Die Durchflussrate ist ein häufig verwendeter Prozesssteuerungsparameter in industriellen Produktionsprozessen. Aktuell sind über 100 verschiedene Durchflussmesser auf dem Markt erhältlich. Wie können Anwender Produkte mit hoher Leistung und einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis auswählen? Heute erklären wir Ihnen die Leistungsmerkmale von Durchflussmessern.
Vergleich verschiedener Durchflussmesser
Differenzdrucktyp
Die Differenzdruckmesstechnik ist derzeit die am weitesten verbreitete Durchflussmessmethode. Sie ermöglicht die Messung des Durchflusses von einphasigen Fluiden sowie von Fluiden unter hohen Temperaturen und Drücken und unter verschiedensten Betriebsbedingungen. In den 1970er Jahren erreichte diese Technologie einen Marktanteil von 80 %. Ein Differenzdruck-Durchflussmesser besteht in der Regel aus zwei Komponenten: einer Drosselvorrichtung und einem Messumformer. Zu den gängigen Drosselvorrichtungen zählen Blenden, Düsen, Pitot-Rohre und Gleichlaufrohre. Die Drosselvorrichtung reduziert den Durchfluss des Fluids und erzeugt so eine Differenz zwischen dem Durchfluss am Ein- und Auslass. Unter den verschiedenen Drosselvorrichtungen ist die Blende aufgrund ihrer einfachen Struktur und leichten Installation am weitesten verbreitet. Allerdings stellt sie hohe Anforderungen an die Fertigungsabmessungen. Sofern die Fertigung und Installation den Spezifikationen und Anforderungen entsprechen, kann die Durchflussmessung nach erfolgreicher Prüfung innerhalb des Messunsicherheitsbereichs durchgeführt werden; eine Überprüfung mit dem tatsächlichen Fluid ist nicht erforderlich.
Alle Drosselvorrichtungen weisen einen nicht kompensierbaren Druckverlust auf. Der größte Druckverlust entsteht an der scharfkantigen Öffnung und beträgt 25–40 % der maximalen Differenz des Instruments. Der Druckverlust des Pitot-Rohrs ist sehr gering und kann vernachlässigt werden, reagiert aber sehr empfindlich auf Änderungen des Strömungsprofils.
Variabler Flächentyp
Ein typischer Vertreter dieser Art von Durchflussmesser ist der Rotameter. Sein herausragender Vorteil besteht darin, dass er direkt misst und bei Messungen vor Ort keine externe Stromversorgung benötigt.
Rotameter werden je nach Bauart und Material in Glas- und Metallrohrrotameter unterteilt. Glasrotameter zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau aus, die Rotorposition ist gut sichtbar und die Messwerte sind leicht ablesbar. Sie werden hauptsächlich für transparente und korrosive Medien wie Luft, Gase und Argon bei Normaltemperatur und Normaldruck eingesetzt. Metallrohrrotameter sind in der Regel mit magnetischen Anzeigeelementen ausgestattet, werden bei hohen Temperaturen und Drücken verwendet und können Standardsignale zur Messung des Gesamtdurchflusses an Schreiber etc. senden.
Derzeit ist ein vertikaler Schwebekörper-Durchflussmesser mit federbelastetem Kegelkopf auf dem Markt erhältlich. Er verfügt weder über eine Kondensations- noch über eine Pufferkammer. Sein Messbereich liegt bei 100:1, und sein linearer Ausgang eignet sich besonders für die Dampfmessung.
Oszillierend
Der Wirbelstrommesser ist ein typischer Vertreter der oszillierenden Durchflussmesser. Dabei wird ein nicht strömungsgünstiges Objekt in Strömungsrichtung platziert, woraufhin sich hinter dem Objekt zwei regelmäßige, asymmetrische Wirbelreihen bilden. Die Frequenz dieser Wirbelreihe ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit.
Dieses Messverfahren zeichnet sich durch das Fehlen beweglicher Teile in der Rohrleitung, die Wiederholgenauigkeit der Messwerte, die hohe Zuverlässigkeit, die lange Lebensdauer, den großen linearen Messbereich, die nahezu vollständige Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen von Temperatur, Druck, Dichte, Viskosität usw. sowie den geringen Druckverlust aus. Es bietet eine hohe Genauigkeit (ca. 0,5–1 %). Die Betriebstemperatur kann über 300 °C und der Betriebsdruck über 30 MPa erreichen. Allerdings können Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und pulsierende Strömungen die Messgenauigkeit beeinflussen.
Für verschiedene Medien können unterschiedliche Wirbelsensortechnologien eingesetzt werden. Bei Dampf eignen sich beispielsweise Vibrationsscheiben oder piezoelektrische Kristalle. Bei Luft können thermische oder Ultraschallverfahren verwendet werden. Für Wasser sind nahezu alle Sensortechnologien anwendbar. Ähnlich wie Blenden und Wirbelsensoren wird der Durchflusskoeffizient des Straßendurchflussmessers ebenfalls durch bestimmte Abmessungen bestimmt.
Elektromagnetisch
Dieser Durchflussmesser nutzt die Stärke der induzierten Spannung, die entsteht, wenn ein leitfähiges Medium ein Magnetfeld durchströmt, um den Durchfluss zu erfassen. Daher eignet er sich nur für leitfähige Medien. Theoretisch ist dieses Verfahren unabhängig von Temperatur, Druck, Dichte und Viskosität des Fluids. Das Messverhältnis kann bis zu 100:1 betragen, die Genauigkeit liegt bei etwa 0,5 %. Der anwendbare Rohrdurchmesser reicht von 2 mm bis 3 m. Er findet breite Anwendung bei der Durchflussmessung von Wasser, Schlamm, Zellstoff oder korrosiven Medien.
Aufgrund des schwachen Signalselektromagnetischer DurchflussmesserDie Spannung beträgt im Vollausschlag üblicherweise nur 2,5–8 mV, und der Durchfluss ist mit nur wenigen Millivolt sehr gering, wodurch die Anlage anfällig für externe Störungen ist. Daher müssen das Gehäuse des Messumformers, die abgeschirmte Leitung, die Messleitung und die Rohre an beiden Enden des Messumformers geerdet und ein separater Erdungspunkt eingerichtet werden. Schließen Sie den Messumformer niemals an die öffentliche Erdung von Motoren, Elektrogeräten usw. an.
Ultraschalltyp
Die gebräuchlichsten Durchflussmesser sind Doppler- und Zeitdifferenz-Durchflussmesser. Der Doppler-Durchflussmesser ermittelt die Durchflussrate anhand der Frequenzänderung der von einem sich bewegenden Objekt im Messmedium reflektierten Schallwellen. Dieses Verfahren eignet sich für die Messung von Flüssigkeiten mit hoher Strömungsgeschwindigkeit. Es ist weniger geeignet für die Messung von Flüssigkeiten mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit, weist eine geringe Genauigkeit auf und erfordert eine hohe Oberflächengüte der Rohrinnenwand. Der Messaufbau ist jedoch einfach.
Das Zeitdifferenz-Durchflussmessgerät misst den Durchfluss anhand der Laufzeitdifferenz zwischen Vorwärts- und Rückwärtsausbreitung von Ultraschallwellen im Injektionsmedium. Da die Laufzeitdifferenz gering ist, sind die Anforderungen an die elektronische Schaltung hoch, um eine hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten, was die Kosten des Messgeräts entsprechend erhöht. Zeitdifferenz-Durchflussmessgeräte eignen sich im Allgemeinen für rein laminare Flüssigkeitsströmungen mit einem gleichmäßigen Strömungsfeld. Für turbulente Flüssigkeiten können Mehrstrahl-Zeitdifferenz-Durchflussmessgeräte eingesetzt werden.
Momentum-Rechteck
Dieser Durchflussmesser basiert auf dem Prinzip der Impulserhaltung. Das Fluid trifft auf das rotierende Teil und versetzt es in Rotation. Die Drehzahl des rotierenden Teils ist proportional zum Durchfluss. Anschließend wird die Drehzahl mithilfe von Methoden wie Magnetismus, Optik und mechanischer Zählung in ein elektrisches Signal umgewandelt, um den Durchfluss zu berechnen.
Turbinen-Durchflussmesser sind die am weitesten verbreiteten und präzisesten Durchflussmesser dieser Art. Sie eignen sich für Gase und Flüssigkeiten, unterscheiden sich jedoch in ihrer Konstruktion. Bei Gasen ist der Laufradwinkel klein und die Schaufelanzahl hoch. Die Genauigkeit des Turbinen-Durchflussmessers liegt zwischen 0,2 % und 0,5 % und kann in einem engen Bereich sogar 0,1 % erreichen. Das Messverhältnis beträgt 10:1. Der Druckverlust ist gering und der Druckwiderstand hoch. Allerdings stellt der Durchflussmesser gewisse Anforderungen an die Reinheit des Mediums und reagiert empfindlich auf dessen Dichte und Viskosität. Je kleiner der Lochdurchmesser, desto größer der Einfluss. Wie bei Blenden ist darauf zu achten, dass vor und nach der Installation ausreichend Platz vorhanden ist. Ein gerader Rohrabschnitt verhindert die Rotation des Mediums und damit eine Änderung des Anstellwinkels der Schaufel.
Positive Verschiebung
Das Funktionsprinzip dieser Messgeräte beruht auf der Messung der präzisen Bewegung einer definierten Flüssigkeitsmenge pro Umdrehung des rotierenden Körpers. Es gibt verschiedene Bauarten, z. B. Ovalrad-, Drehkolben- und Schaberdurchflussmesser. Ovalrad-Durchflussmesser zeichnen sich durch einen relativ großen Messbereich (bis zu 20:1) und eine hohe Genauigkeit aus, allerdings neigen die beweglichen Zahnräder zum Blockieren durch Verunreinigungen in der Flüssigkeit. Drehkolben-Durchflussmesser haben einen hohen spezifischen Durchfluss, weisen jedoch konstruktionsbedingt ein relativ hohes Leckvolumen und eine geringere Genauigkeit auf. Verdrängungsdurchflussmesser sind im Wesentlichen unabhängig von der Viskosität der Flüssigkeit und eignen sich für Medien wie Fett und Wasser, jedoch nicht für Medien wie Dampf und Luft.
Jeder der oben genannten Durchflussmesser hat seine eigenen Vor- und Nachteile, aber selbst wenn es sich um den gleichen Messgerätetyp handelt, weisen die von verschiedenen Herstellern angebotenen Produkte unterschiedliche strukturelle Eigenschaften auf.
Veröffentlichungsdatum: 15. Dezember 2021