Die Durchflussmessung bezeichnet die Bestimmung der Menge eines Mediums (Flüssigkeit, Gas oder Dampf), die durch eine Leitung oder ein System fließt. Sie kann in Volumen- oder Masseneinheiten gemessen werden und ist von großer Bedeutung in zahlreichen industriellen Anwendungen wie der Chemie-, Lebensmittel-, Automobil- und Prozessindustrie.
Wie wird die Durchflussmessung definiert?
Die Durchflussmessung bezeichnet die Bestimmung der Menge eines Mediums (Flüssigkeit, Gas oder Dampf), die durch eine Leitung oder ein System fließt. Das Ziel dieser Messung ist es, einen Überblick über die Durchflussmenge zu erhalten und diese in industriellen Prozessen anzuwenden.
Die Durchflussmessung unterscheidet sich von reinen Zählverfahren dadurch, dass sie die Menge des Mediums erfasst, die pro Zeiteinheit fließt, wie beispielsweise in Litern pro Sekunde (l/s), Litern pro Minute (l/min) oder Kubikmetern pro Stunde (m³/h). Ein Zähler hingegen erfasst lediglich eine Gesamtmenge innerhalb eines beliebigen Zeitabschnitts und ist auf ein Mengenmaß wie Liter kalibriert. Während die Anzeige eines Zählers kontinuierlich in derselben Richtung fortläuft, pendelt die Anzeige eines Durchflussmessers je nach momentanen Durchfluss auf einer Skala. In vielen industriellen Anwendungen ist die Kenntnis des momentanen Durchflusses entscheidend für die Kontrolle und Weiterverarbeitung von Prozessen.
Warum ist die Durchflussmessung wichtig?
Die Durchflussmessung ist in vielen industriellen Anwendungsbereichen unerlässlich, da sie die Effizienz, Sicherheit und Qualität von Prozessen gewährleistet.
- In der chemischen und petrochemischen Industrie dient sie der präzisen Dosierung in Produktionsprozessen und der Überwachung.
- Die Lebensmittelindustrie nutzt sie zur genauen Messung von Flüssigkeiten in Produktionslinien.
- In der pharmazeutischen und medizintechnischen Industrie ist die Durchflussmessung entscheidend für die Steuerung von Gasen und Flüssigkeiten in Geräten und Prozessen.
- Im Bereich Energie und Kraftwerke überwacht sie den Durchfluss von Dampf, Erdgas oder Wasser.
- In der Automobilindustrie wird der Kraftstoff-, Öl- und Kühlwasserstrom kontrolliert.
Durch die genaue Erfassung des Durchflusses können Betriebe ihre Prozesse optimieren, den Energieverbrauch senken und die Produktqualität sicherstellen. Die Überwachung des Durchflusses ermöglicht es, Leckagen frühzeitig zu erkennen und somit die Sicherheit von Anlagen und Prozessen zu gewährleisten.
Grundlagen der Durchflussmessung
Die Durchflussmessung ist ein integraler Bestandteil vieler industrieller Prozesse und basiert auf verschiedenen physikalischen Prinzipien und Messmethoden. Im Kern geht es darum, die Menge eines Mediums zu bestimmen, das pro Zeiteinheit durch ein geschlossenes System oder eine offene Strecke fließt. Dabei kann entweder der Volumenstrom oder der Massenstrom erfasst werden.
Physikalische Prinzipien der Durchflussmessung:
Der Durchflussmessung liegen verschiedene physikalische Prinzipien zugrunde, die es ermöglichen, die Menge eines strömenden Mediums zu quantifizieren. Diese Prinzipien nutzen unterschiedliche physikalische Effekte, die in Beziehung zum Durchfluss des Mediums stehen. Die Wahl des geeigneten physikalischen Prinzips ist entscheidend für die Funktion und Genauigkeit des jeweiligen Durchflussmessgeräts und hängt stark von den Eigenschaften des zu messenden Mediums, den Betriebsbedingungen und den Anforderungen der Anwendung ab.
Volumenstrommessung
Die Volumenstrommessung erfasst das Volumen des durchströmenden Mediums pro Zeiteinheit, typischerweise in Einheiten wie Liter pro Sekunde (l/s) oder Kubikmeter pro Stunde (m³/h). Diese Messmethode ist besonders relevant, wenn die Dichte des Mediums annähernd konstant ist, wie beispielsweise bei Wasser.
Verschiedene Durchflussmessgeräte nutzen das Prinzip der Volumenstrommessung. Dazu gehören:
- Flügelrad-Durchflussmesser: Diese Geräte wandeln die Fließbewegung des Fluids in eine mechanische Drehbewegung des Flügelrades um. Die Drehbewegung wird erfasst und in ein zur Durchflussgeschwindigkeit proportionales Frequenzsignal umgewandelt. Sie eignen sich gut für neutrale, schwach aggressive und feststoffarme Flüssigkeiten.
- Messturbinen: Ähnlich den Flügelrad-Durchflussmessern nutzen Messturbinen die Strömungsenergie, um ein Laufrad in Rotation zu versetzen. Die Drehzahl ist proportional zum Durchfluss. Durch die axiale Anströmung und bessere Lagerung des Turbinenrades können größere Messbereichsspreizungen erreicht werden.
- Ovalradzähler: Diese Verdrängungszähler arbeiten nach dem Prinzip, dass zwei ineinandergreifende Ovalräder in einer Messkammer durch das strömende Medium in Drehung versetzt werden. Jede Drehung transportiert ein bekanntes Volumen, wodurch der Durchfluss präzise bestimmt werden kann. Sie eignen sich auch für hochviskose Flüssigkeiten.
- Ultraschall-Durchflussmesser: Diese Geräte messen den Durchfluss, indem sie die Laufzeit von Ultraschallwellen im Medium erfassen. Die Zeitdifferenz zwischen Signalen, die mit und gegen die Strömungsrichtung gesendet werden, ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Sie eignen sich für leitfähige und nicht leitfähige Flüssigkeiten.
- Magnetisch-induktive Durchflussmesser (MID): Diese Messgeräte nutzen das Faraday’sche Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Bewegt sich eine leitfähige Flüssigkeit durch ein Magnetfeld, wird eine Spannung induziert, die proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist.
Massenstrommessung
Die Massenstrommessung erfasst die Masse des durchströmenden Mediums pro Zeiteinheit, typischerweise in Einheiten wie Kilogramm pro Sekunde (kg/s) oder Tonnen pro Stunde (t/h). Diese Messmethode ist besonders dann relevant, wenn die Dichte des Mediums nicht konstant ist und sich beispielsweise mit Änderungen von Druck oder Temperatur ändert, wie es häufig bei Gasen der Fall ist. In solchen Fällen liefert die Messung des Massenstroms eine genauere Aussage über die transportierte Menge des Mediums als die Volumenstrommessung. Die Massenstrommessung ist daher besonders in der Chemie- und Gasindustrie für präzise Anwendungen besser geeignet.
Verschiedene Durchflussmessgeräte nutzen das Prinzip der Massenstrommessung. Dazu gehören:
- Coriolis-Durchflussmesser: Diese Messgeräte messen den Massenstrom direkt, indem sie den Corioliseffekt nutzen. Durch eine externe Energiequelle werden ein oder mehrere Messrohre in Schwingung versetzt. Der Durchfluss des Mediums durch die Rohre bewirkt eine Phasenverschiebung der Schwingung, die proportional zum Massendurchfluss ist. Coriolis-Durchflussmesser sind unabhängig von Druck-, Temperatur- oder Dichteänderungen des Mediums und eignen sich für Flüssigkeiten, Gase und Dampf. Sie werden aufgrund ihrer hohen Genauigkeit in verschiedenen Industrien eingesetzt, beispielsweise zur Messung von Ölen in der Lebensmittelproduktion oder von Chemikalien.
- Thermische Massendurchflussmesser: Diese Geräte bestimmen den Massenstrom, indem sie die Wärmeübertragung an ein strömendes Gas ermitteln. Ein beheiztes Element im Strömungspfad gibt Wärme an das vorbeiströmende Medium ab. Die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz erforderliche Energie ist ein Maß für den Massenstrom. Thermische Massendurchflussmesser werden häufig zur Messung von Gasen wie Luft oder Erdgas eingesetzt.
Was ist der Unterschied zwischen der Volumenstrom- und der Massenstrommessung?
Der grundlegende Unterschied zwischen der Volumenstrom- und der Massenstrom-Durchflussmessung liegt in der gemessenen Größe. Die Volumenstrommessung erfasst das Volumen des Mediums, das pro Zeiteinheit durch ein System fließt, beispielsweise in Kubikmetern pro Stunde (m³/h). Die Massenstrommessung hingegen misst direkt die Masse des Mediums, die pro Zeiteinheit transportiert wird, beispielsweise in Kilogramm pro Stunde (kg/h). Die Wahl zwischen beiden Messarten hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und den Eigenschaften des zu messenden Mediums ab.
Messgrößen und Einheiten:
In der Durchflussmessung werden verschiedene Messgrößen verwendet, um den Durchfluss eines Mediums zu quantifizieren. Die gebräuchlichsten sind der Volumenstrom und der Massenstrom.
Die typischen Einheiten für den Volumenstrom sind:
- Kubikmeter pro Stunde (m³/h)
- Liter pro Sekunde (l/s)
- Liter pro Minute (l/min)
- Auch andere Einheiten wie Kubikfuß pro Minute (CFM) oder Gallonen pro Minute (GPM) können je nach Anwendungsbereich verwendet werden.
Die üblichen Einheiten für den Massenstrom sind:
- Kilogramm pro Sekunde (kg/s)
- Kilogramm pro Stunde (kg/h)
- Tonne pro Stunde (t/h)
- Auch hier können andere Einheiten wie Pfund pro Stunde (lb/h) gebräuchlich sein.
Messprinzipien und Durchflussmessgeräte
Im Folgenden werden verschiedene gängige Messprinzipien und die darauf basierenden Durchflussmessgeräte vorgestellt:
Differenzdruckprinzip
Das Differenzdruckprinzip in der Durchflussmessung basiert auf der Erzeugung eines Druckabfalls über einen Strömungswiderstand. Dieser Strömungswiderstand kann beispielsweise eine Blende, eine Venturidüse oder eine Messdüse sein. Nach der Bernoulli-Gleichung gilt: Wenn sich der Querschnitt verengt, steigt die Strömungsgeschwindigkeit, und der statische Druck sinkt. Der resultierende Druckunterschied zwischen zwei Messpunkten ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und kann zur Berechnung des Volumenstroms verwendet werden.
Dieses Prinzip wird vor allem in industriellen Anwendungen eingesetzt, da es robust, zuverlässig und für hohe Durchflussraten geeignet ist.
Messgeräte, die auf dem Differenzdruckprinzip basieren, sind unter anderem:
- Pitot-Rohr
- Blendenmessung
- Schwebekörper-Durchflussmesser
- Messblende
- Staudrucksonde
- Staudrucksonde (Annubar-Prinzip)
Indirekt messende Geräte
Die indirekte Messung in der Durchflussmessung bezeichnet Verfahren, bei denen der Durchfluss nicht direkt über das Volumen oder die Masse des strömenden Mediums erfasst wird, sondern über eine physikalische Größe, die in Beziehung zum Durchfluss steht, wie z.B. die Fließgeschwindigkeit.
Zu den Messgeräten, die nach diesem Prinzip funktionieren, gehören:
- Turbinen-Durchflussmesser
- Flügelradzähler
- Ultraschall-Durchflussmesser
Verdrängungszähler
Ein Verdrängungszähler ist ein Durchflussmessgerät, das das strömende Medium in diskrete Volumeneinheiten unterteilt und diese mechanisch erfasst. Dabei wird das Medium durch bewegliche Elemente wie Zahnrad-, Ovalrad-, Kolben- oder Schraubenrotoren verdrängt, die sich proportional zur durchfließenden Menge bewegen. Die Anzahl der Rotationszyklen oder Kolbenbewegungen dient als Maß für das durchgesetzte Volumen. Verdrängungszähler eignen sich sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase.
Zu den Messgeräten, die auf dem Prinzip der Verdrängung basieren, gehören:
- Ovalradzähler
- Zahnradzähler
- Kolbenzähler
Wirbeldurchflussmesser (Vortex)
Ein Wirbeldurchflussmesser ist ein Durchflussmessgerät, das das Kármánsche Wirbelstraßenprinzip nutzt, um die Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums zu bestimmen. Dabei wird ein Staukörper in die Strömung eingebracht, hinter dem sich abwechselnd auf beiden Seiten periodische Wirbel bilden. Die Frequenz dieser Wirbelablösung ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und damit zum Volumenstrom. Mit einem Sensor, beispielsweise einem Piezo-Element, das auf Druckveränderungen reagiert, wird die Anzahl der Wirbel erfasst. Der Transmitter des Wirbeldurchflussmessers rechnet dann die erfassten Impulse in eine Durchflussmenge um, wobei ein K-Faktor verwendet wird, der hauptsächlich durch den Rohrquerschnitt und die Art des Mediums (Flüssigkeit, Gas oder Dampf) bestimmt wird.
Zu den Messgeräten, die auf dem Prinzip der Verdrängung basieren, gehören:
- Vortex-Durchflussmesser
- Auch als VDM (Vortex-Massedurchflussmesser) abgekürzt.
Geschwindigkeitsmessende Geräte
Geschwindigkeitsmessende Durchflussmesser sind Messgeräte, die den Durchfluss eines Mediums durch die direkte Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit bestimmen. Die Messung basiert auf physikalischen Prinzipien wie der Ultraschalllaufzeitdifferenz, dem Doppler-Effekt, magnetischer Induktion oder mechanischen Rotoren (wie bei Turbinenmessern).
Zu den Messgeräten dieser Kategorie gehören:
- Ultraschall-Durchflussmesser
- Magnetisch induktive Durchflussmesser:
- Turbinen-Durchflussmesser:
- Flügelradzähler
Massendurchflussmessgeräte
Massendurchflussmessgeräte sind Durchflussmesser, die den Massenstrom eines Mediums direkt messen, unabhängig von Druck, Temperatur oder Dichteänderungen. Sie erfassen die tatsächliche Masse pro Zeiteinheit (z. B. kg/s oder t/h) und sind besonders genau für Anwendungen, in denen das Gewicht des Mediums entscheidend ist, wie in der Chemie- und Lebensmittelindustrie.
Messgeräte:
- Coriolis-Massendurchflussmesser
- Thermische Massendurchflussmesser
Medien und Anwendungen der Durchflussmessung
In den folgenden Absätzen werden wir uns genauer damit beschäftigen, welche Medien mithilfe der Durchflussmessung erfasst werden können und in welchen Anwendungsbereichen diese Technologie zum Einsatz kommt.
Welche Medien werden bei der Durchflussmessung gemessen?
Bei der Durchflussmessung können Flüssigkeiten, Gase, Dampf und Mehrphasenmedien gemessen werden, wobei der Aggregatszustand und die Viskosität eine entscheidende Rolle spielen.
- Niedrigviskose Flüssigkeiten (z. B. Wasser, Kraftstoffe) werden oft mit magnetisch-induktiven, Ultraschall- oder Turbinen-Durchflussmessern erfasst.
- Hochviskose Flüssigkeiten (z. B. Öle, Honig) können durch Verdrängungszähler oder Coriolis-Massendurchflussmesser gemessen werden. Ovalrad-Durchflussmesser eignen sich ebenfalls für hochviskose Flüssigkeiten wie Klebstoffe, Öle oder Honig.
- Gase (z. B. Luft, Erdgas) werden häufig mit thermischen Massendurchflussmessern, Vortex- oder Differenzdruck-Durchflussmessern bestimmt.
- Dampf erfordert Vortex- oder Differenzdruckverfahren, da Druck- und Temperaturänderungen stark variieren können. Vortex Durchflussmesser werden häufig zur Messung von Dampfströmung eingesetzt, beispielsweise in Kraftwerken.
- Mehrphasenmedien (z. B. Emulsionen, Schlämme) benötigen spezialisierte Coriolis- oder Ultraschall-Durchflussmesser mit Mehrphasenkompensation.
Die Wahl des Messverfahrens hängt von den physikalischen Eigenschaften des Mediums ab, insbesondere von Druck, Temperatur, Viskosität und Strömungsverhalten. Beispielsweise benötigen magnetisch induktive Durchflussmesser eine gewisse elektrische Mindestleitfähigkeit des Mediums. Änderungen in der Leitfähigkeit können zu Messfehlern führen. Nichtleitende Flüssigkeiten können hingegen mit Ultraschall-Durchflussmessern gemessen werden.
Welche Anwendungen gibt es für die Durchflussmessung?
Die Durchflussmessung ist aus zahlreichen Anwendungen in der Industrie und im Alltag nicht mehr wegzudenken. Sie ermöglicht die präzise Überwachung und Steuerung von Flüssigkeits- und Gasströmen in unterschiedlichsten Prozessen.
- In der Chemie- und Pharmaindustrie zur präzisen Dosierung von Flüssigkeiten, Gasen und Dampf in Produktionsprozessen.
- Im Energie- und Kraftwerkssektor zur Messung von Dampf, Erdgas oder Wasser in Kraftwerken und Pipelines.
- In der Automobilindustrie zur Kontrolle von Kraftstoff- und Ölströmen in Motoren und Testsystemen.
- In der Wasser- und Abwasserwirtschaft zur Überwachung des Wasserdurchflusses in Kläranlagen und Versorgungssystemen.
- In der Halbleiterproduktion zur Steuerung von hochreinen Gasen für die Mikrochipfertigung.
Auswahl des richtigen Durchflussmessgeräts
Messbereich
Der Messbereich eines Durchflussmessers gibt den Bereich der Durchflusswerte an, innerhalb dessen das Gerät spezifikationsgemäß und mit der angegebenen Genauigkeit misst. Die richtige Dimensionierung des Messbereichs ist entscheidend für zuverlässige Messergebnisse. Ein Messgerät, dessen Messbereich zu klein ist, kann den maximalen Durchfluss möglicherweise nicht erfassen oder wird überlastet. Ist der Messbereich hingegen zu groß gewählt, kann die Messgenauigkeit im unteren Bereich des Messbereichs leiden.
Das Verhältnis zwischen dem maximalen und minimalen Messbereich, in dem der Durchflussmesser noch präzise arbeitet, wird als Turndown Ratio oder Dynamikbereich bezeichnet. Ein hohes Turndown Ratio ist vorteilhaft, da es dem Gerät ermöglicht, sowohl kleine als auch große Durchflüsse zuverlässig zu messen. Beispielsweise bedeutet ein Turndown-Ratio von 10:1, dass ein Gerät Strömungen zwischen 1 und 10 l/min zuverlässig messen kann.
Bei der Auswahl eines Durchflussmessers ist es daher wichtig, den erwarteten minimalen und maximalen Durchfluss der Anwendung genau zu kennen und ein Gerät mit einem passenden Messbereich und gegebenenfalls einem geeigneten Turndown Ratio auszuwählen.
Medium
Die Eigenschaften des zu messenden Mediums sind ein entscheidender Faktor bei der Auswahl des richtigen Durchflussmessgeräts. Unterschiedliche Medien weisen verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften auf, die die Funktionsweise und Genauigkeit verschiedener Messprinzipien beeinflussen können.
- Für niedrigviskose Flüssigkeiten wie Wasser oder Kraftstoffe eignen sich beispielsweise magnetisch-induktive, Ultraschall- oder Turbinen-Durchflussmesser gut. Flügelrad-Durchflussmesser sind ebenfalls für neutrale, schwach aggressive und feststoffarme Flüssigkeiten geeignet.
- Hochviskose Flüssigkeiten wie Öle oder Honig können effektiv mit Verdrängungszählern oder Coriolis-Massendurchflussmessern gemessen werden. Auch Ovalrad-Durchflussmesser sind für hochviskose Medien wie Klebstoffe, Öle oder Honig geeignet.
- Bei der Messung von Gasen wie Luft oder Erdgas kommen häufig thermische Massendurchflussmesser, Vortex- oder Differenzdruck-Durchflussmesser zum Einsatz. Wenn die Dichte des Gases von Druck oder Temperatur beeinflusst wird, ist die Messung des Massenstroms empfehlenswert.
- Für Dampf haben sich Vortex- oder Differenzdruckverfahren bewährt, da diese mit den variablen Druck- und Temperaturänderungen umgehen können. Vortex Durchflussmesser werden häufig zur Messung von Dampfströmung in Kraftwerken eingesetzt.
- Mehrphasenmedien wie Emulsionen oder Schlämme erfordern spezialisierte Coriolis- oder Ultraschall-Durchflussmesser mit Mehrphasenkompensation.
Darüber hinaus spielen weitere Eigenschaften des Mediums eine Rolle:
- Elektrische Leitfähigkeit: Magnetisch-induktive Durchflussmesser (MID) benötigen eine gewisse Mindestleitfähigkeit des Mediums. Änderungen in der Leitfähigkeit können zu Messfehlern führen. Für nichtleitende Flüssigkeiten sind Ultraschall-Durchflussmesser eine geeignete Alternative.
- Feststoffanteile oder Luftblasen: Medien mit Feststoffpartikeln können bestimmte Messverfahren beeinträchtigen. Für solche Medien könnten beispielsweise Verdrängungszähler oder spezielle Coriolis- oder Ultraschall-Durchflussmesser in Frage kommen. Luftblasen sollten bei Ovalrad-Durchflussmessern vermieden werden. SAW-Durchflussmesser sind empfindlich gegenüber Gasblasen.
- Chemische Zusammensetzung: Die chemische Zusammensetzung des Mediums kann die Materialbeständigkeit des Durchflussmessers beeinflussen. Es ist wichtig, Materialien zu wählen, die mit dem gemessenen Medium kompatibel sind, um Korrosion oder andere Schäden zu vermeiden.
Die genaue Analyse der Medieneigenschaften ist daher unerlässlich, um ein Durchflussmessgerät auszuwählen, das für die jeweilige Anwendung geeignet ist und zuverlässige Messergebnisse liefert.
Anwendung
Die spezifische Anwendung stellt ein weiteres entscheidendes Kriterium bei der Auswahl eines Durchflussmessgeräts dar. Neben dem Messbereich und dem Medium müssen auch die Einbaubedingungen, der benötigte Temperaturbereich und die Art des Anschlusses berücksichtigt werden.
- Die Einbaugröße des Durchflussmessers muss zu den gegebenen Platzverhältnissen in der Anlage passen. Kompakte Bauformen können in beengten Umgebungen vorteilhaft sein. Es gibt sowohl Kompaktgeräte, bei denen der Sensor und der Transmitter räumlich verbunden sind, als auch getrennte Versionen, bei denen Messaufnehmer und Auswerteelektronik separat verbaut werden können.
- Der Temperaturbereich des Messgeräts muss mit der Temperatur des zu messenden Mediums und der Umgebung übereinstimmen. Einige Messprinzipien und Materialien sind für extreme Temperaturen besser geeignet als andere.
- Die Art des Anschlusses (z.B. Gewinde-, Flansch- oder Clamp-Anschluss) muss mit den vorhandenen Anschlüssen in der Rohrleitung kompatibel sein.
- Zudem können spezifische Anforderungen der Anwendung die Wahl des Messgeräts beeinflussen. In explosionsgefährdeten Bereichen müssen beispielsweise ATEX-zertifizierte Durchflussmesser eingesetzt werden. Für Anwendungen, bei denen hygienische Aspekte eine wichtige Rolle spielen, wie in der Pharma- und Lebensmittelindustrie, eignen sich Messverfahren mit berührungsloser Messung wie SAW-Durchflussmesser besonders gut.
- Auch die Notwendigkeit von Ein- und Auslaufstrecken kann ein Auswahlkriterium sein. Während einige Durchflussmesser, wie Ovalrad-Durchflussmesser, keine Ein- und Auslaufstrecken benötigen, erfordern andere, wie Flügelrad-Durchflussmesser, bestimmte Mindestlängen gerader Rohrleitungen vor und nach dem Messpunkt, um genaue Messergebnisse zu gewährleisten.
Die detaillierte Analyse der Anwendungsanforderungen hilft dabei, ein Durchflussmessgerät auszuwählen, das nicht nur technisch geeignet ist, sondern sich auch optimal in die bestehende Anlage integrieren lässt.
Messgenauigkeit
Die Messgenauigkeit eines Durchflussmessers ist ein entscheidendes Kriterium bei der Auswahl, da sie angibt, wie nah der vom Gerät gemessene Wert an dem tatsächlichen Durchfluss liegt. Die erforderliche Messgenauigkeit hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab. In einigen Prozessen, wie beispielsweise in der Abrechnung oder bei der präzisen Dosierung von teuren oder kritischen Stoffen, sind sehr hohe Genauigkeiten unerlässlich. In anderen Anwendungen, wie der einfachen Überwachung von Durchflüssen, kann eine geringere Genauigkeit ausreichend sein.
Die Messgenauigkeit wird durch verschiedene Kennzahlen definiert:
- Messabweichung (Genauigkeitsklasse / Fehlergrenze): Gibt die maximale Abweichung zwischen dem gemessenen und dem tatsächlichen Durchflusswert an, oft als Prozent vom Messwert (% vom Ist-Wert) oder Prozent vom Messbereichsendwert (% vom Skalenendwert).
- Wiederholbarkeit: Beschreibt, wie konstant ein Durchflussmesser denselben Wert bei wiederholten Messungen unter gleichen Bedingungen liefert.
- Linearität: Zeigt, wie genau die Messwerte über den gesamten Messbereich mit einer idealen Messgeraden übereinstimmen.
- Hysterese: Die Differenz zwischen dem Messwert bei steigendem und fallendem Durchfluss.
- Langzeitstabilität (Drift): Beschreibt die Veränderung der Messgenauigkeit über einen langen Zeitraum.
Bei der Auswahl eines Durchflussmessers ist es wichtig, die erforderliche Genauigkeit für die spezifische Anwendung zu definieren und ein Gerät auszuwählen, dessen Kennzahlen diese Anforderungen erfüllen. Höhere Genauigkeitsanforderungen führen in der Regel zu höheren Kosten für das Messgerät. Daher sollte ein angemessener Kompromiss zwischen Genauigkeit und Kosten gefunden werden.
Normen und Richtlinien
Die Einhaltung von Normen und Richtlinien ist ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl eines Durchflussmessers, da sie Sicherheitsstandards, Kompatibilität und die Vergleichbarkeit von Messergebnissen gewährleisten können. Je nach Einsatzumgebung und den spezifischen Anforderungen der Anwendung müssen Durchflussmesser bestimmte Normen erfüllen.
- Für den Schutz gegen das Eindringen von Staub und Wasser müssen Durchflussmesser die entsprechenden IP-Schutzklassen (z.B. IP67) erfüllen.
- In explosionsgefährdeten Bereichen, wie sie beispielsweise in Chemieanlagen vorkommen können, ist die ATEX-Richtlinie (2014/34/EU) relevant. Diese Richtlinie klassifiziert Geräte für verschiedene Zonen (0, 1 oder 2) je nach der Häufigkeit des Auftretens explosionsfähiger Atmosphären. ATEX-zertifizierte Durchflussmesser tragen spezielle Kennzeichnungen, die ihren Explosionsschutzgrad definieren (z.B. “Ex db IIC T6 Gb”).
- Industriestandards wie DIN EN ISO 5167 (Differenzdruckmessung), OIML R117 (Genauigkeitsanforderungen für den Handel) und die MID 2014/32/EU (Eichpflichtige Messgeräte) regeln spezifische technische Anforderungen an Durchflussmesser.
Es ist daher ratsam, sich vor der Auswahl eines Durchflussmessers über die relevanten Normen und Richtlinien für die geplante Anwendung zu informieren und sicherzustellen, dass das gewählte Gerät diese Anforderungen erfüllt.
Fehlerquellen bei der Durchflussmessung
Die Durchflussmessung kann in der Praxis durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, die zu Ungenauigkeiten in den Messergebnissen führen können. Das Verständnis dieser Fehlerquellen ist wichtig, um verlässliche Messungen zu gewährleisten und gegebenenfalls geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Zu den häufigsten Fehlerquellen gehören:
- Falsche Kalibrierung: Eine ungenaue oder veraltete Kalibrierung des Durchflussmessers führt direkt zu fehlerhaften Messwerten.
- Ungeeignete Einbaubedingungen: Falsche Einbaulagen oder zu kurze Ein- und Auslaufstrecken können den Strömungsverlauf negativ beeinflussen und die Messgenauigkeit beeinträchtigen. Einige Durchflussmesser benötigen spezifische Ein- und Auslaufstrecken, um korrekt zu funktionieren.
- Temperatur- und Druckschwankungen: Insbesondere bei der Messung von Gasen können Änderungen in Temperatur und Druck die Dichte des Mediums beeinflussen und somit die Messgenauigkeit von Volumenstrommessern verfälschen.
- Medieneigenschaften: Luftblasen, Partikel oder Ablagerungen im Messmedium können die Funktionsweise der Sensoren stören. Eine zu hohe Viskosität oder eine fehlende elektrische Leitfähigkeit des Mediums können bestimmte Messverfahren ungeeignet machen. Auch die chemische Zusammensetzung des Mediums kann die Materialien des Messgeräts angreifen und zu Fehlern führen.
- Vibrationen und elektromagnetische Felder: Externe Vibrationen können insbesondere Coriolis- und magnetisch-induktive Durchflussmesser beeinflussen. Elektromagnetische Felder können ebenfalls Messwerte verfälschen.
- Sensoralterung und Signalstörungen: Im Laufe der Zeit kann die Genauigkeit des Sensors nachlassen (Drift). Signalstörungen in der Messwertübertragung können ebenfalls zu fehlerhaften Anzeigen führen.
Die Minimierung dieser Fehlerquellen ist durch die richtige Auswahl des Messverfahrens, eine präzise Installation, regelmäßige Kalibrierung und Wartung möglich.
Kompetente Beratung bei der Durchflussmessung
Die Auswahl des richtigen Durchflussmessgeräts für eine spezifische Anwendung kann eine komplexe Aufgabe sein, da eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigt werden müssen. Neben den technischen Spezifikationen wie Messbereich, Medium, Anwendung und Messgenauigkeit spielen auch Normen, Richtlinien und mögliche Fehlerquellen eine entscheidende Rolle.
Um sicherzustellen, dass Sie die optimale Lösung für Ihre Anforderungen im Bereich der Durchflussmessung finden, ist es ratsam, auf die Expertise und Erfahrung von Spezialisten zurückzugreifen. Kompetente Beratung kann Ihnen helfen, die verschiedenen Messprinzipien und Geräte besser zu verstehen und die Vor- und Nachteile für Ihre individuelle Situation abzuwägen.
Eine umfassende Beratung berücksichtigt folgende Aspekte:
- Analyse Ihrer spezifischen Anforderungen: Detaillierte Erfassung der Prozessparameter, des zu messenden Mediums, der Umgebungsbedingungen und der gewünschten Messgenauigkeit.
- Empfehlung geeigneter Messprinzipien und Geräte: Basierend auf der Analyse werden Ihnen die passenden Technologien und Produkte vorgestellt.
- Hinweise zur korrekten Installation und Inbetriebnahme: Vermeidung von Einbaufehlern und Sicherstellung einer optimalen Leistung des Messgeräts.
- Informationen zu Kalibrierung, Wartung und Fehlerbehebung: Gewährleistung einer dauerhaft genauen und zuverlässigen Messung.
Nutzen Sie die Möglichkeit, sich von erfahrenen Experten von DDM Sensors beraten zu lassen. DDM Sensors bietet anwendungsspezifische Lösungen für die Messung von Druck und Durchfluss an. Kontaktieren Sie uns für eine umfassende Beratung.
