Während viele Messverfahren bei stark anhaftenden, stark verschmutzten oder stark schäumenden Flüssigkeiten an ihre Grenzen kommen, kann das potentiometrische Messverfahren gerade hier seine ganze Stärke ausspielen. Potentiometrische Füllstandsonden sind daher ideal geeignet für Messungen in mobilen Abwasserbehältern, bei der Fertigung von kosmetischen Cremes oder in Keramikschlamm.

Das potentiometrische Messverfahren macht sich die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten zunutze. Voraussetzung ist eine Leitfähigkeit von mindestens 1 μS/cm. Dabei wird ein Strom durch ein niederohmiges Sondenrohr geleitet und die Spannung am unteren und am oberen Ende des Rohres gemessen. Durch die Flüssigkeit, die über den Tank geerdet ist, wird das Sondenrohr zu einem Potentiometer, und je nach Füllstand verändert sich das Verhältnis der beiden Spannungen zueinander. Das Verhältnis der beiden Spannungen ist proportional zum Füllstand.

Vereinfacht lässt sich das System aus Sonde und Flüssigkeit deshalb auch als Potentiometer betrachten: Eine Veränderung des Füllstandes entspricht dem Drehen an einem gewöhnlichen Potentiometer. Die Abhängigkeit des Messwertes vom spezifischen Widerstand der Flüssigkeit ist praktisch vernachlässigbar, solange der elektrische Widerstand der Flüssigkeit viel größer als der des Messstabes ist.

Potentiometrische Füllstandsonden sind eine hervorragende Alternative zur kapazitiven Messtechnik und zu Sonden nach dem Prinzip der geführten Mikrowellen in wässrigen Flüssigkeiten. Die neue bei FAFNIR erscheinende Whitepaper-Reihe „Füllstandmesstechnik in der Prozesstechnik“ gibt einen Überblick über die gängigen Methoden zur Füllstandmessung. Sie trägt der Tatsache Rechnung, dass es eine für alle Fälle und Anwendungen gleichermaßen geeignete Füllstandmessung nicht gibt. Bei der Auswahl der Messmethode sind daher unterschiedliche Parameter zu berücksichtigen, wie die Art der Flüssigkeit, die Temperatur, der Druck, die Dielektrizitätskonstante (DK-Wert) und die Leitfähigkeit, teilweise auch die Behältergeometrie. Zudem können Anforderungen an die Genauigkeit, die Reaktionsgeschwindigkeit auf sich ändernde Füllstände und die Zuverlässigkeit die Auswahl des Messverfahrens beeinflussen.

In diesem ersten Whitepaper „Kontinuierliche Füllstandmessung in Flüssigkeiten (medienberührend)“ wird die Funktionsweise der verschiedenen Messprinzipien vorgestellt.
Der besondere Schwerpunkt liegt dabei auf ihren jeweiligen Einsatzbereichen sowie ihren spezifischen Stärken und Schwächen. Es dient einer ersten Orientierung, um sich im Dschungel
der verschiedenen Füllstandsensoren zurechtzufinden, und soll helfen, das für die jeweilige Anwendung am besten geeignete Messprinzip auszuwählen. Neben den gängigen Verfahren wie der Füllstandmessung nach dem Prinzip der geführten Mikrowelle und der kapazitiven oder hydrostatischen Füllstandmessung lernen Sie dabei auch die Messprinzipien der magnetostriktiven und potentiometrischen Füllstandmessung kennen.
Bei der magnetostriktiven Füllstandmessung wird der Füllstand mit Hilfe eines Schwimmers mit einer Genauigkeit von bis zu 0,3 mm bestimmt. Die Messung ist unabhängig von physikalisch – chemischen Zustandsänderungen der Medien wie: Schaumbildung, Leitfähigkeit, Dielektrikum, Druck, Temperatur, Dämpfe, Kondensationsniederschlag und Blasenbildung. Es ist kein Abgleich der Messsonde auf die Flüssigkeit notwendig, daher entfällt auch der Aufwand für Nachkalibrierungen oder Anpassung bei der Änderung der Flüssigkeit.

Mit der magnetostriktiven Füllstandmessung lassen sich mit Hilfe eines zweiten Schwimmers einfach sowohl Trennschichten, wie auch Gesamtfüllstande messen. Die Trennschichtmessung wird durch Emulsionsbildung an der Trennschicht nicht beeinflusst. Eine magnetostriktive Füllstandmessung ist für viele Anwendungen, nicht nur kosteneffektiver als eine TDR-Sonde (geführte Mikrowelle), sondern in der Regel auch einfacher zu installieren und zudem komplett wartungsfrei.

Die Geschichte der magnetostriktiven Füllstandmessung begann 1842, als James Joule entdeckte, dass sich manche Materialien unter dem Einfluss eines Magnetfeldes verformen. Dieser Effekt wurde bekannt als der magnetostriktive Effekt. Aber erst mehr als ein Jahrhundert später wurde der Effekt zur kommerziellen Positionsbestimmung eines Ringmagneten benutzt. Eingesetzt wurde das Messprinzip zunächst im Maschinenbau zur Positionsbestimmung von Werkzeugschlitten. Dort wird es auch heute noch aufgrund seiner Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Redaktionsgeschwindigkeit gerne verwendet. Auch die Position eines Fahrstuhls wird oft mit Hilfe eines magnetostriktiven Wegaufnehmers bestimmt, da die notwendigen langen Sensorlängen problemlos umgesetzt werden können. Von den technologischen Stärken der magnetostriktiven Positionsbestimmung profitiert aber nicht nur der Maschinenbau, sondern auch die Füllstandmesstechnik.