Besonders häufig wird die Füllstandsmessung in Kläranlagen eingesetzt.

Bild: Siemens

Radar vs. Ultraschall Mythen der Füllstandmessung in der Wassertechnik

23.08.2018

Neu ist immer gleich besser? Sicher bringen neue Geräte meist auch neue Vorteile mit sich. Die Radarfüllstandtechnik gilt als Allrounder, wenn es um Applikationen im Bereich Wasser und Abwasser geht. Auch Ultraschall gehört zu den Technologien, die sich im Markt bereits seit Jahrzehnten behaupten – Zeit, sich mit den gängigen Argumenten auseinanderzusetzen, die für die eine oder andere Technologie sprechen.

Unterschiedliche Mythen ranken sich um den Einsatz der verschiedenen Technologien im Bereich Wasserversorgung und Abwasser. Vor allem beim Vergleich der Radarfüllstandtechnik gegenüber Ultraschallsensoren wird der Radartechnologie wesentlich mehr zugetraut. Dieser Artikel soll mit einigen Mythen rund um die Thematik aufklären.

Mythos 1: Radartechnologie kann besser mit den Einflüssen durch Wind und Regen umgehen.

Eine Besonderheit von Instrumentierung im Abwasserbereich ist, dass sie tagtäglich den Außenbedingungen ausgesetzt ist. Diese sind nicht zu verachten. Bringt man Ultraschalltechnik ins Gespräch, wird die Befürchtung laut, dass insbesondere Regen und Wind das Messsignal negativ beeinflussen können – und das bis zu einem Punkt, wo nicht mal mehr von einem Signal die Rede sein kann. Man hört öfters Radar, sei hier um einiges robuster und effizienter.

Regen hat einen ähnlichen Effekt auf Radartechnologien wie auch auf Ultraschallsignale. Hat man aber die gängigen Anforderungen der Wasserbranche vor Augen, ist dieser Effekt bei den gegebenen geringen Abständen zwischen Sensor und Medium nichtig. Das gleiche gilt für den Einfluss von Wind: Das Ultraschallsignal verzögert sich marginal, aber in (Ab-)Wasserapplikationen bietet die Ultraschalltechnologie deutlich höhere Signalstärken als überhaupt nötig wären. Gemessen an den kurzen Messdistanzen ist auch der Effekt durch Regen nichtig. Auch bei Verunreinigungen, insbesondere in der Vorbehandlung der Abwässer, haben Ultraschallsensoren durch ihre selbstreinigenden Eigenschaften ein besseres Messsignal. Dies wird durch intelligente Signalverarbeitungsalgorithmen noch unterstützt – Dampf, Feuchtigkeit und Schmutz beeinflussen die Messleistung des Gerätes nicht.

Mythos 2: Radargeräte gerade bei größeren Messdistanzen eine bessere Leistung.

Mit einer Reichweite von über 90 Metern überholen hochfrequente Radarsensoren Ultraschalltechnologien. Klassische Reichweiten in Wasser- und Abwasserapplikationen liegen zwischen neun und zwölf Metern – Distanzen, die sich mit Ultraschalltechnologie locker überbrücken lassen. In Applikationen wie Pumpenschächten geht es weniger darum, ein Medium in großer Entfernung zu messen, sondern das das Medium dem Sensor zu nahe kommt. Besonders nach Starkregen sind Überflutungen in Abwasseranlagen keine Seltenheit. Wird ein Radarsensor geflutet, meldet er entweder einen hohen oder niedrigen Füllstand – er ist nicht mehr unzuverlässig. Der Anwender weiß nicht, ob das Gerät eine Fehlfunktion hat oder der Fehler durch die Flutung kommt. Dieser Effekt wird bei einem Ultraschallgerät durch die Verwendung einer Überflutungshülse vermieden. Auch wenn der Sensor selbst überflutet wurde, können nachgeschaltete Pumpen zuverlässig weiter laufen. Wenn die Hülse vollständig versinkt, lässt sie vor der Sendefläche eine Luftblase entstehen. Dies wird von der Steuerung als Überflutung erkannt.

Mythos 3: Radargeräte sind ausgeklügelter.

Im direkten optischen Vergleich mit dem eher schlichten Ultraschallsensor gewinnt sicher der Radarmessumformer, der unter seinem Gehäuse einiges an Intelligenz versteckt. Auch vereint er Sensor und Verarbeitungselektronik direkt in einem Gerät. Aber will man diese hochwertigen Elektroniken tatsächlich den harschen Prozessbedingungen aussetzen? Der Ultraschallwandler mag optisch weniger attraktiv erscheinen, schützt seine Elektronik aber durch ein hermetisch dichtes Gehäuse. Die Steuerung dagegen kann abseits von Kondensation und Schmutz in einem leicht zugänglichen Bereich installiert werden. Der Einsatzbereich der Technologie entscheidet über ihre Überlegenheit: In engen Nassgruben kommen Radarfüllstandmessgeräte mit einem Öffnungswinkel von 12-30 Grad an ihre Grenzen – da hilft auch die im Gerät integrierte Intelligenz zur Signalverarbeitung wenig. Ultraschallgeräte mit Messbereichen bis 15 Meter haben den Vorteil, dass ihr schmalerer Schallkegel, kombiniert mit der Sonic Intelligence Echo Processing Software, Störechos durch Einbauten ausblenden und ein zuverlässiges Messsignal liefern kann. Auch der Preis ist ein entscheidendes Kriterium. Mit einem fünf Mal niedrigeren Anschaffungswert erfüllt Ultraschalltechnologie alle Anforderungen der Wasser- und Abwasserbranche.

Mythos 4: Radar kann besser mit Schaum 
umgehen.

Auch das ist ein Mythos. Radar ist für solche Applikationen weder besser noch schlechter geeignet als Ultraschall. Denn während nasser Schaum die Signale reflektiert, absorbiert trockener Schaum die Signale – sowohl die des Radars als auch die des Ultraschallsensors. In dieser Kategorie geht also kein Gewinner hervor, der einzige Ansatzpunkt ist zu versuchen, die Schaumbildung zunächst zu minimieren und einen Techniker zu Rate zu ziehen, der für die gegebenen Bedingungen das ideale Messgerät definieren kann.

Pumpensteuerung ohne Unsicherheiten

800.000 Einwohner, Tendenz: steigend – was eine Stadt wie Edmonton in Alberta, Kanada braucht, ist eine effiziente und zuverlässige Abwasserbehandlung. Aufgrund mehrerer Herausforderungen wie einem engen Bau der Nassgrube und zusätzlich diversen Einbauten, war es unmöglich, ein Ultraschallfüllstandmessgerät hier optimal zu platzieren. Die Ultraschallsignale wurden von den Einbauten reflektiert und die präzise Messwertaufnahme wurde komplizierter. Abhilfe schaffte ein Siemens-Echomax-Ultraschallsensor mit schmalem Schallkegel. Die automatische Unterdrückung von Störechos im Sitrans-LUT400-Transmitter stellt seither sicher, dass durch Einbauten verursachte Störechos das Messergebnis nicht verfälschen. Anders in einer Gemeinde im Südosten der USA. Hier erfreute sich ein Wohngebiet nahe der Wetlands wachsender Beliebtheit. Die Wetlands der Region sind in erster Linie jedoch ein Naturschutzgebiet und damit ein besonders schützenswerter Landstrich. Um Wohnen und Natur hier bestmöglich koexistieren zu lassen, entschied sich die Kommune für eine „Package Treatment Plant“, eine Einheit zur Behandlung der Abwässer. Die strengen Vorgaben zur Überwachung der Chlorrückstände ließen jedoch keine rein manuelle Überwachung der Dosieranlagen zu. Die Lösung war daher im Gegensatz zur Anlage nicht vorgefertigt, sondern speziell an die Anforderungen angepasst. Seither wird der Prozess durch einen Siemens Probe LU überwacht, dessen Messgenauigkeit weder durch Störstoffe, korrosive Stoffe oder Fette beeinträchtigt wird.

Unterm Strich

Die Praxisbeispiele zeigen: Entscheidend ist immer die Anforderung. Eine pauschale Antwort auf die Frage „Radar oder Ultraschall“ wäre nicht zielführend. Je nach Applikation ist mal Radar die Technologie der Wahl und mal Ultraschall. Der Mix macht’s: Gerade in geschlossenen Behältern kann die kontinuierliche Füllstandmessung für optimale Messinformationen und zuverlässigen Betrieb bestens mit Grenzstandmessungen und Druckmessgeräten ergänzt werden.

Bildergalerie

  • Die selbstreinigenden Ultraschallsensoren/Wandler aus dem Hause Siemens

  • Die Transducer in verschiedenen Ausführungen

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