Vortex Durchflussmessung
Vortex-Durchflussmesser nutzen das Prinzip der Kármánschen Wirbelstraße. In einer mediendurchflossenen Rohrleitung wird ein Störkörper eingesetzt, hinter dem sich das fließende Medium verwirbelt. Die so entstehenden Druckdifferenzen werden von einem Piezoelement erfasst und die Strömungsgeschwindigkeit berechnet. Für Wasser, Wasser-Glykol-Gemischen und Kühlschmiermitteln.
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Funktionsweise der Vortex-Durchflussmessung
Die Vortex-Durchflussmessung ist eine Methode zur Messung des Volumen- oder Massenstroms von Flüssigkeiten oder Gasen in Rohrleitungen. Diese Methode basiert auf dem Vortex-Prinzip, das auf dem Effekt der Kármánschen Wirbelstraße beruht. Sie ist weit verbreitet in Industrie- und Prozessanwendungen, da sie exakt, zuverlässig und wartungsarm ist. Geeignet ist das Vortex-Messprinzip vor allem für flüssige Medien und Gase mit niedriger bis mittlerer Viskosität.Kármán-Effekt
Der Kármán-Effekt ist ein physikalisches Phänomen, das auftritt, wenn ein Fluid (wie Luft oder Wasser) über ein Hindernis strömt, das eine regelmäßige, sich wiederholende Form hat, normalerweise eine Zylinderform. Wenn das Fluid mit ausreichender Geschwindigkeit über das Hindernis strömt, entstehen auf der abwärts gerichteten Seite des Hindernisses abwechselnde Wirbel. Diese Wirbel lösen sich in regelmäßigen Abständen voneinander ab, was zu einem charakteristischen Muster von Wirbeln führt.Vortex-Durchflussmessung Funktionsprinzip
Die Vortex-Durchflussmessung nutzt den Kármán-Effekt, um den Durchfluss in einer Rohrleitung zu messen. In einem Vortex-Sensor befindet sich normalerweise ein Blendenkörper (Bluffkörper/ Störkörper) in der Mitte des Rohrs, der den Kármán-Effekt erzeugt. Wenn das Fluid durch das Rohr strömt, bildet sich hinter dem Bluffkörper ein Wirbelstraße. Die Frequenz, mit der diese Wirbel abgelöst werden, ist direkt proportional zur Geschwindigkeit des Fluids und somit auch zum Durchfluss.Ein Sensor, normalerweise ein piezoelektrischer Sensor oder ein Drucksensor, erfasst die Wirbelbildung und -ablösung und misst die Frequenz der Wirbelbildung. Aus dieser Frequenz kann der Durchflusswert berechnet werden, indem die bekannte Beziehung zwischen der Wirbelfrequenz und der Fluidgeschwindigkeit verwendet wird.
Aufbau von Vortexsensoren
Vortex-Durchflussmesser bestehen aus wenigen Hauptkomponenten. Der Aufbau eines Vortex-Sensors kann je nach Hersteller und Modell variieren, aber die grundlegende Funktionsweise bleibt in der Regel ähnlich: Der Bluffkörper erzeugt Wirbel, die erfasst werden, um den Durchfluss zu messen. Im Folgenden werden die einzelnen Elemente und der Aufbau erläutert.
Rohrleitung: Der Sensor wird in eine bestehende Rohrleitung eingebaut, in der das zu messende Fluid fließt. Die Rohrleitung kann aus verschiedenen Materialien bestehen, abhängig von den Anforderungen der Applikation.
Bluffkörper/ Störkörper: Der Bluffkörper befindet sich in der Mitte der Rohrleitung. Dieser Bluffkörper hat oft die Form eines zylindrischen Stabes oder einer Platte, die senkrecht zur Strömungsrichtung steht. Der Bluffkörper erzeugt den Kármán-Effekt, der Wirbel hinter sich erzeugt.
Sensoreinheit: Auf der Rückseite des Bluffkörpers befindet sich eine Sensoreinheit, die die Wirbelbildung und -ablösung erfasst. Es gibt verschiedene Arten von Sensoren, die in Vortex-Durchflussmessgeräten verwendet werden können, darunter piezoelektrische Sensoren und Drucksensoren.
Elektronik und Auswertungseinheit: Die von der Sensoreinheit erfassten Signale werden an eine elektronische Auswertungseinheit weitergeleitet, die die Frequenz der Wirbelbildung berechnet. Diese Frequenz wird dann in einen Durchflusswert umgerechnet. Die Elektronik kann auch die Temperatur und den Druck des Fluids berücksichtigen, um den Durchflusswert zu korrigieren.
Anzeige/ Display oder Ausgangssignal: Die gemessenen Durchflussdaten können auf einem Display im Feld angezeigt werden, oder sie können als elektrisches Signal (z. B. 4-20 mA) ausgegeben werden, das an ein Überwachungssystem oder eine Steuerung weitergeleitet wird.
Rohrleitung: Der Sensor wird in eine bestehende Rohrleitung eingebaut, in der das zu messende Fluid fließt. Die Rohrleitung kann aus verschiedenen Materialien bestehen, abhängig von den Anforderungen der Applikation.
Bluffkörper/ Störkörper: Der Bluffkörper befindet sich in der Mitte der Rohrleitung. Dieser Bluffkörper hat oft die Form eines zylindrischen Stabes oder einer Platte, die senkrecht zur Strömungsrichtung steht. Der Bluffkörper erzeugt den Kármán-Effekt, der Wirbel hinter sich erzeugt.
Sensoreinheit: Auf der Rückseite des Bluffkörpers befindet sich eine Sensoreinheit, die die Wirbelbildung und -ablösung erfasst. Es gibt verschiedene Arten von Sensoren, die in Vortex-Durchflussmessgeräten verwendet werden können, darunter piezoelektrische Sensoren und Drucksensoren.
Elektronik und Auswertungseinheit: Die von der Sensoreinheit erfassten Signale werden an eine elektronische Auswertungseinheit weitergeleitet, die die Frequenz der Wirbelbildung berechnet. Diese Frequenz wird dann in einen Durchflusswert umgerechnet. Die Elektronik kann auch die Temperatur und den Druck des Fluids berücksichtigen, um den Durchflusswert zu korrigieren.
Anzeige/ Display oder Ausgangssignal: Die gemessenen Durchflussdaten können auf einem Display im Feld angezeigt werden, oder sie können als elektrisches Signal (z. B. 4-20 mA) ausgegeben werden, das an ein Überwachungssystem oder eine Steuerung weitergeleitet wird.
Branchen und Anwendungen
Vortex-Durchflussmesser werden aufgrund ihrer Präzision und Zuverlässigkeit in vielen Branchen und Applikationen eingesetzt, in denen die genaue Messung des Durchflusses von Flüssigkeiten oder Gasen erforderlich ist. Im Folgenden finden Sie einige typische Anwendungsbeispiele.- Chemische Industrie: Messung des Durchflusses von Chemikalien, Lösungsmitteln und anderen Flüssigkeiten eingesetzt. Sie sind hilfreich, um die genaue Menge von Chemikalien in Produktionsprozessen zu überwachen.
- Öl- und Gasindustrie: Überwachung des Durchflusses von Erdgas, Öl, Wasser und anderen Fluiden in Pipelines. Sie sind auch in der Erdölraffinerie zur Messung verschiedener Flüssigkeiten nützlich.
- Energieerzeugung: Überwachung des Durchflusses von Wasser, Dampf und anderen Arbeitsfluiden. Dies hilft bei der Effizienzsteigerung und Überwachung des Energieerzeugungsprozesses.
- Lebensmittelindustrie: Durchflussmessung von Flüssigkeiten und Gasen in verschiedenen Produktionsprozessen verwendet, z. B. bei der Abfüllung von Getränken oder der Herstellung von Milchprodukten.
- Pharmazeutische Industrie: Durchflussüberwachung von Medikamenten und anderen Flüssigkeiten in Produktionsanlagen, um die Qualität und Genauigkeit sicherzustellen.
- Wasser- und Abwasserindustrie: Durchflussmessung von Trinkwasser, Abwasser und anderen flüssigen Medien.
- Halbleiterindustrie: Überwachung von ultrareinen Gase in den Produktionsprozessen.
- Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (HLK): Steuerung und Überwachung des Durchflusses von Heiz- und Kühlmedien in HLK-Systemen.
- Petrochemische Industrie: In der petrochemischen Industrie werden Vortex-Sensoren in verschiedenen Applikationen eingesetzt, einschließlich der Messung von Durchflüssen in Rohrleitungen für chemische Produkte.
Medien
Vortex-Durchflussmesser sind vielseitige Instrumente zur Durchflussmessung und können in einer breiten Palette von Medien für die Durchflussüberwachung eingesetzt werden. Zu den Medien, die mit Wirbel-Durchflussmessern gemessen werden können, gehören:
Flüssigkeiten:
- Wasser (Trinkwasser, Abwasser)
- Chemikalien (Säuren, Basen, Lösungsmittel)
- Öle und Kraftstoffe
- Lebensmittel und Getränke (Milch, Saft, Bier)
- Pharmazeutika
- Kühl- und Heizflüssigkeiten
Gase:
- Erdgas
- Industriegase (Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff)
- Luft
- Dampf
- Verbrennungsgase
Dampf:
- Hochtemperaturdampf in Kraftwerken und Dampferzeugungsanlagen
- Prozessdampf in der Industrie
Schlamm und Schlammgemische:
- In der Abwasserbehandlung und in Klärwerken zur Überwachung des Schlammflusses
Ultrareine Gase:
- In der Halbleiterindustrie und in Reinraumanwendungen, um ultrareine Gase zu überwachen
Vorteile und Nachteile
Vortex-Durchflusssensoren sind eine ausgezeichnete Wahl für viele Anwendungen, insbesondere wenn Genauigkeit und Zuverlässigkeit gefragt sind. Es ist dennoch wichtig, die Vor- und Nachteile dieses Messprinzips zu kennen.
Vorteile von Vortex-Durchflusssensoren
- Genauigkeit: Vortex-Durchflusssensoren bieten eine hohe Messgenauigkeit, insbesondere in Anwendungen mit konstanten und stabilen Strömungsbedingungen.
- Vielseitigkeit: Sie können in einer Vielzahl von fließenden Medien eingesetzt werden.
- Zuverlässigkeit: Vortex-Durchflusssensoren haben eine lange Lebensdauer und erfordern in der Regel nur geringe Wartung.
- Geringer Druckverlust: Im Vergleich zu einigen anderen Durchflussmessmethoden erzeugen Vortex-Durchflusssensoren nur einen geringen Druckverlust in der Rohrleitung.
- Robustheit: Sie sind robust und widerstandsfähig gegenüber widrigen Umgebungsbedingungen, Vibrationen und hohen Temperaturen.
- Digitale Ausgabe: Moderne Vortex-Durchflusssensoren bieten oft digitale Ausgangssignale und können in Automatisierungssysteme integriert werden.
- Einfache Installation: Die Installation ist in der Regel unkompliziert und erfordert keine komplizierten Anpassungen.
Nachteile von Vortex-Durchflusssensoren
- Einschränkungen bei niedrigen Durchflussraten: Bei sehr niedrigen Durchflussraten können Vortex-Durchflusssensoren ungenau sein oder gar keinen Durchfluss messen.
- Empfindlichkeit gegenüber Strömungsprofilen: Die Genauigkeit der Messungen kann durch Strömungsprofile in der Rohrleitung beeinflusst werden. Ein gleichmäßiges Strömungsprofil ist für präzise Ergebnisse wichtig.
- Kosten: Vortex-Durchflusssensoren können relativ teuer sein, insbesondere für hochspezialisierte Modelle oder Applikationen mit besonderen Anforderungen.
- Energieverbrauch: In einigen Applikationen kann der Betrieb eines Vortex-Durchflusssensors einen gewissen Energieverbrauch zur Stromversorgung der Sensoren erfordern.
- Nicht für Schallgedämpfte Strömungen geeignet: In Anwendungen mit schallgedämpften Strömungen (Strömungen mit niedriger Reynoldszahl) sind Vortex-Durchflusssensoren möglicherweise nicht geeignet.
Was ist bei Anwendung und Einbau von Vortex-Durchflussmessern zu beachten?
1. Kenntnis der Anwendungsanforderungen:
Klären Sie zuerst die spezifischen Anforderungen Ihrer Applikation. Das umfasst den benötigten Durchflussbereich, die Art des Mediums (Flüssigkeit, Gas, Dampf), die Temperatur und den Druck des Mediums.
2. Auswahl des richtigen Durchflussmessers:
Wählen Sie einen Vortex-Durchflussmesser, der den Anforderungen Ihrer Applikation entspricht. Verschiedene Modelle und Größen sind für unterschiedliche Applikationen optimiert.
3. Standortauswahl:
Wählen Sie einen geeigneten Einbaustandort in der Rohrleitung. Der Standort sollte sich in einem Bereich mit stabilem Strömungsprofil befinden, um genaue Messungen zu gewährleisten.
4. Rohrleitungsvorbereitung:
Stellen Sie sicher, dass die Rohrleitung, in die der Vortex-Durchflussmesser eingebaut wird, ordnungsgemäß vorbereitet ist. Dies kann die Beseitigung von Ablagerungen oder Hindernissen in der Rohrleitung erfordern.
5. Einbaubedingungen:
Befolgen Sie die vom Hersteller empfohlenen Einbaubedingungen, einschließlich der richtigen Einbauausrichtung des Bluffkörpers.
6. Kalibrierung:
Kalibrieren Sie den Vortex-Durchflussmesser gemäß den Herstellerangaben. Die Kalibrierung ist entscheidend für genaue Messungen.
7. Strömungsprofil:
Stellen Sie sicher, dass das Strömungsprofil in der Rohrleitung möglichst gleichmäßig ist, da unregelmäßige Strömungsprofile die Messgenauigkeit beeinträchtigen können.
8. Schutz und Isolierung:
Installieren Sie gegebenenfalls Schutz- oder Isolationsvorrichtungen, um den Durchflussmesser vor äußeren Einflüssen wie Vibrationen oder Temperaturschwankungen zu schützen.
9. Elektrische Verbindung:
Stellen Sie sicher, dass die elektrische Verbindung ordnungsgemäß hergestellt ist, wenn der Vortex-Durchflussmesser digitale Signale ausgibt. Integrieren Sie die Daten gegebenenfalls in Ihr Überwachungs- oder Steuerungssystem.
10. Wartung und Überwachung:
Implementieren Sie ein regelmäßiges Wartungsprogramm, um sicherzustellen, dass der Durchflussmesser ordnungsgemäß funktioniert. Überwachen Sie die Messungen und achten Sie auf Abweichungen.
11. Schulung des Personals:
Stellen Sie sicher, dass das Betriebspersonal ausreichend geschult ist, um den Durchflussmesser zu bedienen, zu warten und zu kalibrieren.
Die genauen Anweisungen und Empfehlungen variieren je nach Hersteller und Modell des Vortex-Durchflussmessers. Genaue Informationen finden Sie in der Betriebsanleitung. Bei Unsicherheiten oder komplexen Applikationen kann die Zusammenarbeit mit Fachleuten oder Ingenieuren, die auf Durchflussmessung spezialisiert sind, äußerst hilfreich sein. Ein sorgfältiger und professioneller Ansatz bei der Anwendung und Installation von Vortex-Durchflussmessern ist entscheidend, um genaue und zuverlässige Durchflussmessungen sicherzustellen. Wenn Sie noch Fragen haben, kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gern weiter!
