Die Füllstandsregelung sorgt nicht für einen konstanten Druck, sondern für einen konstanten Füllstand.
Das ist zum Beispiel für Wasserbehälter, Tanks, Gruben und zur Grundwasserabsenkung wichtig. Je nach Technik erzielt die Pumpensteuerung mit Füllstandsregelung einen hohen Automatisierungsgrad, beugt Schäden vor oder senkt den Energiebedarf einer Anlage. Mit der Pegelsonde, der Ultraschall-Sonde, der Radarmessung und dem Schwimmer gibt es für viele Szenarien den passenden Füllstandsmesser.
Pegelsonde
Pegelsonden messen den hydrostatischen Druck der sich über ihnen befindlichen Flüssigkeitssäule. Da der hydrostatische Druck nur von der Höhe über dem Sensor und der Dichte der zu messenden Flüssigkeit abhängt, kann darüber der Füllstand bestimmt werden. Dabei wird die Pegelsonde, üblicherweise durch ein Pegelrohr, bis knapp über den Boden des Behälters in die Flüssigkeit eingelassen. Der absolute Druck an dieser Stelle setzt sich aus dem atmosphärischen Luftdruck und dem Druck der Flüssigkeitssäule zusammen.
Quelle: Endress & Hauser
Damit Änderungen des Luftdrucks über der Flüssigkeit die Messung nicht verfälschen, muss dieser vom Absolutdruck wieder abgezogen werden. Dazu wird der äußere Luftdruck über einen Luftschlauch im Sensorkabel an den Relativdrucksensor in der Pegelsonde weitergeleitet, alternativ kann eine Kombination aus zwei Absolutdrucksensoren die gesuchte Druckdifferenz liefern.
Ultraschall
Dieser Sensortyp sendet Ultraschall-Impulse aus, die von der zu messenden Oberfläche reflektiert und vom Sensor wieder eingefangen werden. Durch die Messung der Laufzeit vom Sensor zur Oberfläche und zurück lässt sich der Füllstand errechnen. Jedoch können aufgrund des Ausschwingverhaltens des Senders erst nach einer gewissen Mindestlaufzeit Impulse empfangen werden; den dieser Laufzeit entsprechenden Mindestabstand zur zu messenden Oberfläche nennt man „Blockdistanz“.
Quelle: Endress & Hauser
Eine bewegte Oberfläche, etwa direkt nach dem Einfüllen, wirkt sich ebenfalls auf die Ergebnisse aus. Korrekte Werte sind daher nur erzielbar, wenn das Füllgut in Ruhe ist.
Vorteilhaft ist, dass physikalische und chemische Eigenschaften der Flüssigkeit bzw. des Füllguts im Allgemeinen den Messwert nicht verfälschen. Daher eignet sich der Ultraschall-Füllstandssensor auch für reaktive oder hochviskose Chemikalien.
Radar
Radarsensoren werden hauptsächlich zur Distanzmessung auf größere Distanzen und zur Geschwindigkeitsmessung verwendet.
Der Sensor sendet eine Trägerfrequenz aus, die von der zu messenden Oberfläche reflektiert wird. Die reflektierte Frequenz und die Laufzeit werden erfasst, so dass präzise Aussagen über die Geschwindigkeit und den Abstand zum Sensor gemacht werden können. Radarsensoren sind auch bei schlechten Sichtverhältnissen äußerst präzise.
Beim Einsatz als Füllstandssensor kann zusätzlich zum Echo der Oberfläche das Echo des Behälterbodens ausgewertet werden. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Radarsignals vom Medium abhängt, ändert sich die Signallaufzeit proportional zur Füllhöhe, wodurch diese berechnet werden kann.
Die beiden messtechnisch voneinander unabhängigen Messwerte für die Höhe über und unter der Oberfläche können zur Plausibilitätsprüfung des jeweils anderen Wertes und zur Erhöhung der Genauigkeit der Füllstandsregelung verwendet werden.
Schwimmer
Schwimmerschalter bestehen aus einem Schwimmkörper, der einen Auftrieb durch die zu messende Flüssigkeit erfährt und aufgrund der Auftriebskraft einen Schaltvorgang auslöst. Ihr Nachteil ist, dass eine Veränderung ihrer Schaltschwelle nur durch Änderung der Montageposition möglich ist. Das System ist daher nicht besonders flexibel.
Schwimmer finden häufig Einsatz als zusätzliche Sensoren für einen redundanten Trockenlauf- oder Überlaufschutz oder für einfachste Regelungen, bei denen keine besondere Genauigkeit benötigt wird, beispielsweise bei der Füllstandsregelung eines WC-Spülkastens.
Durch die einfache Mechanik gelten Schwimmer als Füllstandssensoren zudem als besonders robust und unanfällig, weshalb sie auch bei der Grubenentwässerung zum Einsatz kommen.