Füllstandssensoren – Die richtige Messung in der Biogasanlage!

Früher zu heute

Füllstandssensoren · Die Zeiten sind vorbei als der Füllstand noch durch mechanische Schwimmer angezeigt wurde. So konnte die Füllhöhe oder die Erfassung eines außergewöhnlichen Ereignisses nur sporadisch durchgeführt bzw. erkannt werden. Durch den technischen Wandel, der schon längst in der Landwirtschaft Einzug gehalten hat, sind moderne Messtechniken nicht mehr weg zu denken. Denn es ist wichtig, jederzeit den aktuellen Status in der Anlage im Blick zu haben oder auch bereits vergangene Ereignisse analysieren zu können.

Funktionsweise der Füllstandssensoren

Bei der fortlaufenden Messung von Füllständen erzeugt der Sensor einen analogen oder digitalen Messwert in verschiedenen Größen und Messeinheiten. Weit verbreitet ist, dass dieser einen analogen Messwert als Spannungs- oder Stromsignal ausgibt. Bevorzugt wird in der Regel das Stromsignal 4-20mA. Das hat den Vorteil, dass der Bereich von 0-4mA und 20-22mA verwendet werden kann einen Drahtbruch oder eine Störung auszuwerten. Der Füllstand wird entweder in Prozent [%] (Wertbereich: 0-100%), Millibar [mbar], Bar [bar] oder mit einem exakten Mengenwert angezeigt.

Füllstandssensoren im Überblick

In der Praxis kommen unterschiedliche Arten von Füllstandssensoren zum Einsatz. Auf die Gängigsten werden wir im Folgenden näher eingehen.

• Kapazitiver Sensor

Bei dieser Art der Messtechnik verändert sich die elektrische Kapazität durch das umgebende Medium zwischen den Elektroden. Das bedeutet, je nachdem wie weit der Sensor in den zu messenden Stoff eintaucht, verändert sich auch die Kapazität mehr oder weniger. Dieses Verfahren erlaubt eine kontinuierliche Erfassung des Füllstandes.

Der kapazitive Füllstandssensor eignet sich zwar gut für die fortlaufende Messung, jedoch ist im Bereich der Biogasanlage diese Art der Messung nicht sehr gut geeignet. Da der Sensor meistens als Stabsonde ausgeführt ist, können sich faserige Substanzen oder Schaum um den Stab wickeln oder Schwimmdecken den Messwert verfälschen oder sogar unbrauchbar machen. Bei Medien mit wechselnden Temperaturen hat dies zudem einen Einfluss auf das Messergebnis, denn hier verändert sich allein durch die Temperaturveränderung schon die Kapazität. Das hat eine Verschiebung des Messwertes zur Folge. Als weiteres ist hier anzumerken, dass die Sonde von oben in den Fermenter eingebaut werden müsste. Dabei ist bei langen Sonden bis zu 10m der Einbau und das Handling sehr schwierig. Nicht zu vernachlässigen ist bei derart langen Sonden die Belastung auf den Stab beim Rühren, was bis zu einer bleibenden Verformung führen kann.

• Radar-/Ultraschallsensor

Auch Radar und Ultraschall eignen sich technologisch für den Einsatz in Füllstandssensoren. Bei diesem Messverfahren sendet der Sensor Radar- bzw. Ultraschallwellen aus. Diese werden senkrecht auf die Oberfläche des Füllmediums gerichtet, die durch Reflexion beim Auftreffen wieder zum Sensor zurückgeworfen und empfangen werden. Durch die verschiedenen Signallaufzeiten zwischen Senden und Empfangen kann ein kontinuierlicher Messwert gebildet werden. Als Nachteile bei diesen Messungen kann zum einen der Einbau von oben genannt werden, das sich bei Foliendächern als problematisch erweist. Zum anderen sei der hohe Preis zu nennen.

• Hydrostatischer Drucksensor

Als geeignetster Füllstandssensor hat sich in Biogasanlagen der hydrostatische Drucksensor etabliert. Hierbei wird der Sensor entweder an einem langen Kabel in das Behältnis abgelassen oder am untersten Punkt von außen eingebaut.

Hier wird der Druck gemessen, welcher durch das Gewicht der Flüssigkeit auf die Messzelle wirkt. Das bedeutet, dass je nachdem wie hoch oder niedrig der Füllstand ist, sich auch der Druck auf den Sensor verändert. So ist eine exakte Messung unabhängig von der Form, des Materials und der Einbauten eines Behältnisses möglich.

Beispielsweise wird bei einem Behälter von 8m Höhe ein maximaler hydrostatischer Druck von 0,8bar gemessen. Der Bereich von 0–0,8bar entspricht somit einem Messwert von 0-100%.

Ein hydrostatischer Drucksensor, der von oben eingebaut werden muss, ist unter anderem bei Foliendächern nicht gut zu montieren. Auch ist die schnelle Alterung der Messelektronik, der Kabel und Abdichtungen als Nachteil zu nennen, wenn sich der Sensor dauerhaft in einem Biogas Fermenter bei 42°C befindet.

Hingegen haben sich vorteilhaft Sensoren hervorgetan, die von außen an den Behälter montiert werden können. Mit einer vormontierten Absperreinrichtung kann der Sensor jederzeit schnell gewartet, überprüft oder ausgetauscht werden. Des Weiteren ist das Messgerät nicht der aggressiven Umgebung des Mediums ausgesetzt, dass einen vorzeitigen Ausfall der Messung entgegenwirkt. Als letztes soll noch der günstigere Preis im Vergleich zu anderen Messverfahren angemerkt werden.

Fazit

Der hydrostatische Füllstandssensor ist die ideale Wahl für den Einsatz in der Biogasanlage. Die kompakte Bauform aus widerstandsfähigem Edelstahl, einem steckbaren Elektroanschluss, die robuste frontbündige Membrane und ein günstiges Preis-Leistungsverhältnis zeichnen die Messung von Biogasstore24 aus.

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