In dieser Arbeit wird die Anwendung des Piezo-Sensors in der Prozessmesstechnik anhand eines Wirbelfrequenzmessgerätes betrachtet. Mit Hilfe dieses Assignments soll es dem Leser im Nachgang möglich sein, die Grundlagen eines Piezos sowie die Funktion eines Wirbelfrequenzzählers zu verstehen.
Gerade in der heutigen Zeit, in der Umweltschutz, Produktqualität und vor allem Produktivität im Unternehmen eine immer größer werdende Rolle spielen, ist es enorm wichtig, seine Prozesse genaustens im Blick zu haben. Eine der wichtigsten Kenngrößen hierfür ist der Durchfluss. Eine der weitverbreitetsten Durchflussmessgeräte ist das Wirbelfrequenzmessgerät.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Ziel dieser Arbeit
1.3 Aufbau dieser Arbeit
2. Grundlagen
2.1 Geschichte und die Physikalische Prinzipien des Piezo-Sensors
2.2 Grundlagen zum Wirbelfrequenzzähler
2.2.1 Die Reynoldszahl
2.2.2 Kármánsche Wirbelstraße
2.2.3 Strouhalzahl
3. Wirbelfrequenzzähler
3.1 Grundlegender Aufbau
3.2 Detaillierte Erklärung der Funktion anhand des Krohne OPTISWIRL 4200
3.2.1 Funktionsprinzip des OPTISWIRL 4200 C
3.3 Unterschiede/Vergleich verschiedener Hersteller
3.3.1 Funktionsprinzip des Wirbelfrequenzzählers der Firma Höntzsch
3.3.2 Gegenüberstellung der technischen Daten
4. Zusammenfassung und Reflexion
4.1 Zusammenfassung
4.2 Fazit / kritische Reflexion
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit befasst sich mit der Anwendung von Piezo-Sensoren in der industriellen Prozessmesstechnik, wobei ein Wirbelfrequenzmessgerät als primäres Beispielobjekt dient, um sowohl die zugrunde liegende Sensorik als auch die Durchflussmessung verständlich darzulegen.
- Grundlagen des piezoelektrischen Effekts
- Physikalische Prinzipien der Strömungsmechanik (Reynoldszahl, Kármánsche Wirbelstraße)
- Aufbau und Funktionsweise von Wirbelfrequenzzählern
- Vergleichende Analyse verschiedener Herstellersysteme (Krohne vs. Höntzsch)
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Funktionsprinzip des OPTISWIRL 4200 C
Mit diesem Wirbelfrequenzgerät kann der Durchfluss von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten in vollgefüllten Rohrleitungen gemessen werden. Im Messrohr befindet sich ein Staukörper der Ausführung h) in Abbildung 5, welcher quer zur Strömung angeordnet ist. Hinter diesem scharfkantigen Staukörper bilden sich abwechselnd auf beiden Seiten sehr regelmäßige Wirbel. Hierdurch entsteht eine Kármánsche Wirbelstraße. Im Bereich der Wirbel verändert sich der Druck sowie die Dichte des Fluids wodurch anhand der Häufigkeit der Druckänderung die Frequenz, welche proportional zur Durchflussgeschwindigkeit ist, ausgewertet werden kann. Hinter dem Staukörper befindet sich mittig ein piezoelektrischer Sensor, welcher die Wirbel detektiert. Die Druckveränderungen führen zu einer Veränderung der Kristallstruktur, welche wiederum Veränderungen der Oberflächenladung hervorrufen. Diese elektrischen Ladungsunterschiede können mit einem entsprechenden Sensor gemessen und ausgewertet werden.
Damit der Messumformer (Auswerteeinheit des OPTISWIRL4200) den Durchfluss richtig auswerten kann müssen ihm noch weitere Daten automatisch zugeführt oder einprogrammiert werden. Hierzu zählen unter anderem die Art des Fluids, dessen Druck, Temperatur und Fluidzusammensetzung.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die Relevanz der Durchflussmessung für Produktivität und Umweltschutz und definiert die Zielsetzung der Arbeit.
2. Grundlagen: Es werden die theoretischen Fundamente des Piezoeffekts und der Strömungsmechanik, wie die Reynoldszahl und die Kármánsche Wirbelstraße, gelegt.
3. Wirbelfrequenzzähler: Das Kapitel beschreibt den Aufbau und die Funktion von Wirbelfrequenzzählern und vergleicht die Systeme der Firmen Krohne und Höntzsch anhand technischer Parameter.
4. Zusammenfassung und Reflexion: Die Arbeit schließt mit einer Rekapitulation der Ergebnisse und einer kritischen Auseinandersetzung mit der gewählten Bearbeitungstiefe.
Schlüsselwörter
Piezo-Sensor, Prozessmesstechnik, Wirbelfrequenzzähler, Durchflussmessung, Reynoldszahl, Kármánsche Wirbelstraße, Strouhalzahl, Strömungsmechanik, Sensorik, Krohne, Höntzsch, Ultraschallsensor, Messunsicherheit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die industrielle Anwendung von Piezo-Sensoren im Bereich der Durchflussmessung mittels Wirbelfrequenzzählern.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zu den Kernpunkten gehören die physikalischen Grundlagen der Strömungslehre, die Funktionsweise piezoelektrischer Sensoren und der Vergleich unterschiedlicher Vortex-Messprinzipien.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, dem Leser das Funktionsprinzip eines Wirbelfrequenzzählers und die Rolle des Piezos darin verständlich zu vermitteln.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine theoretische Untersuchung basierend auf Fachliteratur und Herstellerdokumentationen zur Analyse technischer Messsysteme.
Was wird im Hauptteil detailliert behandelt?
Der Hauptteil analysiert den Aufbau von Vortex-Durchflussmessern und vergleicht spezifische Modelle der Firmen Krohne und Höntzsch.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind unter anderem Piezo-Sensor, Wirbelfrequenzzähler, Kármánsche Wirbelstraße, Durchflussmessung und Reynoldszahl.
Warum spielt die Reynoldszahl eine wichtige Rolle für das Messgerät?
Sie dient als Beurteilungskriterium für das Strömungsverhalten, um sicherzustellen, dass die Wirbelstraße für eine präzise Messung stabil bleibt.
Worin liegt der Hauptunterschied zwischen den Geräten von Krohne und Höntzsch?
Während Krohne piezoelektrische Sensoren zur Wirbeldetektion nutzt, setzt die Firma Höntzsch auf Ultraschallsensoren, was insbesondere bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten Vorteile bietet.
- Arbeit zitieren
- Alexander Drexl (Autor:in), 2020, Anwendung von Piezo Sensoren in der Prozessmesstechnik, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1167911
