Hydrostatischer Druck – was ist das?

Hydrostatischer Druck ist der Druck, den eine Flüssigkeitssäule abhängig von ihrer Höhe und Dichte ausübt. Einfach gesagt: Das ist der Druck, der in einer bestimmten Tiefe innerhalb einer Flüssigkeit herrscht. Je größer die Tiefe, desto höher der hydrostatische Druck – denn das Gewicht der Flüssigkeit nimmt unter dem Einfluss der Schwerkraft mit zunehmender Tiefe zu.

Messung des hydrostatischen Drucks – das Paradoxon

Der hydrostatische Druck einer Flüssigkeit hängt ausschließlich von der Tiefe ab. Er wird nicht durch die Form oder Größe des Behälters beeinflusst. Dieses Phänomen ist als „hydrostatisches Paradoxon“ bekannt.

Hydrostatische Füllstandsmessung einer Flüssigkeit in einem Tank

Was ist ein hydrostatischer Füllstandssensor?

Ein hydrostatischer Füllstandsmessumformer ist ein tauchfähiger Drucksensor, der zur Überwachung von Flüssigkeitsständen eingesetzt wird. Er misst den hydrostatischen Druck, der durch die Höhe der Flüssigkeitssäule entsteht.

Wie funktioniert ein Füllstandsmessumformer?

Der Druck wird auf Höhe der untergetauchten Membran der Sonde gemessen und mit dem atmosphärischen Druck in Beziehung gesetzt, der über ein Kapillarrohr gemessen wird. Diese Methode ist aufgrund ihrer Einfachheit und hohen Zuverlässigkeit sehr beliebt. Hydrostatische Füllstandssensoren kompensieren in der Regel automatisch die Änderungen des atmosphärischen Drucks, sodass der gemessene Druck nur den Druck der Flüssigkeit aufgrund ihres spezifischen Gewichts und der vertikalen Entfernung zur Oberfläche widerspiegelt.

Hydrostatische Füllstandsmessung – Anwendung

Diese Messmethode wird in vielen Branchen eingesetzt – unter anderem in der Lebensmittelindustrie, der Wasser‑ und Abwasserwirtschaft sowie in Kläranlagen und Pumpstationen. Je nach Anwendung bietet JUMO folgende Arten von Pegelsonden an:

• Pegelsonde JUMO MAERA F27 für Wasser- und Abwasserwirtschaft, Galvanikbäder oder Behälter mit aggressiven Medien.
• Pegelsonde JUMO MAERA S25 mit4-20-mA-Signal für Standard‑Füllstandsanwendungen in Wasser‑ und Prozessbehältern.
• Pegelsonde JUMO MAERA S28 für den Einsatz in der Wasserwirtschaft, Brunnen- oder Oberflächenwasser.

Wie funktioniert die hydrostatische Füllstandsmessung?

Bei der hydrostatischen Füllstandsmessung wird eintauchfähiger Drucksensor auf eine bestimmte Tiefe – den Nullpunkt – abgesenkt oder fest installiert.

Der Sensor misst den Druck auf Höhe seiner Membran. Aufgrund des hydrostatischen Paradoxons erfasst er nicht das gesamte Volumen des Behälters, sondern ausschließlich den Druck der direkt darüber liegenden Flüssigkeitssäule. Ist das spezifische Gewicht (Dichte) der Flüssigkeit bekannt, lässt sich aus dem gemessenen Druck der Abstand zwischen Messpunkt und Flüssigkeitsoberfläche berechnen – und damit der Füllstand.

Was sind die Vorteile einer hydrostatischen Füllstandsmessung?

• Hohe Zuverlässigkeit
• Hohe Genauigkeit der Füllstandsüberwachung
• Direkter Kontakt mit dem Medium
• Unempfindlich gegenüber Störungen wie Verunreinigungen, Schaum oder Behältergeometrie – ideal für schäumende Medien und kritische Behälterinstallationen

Wie wähle ich den richtigen Druck-Füllstandssensor aus?

Für offene Behälter wie Entlüftungsbehälter, Brunnen oder natürliche bzw. künstliche Wasserreservoirs eignen sich tauchfähige Pegelsonden am besten. Für geschlossene Behälter verwendet man idealerweise tauchfähige Drucksensoren mit bündiger Membran oder von außen montierbare Messumformer.

Nachdem diese Grundentscheidung getroffen wurde, sollten folgende Merkmale berücksichtigt werden:

• Druckanschluss (gilt nur für seitlich montierte Standard‑Messumformer). Er muss zur Gewindebohrung des Tanks passen.
• Messbereich muss dem tatsächlichen Füllstand der Anwendung entsprechen. Bei freistehenden Tanks ergibt sich der Füllstand aus der Behälterhöhe. Bei unterirdischen Tanks bestimmt die gewünschte Eintauchtiefe der Sonde den nötigen Messbereich.
  Wichtig: Eine Wassersäule von 10 m entspricht etwa 1.000 mbar (1 bar) bzw. 14,5 psi.
• Genauigkeit: Standardgenauigkeit < 0,5 % → Messfehler max. ca. 5 mm pro Meter Füllstand. Höchste Genauigkeit < 0,1 % → Messfehler max. ca. 1 mm pro Meter Füllstand.
• Elektrischer Anschluss: Bei Standardsensoren: Steckverbinder (z. B. M12 oder DIN A) oder Kabelausgang. Bei Tauchsonden: nur Kabelanschluss verfügbar. Das Kabel muss lang genug sein – sowohl zur Steuerungseinheit als auch für die erforderliche Eintauchtiefe.
• Werkstoff: Standard: Edelstahl, wie beim JUMO MAERA S28. Für aggressive oder anspruchsvolle Medien: Titan‑Sonden, wie die hydrostatische Sonde JUMO MAERA S29.
• Zusatzfunktionen, z. B. Ex-Zonen-Zulassung, wie bei dem Drucksensor JUMO dTRANS p33.

Wasserstand-Druckmessumformer – zusätzliche Merkmale

Mit einem hydrostatischen Füllstandsdruckmessumformer lässt sich nicht nur der aktuelle Füllstand bestimmen, sondern auch jede Veränderung des Füllstands relativ zu einem definierten Referenzpunkt innerhalb des Mediums überwachen. Das ermöglicht eine kontinuierliche Füllstandserfassung.

Da der hydrostatische Messumformer unterhalb der Wasseroberfläche installiert ist, wird er nicht durch Störungen an der Oberfläche beeinflusst – etwa durch Wellen, Spritzwasser oder kurzzeitige Überflutungen.

Hydrostatische Füllstandsmessung – Temperaturkompensation

Steigt die Temperatur einer Flüssigkeit, dehnt sie sich aus – der Flüssigkeitsstand nimmt zu. Dieses Verhalten kann die Genauigkeit einer hydrostatischen Füllstandsmessung beeinträchtigen. Wenn Sie bei wechselnden Temperaturen eine präzise Füllstandserfassung benötigen, empfehlen wir den Einsatz eines zusätzlichen Temperatursensors, etwa eines Pt100‑Temperaturfühlers, um temperaturebedingte Messfehler zu vermeiden.

Alternativ können Sie auch einen hydrostatischen Füllstandsmessumformer mit integriertem Temperatursensor JUMO MAERA F27 wählen.

Welche Kabeltypen sind für hydrostatische Pegelsonden verfügbar?

Für hydrostatische Pegelsonden wie JUMO MAERA F27 stehen folgende Kabeltypen zur Verfügung:

• PUR‑Kabel – graues, polyurethanbeschichtetes, abgeschirmtes und UV‑beständiges Kabel.
• PE‑LD‑Kabel – schwarzes, abgeschirmtes und UV‑beständiges Kabel aus Polyethylen niedriger Dichte.
• FEP‑Kabel – schwarzes, fluoriertes Ethylen‑Propylen‑Kabel (FEP), ebenfalls abgeschirmt.

Was ist die maximale Kabellänge für eine hydrostatische Pegelsonde?

Alle Kabelvarianten für hydrostatische JUMO‑Pegelsonden sind in Standardlängen von 5 bis 100 Metern erhältlich und können bei Bedarf an individuelle Kundenanforderungen angepasst werden.

Hydrostatische Sonden mit PZH-Zulassung

Die PZH‑Zulassung ist ein Zertifikat, das bestätigt, dass eine hydrostatische Sonde die erforderlichen Sicherheits‑ und Qualitätsstandards für Trinkwasser erfüllt und damit für Anwendungen geeignet ist, die die öffentliche Gesundheit betreffen. Diese Bestätigung ist besonders wichtig für Geräte, die in Kontakt mit Trinkwasser oder anderen Flüssigkeiten stehen, die eine direkte Auswirkung auf die menschliche Gesundheit haben können.

Auf Anfrage stellen wir Ihnen gerne das aktuelle PZH‑Zertifikat für unsere hydrostatischen Sonden zur Verfügung.

JUMO-Füllstandsensoren

JUMO bietet eine breite Palette an hydrostatischen Sensoren für die kontinuierliche Überwachung von Flüssigkeitsständen. Bitte kontaktieren Sie uns – unsere Spezialisten wählen ein Gerät für Ihre Anwendung aus.