Messtechnik Kapazitive Füllstandssensoren messen ohne Medienkontakt steril von außen

Kontinuierlich messende kapazitive Füllstandssensoren ohne Medienkontakt eignen sich wegen ihrer Sterilität und uneingeschränkten Medienverträglichkeit für viele unterschiedliche Bereiche. So kommen die CLC-Sensoren in Absaugpumpen der Medizintechnik, Labor- und Analysegeräten, Frisch- und Abwassertanks, Wasser-in-Öl-Messungen und industriellen Druckmaschinen zum Einsatz.

Anbieter zum Thema

FINDER GmbH

Process Sensing Technologies PST GmbH

SMC Deutschland GmbH

First Sensor AG

First Sensor AG

Je nach Anforderung der Anwendung kommen bei der Füllstandsmessung unter anderem hydrostatische, kapazitive, ultraschallbasierte und optische Messprinzipien zum Einsatz. Die Messungen reichen von der einfachen Grenzwerterfassung bis zur kontinuierlichen Füllstandsüberwachung. Sensortechnics Produkte von First Sensor bieten im Bereich der kapazitiven Messung eine neue Technologie, die Füllstände kontinuierlich und ohne Berührung mit dem Prozessmedium misst. Herkömmliche kontinuierlich messende kapazitive Füllstandssensoren tauchen mit ihrer Messelektrode in die Flüssigkeit ein und bilden eine Kapazität mit der Behälterwand aus Metall. CLC-Sensoren bilden eine Kapazität von außen durch die Wand nichtmetallischer Behälter über das jeweilige Füllmedium. Der Vorteil dieses Prinzips ist die uneingeschränkte Medienverträglichkeit und Sterilität, da der Sensor nicht mit der Flüssigkeit in Berührung kommt. Die Messelektrode kann fest mit dem Behälter verbunden oder in eine Behälteraufnahme integriert werden und misst kontinuierlich über einen Bereich von 10 cm.

Referenzelektrode kompensiert Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen

Für hohe Auflösung und Genauigkeit sollte ein guter Kontakt der Elektrode zum Behälter ohne Luftspalt bestehen und die Wandung möglichst dünn sein. Der CLC-Füllstandssensor besitzt eine Referenzelektrode zur Kompensation von Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen der Umgebung. Optional kann die CLC-Serie mit einer dritten Elektrode ausgestattet werden, die das korrekte Vorhandensein eines Behälters erkennt und ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal darstellt. Am Sensorausgang stehen sowohl ein analoges 0,5…4,5-V-Signal als auch eine digitale 1-Wire-Schnittstelle zur Verfügung.

5 Einsatzgebiete für steril und kontaktlos

Kapazitive Füllstandssensoren finden ihren Einsatz in vielen Anwendungen der Medizintechnik, Analytik, Labortechnik, chemischen und pharmazeutischen Industrie, Biotechnologie, Verfahrens- und Prozesstechnik sowie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Der kontinuierlich messende Sensor ist überall dort ideal, wo berührungslos oder steril gemessen werden muss, wenig Platz zur Verfügung steht oder ein einfaches System gefragt ist.

Absaugsysteme in der Notfallmedizin

In der Medizintechnik existieren verschiedene Absaugsysteme, die in der Notfallmedizin, bei Operationen oder zur Wundbehandlung eingesetzt werden. Mittels Unterdruck wird Sekret oder Schleim abgesaugt und in einem Auffangbehälter gesammelt. Der Füllstand des Behälters wurde in vielen Systemen bisher gar nicht oder nur mittels eines Füllstandsschalters überwacht. Der CLC-Sensor misst den Füllstand kontinuierlich. Die Gerätesteuerung kann so den zeitlichen Verlauf des Füllstands überwachen und frühzeitig vor einer Überfüllung warnen. Hierdurch ergibt sich ein geringerer Kontrollaufwand für den Bediener und eine höhere Sicherheit für den Patienten. Bei mobilen Systemen erhöht sich die Bewegungsfreiheit des Patienten und damit dessen Komfort. Die CLC-Sensoren erlauben außerdem vollkommen sterile Messungen ohne Medienkontakt.

Keine Blockade von Labor- und Analysegeräten

Die Sensoren ohne Medienkontakt können platzsparend in die Behälteraufnahme von Labor- und Analysegeräten integriert werden und erlauben so das schnelle Wechseln der Gefäße. Weiterhin lassen sich die Füllstandssensoren einfach und flexibel per Zweipunktkalibration auf unterschiedliche Medien und Behälter anpassen. Im Vergleich zu Ultraschall-Füllstandssensoren oder herkömmlichen kapazitiven Sensoren mit Flüssigkeitskontakt werden sie nicht durch die Behältergeometrie oder Behältereinbauten wie Rührwerke und Kammern gestört oder blockiert.

Frisch- und Abwassertanks ohne Verschmutzung überwachen

Wohnmobile, Wohnwagen und Schiffe führen Frisch- und Abwassertanks mit sich, die genau überwacht werden müssen. Zur Bestimmung des Füllstands werden bisher vielfach mechanische Schwimmer verwendet, die anfällig für Verschmutzung, Verschleiß und Korrosion sind. CLC-Sensoren messen ohne jegliche beweglichen Teile von außen durch die Tankwand. Im Vergleich zu herkömmlichen Sonden sind sie platzsparend zu installieren und müssen beim Entleeren bzw. Reinigen des Behälters nicht entnommen werden.

Zweipunktkalibration schützt rechtzeitig vor Schäden

Wasser in Brennstoff-, Schmieröl- oder Hydrauliksystemen führt zu gravierenden Schäden und Funktionsstörungen an Motoren, Maschinen etc. Der Wassereintritt kann durch Kondensation oder Leckage entstehen und verursacht Korrosion und erhöhten Verschleiß. CLC-Sensoren können nicht nur den Füllstand einer Flüssigkeit gegenüber Luft erkennen, sondern genauso die Grenze zweiphasiger Gemische mit unterschiedlicher relativer Permittivität (εr). Die kontinuierlichen Sensoren messen die Ansammlung von Wasser am Boden eines Tanks und erkennen so die Wasserkontamination von Ölsystemen. Besonders gut und zuverlässig kann zwischen nicht leitenden und stark leitenden Stoffen wie Öl oder Benzin mit εr=2-3 und Wasser mit εr=80 unterschieden werden. In einer einfachen Zweipunktkalibration wird der CLC-Sensor bei komplett mit Öl gefülltem Tank auf „Leer“ kalibriert und bei maximal erlaubtem Wasserstand auf „Voll“. Auf diese Weise lassen sich Wasseransammlungen sofort erkennen und Schäden rechtzeitig verhindern.

Den Tintenfüllstand auf Lösungsmittelbasis im Blick

In industriellen Druckmaschinen wird der Tintenfüllstand direkt am Druckkopf oder im Versorgungssystem überwacht. Schnell trocknende Tinten auf Lösungsmittelbasis (z.B. MEK) sind oft nicht kompatibel mit medienberührenden Füllstandssensoren. CLC-Sensoren stellen durch die Tankwand die vollständige Medienverträglichkeit sicher. Die Sensoren werden auch zur Überwachung von pulverförmigen Tonern in elektrofotografischen Drucksystemen wie industriellen Digitaldruckmaschinen verwendet.

* *Dr. Adriano Pittarelli, Senior Produktmanager, First Sensor, Niederlassung München

(ID:36084560)