Volumendurchflussmessung mit Schwebekörperdurchflussmessern

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

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 Durchfluss-messung 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 chemikalien-beständig sein, sondern zusätzlich spezifischen, hygienischen Standards ent- sprechen. Schwebekörper-Durchflussmesser sind zur Messung von Gasen, Flüssigkeiten und Dampf geeignet. Das Messverfahren ist kostengünstig und zu-verlässig. In der Lebensmittelindustrie finden Schwebekörperdurchflussmesser ein breites Anwendungsgebiet. [2]

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 Ver-unreinigungen den Schwebekörper abbremsen, ein sicheres und im Glasrohr sicht-bares Zeichen für das einwandfreie Arbeiten des Durchflussmessers.

Die Höhenstellung des Schwebekörpers dient als Maß für den Durchfluss. [7]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten(6)

Die Durchflusszahl α ist abhängig von der geometrischen Form des Messrohres und des Schwebekörpers. Sie beinhaltet auch die Reibung. Als empirisch ermittelter Wert erscheint α 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]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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

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

Volumendurchfluss:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten(8)

Massendurchfluss:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten(9)

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 Glas-messrohres kann daher der Messwert direkt an einer auf dem Messrohr angebrachten Skala abgelesen werden. [8]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.2. Praktischer Gebrauch der Durchflussgleichung

Die Durchflussskala eines Schwebekörperdurchflussmessers gilt nur für Messstoffe mit der der Skala zugrundegelegten Dichte und Viskosität. Die Durchflussskala kann für beliebige Messstoffe und jeden Betriebszustand nach dem im Folgenden angegebenen Verfahren berechnet werden.

Die Durchflussgleichung, Gl. (8) bzw. (9), ermöglicht die Skalenberechnung und die Skalenumrechnung.

Skalenberechnung:

Ausgehend von den gegebenen Daten des Messstoffes und des Messgerätes wird mit Hilfe eines Kennlinienblattes (Bild 2) die Durchflussskala berechnet.

Skalenumrechnung:

Ausgehend von einer vorhandenen Durchflussskala und den gegebenen Daten des Messgerätes und des Messstoffes wird mit Hilfe eines Kennlinienblattes für einen anderen Messstoff die neue Durchflussskala berechnet.

2.2.1 Skalenberechnung und Skalenumrechnung

Skalenberechnung:

1. Schritt: Zusammenstellung der gegebenen Größen:
- Dichte und Viskosität des Messstoffes im Betriebszustand
- Messkonus mit Angabe von δ
- Schwebekörper - Durchmesser
- Masse
- Dichte
- Zugehöriges Kennlinienblatt

2.Schritt: Bestimmung von Ru

3. Schritt: Ermittlung verschiedener α-Werte aus dem Kennlinienblatt

4. Schritt: Berechnung der Durchflussskala

Skalenumrechnung:

1. Schritt: Zusammenstellung der gegebenen Größen:
- Dichte und Viskosität des Messstoffes im Betriebszustand
- Messkonus mit Angabe von δ
- Schwebekörper - Durchmesser
- Masse
- Dichte
- Zugehöriges Kennlinienblatt

2. Schritt: Bestimmung von Ru für die beiden Messstoffe

3. Schritt: Bestimmung der α- Werte für den alten und den neuen Messstoff

4. Schritt: Berechnung der neuen Durchflussskala

5. Schritt: Zuordnung der Skalen [7]

In der VDE/ VDI Richtlinie 3513 sind lediglich die Berechnungsverfahren genormt, nicht aber die Bauformen. Danach sind die Hersteller gehalten, für ihre Schwebekörperformen diese Funktionen α = f(Ru, δ) und h = f(δ) anzugeben. Der Anwender kann dann ein etwa mit Wasser oder Luft geeichtes Gerät auf jedes beliebige Medium und jeden beliebigen Betriebszustand umrechnen. [3]

Des weiteren lässt sich aus Nomogrammen ein Kalibrierfaktor bestimmen. Anhand eines für eine bestimmte Messrohr-Schwebekörper-Kombination gültigen Nomogramms kann leicht der Einfluss von Dichte-, Zähigkeits- und Druckänderungen abgeschätzt werden.

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