Konduktometrische Füllstandsensoren – Aufbau und Funktionsprinzip

Eine in der Industrie, insbesondere der Lebensmittelindustrie, weit verbreitete Standardaufgabe besteht darin, zu signalisieren, wann ein bestimmter Flüssigkeitsstand in einem Behälter erreicht ist. Es gibt viele Methoden, dieses Problem zu lösen, aber die einfachste und kostengünstigste Möglichkeit ist die Verwendung konduktometrischer Füllstandsensoren.

Solche Sensoren können erfolgreich mit elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten mit einer Leitfähigkeit von 0,2 S/m oder mehr arbeiten. Zu diesen Flüssigkeiten gehören Trink- und Brauchwasser, schwache Basenlösungen, Säuren, Abwasser und Lebensmittelflüssigkeiten (z. B. Hefe oder Bier).

Das Funktionsprinzip konduktometrischer Sensoren basiert auf der Tatsache, dass die Arbeitsflüssigkeit die Sensorelektrode am Körper des Metalltanks oder an der zusätzlichen Elektrode des Sensors selbst abschließt, wenn die Flüssigkeit im Behälter einen bestimmten Füllstand erreicht, wodurch ein elektrischer Strom im Sensorkreis. Dadurch wird beim Schließen des Sensorstromkreises das Relais aktiviert, das wiederum den entsprechenden Stromkreis steuert.

Je nach Temperatur- und Druckbedingungen können konduktometrische Füllstandsensoren grundsätzlich bei Temperaturen bis +350 °C und Drücken bis 6,3 MPa arbeiten, was durch das Material des Elektrodenisolators bestimmt wird und der Hersteller konkrete Werte angibt in der Begleitdokumentation.

Hindernisse für den normalen Betrieb des konduktometrischen Sensors können sein: starkes Schäumen der Flüssigkeit, starke Verdunstung des Arbeitsmediums, Bildung isolierender Ablagerungen auf dem empfindlichen Element des Sensors und leitfähiger Ablagerungen auf seinem Isolator. All diese Hindernisse versucht der Hersteller zu vermeiden, indem er ein geeigneteres Material für den Sensor wählt.

Schauen wir uns die Physik des Arbeitsablaufs eines konduktometrischen Sensors an, das heißt, wir gehen ein wenig auf die Essenz der Konduktometrie ein. Der elektrische Widerstand der Lösung bzw. ihr elektrische Leitfähigkeitcharakterisieren die Fähigkeit einer gegebenen Lösung, elektrischen Strom bis zu einem gewissen Grad zu leiten.

Diese Parameter hängen stark mit den physikalisch-chemischen Eigenschaften des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels zusammen: der Konzentration der gelösten Ionen und ihrer Mobilität, der Ladung dieser Ionen, der Temperatur der Lösung, dem Druck und vielen anderen Faktoren.

Die elektrische Leitfähigkeit wird in Siemens pro Zentimeter (S/cm) gemessen. Das Merkmal von hochreinem und reinem Wasser ist der Widerstand, ausgedrückt in Ohm pro Zentimeter (Ohm * cm).

Nach der Terminologie der Konduktometrie ist eine konduktometrische Zelle ein empfindliches Element eines Sensors, sie wird durch eine Zellkonstante charakterisiert.

In der klassischen Form besteht die konduktometrische Zelle aus zwei parallelen Elektroden mit einer Fläche von mehreren Quadratzentimetern, die in eine Lösung eingetaucht sind und deren Abstand normalerweise mehrere Zentimeter beträgt.

Für jeden dieser installierten Sensoren können die Zellkonstante(n) eingegeben und in 1/cm ausgedrückt werden. Heutzutage verfügen immer mehr konduktometrische Sensoren über Edelstahlelektroden, wobei die Konstanten unterschiedlich sind.

Leitfähigkeits-Füllstandssensoren können einen oder mehrere bestimmte Füllstände einer leitfähigen Flüssigkeit überwachen. Und das Prinzip ist immer das gleiche – die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit unterscheidet sich von der elektrischen Leitfähigkeit der Luft, die die Elektroden festlegen. Sensoren können Einzelelektroden oder Mehrfachelektroden sein, wodurch Sie mehrere Flüssigkeitsstände verfolgen können.

In seiner einfachsten Form besteht ein konduktometrischer Füllstandsensor aus Edelstahlelektroden, von denen eine als gemeinsames Element im Steuerkreis dient und im Behälter installiert ist, so dass sein Arbeitsteil in ständigem Kontakt mit der Flüssigkeit, insbesondere der Flüssigkeit, steht Der leitende Körper des Behälters mit der Flüssigkeit kann zur gemeinsamen Elektrode werden ... Andere Elektroden sind Signalgeber und befinden sich auf bestimmten zu überwachenden Ebenen.

Beim Befüllen des Behälters mit Flüssigkeit kommen die Signalelektroden nacheinander mit dieser Flüssigkeit in Kontakt und die Stromkreise werden nacheinander geschlossen. Dementsprechend werden die Signalausgänge des Geräts angesteuert.

Einzelelektrodensensoren eignen sich für den Einsatz in geschlossenen oder offenen Metallbehältern. Sensorbuchsen können aus PTFE, Keramik oder Kunststoff bestehen. Die Stäbe bestehen aus Edelstahl.Bei der Herstellung von Sensoren wird besonderes Augenmerk auf deren Aufbau gelegt, der Fehlalarme durch Flüssigkeitsansammlung verhindern muss.

Konduktometrische Füllstandssensoren mit fünf, vier und drei Elektroden werden verwendet, um, wie oben erwähnt, mehrere Flüssigkeitsstände in einem Behälter zu überwachen, selbst wenn die Wände des Behälters nicht leitend sind, also aus einem isolierenden Material wie z als Kunststoff.