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Magnetisch-induktive Durchflussmessung (mid)
Die Funktionsweise von magnetisch-induktiven Durchflussmessern basiert auf dem Faradayschen Gesetz. Das fließende Medium induziert einen Strom zwischen zwei seitlich im Messrohr des Sensors montierten Elektroden, dessen Stärke von der Fließgeschwindigkeit abhängt. Nur für Flüssigkeiten mit einer Leitfähigkeit > 20 microS/cm geeignet (ungeeignet für Öl).
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Was ist ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser (MID)?
Ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser, auch bekannt als elektromagnetischer Durchflussmesser oder MID-Durchflussmesser, ist ein Instrument zur Volumenstrommessung von leitfähigen Flüssigkeiten in einem Rohr. Magnetisch-induktive Durchflusssensoren sind besonders nützlich, da sie nicht-invasiv sind (das heißt, sie erfordern keine direkte Berührung mit der Flüssigkeit) und in der Lage sind, den Durchfluss von leitfähigen Flüssigkeiten genau zu messen. Sie werden häufig in verschiedenen Industrien eingesetzt, einschließlich der Wasser- und Abwasserwirtschaft, der Lebensmittel- und Getränkeproduktion sowie der chemischen Industrie.
Wie funktioniert die MID-Durchflussmessung?
Im Sensor wird ein Magnetfeld erzeugt, das das gesamte Rohr durchdringt, in dem die Flüssigkeit fließt. Dieses Feld kann durch Spulen erzeugt werden, die um das Rohr gewickelt sind. Wenn eine leitfähige Flüssigkeit (z. B. Wasser) durch das Rohr fließt, bewegt sie sich durch das elektromagnetische Feld. In der Flüssigkeit entstehen elektrische Spannungen. Dies geschieht gemäß den Prinzipien der Faradayschen Induktion, die besagen, dass sich in einem bewegten elektrisch leitfähigen Medium eine Spannung erzeugt, wenn es sich relativ zu einem magnetischen Feld bewegt. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit, desto höher ist die induzierte Spannung. Sensoren erfassen die so erzeugte Spannung und übertragen sie an die Auswertungselektronik. Anhand der gemessenen Spannung und unter Verwendung des Faradayschen Gesetzes (die Beziehung zwischen der Spannung, dem Magnetfeld, der Geschwindigkeit der Flüssigkeit und der Geometrie des Rohrs) kann der Durchfluss der Flüssigkeit berechnet werden.
Faradaysches Gesetz
Das grundlegende Funktionsprinzip der induktiven Durchflussmessung basiert auf dem elektromagnetischen Induktionsprinzip, das von Michael Faraday im 19. Jahrhundert untersucht wurde. Das Faradaysch definierte Gesetz lautet: E=B∗V∗D
E steht für die induzierte Spannung
B repräsentiert die Stärke des Magnetfelds
V ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit
D ist der Durchmesser des Rohrs
Für welche Medien sind Füllstandssensoren mit geführter Mikrowelle geeignet?
Füllstandssensoren mit geführter Mikrowelle eignen sich besonders für Füllstandmessung wasserbasierter Flüssigkeiten. Der Einsatz mit Öl ist ebenfalls unter Verwendung eines Koaxialsonde möglich. Sie ist besonders nützlich in Industrieumgebungen wie Chemieanlagen, Lebensmittelverarbeitung, Wasser- und Abwasserwirtschaft sowie in der Ölindustrie. Feststoffe und Schüttgüter können nicht mit der geführten Mikrowelle überwacht werden, weil die Gefahr einer mechanischen Be- und Überlastung des Sondenstabs zu groß ist.Trennschichten und die Bedeutung des Mediums
In manchen Anwendungen können sich Trennschichten oder Schäume auf der Oberfläche der Flüssigkeit bilden. Diese können die Laufzeit der Mikrowellenimpulse beeinflussen und zu Messfehlern führen. Es ist daher wichtig, das zu messende Medium und mögliche Einflüsse auf die Mikrowellenausbreitung zu berücksichtigen, um zuverlässige Messungen und genaue Messergebnisse zu gewährleisten.Aufbau eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes
Ein elektromagnetischer Durchflusssensor besteht aus verschiedenen Komponenten, die zusammenarbeiten, um den Durchfluss einer leitfähigen Flüssigkeit in einem Rohr genau zu messen:
- Rohrleitung: Der Sensor besitzt eine Rohrleitung, durch die die zu messende Flüssigkeit fließt. Das Rohr besteht aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, das innen eine elektrisch isolierende Auskleidung hat.
- Elektromagnetische Spulen: In der Nähe des Rohrs befinden sich mindestens zwei elektromagnetische Spulen, die in einer spezifischen Anordnung angebracht sind. Eine Spule erzeugt ein Magnetfeld, während die andere dazu dient, die induzierte Spannung zu messen. Diese Spulen sind normalerweise um das Rohr gewickelt.
- Elektronik und Steuereinheit: Eine elektronische Steuereinheit, die normalerweise in einem Gehäuse untergebracht ist, steuert den Durchflusssensor und verarbeitet die gemessenen Daten. Sie erzeugt das magnetische Feld, misst die induzierte Spannung und wendet die Faradaysche Formel an, um den Durchfluss zu berechnen. Die Steuereinheit kann auch Benutzerschnittstellen und Kommunikationsschnittstellen für die Datenausgabe und -übertragung enthalten.
- Anzeige- und Bedienfeld: Ein Bedienfeld oder ein Display dient zum Monitoring der Messdaten. Es zeigt dem Bediener wichtige Informationen wie den aktuellen Durchfluss, die Einheiten der Messwerte, eventuelle Fehlermeldungen und andere relevante Daten an. Der Bediener kann Einstellungen konfigurieren und das Durchflussmessgerät über dieses Bedienfeld steuern.
- Elektroden oder Sensoren: Im Inneren des Rohrs sind Elektroden oder Sensoren angebracht, die in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit stehen. Diese Sensoren erfassen die Spannung, die durch die Bewegung der leitfähigen Flüssigkeit im elektromagnetischen Feld erzeugt wird.
Vorteile der magnetisch-induktiven Durchflussmessung
- Nicht-invasiv: Ein großer Vorteil dieser Art von Durchflusswächtern ist, dass sie nicht in direktem Kontakt mit der zu messenden Flüssigkeit stehen. Dies bedeutet, dass sie keine beweglichen Teile oder Verschleißkomponenten haben, die die Flüssigkeit beeinflussen könnten.
- Genauigkeit: MIDs sehr präzise bei der Volumenstrommessung von leitfähigen Flüssigkeiten. Sie sind in der Lage, auch bei schwankenden Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturen präzise Ergebnisse zu erzielen.
- Vielseitigkeit: Magnetisch-induktiv Durchflusssensoren eignen sich zur Erfassung einer breiten Palette von Flüssigkeiten, einschließlich Wasser, Säuren, Basen, Suspensionen und mehr. Sie können auch in Rohren verschiedener Größen und Materialien eingesetzt werden.
- Geringer Druckverlust: erzeugen in der Regel nur einen geringen Druckverlust in der Rohrleitung, was wichtig ist, um den Energieverbrauch niedrig zu halten.
- Wartungsarm: Da sie keine beweglichen Teile haben, erfordern diese Messgeräte in der Regel nur minimale Wartung und haben eine lange Lebensdauer.
Nachteile der magnetisch-induktiven Durchflussmesser
- Kosten: können im Vergleich zu einigen anderen Durchflussmessgeräten relativ teuer sein, was sie möglicherweise für kleinere Betriebe oder Anwendungen mit begrenztem Budget weniger attraktiv macht.
- Erfordert leitfähige Flüssigkeiten: funktionieren nur mit leitfähigen Flüssigkeiten, da sie auf dem Prinzip der Faradayschen Induktion beruhen. Für nicht leitfähige Flüssigkeiten sind andere Durchflussmessverfahren erforderlich.
- Kalibrierung: Periodische Kalibrierung der Messtechnik kann erforderlich sein, um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten. Dies erfordert zusätzliche Zeit und Ressourcen.
- Empfindlich gegenüber Verschmutzung: Ablagerungen oder Partikel in der Flüssigkeit können die Genauigkeit des Messgeräts beeinträchtigen. Regelmäßige Reinigung oder Filterung der Flüssigkeit kann erforderlich sein.
Für welche Medien kann die magnetisch-induktive Durchflussmessung eingesetzt werden?
Elektromagnetische Durchflusssensoren sind hauptsächlich zur Überwachung des Durchflusses von leitfähigen flüssigen Medien geeignet. Sie eignen sich nicht für gasförmige Medien. Außerdem sollte die elektrische Leitfähigkeit des Mediums ausreichend sein, damit das Messgerät korrekte Ergebnisse erzielen kann (Leitfähigkeit: >= 20 µS/cm und Viskosität: < 70 mm²/s bei 40 °C).
Die genaue Eignung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes für eine bestimmte Anwendung hängt von verschiedenen Faktoren wie der Leitfähigkeit, der Temperatur, dem Druck und anderen Betriebsbedingungen ab, daher ist es wichtig, die spezifischen Anforderungen der Anwendung zu berücksichtigen.
Anwendungsbeispiele magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte
MIDs finden in zahlreichen verschiedenen Branchen Einsatz. Typische Anwendungsbeispiele für diese Durchflusswächter sind:
- Wasserversorgung und Abwasserbehandlung: MID-Sensoren werden häufig in der Wasserversorgung und Abwasserbehandlung eingesetzt, um den Durchfluss von Trinkwasser, Abwasser und anderen wässrigen Lösungen zu überwachen.
- Chemische Industrie: In der chemischen Industrie werden diese Durchflussmessgeräte verwendet, um den Durchfluss von verschiedenen chemischen Flüssigkeiten wie Säuren, Basen, Lösungsmitteln und anderen Reagenzien zu messen.
- Lebensmittel- und Getränkeindustrie: In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie finden sie Einsatz bei der Volumenstrommessung von Getränken, Milchprodukten, Fruchtsäften und anderen leitfähigen Flüssigkeiten.
- Petrochemie: In der petrochemischen Industrie werden diese Durchflusswächter eingesetzt, um den Durchfluss von Öl, Treibstoffen und anderen petrochemischen Produkten zu überwachen.
- Pharmazeutik: In der pharmazeutischen Produktion werden sie zur Durchflussmessung von Arzneimitteln, pharmazeutischen Lösungen und anderen Flüssigkeiten verwendet.
- Mineralien und Bergbau: In der Mineralverarbeitung und im Bergbau werden magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte eingesetzt, um den Durchfluss von Schlämmen, Schlamm und anderen leitfähigen Materialien zu messen.
- Energieerzeugung: In Kraftwerken, insbesondere in Kernkraftwerken, können diese Sensoren zur Messung des Durchflusses von Kühlmitteln und anderen Prozessflüssigkeiten eingesetzt werden.
- HVAC-Systeme: In Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) finden sie Verwendung zur Überwachung des Durchflusses von wärmeträgerflüssigen Medien wie Wasser oder Glykol.
- Metallverarbeitung: In der metallverarbeitenden Industrie werden diese Geräte zur Überwachung von Kühl- und Schmierflüssigkeiten in Prozessen wie der Metallbearbeitung und -schneidung eingesetzt.
- Papier- und Zellstoffindustrie: In der Papier- und Zellstoffindustrie werden sie zur Durchflussmessung von Pulpen, chemischen Lösungen und anderen Materialien verwendet.
- Textilindustrie: In Textilfabriken können diese Geräte zur Überwachung des Durchflusses von Farbstoffen und Chemikalien in den Färbe- und Druckprozessen eingesetzt werden.
Einbau und Wartung eines MIDs
Der Einbau und die Wartung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers erfordern Sorgfalt und Beachtung bestimmter Schritte, um sicherzustellen, dass das Messgerät korrekt funktioniert und genaue Messungen liefert.
Einbau eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers
- Richtige Einbaulage wählen: Der Durchflusswächter sollte in einer geraden Rohrstrecke eingebaut werden, die ein Mindestmaß (in der Regel einige Rohrdurchmesser) vor und nach dem Messgerät gerade verläuft. Dies ermöglicht einen laminaren Flüssigkeitsstrom und verhindert Verwirbelungen.
- Rohrgröße und Durchmesser berücksichtigen: Stellen Sie sicher, dass der Durchflusssensor zur Rohrgröße und zum Durchmesser des Rohrs passt, in dem er installiert wird. Dies gewährleistet eine ordnungsgemäße Passform und Leistung.
- Montage: Befolgen Sie die Installationsanweisungen des Herstellers, um den Durchflusswächter ordnungsgemäß am Rohr anzubringen. Dies kann das Anziehen von Schrauben oder Klemmen umfassen, um das Messgerät sicher zu befestigen.
- Elektrische Verbindung: Schließen Sie die elektrischen Anschlüsse des Durchflussmessers gemäß den Herstelleranweisungen an. Dies kann den Anschluss an die Steuereinheit und die Stromversorgung einschließen.
- Erdung: Die korrekte Erdung des Durchflussmessers ist wichtig, um elektrische Störungen zu verhindern und die Sicherheit zu gewährleisten.
- Durchflusskalibrierung: Kalibrieren Sie das Messgerät gemäß den Herstelleranweisungen, um sicherzustellen, dass es genaue Messungen liefert. Dies kann das Einstellen von Skalierungsfaktoren und Referenzmessungen umfassen.
Wartung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers
- Regelmäßige Inspektion: Führen Sie regelmäßige Inspektionen des Durchflussmessgerätes durch, um sicherzustellen, dass er ordnungsgemäß funktioniert. Überprüfen Sie auf sichtbare Verschmutzungen, Beschädigungen oder Anzeichen von Leckagen.
- Reinigung: Wenn der Durchflusssensor Verschmutzungen aufweist, reinigen Sie ihn gemäß den Herstelleranweisungen. Ablagerungen oder Partikel in der Flüssigkeit können die Messgenauigkeit beeinträchtigen.
- Überprüfung der Elektroden: Stellen Sie sicher, dass die Elektroden in gutem Zustand sind und keine Verschleißerscheinungen aufweisen. Beschädigte oder korrodierte Elektroden sollten ausgetauscht werden.
- Elektrische Verbindungen: Überprüfen Sie die elektrischen Verbindungen regelmäßig auf Lockerheit oder Korrosion. Stellen Sie sicher, dass die Verbindungen sicher und intakt sind.
- Kalibrierung überprüfen: In bestimmten Intervallen sollte die Kalibrierung des Durchflusswächters überprüft und gegebenenfalls angepasst werden, um die Genauigkeit sicherzustellen. Insbesondere, wenn es sich um zuvor geeichte MIDs handelt.
- Herstelleranweisungen beachten: Befolgen Sie die spezifischen Empfehlungen des Herstellers für die Wartung und den Austausch von Verschleißteilen.
- Wartungsprotokolle führen: Führen Sie Protokolle über Wartungsarbeiten und Kalibrierungen, um einen Nachweis über die ordnungsgemäße Pflege des Messgeräts zu haben.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Wartungsanforderungen je nach Hersteller und Modell variieren können. Daher ist es ratsam, die Anweisungen des Herstellers und die spezifischen Wartungsanforderungen für Ihr magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zu konsultieren und zu befolgen. Die regelmäßige Wartung gewährleistet die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Messgeräts und verhindert ungeplante Ausfallzeiten.