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Präzise ab Fließgeschwindigkeit null

Durchflussmessung mit akustischen Oberflächenwellen
Präzise ab Fließgeschwindigkeit null

Der Markt bietet eine Vielzahl von Durchflussmessern. Jedoch weisen alle Geräte je nach Einsatzgebiet ihre ganz eigenen Beschränkungen auf. Der Ruf nach einer Verbesserung der Situation führte zur Entwicklung des Durchflussmessgeräts Flowave auf Basis akustischer Oberflächenwellentechnologie. Es erfüllt zudem die hohen Anforderungen der Lebensmittel- und Getränkeindustrie an die Hygiene.

Alle Instrumente für die Durchflussmessung, vom einfachen Flügelradsensor bis zum modernen Coriolis-Durchflussmesser, sind mit mindestens einer Beschränkung behaftet, die ihre Verwendungsmöglichkeiten beeinträchtigen kann. Etliche Typen verfügen über bewegliche Teile, die mit dem Fluid in Kontakt stehen, was sowohl ein Durchflusshemmnis darstellt, als auch Probleme für Hygiene und Reinigung bedeuten kann. Der Ruf nach modernen kontaktlosen Messmethoden führte zu Fortschritten bei der Ultraschall- und der Coriolis-Durchflussmesstechnik. Doch selbst diese Instrumente weisen Beschränkungen auf. Ultraschallmessgeräte verwenden entweder den Dopplereffekt oder Laufzeitmessungen, um den Gas- oder Flüssigkeitsdurchfluss zu messen. Die Anschaffungskosten sind hoch und die Geräte, die mit Dopplereffekt arbeiten, sind für reine Flüssigkeiten ungeeignet, weil sie Partikel oder Blasen für die Signalreflexion benötigen, während diejenigen mit Laufzeittechnologie gerade auf reine Fluide angewiesen sind. Natürlich sind Kombinationen möglich, bei denen zunächst der Fluidzustand ermittelt und dann die geeignete Messmethode bestimmt wird. Allerdings führt das auch wieder zu höheren Kosten. Darüber hinaus kann die Präzision der Ultraschallmessung bei einem sehr langsam fließenden Fluid leiden.

Coriolis-Massendurchflussmesser (CMD) gelten aufgrund ihrer vielseitigen Einsatzmöglichkeiten für Fluide und Gase als die beste Lösung für die meisten Spezifikationen. Allerdings können die Anschaffungskosten sehr hoch ausfallen und auch sie haben ihre Beschränkungen. Ein Coriolis-Massendurchflussmesser verursacht aufgrund seiner Konstruktion einen Druckverlust quer zum Instrument, was die Obergrenze des Messbereichs herabsetzen kann. Der Druckverlust erhöht sich mit der Durchflussmenge und der entsprechenden Geschwindigkeit im Instrument. Außerdem machen es Größe und Gewicht des Coriolis-Massendurchflussmessers erforderlich, das Instrument im Rohr sorgfältig zu verankern. Es benötigt mehr Platz als andere Durchflussmesser, die Rohre müssen besser befestigt werden und das Ganze erfordert mehr Installationsaufwand.
Induktive Messung
Das Funktionsprinzip des magnetisch-induktiven Durchflussmessers (MID) beruht auf dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Dabei ist die gemessene Spannung proportional zur Durchflussgeschwindigkeit. Allerdings können hier Präzisionsprobleme bei geringer Fließgeschwindigkeit auftreten. Das Prinzip des MID beruht, je nach Typ und Design, mehr oder weniger auf der elektrischen Leitfähigkeit des Fluids und Anwendungen mit Kohlenwasserstoffen oder deionisiertem Wasser sind gar nicht realisierbar. Die Tatsache, dass die Rohrleitungen bei Verwendung eines MID auf ganz spezielle Weise geerdet sein müssen, erhöht die Komplexität der Anlage insgesamt. Und Fehler bei der Umsetzung führen zu fluktuierenden Signalen. Schließlich muss das Fluid bei dieser Technologie auch noch blasenfrei sein, damit die Daten zuverlässig und gleichbleibend stimmig sind. Für die Durchflussmessung von Flüssigkeiten existierte eindeutig ein Bedarf an kompakten, kontaktfreien Messgeräten mit hoher Präzision, die unabhängig von den Eigenschaften des Mediums, seiner Fließrichtung und seiner Fließcharakteristika arbeiten.
Kontaktlose Messung
Bei der SAW-Technologie auf Basis akustischer Oberflächenwellen (engl.: surface acoustic wave – SAW) haben die Durchflussmesser keinen direkten Kontakt mit dem Fluid. Das heißt, es gibt keinen Druckabfall und keine Strömungshindernisse – Vorteile, mit denen auch andere Inline-Durchflussmesser aufwarten können. Doch auch deren Nachteile kann die SAW-Technologie lösen. Dank des Konstruktionsprinzips funktioniert ein solcher Durchflussmesser auch noch in einer stehenden Flüssigkeit und so sind auch noch bei kleinstem Fließvolumen zuverlässige Zahlen ermittelbar. Darüber hinaus sind auch schnelle Strömungswechsel zuverlässig erkennbar, sodass sich diese Technologie z. B. für schnelle Abfüllverfahren eignet.
Die Technologie ist nicht auf die Leitfähigkeit des Fluids angewiesen, sodass sie bei mehr Fluiden präzise Messungen liefert, als magnetisch-induktive Durchflussmesser. Sie wird auch nicht durch Partikel oder Blasen im Medium gestört, d. h. sie liefert konstante und wiederholbare Messdaten auch dort, wo das bei althergebrachten Messmethoden evtl. nicht mehr der Fall ist.
Einbau in jeder Lage möglich
Mit Flowave soll dem Kunden ein modulares Instrument an die Hand gegeben werden, das bei maximaler Flexibilität und hohem Erweiterungspotenzial die exakte Spezifikation für einen bestimmten Prozess erfüllen kann. Aufgrund der großen Bandbreite der Anwendungen für die das Messgerät infrage kommt, und dank seines einfachen Konstruktionsprinzips ist diese Anforderung perfekt erfüllt. Durch das Messprinzip kommt das Gerät ohne jegliche Einbauten im Messrohr aus, sodass es sich fluidseitig nicht von anderen geraden Rohrstücken unterscheidet. Die eigentliche Installation ist im Wesentlichen unkompliziert, da der Einbau in jeder Lage möglich ist und weit weniger Platz beansprucht wird, als bei den bisher bekannten Messinstrumenten. Die Spezifizierung kann mit oder ohne Display-Modul erfolgen und dieses kann in der Prozessleitung je nach Erfordernissen vor Ort frei orientiert werden.
Flowave benötigt zudem deutlich weniger Energie im Betrieb und zwar gerade mal ein Drittel dessen, was ein Standard-Coriolis-Durchflussmesser verbrauchen würde. In Anwendungen, die minimale Kontaminationsgefahr und maximale Präzision erfordern, stellt das Gerät eine optimale Lösung dar.
Es löst auch zahlreiche Probleme diverser High-End-Durchflussmesser, z. B. Systemvibrationen in der Anlage, magnetische und elektrische Effekte sowie das Problem nichtleitender Flüssigkeiten. Keiner dieser Faktoren wirkt sich auf die Präzision oder Zuverlässigkeit des Durchflussmessers aus. Nicht zuletzt kann die SAW-Technologie auch ohne Einsatz weiterer Sensoren zwischen laminarer und turbulenter Strömung unterscheiden.

Marc Klingler
Segment Manager Hygienic, Bürkert

John van Loon
Segment Manager Hygienic, Bürkert
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