Grafik zu: Temperaturbedingte Dichteänderung

Bei der hydrostatischen Füllstandsmessung wirken sich Temperaturschwankungen im Medium auf die Genauigkeit des Messergebnisses aus. Doch warum ist das so und wie kann man den Temperatureinfluss auf die hydrostatische Füllstandsmessung minimieren?

Im Blogbeitrag „Hydrostatische Füllstandsmessung in offenen Geometrien und Behältern“ wird die Berechnung der Füllstandshöhe näher erläutert. Die hydrostatische Füllstandsmessung ist nicht von der Behälterform abhängig und lässt sich mit der Formel h = p / (ρ * g) berechnen.

h: Füllstandshöhe
p: Hydrostatischer Druck
ρ: Mediendichte
g: Fallbeschleunigung
m: Masse
V: Volumen

Die Mediendichte ρ = m / V unterliegt jedoch dem Einfluss der Temperatur. Der Grund dafür ist die physikalische Gesetzmäßigkeit, dass sich ein Volumen bei Temperaturerhöhung unter konstantem Druck ausdehnt. Das heißt, mit steigender Temperatur schrumpft die Mediendichte und umgekehrt. Da der hydrostatische Druck p in offenen Behältern dabei konstant bleibt, hat der Einfluss der Temperatur eine negative Auswirkung auf das Messergebnis. Deshalb ist der gemessene hydrostatische Druck einer Flüssigkeit immer in Korrelation zur Medientemperatur zu setzen.

Fallbeispiel: Abweichungen der Genauigkeit ohne Temperaturkompensation

Die Dichte von Wasser beträgt bei Raumtemperatur (20 °C) 998,20 kg/m³. Wird nun derselbe Dichtewert für die Berechnung bei 80 °C warmem Wasser angenommen, so tritt ein Messfehler von 2,7 % auf, da die Dichte von 80 °C warmem Wasser nur 971,79 kg/m³ beträgt (vgl. Titelbild). Bei Ölen und Kraftstoffen fällt die temperaturbedingte Dichteänderung noch größer aus und so ist bei einem Motorenöl im gleichen Rechenbeispiel eine Messabweichung von ca. 4,5 % zu erwarten.

Möchte man lediglich den Füllstand überwachen und die Genauigkeit spielt eine untergeordnete Rolle, so ist eine Temperaturkompensation durch Korrektur der Dichte (vgl. Titelbild) nicht notwendig. Auch ist diese nicht nötig, wenn keine oder nur geringe Temperaturschwankungen im Prozess herrschen. Wird aber eine präzise hydrostatische Füllstandsmessung bei schwankenden Medientemperaturen gefordert, ist eine Kompensation der temperaturbedingten Dichteänderung zwingend erforderlich. Mit der Kenntnis über die aktuelle Medientemperatur kann die tatsächliche Dichte zur Berechnung der Füllstandshöhe herangezogen werden. Ein temperaturbedingter Messfehler ist somit ausgeschlossen.

Hinweis
Als führender Hersteller von hydrostatischen Füllstandssensoren bietet WIKA eine große Auswahl an Pegelsonden, auch mit integrierter Temperaturmessung. Gerne berät Sie Ihr Ansprechpartner zur Auswahl der geeigneten Produktlösung.



Kommentar verfassen