Grössere Schaltabstände bei kapazitiven Sensoren

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«Blick» durch die Wand

Da das Messfeld nichtleitende Materialien durchdringt, können kapazitive Sensoren auch durch nichtmetallische Trennwände, beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder Pappe hindurch detektieren. Dadurch eignen sie sich auch zur Füllstandsüberwachung von Flüssigkeiten, Pasten oder Schüttgütern, wenn das Medium durch die Behälterwand hindurch erfasst werden soll.

Im praktischen Betrieb ergeben sich dadurch folgende Vorteile: Der Sensor kommt nicht zwangsläufig mit dem Medium in Kontakt, was besonders bei aggressiven Medien sinnvoll ist; Anhaftungen oder Verschmutzungen sind nicht zu befürchten; bei reduziertem Wartungsaufwand erhöht sich die Prozesssicherheit deutlich. Gleichzeitig ist bei einer solchen Montage auch nicht zu befürchten, dass das Medium durch den Sensor kontaminiert wird.

Deutlich höhere Schaltabstände

Mit konventionellen, bündig einbaubaren Sensoren lassen sich aber leider nicht alle in der Füllstandsmessung auftretenden Aufgabenstellungen zufriedenstellend lösen. Deutlich wird dies bereits an der Grösse des Messfeldes (Bild 2). Der Vorteil des klar definierten Groundpotentials kann sich als nachteilig erweisen, weil er den Erfassungsbereich einschränkt. Die neuen kapazitiven Sensoren der Baureihe CFAK eignen sich dank deutlich höherer Schaltabstände auch für bisher als eher schwierig geltende Applikationen, beispielsweise auch für Medien wie Alkohol oder Tinte. Die für den nichtbündigen Einbau ausgelegten Sensoren arbeiten mit einem im Vergleich zu den Vorgängermodellen deutlich grösserem Messfeld (Bild 3). Sie eignen sich für direkten Medienkontakt oder können ebenfalls als «Durchblicker» eingesetzt werden. Will man die Sensoren ausserhalb des Behälters montieren, dürfen die Behälterwände dann ruhig auch etwas dicker sein, da Schaltabstände zwischen 4 und 30 mm dem Anwender hier ausreichend Spielraum lassen.

Grösseres Messfeld dank externem Groundpotential

Der technische Hintergrund der neuen Sensorgeneration ist einfach zu verstehen: In der aktiven Sensorfläche ist bei den Sensoren der neuen Generation lediglich die Messelektrode untergebracht (Bild 3). Das für die Messung erforderliche Groundpotential liegt ausserhalb, wodurch sich der Detektionsbereich deutlich vergrössert. Das zusätzliche Schirmfeld schirmt das Messfeld von der Elektronik ab und kompensiert Verschmutzungen und Mediumrückstände auf der Sensoroberfläche.

Typische Anwendungen für die kapazitiven Sensoren der jüngsten Generation gibt es dadurch viele, da sich in den -meisten Applikationen ein als zweite Kondensatorplatte nutzbarer Gegenspieler finden lässt. Da die Sensoren ausserdem sowohl in M12-, M18- als auch in M30-Ausführungen angeboten werden, hat der Anwender auch hinsichtlich der Grösse der aktiven Fläche ausreichend Auswahlmöglichkeiten. Die Sensoren gibt es wahlweise mit festem oder einstellbarem Schaltabstand. Sie sind in einem robusten PBT-Kunststoffgehäuse untergebracht, das auch den direkten Kontakt mit Tinten, mineralischen Schmierstoffen, Alkohol und (schwachen) Säuren oder Laugen verkraftet.

Anwendungsfälle aus der Praxis

Um den Nachschub an Tinte zu gewährleisten, muss bei einer Druckmaschine der Tintenfüllstand in den Containern überwacht werden. Die Tinten haben unterschiedliche Farben und basieren auf Wasser oder Lösungsmitteln. Die Füllstandskontrolle übernehmen kapazitive Sensoren. Sie lassen sich auch bei beengten Platzverhältnissen gut montieren, ihr farbunabhängiges Messprinzip garantiert hohe Prozesssicherheit und auch bei direktem Mediumkontakt sind Schäden am Sensor nicht zu befürchten, da das Kunststoffmaterial lösungsmittelbeständig ist. Diese Eigenschaften sind beispielsweise auch bei Rollen-Offsetdruckmaschinen nützlich (Bild 4). Hier dient der kapazitive Sensor der kontinuierlichen Überwachung der Farbtanks. Weitere Anwendungsbereiche gibt es unendlich viele: das Spektrum reicht von der Verpackungstechnik bis hin zur Laborautomation, also überall dort, wo Flüssigkeiten gefördert oder ab- und umgefüllt werden. Die Messung durch die Tankwand hindurch verhindert in solchen Fällen eine Kontamination der Rohprodukte.

Da die kapazitiven Sensoren auch in Hochtemperatur-Ausführungen verfügbar sind, stellen selbst Applikationen, wie in Bild 5 dargestellt, kein Problem dar. Hier wird Leimgranulat vor der Verarbeitungim Auftragesystem bei Temperaturen bis 180 °C geschmolzen. Die Füllhöhe im Behälter wird mit einem M30-Sensor detektiert. Die Teflonbeschichtung des Sensorkopfes verhindert das Anhaften von Kleberrückständen. Ausserdem gewährleistet die geringe Temperaturdrift des Sensors auch bei Temperaturdifferenzen grösstmögliche Prozesssicherheit.

Mit der neuen Sensoren-Baureihe werden sich der kapazitiven Füllstandsmesstechnik mit Sicherheit zahlreiche weitere Anwendungsbereiche erschliessen, beispielsweise auch bei der Kunststoffverarbeitung oder in anderen Bereichen der Prozessautomation.

AutorenDaniel Dossenbach, Produktmanager Sensor Solutions bei BaumerEllen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee

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