In der Pharma-, Baustoff- und Nahrungsmittelindustrie, an Behältern und Silos, an Plattformen und Dosierungen bis hin zu Küchen- und Personenwaagen: überall wird das Gewicht gemessen. In der Industrie wird es insbesondere dann interessant, wenn es um den Füllstand von Behältern geht. Bei der Gewichtsmessung bzw. der Verwiegung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die Ermittlung des Füllstands kann optisch, hydrostatisch, per Ultraschall, Mikrowellen und Radar, mechanisch, kapazitiv, durch Wärmeableitung, Verdrängung und Widerstand oder eben gravimetrisch erfolgen.
Der Begriff Gravimetrie setzt sich aus dem Lateinischen „gravitas“ für „Schwere“ sowie dem Griechischen „τὸ μέτρον“ für „Maß“ zusammen. Bei der gravimetrischen Messung wird also die Schwere der Masse mit der Gewichtskraft zu einem sinnvollen Wert verknüpft und somit der Füllstand durch das Verwiegen von Behältern ermittelt (der Füllstand ergibt sich aus der Dichte des Mediums und der Geometrie des Behälters). Damit ist die gravimetrische Füllstandsmessung ein Teil der Wägetechnik.
Die gravimetrische Füllstandsmessung eignet sich vor allem dann, wenn es innerhalb der Behälter zu Verschüttungen kommen kann.
Gravimetrische Füllstandsmessung: Vorteile
Diese Art der Verwiegung hat gleich mehrere Vorteile. Der vielleicht größte Vorteil ist, dass sich die dafür verwendeten Kraftaufnehmer außerhalb des Behälters befinden. Sie kommen entsprechend nicht mit dem Füllgut in Kontakt. Es ist nicht notwendig, die Behälter zu öffnen oder zu modifizieren. Eine Kontamination kann somit ausgeschlossen werden. Auch die Reinigung wird dadurch deutlich leichter. Weiterhin ist sehr genaues Messen möglich: 0,02 % der Nennlast sind bei der relativen Linearitätsabweichung keine Seltenheit. Dadurch wird Dosieren möglich, wenn beispielsweise Nahrungsmittel in Tüten gefüllt werden – und in der Verpackung natürlich so viel enthalten sein muss wie angegeben.
Von Vorteil ist ebenso, dass das Füllgut die Messung nicht beeinflusst. Für sämtliche Inhalte kann die Ermittlung des Füllstands gravimetrisch erfolgen: Feststoffe, Flüssigkeiten, viskose Stoffe, schaumbildende Stoffe – gar giftige oder aggressive Inhalte sind denkbar. Weiterhin kommt es selbst dann nicht zu einer Verfälschung der Messung, wenn innerhalb des Silos oder Tanks Lunker oder Schüttkegel entstehen, da der gesamte Inhalt verwogen wird.
Durch passende Einbaumodule wird nicht nur die Gewichtskraft ideal in die Kraftaufnehmer geleitet, auch gestaltet sich der Einbau dadurch sehr einfach. Modul und Kraftaufnehmer verfügen über eine geringe Höhe und ein geringes Einbauvolumen. Problematisch kann es allerdings werden, wenn die Behälter bereits fest verbaut sind und diese nur mit sehr großem Aufwand auf Module gestellt werden können. Dann ist es wahrscheinlich ratsam, sogenannte Dehnungsaufnehmer an die Stützen zu schrauben. Die Dehnungsaufnehmer ermitteln die durch das Gewicht des Inhalts bedingte Stauchung der Stützen. Sie machen es dadurch möglich, unverrückbare Behälter gravimetrisch zu verwiegen.
Gravimetrische Füllstandsmessung: Nachteile
Die Nachteile der gravimetrischen Füllstandsmessung fallen je nach Anwendungsfall mehr oder weniger ins Gewicht. Verfälscht wird diese nämlich vor allem dann, wenn Kraftnebenschlüsse nicht verhindert werden können. Im Idealfall ist der Behälter mechanisch entkoppelt. In der Praxis kann es aber immer wieder vorkommen, dass beispielsweise Verstrebungen zwingend erforderlich sind. Dann kommt es darauf an, wie groß deren Stützwirkung ist. Zu ähnlichen Problemen kann es kommen, wenn die Messung durch ein hohes Tragegewicht beeinflusst wird. Die gravimetrische Messung ist umso genauer, je geringer das Gewicht des Behälters im Vergleich zum Füllgut ausfällt. Und schließlich kann es bei freistehenden Außenbehältern zu Effekten durch Natureinflüsse kommen. Wenn also beispielsweise Wind drückt oder Schnee zu einem deutlichen Gewichtsanstieg führt.
Typische Kraftaufnehmer zur Verwiegung von Behältern
Bei Waagen werden klassischerweise Plattformwägezellen eingesetzt. Diese zeichnen sich nicht nur durch ihren geringen Preis und die hohe Genauigkeit aus, sondern außerdem dadurch, dass die Ermittlung des Gewichts zuverlässig erfolgt, unabhängig davon, wo es auf der Plattform platziert ist. Unter Tanks, Silos oder Behältern, die auf Stützen stehen, werden im Regelfall Biege- oder Scherstäbe mit den entsprechenden Wägemodulen zur optimalen Krafteinleitung verbaut. Zur Ermittlung der Nennlast dieser Kraftaufnehmer teilt man das Gesamtgewicht des Behälters durch die Anzahl der Stützen. Übersteigt die Nennlast 10 t, kann auf Druckkraftaufnehmer umgeschwenkt werden, deren maximale Kapazität bis zu 300 t erreicht. Bei vier Stützen können entsprechend Behälter bis zu 1.200 t mit höchster Genauigkeit verwogen werden. Alternativ dazu können Behälter an S-Typ-Kraftaufnehmer gehängt oder mit Dehnungsaufnehmern ausgestattet werden.
Hinweis
Füllstand kann man auf vielerlei Art und Weise messen. Ob wie beschrieben gravimetrisch oder mit Pegelsonde, Schwimmschalter oder Drucksensor – WIKA hat für jeden Anwendungsfall den richtigen Sensor im Angebot. Bei Fragen steht Ihnen Ihr Ansprechpartner gerne zur Verfügung.
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