem Durchmesser von 22 Millimetern genau auf den Durchmesser eines solchen Peilrohrs abgestimmt. Das Prinzip der piezoresistiven Silizium-Messzelle erlaubt es, auch Tiefen unter einem Meter in Wasser mit einer Genauigkeit kleiner als ein Millimeter zu messen. Bei der piezoresistiven Druckmessung mit einer Silizium-Messzelle wird eine Wheatstonesche Messbrücke in einen Siliziumchip eingefügt. Dieser ist auf einen Standardsockel montiert und von einem Edelstahlgehäuse umhüllt. Für die Druckübertragung von der Membrane zum Chip wird eine spezielle Übertragungsflüssigkeit verwendet. Typische Einsatzbereiche sind Füllstandsmessungen in der Trinkwasserversorgung und in Wasserkraftwerken sowie Niveaumessungen im Schiffbau, etwa in Ballast-, Cargo- und Treibstofftanks.

Dauerhafte Genauigkeit

Der PSMN-Druckmessumformer von Baumer mit piezoresistiver Silizium-Messzelle wurde für einen Messbereich von 1 bis 250 Meter Wassertiefe entwickelt und bietet eine Genauigkeit von 0,1 Prozent beziehungsweise 0,25 Prozent der Messspanne. Er zeichnet sich durch eine hohe Langzeitstabilität von 0,1 Prozent der Messspanne pro Jahr aus und lässt sich bei Mediumstemperaturen bis 80 °C einsetzen. Messbereich und Nullsignal sind mit dem Baumer Flex Programmer 9701 parametrierbar. Als Ausgangssignale stehen Spannungs- und Stromvarianten zur Verfügung.

Das Gerät ist mit verschiedenen Kabeltypen und Längen bis 300 Meter sowie offener oder geschlossener Schutzkappe lieferbar. Diese Lösungen stellen sicher, dass die Membrane im Falle einer Vereisung nicht durch den Druck beschädigt oder zu stark verschmutzt wird. Auch eine Version mit Gewichtsverlängerung ist erhältlich. Sie gewährleistet, dass die Sonde auch in Gewässern mit starker Strömung stets senkrecht hängt, da Schwankungen der Sonde die Messergebnisse beeinträchtigen könnten. Für Anwendungen im Schiffbau wird der PSMN auch in einer meerwasserbeständigen Variante angeboten. Für den Einsatz in einer explosionsgefährdeten Umgebung, wie beispielsweise in Treibstofftanks von Schiffen, bietet Baumer die Tauchsonde PSMX als ATEX-Version an.

Eine weitere Entwicklung des Unternehmens ist die Tauchsonde PSSN, die sich durch eine hohe Medienverträglichkeit auszeichnet und für Füllstandsmessungen im Wasser-/Abwasserbereich sowie im Überschwemmungsschutz eingesetzt werden kann. Sie nutzt die Keramik-Dickschicht-Technologie, bei der ebenfalls eine Wheatstonesche Brückenschaltung realisiert wird – hier aber auf einer Keramik-Trägermembrane mithilfe von resistiven Pasten. Wirkt ein Druck auf die Membrane, verformt sie sich, was zur Änderung des Widerstandswerts führt. Das resultierende Signal ist proportional zum Druck. Keramik als Trägermaterial ist chemisch neutral und medienbeständig. Überdies zeichnen sich die Messzellen durch gute Langzeitstabilität und Messeigenschaften bezüglich Linearität und Hysterese aus.

Diese Tauchsonde ist sowohl für den Relativ- als auch für den Absolutdruck einsetzbar und deckt einen Messbereich von 0…25 mbar bis hin zu 0…600 bar ab. Hinzu kommen eine Genauigkeit von einem Prozent der Messpanne und ein sehr gutes Preis-/Leistungsverhältnis bei einer Langzeitstabilität von ≤ 0,3 Prozent F.S./Jahr. Die Messbereiche im Wasser reichen von 0…6, über 0…10 und 0…16 bis hin zu 0…20 Meter. Die Tauchsonde liefert ein 4…20-mA-Ausgangssignal und ist mit und ohne Schutzkappe lieferbar.

Daniel Walldorf, Baumer/st

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