Durchflussmessung

Verfahren der Durchflussmessung

Die Durchflussmessung fasst alle Messtechniken zusammen, bei denen der Durchfluss von Gasen oder Flüssigkeiten gemessen wird. Für die eigentliche Messung wird ein sogenannter Durchflussmesser eingesetzt. Es existieren viele verschiedene Verfahren der Durchflussmessung – es muss je Anwendungsfall entschieden werden, welche Methodik sich am besten eignet. Die gängigsten Verfahren messen den Massenstrom, die Strömungsgeschwindigkeit, den Volumenstrom oder den Differenzdruck.

Die Messtechniken unterscheiden sich je nach Einsatz teils erheblich. Neben magnetisch induktiven Verfahren, Ultraschall, Flügel-, Oval- und Turbinenradzähler, Messblenden oder Ringkolbenzähler gibt es noch viele weitere Techniken, die bei der Durchflussmessung zum Einsatz kommen.

Während bei vielen Messungen klassische Flügelradanemometer ausreichend sind, müssen bei leicht entflammbaren Gasen Vortex-Durchflussmessgeräte eingesetzt werden. Bei mobilen Messgeräten wird oft Ultraschall für die Durchflussmessung eingesetzt, wodurch kein direkter Kontakt zu der fließenden Materie notwendig ist. Negativ ist jedoch die relative Ungenauigkeit im Vergleich zu anderen Verfahren, weshalb Durchflussmessgeräte mit Ultraschall nicht für alle Anwendungen geeignet sind.

Bei der Durchflussmessung von herkömmlicher Luft wird die durch das Messelement nachströmende Luftmenge gemessen. Es wird in der Regel zwischen der Massen- und der Volumendurchflussmethode unterschieden. Beide Methoden werden nachfolgend erläutert.

Einführung in die Massendurchflussmessung

Stellen Sie sich einen Zylinder von 1l Inhalt vor, der mit einem beweglichen (gewichtslosen) Kolben verschlossen ist. Darin ist 1l Luft unter Umgebungsdruck, rund 1 bar. Das sind 1,293 g, das ist die Masse.

Bewegen wir den Kolben jetzt in Richtung Boden bis zur Mitte des Zylinders, so nimmt die eingeschlossene Luft nur noch das Volumen von ½ Liter ein, der Druck ist auf 2 bar gestiegen, aber die Masse ist unverändert 1,293 g. Es ist nichts hinzu- oder weggekommen. Massendurchfluss sollte man eigentlich folgerichtig in Einheiten wie g/h, mg/s oder dergleichen messen. Die meisten Anwender denken und arbeiten aber in Volumeneinheiten bei der Durchflussmessung.

Kein Problem, aber man musste sich auf Normbedingungen einigen, unter denen Masse in Volumen umgerechnet wird. Man einigte sich auf 0°C und 1,013 bar. Die Kennzeichnung erfolgt durch den tiefgestellten Buchstaben n bei der betreffenden Volumeneinheit.

Die unmittelbare Massendurchflussmessung rechnet also immer auf diese Normbedingungen um, es sei denn, Sie wünschen es anders. So gibt es z.B. Standardbedingungen die auf 20°C statt 0°C bezogen sind. Wird der Unterschied nicht beachtet, ergibt sich ein Fehler von rund 7%!

Massenstromverfahren

Zur Messung des Massendurchflusses kann man sich verschiedener Methoden bedienen. Die von uns verwendete Messmethode arbeitet nach dem thermodynamischen Prinzip.

Das Arbeitsprinzip beruht auf dem linearen Zusammenhang zwischen der Durchflussrate und der Energie, welche erforderlich ist, um die Temperatur entlang eines durchströmten Messrohres konstant zu halten. Als Messwertaufnehmer wird ein thermischer Massendurchflussmesser mit hoher Genauigkeit und entsprechender Ansprechempfindlichkeit eingesetzt.

Der Strömungsteiler sorgt für proportionale Durchflussteilung, auch unter wechselnden Prozessbedingungen. Zusammen mit dem temperaturstabilen Sensor bietet das System eine echte Massenfluss-Messung.

Im Gegensatz zu volumetrischen Durchflussmessern benötigen thermische Massendurchflussmesser keine zusätzliche Sensorik für Temperatur und Druck zur korrekten Messung des Massen-Flusses. Daher ist ihre Installation denkbar einfach und die Möglichkeit der Automation ist bei dieser Messmethode gegeben.

Massendurchfluss: Die genaueste Durchflussmessung

Andere Verfahren der Durchflussmessung messen die Strömungsgeschwindigkeit, den Volumenstrom oder den Differenzdruck. Sie sind jedoch nur mittelbar - nämlich über Korrektur nach Druck und Temperatur - in der Lage, eine Aussage über den Massendurchfluss zu machen. Die unmittelbare Messung des Massendurchflusses ist also generell genauer.

Volumendurchflussmethode

Die Volumendurchflussmethode ermöglicht einen breiten Messbereich mit genauen Messergebnissen und guter Zuverlässigkeit. Die Methode misst den Volumenstrom der Luft, der in einer bestimmten Zeit durch eine definierte Fläche strömt.

Das Prinzip basiert auf den Grundelementen eines Dichtheitsprüfgeräts nach dem Differenzdruckverfahren: Der wesentliche Teil dieser Messelemente ist eine Anzahl von parallelen Durchflusskanälen, welche die Prüfluft, in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich, absolut turbulenzfrei durchströmen kann. Der beim Durchströmen entstehende Druckabfall wird am Anfang und am Ende der Durchflusskanäle mittels Drucksensoren gemessen. Entscheidend ist die Tatsache, dass bei dieser laminaren Strömung der entstehende Druckabfall proportional zur Durchflussmenge ist. Dieses Verhältnis ermöglicht es, den Differenzdruck direkt als Größe der Leckrate anzusehen.

Die Automation der Volumendurchflussmethode ist ebenso gegeben.