Füllstand messen mit Radar oder Ultraschall im Vergleich

Das Wichtigste auf einen Blick

Wie die drei Verfahren messen

80-GHz-Radar sendet einen kurzen Impuls aus und misst die Laufzeit bis zur Oberfläche. Die Wellenlänge liegt bei etwa 3,7 Millimetern, dadurch bleibt die Antenne klein und der Öffnungswinkel eng. Ein Strahl von 3 bis 4 Grad erlaubt den Einbau in schmale Stutzen und Behälter mit Rührwerk oder Einbauten. Die Messung erfolgt berührungslos, ohne Kontakt zum Medium.

Geführtes Radar führt die Mikrowelle über eine Stab-, Seil- oder Koaxsonde zum Medium. Gemessen wird die Laufzeit entlang der Sonde, reflektiert wird an der Oberfläche. Dampf, Staub, Schaum und Einbauten stören kaum, weil sich die Welle im Wellenleiter ausbreitet. Anhaftungen an der Sonde verfälschen das Signal dagegen deutlich.

Ultraschall nutzt Schallwellen zwischen 20 und 70 Kilohertz. Die Schallgeschwindigkeit hängt von der Temperatur ab, deshalb rechnen die Geräte mit einem Temperaturfühler nach. Schall braucht ein tragfähiges Medium, im Vakuum und in Gasen mit stark wechselnder Zusammensetzung fehlt diese Grundlage. Die Laufzeit ist länger als bei Radar, die Messung reagiert träger.

Grenzen bei Dampf, Schaum, Staub, Temperatur und Druck

Freiraum-Radar verliert bei starkem Dampf an Signal, weil Wassertropfen die Welle dämpfen. 80 GHz kompensiert das teilweise durch die Bündelung, in Siedeprozessen mit dichtem Nebel bleibt geführtes Radar die sicherere Wahl. Schaum schluckt Mikrowellen und Schall unterschiedlich stark: trockener Schaum stört Radar kaum, nasser Schaum kann beide Verfahren blenden.

Ultraschall scheitert im Vakuum, weil dort keine Schallträger vorhanden sind, und bei Staub, weil Partikel den Schall streuen. Über 80 Grad Celsius sinkt die Reichweite vieler Schallköpfe deutlich. Radar arbeitet je nach Ausführung bis 200 Grad Celsius, geführtes Radar in Hochtemperaturausführungen bis etwa 400 Grad Celsius und 400 bar.

Vergleichstabelle: Kriterien und typische Werte

Die Werte sind Richtwerte gängiger Seriengeräte und keine Garantiewerte; bei Sonderausführungen verschieben sich die Grenzen.

Beispielrechnung: Rührkessel mit Dampfpolster

Ein 2 Meter hoher Rührkessel mit Dampfpolster soll bis 160 Grad Celsius betrieben werden. Ultraschall fällt aus, weil der Dampf den Schall streut; ein 80-GHz-Radar mit 200 Grad Celsius Grenze kostet in der Beispielkonfiguration 1900 Euro netto.

Geführtes Radar mit Seilsonde liegt bei 1500 Euro netto, verlangt aber einen freien Einbauplatz neben dem Rührwerk. Für beide Varianten kommen Montage und Abgleich mit etwa 300 bis 600 Euro netto hinzu.

Geräte bekannter Anbieter

Endress+Hauser führt das 80-GHz-Radar Micropilot FMR, das geführte Radar Levelflex FMP und die Ultraschallreihe Prosonic FMU. VEGA bietet mit VEGAPULS 6X ein 80-GHz-Gerät, mit VEGAFLEX geführtes Radar und mit VEGASON Ultraschall; eine Produktübersicht zu Radar-, Ultraschall- und weiteren Füllstandsensoren ordnet das Programm ein.

Siemens kombiniert Radar- und Ultraschallgeräte mit hydrostatischer Druckmessung, etwa mit dem tauchfähigen SITRANS LH100, einem Füllstandsmessumformer. Krohne setzt bei Radar auf OPTIWAVE und bei Ultraschall auf OPTISOUND und beschreibt daneben sein Programm zur Durchflussmesstechnik. Sick bedient mit LFP Inox das geführte Radar und mit UC30 den Ultraschallbereich.

Montage, Abgleich und wiederkehrende Prüfungen

Die Einbaulage entscheidet oft mehr als das Messprinzip. Radar braucht freie Sicht zur Oberfläche, geführtes Radar einen Stutzen ohne Kanten, Ultraschall einen schallharten Boden und tolerierte Temperaturschichtung. Nach der Inbetriebnahme sind Füllstandsmessungen als Teil der Anlage wiederkehrend zu prüfen; Anhang 2 der Betriebssicherheitsverordnung beschreibt Prüfungen und Instandhaltung von Arbeitsmitteln.

Häufige Fragen

Wann ist Ultraschall die günstigere Wahl?

Bei offenen Becken, Abwasserkanälen und Wasserbehältern ohne Dampf, Schaum oder Vakuum. Ab 900 Euro netto je Sensor ist Ultraschall meist die preiswerteste berührungslose Lösung, solange die Temperatur unter 80 Grad Celsius bleibt.

Wann lohnt sich 80-GHz-Radar statt geführtem Radar?

Wenn kein Mediumskontakt möglich ist, etwa bei Lebensmitteln, Pharmaprodukten oder aggressiven Flüssigkeiten. Bei Stutzen mit kleinem Durchmesser, Rührwerken und Einbauten spielt der enge Strahl seinen Vorteil aus.

Wie stark schwanken die Preise?

Die Spanne von 900 Euro bis 3500 Euro netto je Sensor ergibt sich aus Ausführung, Prozessanschluss, Zulassung und Temperatur- oder Druckstufe. Ex-geschützte und hygienegerechte Varianten liegen am oberen Rand.

Welche Rolle spielt die Dielektrizitätszahl?

Bei Radar entscheidet sie über die Reflexion: Medien mit niedriger Dielektrizitätszahl wie Öle liefern schwache Echos. Geführtes Radar gleicht das über die Sonde aus, Ultraschall ist davon unabhängig.