Radar für Alle!

Vegapuls-Sensoren für kontinuierliche Füllstandmesstechnik im Wasser- und Abwasserbereich

  • Die Vegapuls-Geräteserie gibt es sowohl als Kompaktausführung mit Kabelanschlussraum als auch mit festem Kabelanschluss. Mit dem Vegamet-Steuergerät lassen sich alle Messwerte visualisieren. © VEGADie Vegapuls-Geräteserie gibt es sowohl als Kompaktausführung mit Kabelanschlussraum als auch mit festem Kabelanschluss. Mit dem Vegamet-Steuergerät lassen sich alle Messwerte visualisieren. © VEGA

Ohne Füllstandmesstechnik würde in der Wasser- und Abwasserbranche nicht viel laufen – und das im wörtlichen Sinne. Dabei wurde aus Kostengründen über viele Jahre auf die Ultraschallmesstechnik gesetzt. Inzwischen ist jedoch ein Technologiewandel zu beobachten: Die Radarmesstechnik wird erschwinglich und setzt sich wegen ihrer vielen Vorteile zunehmend in immer mehr Anwendungen durch – auch im Wasser- und Abwasserbereich.

Die Radartechnik hat in den vergangenen Jahren eine gewaltige Entwicklung hinter sich gebracht. Wurden Radarsensoren früher hauptsächlich für militärische Aufgaben eingesetzt, sind sie heute längst in alltäglichen Anwendungen zuhause wie in Bewegungsmeldern oder in Abstandssensoren von Fahrzeugen. Gleichzeitig wird die Radartechnik in der industriellen Füllstandmessung zu einer dominierenden Größe – obwohl sie hier eine wesentlich höhere Signalempfindlichkeit benötigt. Vega ergänzt jetzt sein Portfolio an Füllstandsensoren um eine neue Radargeräteserie, für die extra ein 80 GHz Radarmikrochip entwickelt wurde. Mit diesen neuen kompakten Radarsensoren erschließen sich der gegenüber der Ultraschallmessung deutlich überlegenen Radartechnologie jetzt auch Standardmessaufgaben und preissensible Anwendungen.

"Bei starker Nebelbildung, Wind oder Regen werden Schallwellen zusätzlich gedämpft
und der Messbereich weiter eingeschränkt."

Die Physik spricht für Radar
In der Füllstandmesstechnik sind die Vorteile berührungsloser Messungen wie mit Ultraschall oder Radar bekannt: Die Messungen erfolgen nicht medienberührend, sind einfach zu projektieren, der Einbau der Messgeräte – z. B. in Tanks oder Behälter – erfolgt von oben.
Die Ultraschallmesstechnik ist ein bewährtes Verfahren, sie besitzt jedoch physikalische Grenzen. Problematisch ist z. B. die Temperaturabhängigkeit. Da die Laufzeit der Schallwellen von der Temperatur abhängt, muss ein Temperatursensor in den Schallwandler integriert werden. Dieser ermittelt die aktuelle Umgebungstemperatur und kompensiert die Änderung der Schallgeschwindigkeit.

Insbesondere bei offenen Becken werden die Sensoren durch Sonneneinstrahlung oft stark erwärmt. Dies führt zu einer falschen Kompensation der Schalllaufzeit und zu Messfehlern. Auch der physikalisch bedingte Mindestabstand bei Ultraschallsensoren, dieser liegt zwischen 10 und 50 cm, bereitet bei der Installation der Geräte häufig Schwierigkeiten.
Gegenüber der mediengebundenen Schallwelle ist die gebündelte elektromagnetische Radarwelle unabhängig von Umweltbedingungen wie Temperatur, Wind, Gasschichtungen oder Druck und kann auch im Vakuum eingesetzt werden. Damit sind Radarfüllstandmessungen gegenüber Ultraschallmessungen deutlich robuster und weniger störanfällig.

Hohe Frequenz – starke Bündelung
Der Öffnungswinkel eines Radarstrahls ist umgekehrt proportional zur Antennengröße und der verwendeten Sendefrequenz. Mit einer höheren Sendefrequenz – z.B. 80 GHz gegenüber der früher weit verbreiteten Frequenz von 26 GHz – lässt sich sowohl der Abstrahlwinkel als auch die Antennengröße verringern. Dadurch können 80 GHz-Sensoren selbst in Behältern mit Einbauten oder bei Anhaftungen an der Behälterwand sicher eingesetzt werden. Der Strahl geht durch die deutlich bessere Fokussierung einfach an Einbauten oder Anhaftungen vorbei. Störsignale, die bisher nur mit einer zusätzlichen Störsignalspeicherung ausgeblendet werden konnten, spielen für eine zuverlässige Messung kaum noch eine Rolle. Zudem können wesentlich kleinere Antennen eingesetzt werden. So sind Prozessanschlüsse mit einer Antennengröße von nur ¾“ möglich – dies entspricht gerade mal der Größe eines Euros.
Bei allen Vorzügen der Radarfüllstandmessung gab es bisher einen Nachteil: Durch den höheren Preis gegenüber den Ultraschallgeräten waren sie für manche Applikationen nicht wirtschaftlich. Das ändert sich jetzt: Vega ergänzt das Portfolio an Füllstandsensoren um eine neue Radargeräteserie für Standardmessaufgaben und preissensible Anwendungen.

"Gegenüber der mediengebundenen Schallwelle ist die gebündelte
elektromagnetische Radarwelle unabhängig von Umweltbedingungen."

Kompakte und preiswerte Radarsensoren
Mit der Einführung der Vegapuls-Sensoren auf der Basis von 80 GHz begann vor einigen Jahren in der Radarmesstechnik ein neues Zeitalter. Dank präziserer Fokussierung des Sendesignals lassen sich Mess- und Störsignale besser trennen – die Messung wird um ein Vielfaches zuverlässiger und einfacher. Viele Messaufgaben, die bis dahin als unlösbar galten, konnten damit erfüllt werden.
Nun hat Vega das Portfolio an Radarsensoren um eine neue kompakte Geräteserie erweitert. Diese eignet sich auch für preissensiblere Anwendungen, wie sie z. B. in der Wasser- und Abwasserindustrie oder in Hilfskreisläufen in der Prozessautomatisierung vorkommen. Hierfür wurde ein neuer Radarmikro­chip konzipiert, der sich durch eine sehr kleine Bauform und einen geringen Energiebedarf auszeichnet. Damit ist ein besonders kompakter Radarsensor zum Preis von Ultraschallsensoren entstanden.

Robust, unempfindlich und witterungsbeständig
Die neue Vegapuls-Geräteserie eignet sich für Flüssigkeiten und Schüttgüter. Es gibt sie sowohl als Kompaktausführung mit Kabelanschlussraum als auch mit festem Kabelanschluss (IP68). Die Radarsensoren liefern zuverlässige Messwerte unabhängig von den äußeren Bedingungen, wie Temperaturschwankungen oder Verschmutzungen. Als direkte Ausgangssignale stehen wahlweise 4 … 20 mA, HART, SDI-12 oder Modbus zur Verfügung.
Ergänzt wird die Geräteserie durch die optionalen Vegamet-Steuergeräte. Diese besitzen ein großes Grafikdisplay, über das sich alle Messwerte visualisieren lassen. Auch diese Geräteserie wurde speziell auf die besonderen Anforderungen der Wasser- und Abwasser­industrie ausgerichtet. Sie ermöglichen die einfache Umsetzung von Pumpensteuerungen, Durchflussmessungen in offen Gerinnen und Überfüllsicherungen nach WHG. Zum Schutz vor Witterungseinflüssen haben die Steuergeräte ein witterungsbeständiges Feldgehäuse.
Sowohl die Sensoren als auch die Steuergeräte lassen sich bequem via Bluetooth über das Smartphone oder Tablet einstellen. Gerade in rauen Umgebungen oder im Ex-Bereich werden die Parametrierung, Anzeige und Diagnose dadurch erheblich erleichtert.
Dank der Robustheit, einfachen Bedienung und nicht zuletzt wegen des Preises stellt die neue Radargeräteserie eine echte Alternative zu der bis heute noch oft eingesetzten Ultraschall-Messtechnik dar.

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VEGA Grieshaber KG
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