Pneumatische Füllstandmessung

Einperl-Verfahren

Eine pneumatische Füllstandmessung (Einperl-Methode) verwendet ein hydrostatisches Messverfahren.

Es ist ein einfaches, kostengünstiges Verfahren zur Füllstand- und Durchflussmessung, das auch bei Dichte- und Trennschichtmessung in offenen Behältern zur Anwendung kommt. Beim diesem pneumatischen Verfahren der Einperl-Methode wird Druckluft oder auch Stickstoff über eine Kunststoffmessleitung in das flüssige Medium eingeperlt.

Messprinzip

Luft wird durch ein in ein Medium eingetauchtes Rohr eingeführt. Das untere Ende dieses Tauchrohres hat einen festen Abstand zum Boden des Messortes (Behälter, Gerinne). Der Druck der zugeführten Luft ist höher als der Gegendruck der Wassersäule im Messrohr. Der Überdruck erscheint in Form kleiner Blasen, die aus dem Rohr austreten, an der Oberfläche. Somit ist der Gegendruck ein Maß für den Druck am Boden des Rohrs, der von dem Stand des Mediums erzeugt wird. Da das Rohr eine feste Einbaulage hat, ändert sich dieser Gegendruck immer dann, wenn sich auch der Stand des Mediums ändert. Dieser hydrostatische Druck in Bezug zum Luftdruck wird von einem Differenzdruckregler ausgewertet. Der hydrostatische Druck kann nach dem Pascal’schen Gesetz berechnet werde^[1]:

$p(h) = \rho \cdot g \cdot h$

mit:

p(h) - Hydrostatischer Druck als Funktion der Wasserhöhe; [p] = Pa

g - Ortsfaktor (Fallbeschleunigung); [g] = m/s²

ρ - Dichte (für Wasser: ρ = 1.000 kg/m³); [ρ] = kg/m³

h - Höhe der Flüssigkeitssäule; [h] = m, cm oder mm

Füllstandmessung

Einrohr-Prinzip: Mit dem Gegendruck wird die Eingangsseite des Meßumformers, ein sogenannter Differenzdruckregler, beaufschlagt, während die Niederdruckseite zur Erdatmosphäre hin offen ist. Somit ist der vom Meßumformer gemessene Differenzdruck ein Maß für den Stand des Mediums.

Weitere Anwendungen der Einperlmethode

Durchflussmessung

Durchflussmessung Einperl-Methode

Wie beim Füllstand erfolgt die Duchflussmessung mit einem Rohr, der gemessene Differenzdruck wird mit den Kenndaten der Messstelle einem Echtzeit-Durchflussrechner zugeführt der diese Werte verarbeitet und als entsprechende Durchflussmengen ausgibt. Siehe Beispiel: Venturi-Durchflussmessung.

Messung der Dichte und Trennschicht

Zweirohr-Prinzip: Ist der Stand des Mediums konstant, wie zum Beispiel bei einem kontinuierlichen Überlauf, hat eine Änderung der Mediendichte oder der Trennschicht eine Änderung des Differenzdrucks zur Folge. Somit können mit dem Einperlverfahren auch die Dichte und die Größe der Trennschicht gemessen werden. Wenn der Behälterstand schwankt, wird diese Messungen mit zwei Rohren unterschiedlicher Länge, die an entgegengesetzten Seiten des Meßumformers angebracht sind, durchgeführt.

Anwendungen

• Kläranlagen
  • Venturi-Durchflussmessung
• Industrie
  • Füllstandmessung
  • Dichtebestimmung
  • Trennschichtmessung
• Wasserwirtschaft
  • offene Gerinne
  • Pegelstände

Vorteile

• Kostengünstig (wenn Druckluft vorhanden)
• kann zur Füllstandmessung, Durchflussmessung, Dichte- und Trennschichtmessung verwendet werden

Nachteile

kann nicht eingesetzt werden wenn

• das Prozeßmedium in den Übertragungsleitungen kristallisieren könnte.
• bei Frostgefahr, weil die Pressluftleitung durch Kondensat einfrieren könnte
• das Prozeßmedium aggressiv ist und keinen direkten Kontakt mit dem Messumformer haben darf.
• bedingt hoher Wartungsaufwand, Reinigung der Tauchrohre ect.

Einzelnachweise

1. ↑ Druckberechnung am Modell

Quellen

• DIN 19 559 Teile 1 und 2, Durchflussmessung von Abwasser in offenen Gerinnen und Freispiegelleitungen.

Literatur

• Prozessautomatisierung - Vom Feldgerät zur Automatisierungslösung, Rüdiger Settelmeyer, 2007, ISBN 3865223052
• Füllstandmeßtechnik. Grundlagen und Anwendungsbeispiele, Ellen Amberger, 1999, ISBN 3478930146