Läuft der Luftkompressor einwandfrei? Prüfen Sie, ob diese vier Tests ordnungsgemäß durchgeführt wurden.

Die derzeitigen Lösungen zur Erkennung ausgereifter Level umfassen im Wesentlichen folgende Typen:

Der Schwimmer-Füllstandssensor (Reed-Kontakt-Typ) ist die gängigste ältere Methode. Sein Aufbau ist sehr einfach: Ein Schwimmer ist an einem Rohr befestigt, in dem sich eine Kette aus Reed-Kontakten und Widerständen befindet. Der Schwimmer bewegt sich mit dem Flüssigkeitsstand auf und ab, und die Magnete im Inneren ziehen die Reed-Kontakte an, wodurch die Widerstände an verschiedenen Positionen verbunden werden. Der Messumformer wandelt dieses Signal in ein analoges 4-20-mA-Ausgangssignal um. Der größte Vorteil dieser Lösung ist ihr geringer Preis und ihre Unabhängigkeit vom Medium. Sie funktioniert gut mit Wasser, Öl und Kältemitteln. Allerdings neigen die mechanischen Komponenten wie Schwimmer und Verbindungsstange zu Verstopfungen und Blockierungen und unterliegen einem gewissen Verschleiß.

Der piezoelektrische Füllstandsschalter findet in letzter Zeit immer häufiger Anwendung. Sein Funktionsprinzip ähnelt dem Anschlagen einer Metallgabel: Die Sonde erzeugt hochfrequente Vibrationen, deren Frequenz sich beim Eintauchen in die Flüssigkeit ändert. Die Schaltung erfasst diese Änderung und gibt ein Schaltsignal aus. Dieses Gerät dient üblicherweise zur Meldung von hohen und niedrigen Füllständen und misst keine kontinuierlichen Flüssigkeitsstände. Es zeichnet sich jedoch durch schnelle Reaktionszeit, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen sowie Blasenbildung und leichten Ablagerungen aus. An unserem vorherigen Standort klemmte der mechanische Schwimmer häufig, doch nach dem Austausch gegen einen piezoelektrischen Füllstandsschalter traten keine Probleme mehr auf.

Die Ultraschall-Füllstandsmessung ist ein berührungsloses Verfahren. Der Sensor wird an der Außenseite der Tankwand angebracht, und die Longitudinalwelle breitet sich entlang der Wand aus. Der Flüssigkeitsstand beeinflusst die Ausbreitungsdämpfung der Schallwelle; aus der gemessenen Signalstärke lässt sich der Flüssigkeitsstand berechnen. Vorteile sind, dass weder Bohrlöcher noch ein direkter Kontakt erforderlich sind und das System die Dichtungen schont. Allerdings ist dieses System relativ teuer und wird üblicherweise zur Überwachung kritischer Anlagenteile eingesetzt.

Die gängigen Hochtemperatur-Erkennungssensoren in der Kompressorenindustrie lassen sich derzeit in drei Kategorien einteilen:

Thermoelemente sind bewährte Messgrößen in Hochtemperaturanwendungen. Ihr Funktionsprinzip beruht darauf, dass zwei unterschiedliche Metalle miteinander verschweißt werden. Ändert sich die Temperatur, entsteht an der Verbindungsstelle ein winziges thermoelektrisches Potenzial. Durch Messung dieser Spannung lässt sich die Temperatur bestimmen. Der am häufigsten verwendete Typ ist der K-Typ (Nickel-Chrom – Nickel-Silizium), der Temperaturen bis zu mehreren tausend Grad Celsius standhält. Die Auslassöffnungen von Industriekompressoren eignen sich für den Einsatz von Thermoelementen. Der Nachteil besteht darin, dass eine zusätzliche Kaltspannungskompensation erforderlich ist und das Signal relativ schwach (im Millivoltbereich) und störanfällig ist.

Pt100/Pt1000-Platinwiderstände sind typische Widerstandsmessgeräte zur Temperaturmessung. Der Widerstand von Platin verhält sich linear zur Temperatur (0 °C entspricht exakt 100 Ω), und aus der Widerstandsmessung lässt sich die Temperatur invers berechnen. Pt100-Widerstände sind deutlich genauer als Thermoelemente (bis zu ±0,1 °C) und eignen sich für einen Temperaturbereich von -200 °C bis 600 °C. Heutzutage werden die Wasser- und Öltemperaturen vieler Kompressoren direkt mit Pt100-Widerständen gemessen. Die Drei- oder Vierleiter-Anschlusstechnik reduziert Verdrahtungsfehler erheblich und vereinfacht die Justierung vor Ort.

NTC-Thermistoren sind eine kostengünstige und schnell reagierende Lösung. Sie bestehen aus Halbleitermaterialien und ihr Widerstand sinkt mit jeder geringfügigen Temperaturerhöhung um einen bestimmten Wert. Ihre Vorteile sind die geringe Größe und die schnelle Reaktionszeit (im Millisekundenbereich). Allerdings ist ihr Temperaturbereich eng und überschreitet in der Regel nicht 150 °C, weshalb sie für Hochtemperaturanwendungen ungeeignet sind. Dennoch finden sie breite Anwendung in einigen kleinen, mobilen Kompressoren, da sie preiswert und einfach zu handhaben sind.

Der thermische Massenstrommesser ist speziell für Gase wie Druckluft konzipiert. Sein Funktionsprinzip lässt sich wie folgt erklären: Die Messsonde ist mit zwei Temperaturfühlern ausgestattet. Einer wird kontinuierlich beheizt (und hält so eine konstante Temperaturdifferenz aufrecht, die höher ist als die des Gases), während der andere als Referenzfühler die Temperatur des Gases selbst misst. Beim Gasstrom nimmt das Gas Wärme vom Heizfühler auf. Je schneller die Wärme abgeführt wird, desto schneller strömt das Gas und desto größer ist sein Volumen. Aus der abgeführten Wärmemenge lässt sich der Massenstrom direkt berechnen.

Diese Lösung bietet mehrere praktische Vorteile: Erstens gibt sie den Massenstrom (Nm³/h) direkt aus, wodurch eine zusätzliche Temperatur- und Druckkompensation entfällt und viel Aufwand gespart wird. Zweitens ist der Messbereich sehr groß (1:100 oder sogar 1:200) und ermöglicht die Messung sowohl hoher Durchflussmengen im Volllastbetrieb als auch geringer Leckagesignale. Drittens besitzt sie keine beweglichen Teile, ist verschleißarm, weist einen extrem geringen Druckverlust auf und verbraucht keine Energie.

Der Wirbelstrommesser ist eine weitere gängige Lösung. Er nutzt das Prinzip der Kármánschen Wirbelstraße: Strömt ein Fluid an einer dreieckigen Säule vorbei, entstehen auf beiden Seiten abwechselnde Wirbel, deren Frequenz direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist. Seine Vorteile liegen in der hohen Temperatur- und Druckbeständigkeit sowie der robusten Bauweise, wodurch er sich in Hauptleitungen und Anwendungen mit großem Durchmesser als sehr zuverlässig erweist. Allerdings liefert er den Volumenstrom und erfordert Temperatur- und Druckkorrekturen. Enthält das Gas Feuchtigkeit oder Öl, wird die Messgenauigkeit beeinträchtigt.

In der Kompressorenindustrie zählen Keramikdrucksensoren zu den am weitesten verbreiteten Lösungen. Sie nutzen das Prinzip des piezoresistiven Effekts: Der Druck wirkt direkt auf die Keramikmembran, wodurch diese leicht verformt wird. Der Widerstandswert des auf der Rückseite befindlichen Dickschichtwiderstands (der eine Wheatstone-Brücke bildet) ändert sich entsprechend. Die Brücke gibt dann ein dem Druck proportionales Spannungssignal aus. Warum sind Keramiken so nützlich? Keramiken zeichnen sich durch hohe Elastizität, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Stoßfestigkeit und Vibrationsfestigkeit aus und bieten eine besonders gute Stabilität mit einer jährlichen Drift von unter 0,2 % des Messbereichsendwertes (FSO). Sie arbeiten stabil in einem breiten Temperaturbereich von -40 °C bis 135 °C, selbst unter den rauen Betriebsbedingungen von Kompressoren.

Diffundierte Silizium-Drucksensoren sind ebenfalls weit verbreitet. Ihr Funktionsprinzip ähnelt dem von Keramiksensoren, nur dass das Sensorelement aus Silizium besteht. Die Genauigkeit ist oft höher, allerdings reagieren sie auch empfindlicher auf Temperatur und elektromagnetische Störungen. Sie eignen sich gut für bestimmte hochpräzise Prüfanwendungen.

Dehnungsmessstreifen aus Edelstahl weisen die robusten und zuverlässigen Eigenschaften von Metallen auf, widerstehen starken Druckpulsationen und Stößen und eignen sich für Anwendungen mit hohen Belastungen, wie beispielsweise in Hydrauliksystemen. Ihre Gesamtstabilität und Langzeitdriftkontrolle sind jedoch nicht so gut wie bei Keramiksensoren.

Bei der Anwendung von Luftkompressoren spielen Drucksensoren eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung eines stabilen Luftdrucks und verbessern so die Arbeitseffizienz und die Qualität der komprimierten Luft. Einige neue intelligente Kompressorplattformen verfügen sogar über ein isoliertes Verteilermodul, das den Ausbau und die Reparatur des Drucksensors erleichtert, ohne das System entleeren zu müssen. Dies vereinfacht die Wartung erheblich.