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Hydrostatische Messungen

Manuel Boller-Berger
13. April 2021

Füllstandsmessung

Die Überwachung des Füllstands ist heutzutage für viele Anwendungen, Industrien und sogar für unsere Grundbedürfnisse ein wichtiges Element.

Zum Beispiel wird der Grossteil unseres Trinkwassers aus dem Grundwasser gewonnen. Allgemeine Wasserknappheit betrifft mittlerweile nicht mehr nur die dritte Welt, sondern ist auch in technologisch hoch entwickelten Ländern ein omnipräsentes Thema. Der Klimawandel, Waldbrände, Gletscherschmelze und der dadurch ansteigende Weltmeeresspiegel sind alles Argumente für eine gut durchdachte und ordentliche Bewirtschaftung der Grundwasser-Ressourcen.

Des Weiteren ist die Überwachung der Füllhöhe in Tanks bzw. geschlossenen Behältern von Öl oder ähnlichen Fluiden vor allem aus Kostengründen sehr wichtig oder auch als Diebstahlsicherung geeignet. Zentimeter genaue Bestimmung der Füllhöhe können somit dem Kunden einige Ersparnisse sichern. Mit einem zusätzlichen Funkmodul kann in diversen Anwendungen automatisiert eine Bestellung ausgelöst werden, sobald der Füllstand unter einen bestimmten Wert sinkt.

Die häufigste Form der elektrischen Füllstandsmessung ist die hydrostatische Druckmessung.

Hydrostatischer Druck

Als hydrostatischen Druck bezeichnet man den Druck, der innerhalb eines ruhenden Fluids oder Gases durch den Einfluss der Gravitationskraft entsteht. Das ruhende Fluid erzeugt durch seine eigene Masse ein Eigengewicht auf die unteren Schichten. Hierbei spielt weder der Typ des Mediums eine Rolle noch ob das Fluid sich in Bewegung befindet. Dynamischer Druck durch Strömung wird nicht erfasst.

Der hydrostatische Druck kann sowohl in einem offenen bzw. freien Behälter, Gewässer oder auch in einem geschlossenen Tank mit Über- oder Unterdruck gemessen werden. In sämtlichen Fällen wird unter Berücksichtigung des Umgebungsdrucks der tatsächliche Füllstand ermittelt. Bei einem geschlossenen Behälter muss zusätzlich der Druck des über der Flüssigkeit eingeschlossenen Gases miteinbezogen werden. Dies erfolgt über eine weitere Druckmessung mit einem zweiten Transmitter, der in der Regel seitlich am Tank eingeschraubt wird.

Hydrostatischer Druck unter Berücksichtigung des Umgebungsdruckes

Mittels folgender Formel lässt sich der hydrostatische Druck unter Berücksichtigung des Umgebungsdrucks berechnen:

p(h, p₀) = ρ * g * h + p₀

Die Formel lässt sich auf offene Gewässer und ruhende (statische) Flüssigkeiten in Behältern anwenden. Bei geschlossenen Behältern kommt eine Differenzdruckmessung zur Mitführung von p₀ (Deckeldruck) zum Einsatz. Um den Umgebungsdruck bei offenen Applikationen einzubeziehen, wird mit Relativdrucksensoren oder der AA-Technologie (absolut-absolut) gemessen.

Fernübertragung via Internet

Für die Grundwasser/Füllstandsüberwachung offener Gewässer bzw. in freier Natur sind unter Umständen die Distanzen zu den Messstellen relativ gross und die Stellen schwer zu erreichen. Für diese Anwendungen besitzt KELLER Druckmesstechnik sowohl Lösungen mit Pegellogger über Nahfunk-Schnittstellen als auch Pegellogger mit einer Fernübertragungseinheit via GSM bzw. Internet.