Veranstaltung: Meß-, Sensor- und Automatisierungstechnik

Thema:

Referenten: Daniel Marquardt

Sandra Püllen

Inhaltsverzeichnis

1.  Einleitung  

2.  Physikalische Grundlagen  

2.1  Messprinzip  

2.2  Praktischer Gebrauch der Durchflussgleichung  

2.2.1  Skalenberechnung und Skalenumrechnung  

2.3  Genauigkeitsklassen  

3.  Schwebekörper  

3.1  Schwebekörperformen  

3.2  Schwebekörpermaterialien  

4.  Geräteausführungen  

4.1  Geräte mit Glaskonus  

4.1.1  Vorteile  

4.1.2  Nachteile  

4.2  Schwebekörper mit umgekehrter Geometrie  

4.3  Ganzmetall-Schwebekörperdurchflussmesser  

4.4  Vergleich Geräte mit Glaskonus-Ganzmetallgeräte  

4.5  Kleinströmungsmesser  

5.  Grenzwertsignalgeber  

6.  Anwendungsgebiete  

6.1  Anwendungsgebiete in der Lebensmittelindustrie  

7.  Fazit  

8.  Literaturverzeichnis  

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1. Einleitung

Den Durchfluss oder Durchsatz eines strömenden Messstoffes zu messen heißt, die Stoffmenge festzustellen, die pro Zeiteinheit einen Leitungsquerschnitt durchfließt. Die Menge kann dabei die Dimension einer Masse oder eines Volumens haben. In der Verfahrentechnik hat die Aufgabe, Durchflüsse zu messen, fundamentale Bedeutung: Die Leistung, das richtige Dosieren und Mischen oder das Festhalten eines bestimmten Betriebszustandes sind unmittelbar mit der Durchflussmessung verknüpft. Die Durchflussmessung ist die zentrale Messaufgabe; ohne Durchflussmessung ist ein verfahrenstechnischer Prozess nicht denkbar. [4] Die Herstellung und Verarbeitung von Lebensmitteln stellt für die Messtechnik eine besondere Herausforderung dar. Gerade bei Anlagen, die chargenweise betrieben werden, sind häufiger Reinigungszyklen nötig. Die Durchflussmessgeräte müssen in diesen Prozessen nicht nur totraumfrei, entleerbar, temperatur- und chemikalienbeständig sein, sondern zusätzlich spezifischen, hygienischen Standards entsprechen. Schwebekörper-Durchflussmesser sind zur Messung von Gasen, Flüssigkeiten und Dampf geeignet. Das Messverfahren ist kostengünstig und zuverlässig. In der Lebensmittelindustrie finden Schwebekörperdurchflussmesser ein breites Anwendungsgebiet. [2]

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2. Physikalische Grundlagen 2.1. Messprinzip

Einfach und relativ genau lässt sich der Durchfluss von Gasen und Flüssigkeiten mit Schwebekörperdurchflussmessgeräten bestimmen. Ein senkrecht gestelltes Rohr, das sich nach oben konisch erweitert, wird von unten nach oben durchströmt. Der aufwärtsströmende Messstoff hebt den im Rohr befindlichen Schwebekörper so lange, bis der ringförmige Spalt zwischen Schwebekörper und Rohrwand so groß ist, dass die auf den Schwebekörper wirkenden Kräfte im Gleichgewicht sind und damit der Schwebezustand erreicht ist. [8]

Bei konischem Messrohr stellt sich eine dem Durchfluss in erster Näherung pro-portionale Höhenlage ein.

Schräge Einkerbungen im oberen Rande versetzen den Schwebekörper in eine um die senkrechte Achse rotierende Bewegung. Die Rotation ist, da schon geringe Verunreinigungen den Schwebekörper abbremsen, ein sicheres und im Glasrohr sichtbares Zeichen für das einwandfreie Arbeiten des Durchflussmessers. Die Höhenstellung des Schwebekörpers dient als Maß für den Durchfluss. [7]

Bild 1. Prinzip eines Schwebe-

körper Durchflussmessers

Der Durchfluss ist:

= ⋅ = A v q

v

Der Widerstandsbeiwert c w wird in die Durchflusszahl überführt:

α =

Die Durchflusszahl ist abhängig von der geometrischen Form des Messrohres und des Schwebekörpers. Sie beinhaltet auch die Reibung. Als empirisch ermittelter Wert erscheint in gerätebezogenen Kennlinien [Bild 2], die in die Berechnung einbezogen werden. In diesen Kennlinien ist auch die Ruppel-Zahl enthalten, die es ermöglicht die Messstoffspezifischen Parameter Viskosität und Dichte mit zu berücksichtigen. [8]

Ruppel-Zahl

Ru

Bild 2. Durchflusszahl in Abhängigkeit von der Ruppelzahl für einen Schwebekörper-Durchflussmesser der Form "A" [1]

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Unter Berücksichtigung der vorgenannten Gleichungen lässt sich die allgemeine Durchfluss-Gleichung für Schwebekörperdurchflussmessgeräte aufstellen.

Volumendurchfluss:

Massendurchfluss:

Der dem Durchfluss zur Verfügung stehende Ringspalt ändert sich wegen der Konizität des Messrohres mit der Höhenstellung des Schwebekörpers. Somit liefert die Höhenlage eine Aussage über den Durchfluss. Bei Verwendung eines Glasmessrohres kann daher der Messwert direkt an einer auf dem Messrohr angebrachten Skala abgelesen werden. [8] Legende:

V S : Volumen des Schwebekörpers [m³] A: Ringspaltfläche [m²]

A S : Querschnittsfläche des Schwebekörpers an der Ablesekante [m²] m S : Masse des Schwebekörpers [kg] S : Dichte des Schwebekörpers [kg/m³] m : Dichte des Messstoffes [kg/m³] c W : Widerstandsbeiwert v: Fließgeschwindigkeit des Messstoffes [m/s] D: Konus- Innendurchmesser an der Ablesestelle [m] D S : Durchmesser des Schwebekörpers an der Ablesekante [m] g: Fallbeschleunigung [m/s²] q v : Volumendurchfluss [l/h] q m : Massedurchfluss [kg/h] : dynamische Viskosität des Messstoffes [Pas]

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