Bewegungsfreie Alternative 1

Lichtleiter werden in vielen Bereichen eingesetzt. Bei der Überwachung von Füllständen ist diese Technologie eher selten anzutreffen, obwohl optische Füllstandssensoren mit Lichtleitern gelegentlich die einzig wirtschaftlich realisierbare Lösung sind.

Das Funktionsprinzip optischer Füllstandssensoren beruht auf der Lichtbrechung an der Grenze zweier Umgebungen mit unterschiedlichem Lichtbrechungs-index. Die Sensoren bestehen im Wesentlichen aus einem Prisma und einem Kunststofflichtleiter. Eine externe Quelle sendet über den Lichtleiter ein optisches Signal, meist einen permanenten Lichtstrahl im sichtbaren Spektrum. Für spezielle Anwendungen, beispielsweise hoch lichtempfindliche Flüssigkeiten, sind auch andere Spektren oder gepulstes Licht denkbar.

Das Prisma an der Spitze des Sensors ist in der Regel so geformt, dass das Licht in Umgebungsluft intern reflektiert und über den Lichtleiter zurück zur Quelle gesendet wird. Berührt das Prisma eine Flüssigkeit, ändert sich der Brechungsindex des Lichts.

Dieses tritt zum großen Teil in die Flüssigkeit ein statt reflektiert zu werden. Ein an der Quelle angebrachtes Steuergerät erkennt dann die Unterbrechung des reflektierten Lichtstroms. Da im Normalzustand das Signal anliegt, ist eine Lichtleiterlösung failsafe, das heißt im Falle eines Kabelbruchs, oder wenn sich der Sensor gelöst hat, wird ein Überlaufen verhindert.

Für eine Füllstandsmesslösung mit Lichtleiter wird neben dem eigentlichen Sensor auch ein Lichtleiterverstärker benötigt. Dieses Gerät sendet, verstärkt und empfängt den Lichtstrahl und schaltet bei unterbrochenem Strahl beispielsweise eine angeschlossene Pumpe. Norbert Matthes, Produktmanager bei der deutschen Niederlassung des Schweizer Sensorikspezialisten Contrinex dazu: „Das können Geräte mit einer Distanzeinstellung über Potentiometer, Teach-In mit zusätzlicher manueller Feineinstellung sowie Impulsverzögerung und -verlängerung oder auch Geräte mit Digitalanzeige sein.“

Für explosionsgefährdete und beengte Umgebungen
Einer der Vorteile von Lichtleiterlösungen ist, dass diese gut für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen geeignet sind. Im Gegensatz etwa zu kapazitiven Sensoren brauchen optische Lichtleiter keinerlei Stromversorgung, sodass weder Spannung anliegt, noch elektromagnetische Effekte auftreten können. Auch produzieren Lichtleiter keine Abwärme. Anders als mechanische oder hydrostatische Sensoren arbeiten Licht-leiterlösungen zudem absolut bewegungsfrei, sodass keinerlei kinetische Energie freigesetzt werden kann. Die Auswertung der Signale erfolgt in sicherem Abstand außerhalb des Ex-Bereichs in einem Lichtleitergerät.

Durch die räumliche Trennung von Lichtleiter und Steuergerät sind Lichtleiterlösungen auch für Anwendungen, bei denen wenig Platz für die Sensoren zur Verfügung steht, gut geeignet. So lassen sich die nur wenige Millimeter breiten Lichtleiterköpfe in engen Umgebungen wie Steigrohren oder Leitungen unterbringen. Mit entsprechenden Steuer-geräten ist auch eine zentrale Auswertung ganzer Sensorenreihen ohne großen Aufwand zu realisieren. Durch den einfachen Aufbau der Geräte lassen sich Lichtleiterlösungen nicht nur sehr klein und leicht konstruieren, auch hohe Schutzarten sind einfach zu realisieren.

Grenzen der Anwendungen
Wie andere Sensortechnologien auch haben optische Sensoren mit Lichtleitern ihre Anwendungsbeschränkungen. Zwar erkennen sie sowohl leitende wie auch nicht leitende Flüssigkeiten in einem sehr weiten Temperatur- und Druckbereich – funktionsbedingt gibt es jedoch auch Grenzen: Die zu erkennende Flüssigkeit muss einen Lichtbrechungsindex haben, der sich ausreichend stark von der Umgebungsluft unterscheidet.

Dies kann bei bestimmten, meist weißlich-trüben Flüssigkeiten nicht der Fall sein. Ebenfalls ungeeignet sind klebrige oder zähflüssige Stoffe, die der Optik anhaften. Darüber hinaus müssen korrodierende oder extrem lichtempfindliche Stoffe mit einer anderen Sensortechnologie erfasst werden. Bei ex-plosiven Flüssigkeiten oder beengten Raumverhältnissen hingegen sind Lichtleiterlösungen häufig die beste Wahl. Aber auch in anderen An-wendungen bietet diese Technologie oft eine Alternative. Durch den Wegfall beweglicher oder stromführender Bauteile erweisen sich optische Lichtleiter als sehr robust und langlebig.