Ultraschall-Füllstandsensoren werden häufig in Brunnen, Tanks, Flüssen und Industrieschiffen zur berührungslosen, wartungsfreien{1}Füllstandsmessung von Flüssigkeiten eingesetzt. Eine Einschränkung, die jeder Ingenieur und Endbenutzer vor dem Einsatz verstehen sollte, ist jedoch die Blindzone -, ein Bereich in der Nähe der Sensorfläche, in dem eine Messung einfach nicht möglich ist.
Was ist die blinde Zone?
Die Blindzone (auch Blanking-Distanz oder Nahfeld-Totzone genannt) ist der Mindestabstand unter der Vorderseite eines ObjektsUltraschallsensorinnerhalb derer der Sensor eine Zieloberfläche nicht zuverlässig erkennen kann.
Wenn ein Ultraschallsensor einen Impuls auslöst, vibriert der Wandler für einen kurzen Zeitraum -, typischerweise mehrere hundert Mikrosekunden, intensiv. Während dieser Zeit kann der Wandler nicht gleichzeitig als Empfänger fungieren. Jedes Echo, das zum Sensor zurückkehrt, während dieser noch „klingelt“, wird durch den gesendeten Impuls maskiert und bleibt unentdeckt.
Vereinfacht ausgedrückt: Wenn die Flüssigkeitsoberfläche in die Blindzone steigt, verliert der Sensor seine Fähigkeit, - zu messen. Es kann sein, dass er einen Fehler ausgibt, beim letzten Messwert einfriert oder einen falschen Maximalfüllstand meldet.
Wie sich die Blindzone auf die Messung des Flüssigkeitsstands auswirkt
1. Messverlust bei hohen Füllständen
Dies ist die häufigste praktische Konsequenz. Wenn der Flüssigkeitsspiegel in einem Tank oder Brunnen in Richtung des Sensors steigt, kommt es zu einem Punkt, an dem die Flüssigkeitsoberfläche in die Blindzone eintritt. In diesem Moment kann der Sensor das Echo nicht mehr erkennen und die Messung wird ungültig. In einem Lagertank bedeutet dies, dass das System genau dann die Sicht verliert, wenn der Tank fast voll ist - ein kritischer Moment für die Verhinderung eines Überlaufs.
2. Falsche Messwerte oder Fehlerausgaben
Wenn sich eine Oberfläche innerhalb der Blindzone befindet, verhalten sich verschiedene Sensoren unterschiedlich. Einige geben den letzten gültigen Messwert aus, andere geben einen maximalen oder minimalen Standardwert aus und wieder andere melden einen Hardwarefehler. Ohne Verständnis der Blindzone kann es passieren, dass Bediener diese Ausgaben mit realen Füllstandsdaten verwechseln und falsche Entscheidungen treffen.
3. Reduzierter nutzbarer Messbereich
Der gesamte Erfassungsbereich eines Ultraschallsensors wird typischerweise von der Sensoroberfläche bis zu seinem maximalen Erfassungsabstand angegeben. Die effektive bzw. nutzbare Reichweite beginnt jedoch erst am Ende der Blindzone. Ein Sensor mit 5 m Reichweite und 0,3 m Blindzone liefert nur 4,7 m tatsächliche Messung. Bei flachen Gefäßen oder Bohrlöchern mit begrenzter Tiefe kann diese Reduzierung erheblich sein.
4. Auswirkungen bei schnell-veränderlichen Pegelbedingungen
Bei Anwendungen, bei denen der Flüssigkeitsspiegel schnell ansteigt -, beispielsweise bei starkem Regen in einem Entwässerungssystem oder bei schnellem Füllen eines Prozesstanks -, kann die Oberfläche die Blindzone passieren, bevor eine Warnung ausgelöst werden kann. Systeme, die auf Alarme auf hohem Niveau- angewiesen sind, müssen dies berücksichtigen, indem sie Alarmschwellenwerte festlegen, die weit unter der Grenze der blinden Zone liegen.
So vermeiden oder minimieren Sie Probleme im toten Winkel
1. Wählen Sie einen Sensor mit kürzerer Blindzone
Die direkteste Lösung besteht darin, einen Sensor mit kleiner Blindzone auszuwählen. Bei sehr flachen Behältern oder Anwendungen, bei denen sich die Flüssigkeit regelmäßig dem Sensor nähert, sollten Sie Sensoren mit einer Blindzone von weniger als 0,1 m in Betracht ziehen oder nach Alternativen suchen, die keine Blindbereiche haben.
2. Montieren Sie den Sensor in der richtigen Höhe
Bei der Installation sollte der Sensor so positioniert werden, dass der erwartete maximale Flüssigkeitsstand erreicht wird.
3. Verwenden Sie bei turbulenten Bedingungen ein Schwallrohr oder ein Führungsrohr
In offenen Kanälen, Flüssen oder belüfteten Tanks können Oberflächenturbulenzen Streuechos erzeugen und die effektive Blindzone verstärken. Die Installation des Sensors über einem Schwallrohr -, einem vertikalen Rohr, das Oberflächenwellen dämpft -, verbessert die Echoqualität und bringt den nutzbaren Messbereich näher an die Sensorfläche.
4. Berücksichtigen Sie die Sensorausrichtung und den Abstrahlwinkel
Der vom Sensor ausgesendete Ultraschallstrahl ist kein perfekt schmaler Strahl -, sondern breitet sich kegelförmig aus. In engen Tanks oder Brunnen kann der Strahl eher von der Innenwand als von der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert werden, insbesondere in Bodennähe. Durch die Sicherstellung, dass der Strahlwinkel für den Gefäßdurchmesser geeignet ist und der Sensor vertikal und mittig montiert wird, werden Störreflexionen reduziert und der effektive Messbereich erweitert.
Die Blindzone ist eine inhärente physikalische Eigenschaft der Ultraschallsensortechnologie und kein Defekt. Das Verständnis ermöglicht es Ingenieuren und Betreibern, Messsysteme zu entwerfen, die über den gesamten vorgesehenen Bereich zuverlässig funktionieren.
Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob ein bestimmter Sensor für Ihre Einbautiefe oder Behältergeometrie geeignet ist, wenden Sie sich an unser technisches Team. Wir können Ihnen das richtige Sensormodell und die richtige Montagekonfiguration für Ihre spezifischen Bedingungen empfehlen.