In der Industrie spielt die Messung von Durchflüssen – sei es von Flüssigkeiten oder Gasen – eine wesentliche Rolle, um Prozesse zu steuern, zu regeln und zu überwachen. Die richtige Auswahl einer Messmethode ist entscheidend für die Effizienz und Sicherheit der Betriebsabläufe. In diesem Beitrag geben wir einen Überblick auf die gängigsten Messmethoden.
Die Wahl der Durchflussmessmethodik hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, einschließlich der Art des Mediums, der erforderlichen Präzision und des Anwendungsgebietes.
Mechanische Durchflussmessung
Die mechanische Durchflussmessung zählt zu den am längsten etablierten Messverfahren. Sie umfasst klassische Methoden wie Flügelrad-, Schaufelrad- und Ovalradzähler:
- Flügelradzähler: Hier treibt die Strömung des Fluids ein Flügelrad an. Die Drehzahl des Rades ist proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und damit zum Volumenstrom.
- Schaufelradzähler: Ähnlich dem Flügelradzähler, aber mit einer Anordnung von Schaufeln, die die Durchflussgeschwindigkeit erfassen.
- Ovalradzähler: Zwei oval geformte Zahnräder, die sich gegeneinander abwälzen und deren Rotation eine direkte Messung des Volumenstroms ermöglicht.
Diese Geräte nutzen physische Komponenten, die sich im Fließmedium bewegen. Der sich drehende Teil ist dabei proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und somit zum Volumendurchfluss.
Während mechanische Durchflussmessgeräte häufig robust und einfach gebaut sind und damit preisgünstig und vielseitig einsetzbar sind, führt der mechanische Verschleiß über Zeit zu Messungenauigkeiten, wobei insbesondere im Medium strömende Feststoffe regelmäßige Reinigungen und Überprüfungen notwendig machen.
Kalorimetrische Durchflussmessung
Die kalorimetrische Strömungsmessung ist eine vielseitige Technologie, die sich besonders gut zur Messung von Durchflussraten und zum Erfassen von Strömungen in Rohrleitungen und Luftkanälen eignet.
Das Verfahren nutzt zwei Temperatursensoren: einen Sensor, der die Temperatur des Mediums misst (Referenzsensor), und einen zweiten Sensor, der das Medium erhitzt (Heizelement). Je schneller das Medium strömt, desto schneller wird die zugeführte Wärme abgeführt. Die Abkühlrate bzw. der Temperaturunterschied zwischen den beiden Sensoren ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und wird zur Berechnung der Durchflussrate verwendet.
Unter den Vorzügen dieser Technik ist insbesondere hervorzuheben:
- Keine beweglichen Teile: Dies bedeutet geringeren Verschleiß und eine hohe Zuverlässigkeit über lange Zeitspannen.
- Unempfindlich gegen Schmutz: Da sich keine beweglichen Teile im Medium bewegen, sind kalorimetrische Sensoren äußerst robust gegen Verschmutzungen.
- Einfache Installation und Wartung: Kalorimetrische Sensoren können leicht in verschiedenste Systeme integriert und gewartet werden.
- Hohe Flexibilität: Sie können für Gase und Flüssigkeiten, über weite Temperatur- und Druckbereiche und in verschiedensten Leitungsgrößen eingesetzt werden.
Einschränkungen der kalorimetrischen Messung ergeben sich aus externen Temperaturschwankungen oder Wärmequellen in der Nähe des Sensors, da die kalorimetrische Strömungsmessung auf Temperaturänderungen basiert. Die Messung von Medien mit großen Partikeln, abrasiven Stoffen oder hohem Gehalt an festen Bestandteilen kann schwierig sein, da diese die Sensoroberfläche beschädigen oder dessen Wärmeübertragung beeinträchtigen können.
Weitere Informationen zur kalorimetrischen Durchflussmessung finden Sie hier.
Ultraschall-Durchflussmessung
Die Ultraschall-Durchflussmessung hat sich als eine zuverlässige Methode zur Erfassung der Durchflussraten von Flüssigkeiten und Gasen etabliert. Mit ihrer Fähigkeit, ohne direkten Kontakt mit dem Medium zu messen, bietet sie eine vielseitige Lösung für verschiedenste Anwendungen.
Die Ultraschall-Durchflussmessung beruht auf dem Einsatz von hochfrequenten Schallwellen. Es gibt zwei Haupttypen dieser Messtechnik:
- Laufzeitdifferenz-Verfahren: Bei diesem Verfahren werden zwei Ultraschallsensoren an der Außenseite der Rohrleitung montiert, zwischen denen Ultraschallsignale in beide Richtungen gesendet werden. Der Durchfluss wird anhand der Zeitdifferenz bestimmt, die das Signal benötigt, um stromaufwärts bzw. stromabwärts zu reisen. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit, desto größer die Zeitdifferenz.
- Doppler-Verfahren: Dieses Verfahren wird verwendet, wenn das Fluid Partikel oder Blasen enthält. Die Sensoren senden Ultraschallsignale in das Medium, die von den Partikeln oder Blasen reflektiert und wieder empfangen werden. Die Frequenzverschiebung (Doppler-Effekt), die auftritt, wenn die Schallwellen von bewegten Partikeln reflektiert werden, ist ein Maß für die Geschwindigkeit des Fluids.
Diese Technologien sind nicht-invasiv und können dadurch das Risiko von Verunreinigungen oder Leckagen von Rohrleitungen reduzieren. Zudem arbeiten die Geräte wartungsarm und sind flexibel einsetzbar. Trotz der grundlegend einfachen Handhabung, ist die korrekte Ausrichtung der Sensoren häufig schwierig und erfordern eine genaue Kenntnis der lokalen Strömungsbedingungen.
Magnetisch-induktive Durchflussmessung
Die magnetisch-induktive Durchflussmessung funktioniert nur bei elektrisch leitfähigen Fluiden. Sie beruht auf dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion welches besagt, dass sich in einem Leiter, der ein Magnetfeld durchquert, eine Spannung induziert wird. Bei der Durchflussmessung wird das leitfähige Fluid durch ein Magnetfeld geleitet. Die strömende Flüssigkeit fungiert als Leiter. Senkrecht zur Fließrichtung und zum Magnetfeld bildet sich Spannung aus, die vom Messgerät gemessen wird. Diese Spannung ist proportional zur Geschwindigkeit des Fluids und somit direkt zum Volumenstrom.
Durch die kontaktlose Messung gibt es keine Beeinträchtigung des Flusses und keinerlei Verunreinigung des Mediums. Die Geräte bieten eine hohe Messgenauigkeit und sind unempfindlich gegenüber Druck- und Temperaturschwankungen des Mediums. Demgegenüber muss beachtet werden, dass die Strömung von destilliertem Wasser, Öl, Gasen oder nichtleitenden Flüssigkeiten mit diesem Verfahren nicht gemessen werden kann. Zudem sind magnetisch-induktive Messgeräte häufig teuer in der Anschaffung.
Coriolis-Massen-Durchflussmessung
Die Coriolis-Massen-Durchflussmessung ist eine der genauesten Methoden zur Bestimmung des Massendurchflusses von Gasen und Flüssigkeiten. Coriolis-Massen-Durchflussmesser enthalten ein oder mehrere vibrierende Rohre, durch die das Medium fließt. Wenn kein Medium durch die Rohre strömt, schwingen diese in einer natürlichen Resonanzfrequenz. Beginnt das Medium zu fließen, wird eine zusätzliche Kraft aufgrund des Coriolis-Effekts erzeugt, die eine Veränderung der Schwingungsform verursacht. Diese Veränderung ist proportionell zur Masse des durchfließenden Mediums. Sensoren und Elektronik im Messgerät erfassen diese Veränderungen und konvertieren sie in ein Signal, das die Massedurchflussrate repräsentiert.
Die Coriolis-Massen-Durchflussmessung ist eine hochgenaue Technik, die besonders in Anwendungen geschätzt wird, wo Präzision und Zuverlässigkeit essentiell sind. Gleichzeitig ist das Messprinzip kostenintensiv und kann bei korrosiven oder hochviskosen Medien eingeschränkt anwendbar sein.
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