Durchflussmessung – Wikipedia

Quantifizierung der Flüssigkeitsbewegung

Durchflussmessung ist die Quantifizierung der Flüssigkeitsbewegung. Der Durchfluss kann auf verschiedene Arten gemessen werden. Die gängigen Arten von Durchflussmessern für industrielle Anwendungen sind nachstehend aufgeführt:

  • a) Verstopfungstyp (Differenzdruck oder variabler Bereich)
  • b) Inferenz (Turbinentyp)
  • c) Elektromagnetisch
  • d) Durchflussmesser mit positiver Verdrängung, die ein festes Flüssigkeitsvolumen ansammeln und dann zählen, wie oft das Volumen gefüllt wird, um den Durchfluss zu messen.
  • e) Fluiddynamik (Wirbelablösung)
  • f) Windmesser
  • g) Ultraschall
  • h) Massendurchflussmesser (Coriolis-Kraft).

Andere Durchflussmessmethoden als Durchflussmesser mit positiver Verdrängung stützen sich auf Kräfte, die vom fließenden Strom erzeugt werden, wenn dieser eine bekannte Verengung überwindet, um den Durchfluss indirekt zu berechnen. Der Durchfluss kann gemessen werden, indem die Geschwindigkeit der Flüssigkeit über einen bekannten Bereich gemessen wird. Bei sehr großen Flüssen können Tracermethoden verwendet werden, um die Flussrate aus der Konzentrationsänderung eines Farbstoffs oder Radioisotops abzuleiten.

Arten und Maßeinheiten[edit]

Sowohl der Gas- als auch der Flüssigkeitsstrom können in physikalischen Größen von Volumen- oder Massenströmen mit Einheiten wie Litern pro Sekunde bzw. Kilogramm pro Sekunde gemessen werden. Diese Messungen hängen mit der Materialdichte zusammen. Die Dichte einer Flüssigkeit ist nahezu unabhängig von den Bedingungen. Dies ist bei Gasen nicht der Fall, deren Dichte stark von Druck, Temperatur und in geringerem Maße von der Zusammensetzung abhängt.

Wenn Gase oder Flüssigkeiten wie beim Verkauf von Erdgas auf ihren Energiegehalt übertragen werden, kann die Durchflussrate auch als Energiefluss ausgedrückt werden, z. B. Gigajoule pro Stunde oder BTU pro Tag. Der Energiefluss ist der Volumenstrom multipliziert mit dem Energiegehalt pro Volumeneinheit oder dem Massenfluss multipliziert mit dem Energiegehalt pro Masseneinheit. Der Energiefluss wird normalerweise aus dem Massen- oder Volumenstrom unter Verwendung eines Durchflusscomputers abgeleitet.

In technischen Kontexten erhält der Volumenstrom normalerweise das Symbol

Q.{ displaystyle Q}

und der Massendurchsatz das Symbol

m˙{ displaystyle { dot {m}}}

.

Für eine Flüssigkeit mit Dichte

ρ{ displaystyle rho}

, Massen- und Volumenströme können durch in Beziehung gesetzt werden

m˙=ρQ.{ displaystyle { dot {m}} = rho Q}

.

Gas[edit]

Gase sind komprimierbar und ändern ihr Volumen, wenn sie unter Druck gesetzt, erhitzt oder gekühlt werden. Ein Gasvolumen unter einem Satz von Druck- und Temperaturbedingungen entspricht nicht demselben Gas unter verschiedenen Bedingungen. Es wird auf die „tatsächliche“ Durchflussrate durch einen Zähler und die „Standard“ – oder „Basis“ -Durchflussrate durch einen Zähler mit Einheiten wie z acm / h (tatsächliche Kubikmeter pro Stunde), sm3/ Sek (Standardkubikmeter pro Sekunde), kscm / h (tausend Standardkubikmeter pro Stunde), LFM (lineare Fuß pro Minute) oder MMSCFD (Millionen Standardkubikfuß pro Tag).

Gas Masse Die Durchflussrate kann unabhängig von Druck- und Temperatureffekten direkt mit thermischen Massendurchflussmessern, Coriolis-Massendurchflussmessern oder Massendurchflussreglern gemessen werden.

Flüssigkeit[edit]

Für Flüssigkeiten werden je nach Anwendung und Branche verschiedene Einheiten verwendet, die jedoch Gallonen (US oder Imperial) pro Minute, Liter pro Sekunde, Scheffel pro Minute oder bei der Beschreibung von Flussflüssen Cumecs (Kubikmeter pro Sekunde) oder Morgen umfassen können. Füße pro Tag. In der Ozeanographie ist eine übliche Einheit zur Messung des Volumentransports (z. B. des durch eine Strömung transportierten Wasservolumens) ein Sverdrup (Sv), der 10 entspricht6 m3/ s.

Primäres Durchflusselement[edit]

Ein primäres Strömungselement ist eine Vorrichtung, die in das fließende Fluid eingesetzt wird und eine physikalische Eigenschaft erzeugt, die genau mit der Strömung in Beziehung gesetzt werden kann. Beispielsweise erzeugt eine Öffnungsplatte einen Druckabfall, der eine Funktion des Quadrats der Volumenströmungsrate durch die Öffnung ist. Ein primäres Durchflusselement des Wirbelmessers erzeugt eine Reihe von Druckschwingungen. Im Allgemeinen ist die vom primären Strömungselement erzeugte physikalische Eigenschaft bequemer zu messen als die Strömung selbst. Die Eigenschaften des primären Durchflusselements und die Genauigkeit der praktischen Installation in Bezug auf die bei der Kalibrierung getroffenen Annahmen sind kritische Faktoren für die Genauigkeit der Durchflussmessung.[1]

Mechanische Durchflussmesser[edit]

Ein Verdrängungsmesser kann mit einem Löffel und einer Stoppuhr verglichen werden. Die Stoppuhr wird gestartet, wenn der Durchfluss beginnt, und gestoppt, wenn der Löffel seine Grenze erreicht. Das Volumen geteilt durch die Zeit gibt die Durchflussrate an. Für kontinuierliche Messungen benötigen wir ein System zum kontinuierlichen Befüllen und Entleeren von Eimern, um den Durchfluss zu teilen, ohne ihn aus dem Rohr herauszulassen. Diese sich kontinuierlich bildenden und kollabierenden Volumenverschiebungen können die Form von Kolben annehmen, die sich in Zylindern hin- und herbewegen, Zahnradzähne, die gegen die Innenwand eines Messgeräts passen, oder durch einen progressiven Hohlraum, der durch rotierende ovale Zahnräder oder eine Schraubenschraube erzeugt wird.

Kolbenmesser / Drehkolben[edit]

Da Kolbenzähler, auch Rotationskolben- oder halbpositive Verdrängungsmesser genannt, zur Messung des Brauchwassers verwendet werden, sind sie in Großbritannien die am häufigsten verwendeten Durchflussmessgeräte und werden für fast alle Zählergrößen bis einschließlich 40 mm verwendet (1 12 im). Der Kolbenmesser arbeitet nach dem Prinzip eines Kolbens, der sich in einer Kammer mit bekanntem Volumen dreht. Bei jeder Umdrehung fließt eine Wassermenge durch die Kolbenkammer. Durch einen Getriebemechanismus und manchmal einen Magnetantrieb werden ein Nadelzifferblatt und eine Kilometerzähleranzeige vorgerückt.

Ovaler Zahnradmesser[edit]

Ein Verdränger-Durchflussmesser vom Typ mit ovalem Zahnrad. Flüssigkeit zwingt die kämmenden Zahnräder, sich zu drehen; Jede Umdrehung entspricht einem festen Flüssigkeitsvolumen. Durch Zählen der Umdrehungen wird das Volumen summiert und die Geschwindigkeit ist proportional zum Durchfluss.

Ein ovaler Zahnradmesser ist ein Verdrängungsmesser, der zwei oder mehr längliche Zahnräder verwendet, die so konfiguriert sind, dass sie sich rechtwinklig zueinander drehen und eine T-Form bilden. Ein solches Messgerät hat zwei Seiten, die als A und B bezeichnet werden können. Es fließt keine Flüssigkeit durch die Mitte des Messgeräts, wo die Zähne der beiden Zahnräder immer ineinander greifen. Auf einer Seite des Messgeräts (A) schließen die Zähne der Zahnräder den Flüssigkeitsstrom, weil das längliche Zahnrad auf Seite A in die Messkammer hineinragt, während auf der anderen Seite des Messgeräts (B) ein Hohlraum a hält festes Flüssigkeitsvolumen in einer Messkammer. Wenn das Fluid die Zahnräder drückt, dreht es sie, so dass das Fluid in der Messkammer auf Seite B in die Auslassöffnung abgelassen werden kann. Währenddessen wird in die Einlassöffnung eintretende Flüssigkeit in die jetzt geöffnete Messkammer von Seite A geleitet. Die Zähne auf Seite B schließen nun die Flüssigkeit vom Eintritt in Seite B ab. Dieser Zyklus wird fortgesetzt, wenn sich die Zahnräder drehen und die Flüssigkeit durch abwechselnde Messkammern dosiert wird. Permanentmagnete in den rotierenden Zahnrädern können ein Signal zur Durchflussmessung an einen elektrischen Reedschalter oder einen Stromwandler übertragen. Obwohl Ansprüche auf hohe Leistung gestellt werden, sind sie im Allgemeinen nicht so präzise wie das Design der Schiebeflügel.[2]

Zahnradmesser[edit]

Zahnradmesser unterscheiden sich von ovalen Zahnradmessern dadurch, dass die Messkammern aus den Lücken zwischen den Zähnen der Zahnräder bestehen. Diese Öffnungen teilen den Flüssigkeitsstrom auf, und wenn sich die Zahnräder von der Einlassöffnung weg drehen, schließt die Innenwand des Messgeräts die Kammer, um die festgelegte Flüssigkeitsmenge aufzunehmen. Die Auslassöffnung befindet sich in dem Bereich, in dem die Zahnräder wieder zusammenkommen. Die Flüssigkeit wird aus dem Messgerät gedrückt, wenn die Zahnradzähne ineinander greifen und die verfügbaren Taschen auf nahezu null Volumen reduzieren.

Schrägverzahnung[edit]

Durchflussmesser für Schrägverzahnungen haben ihren Namen von der Form ihrer Zahnräder oder Rotoren. Diese Rotoren ähneln der Form einer Spirale, die eine spiralförmige Struktur darstellt. Während das Fluid durch das Messgerät fließt, tritt es in die Kammern der Rotoren ein, wodurch sich die Rotoren drehen. Die Länge des Rotors ist ausreichend, damit der Einlass und der Auslass immer voneinander getrennt sind, wodurch ein freier Flüssigkeitsfluss blockiert wird. Die zusammenpassenden Schraubenrotoren erzeugen einen progressiven Hohlraum, der sich öffnet, um Flüssigkeit einzulassen, sich abdichtet und sich dann zur stromabwärtigen Seite öffnet, um die Flüssigkeit freizugeben. Dies geschieht kontinuierlich und die Durchflussmenge wird aus der Drehzahl berechnet.

Nutating Scheibenmesser[edit]

Dies ist das am häufigsten verwendete Messsystem zur Messung der Wasserversorgung in Häusern. Die Flüssigkeit, am häufigsten Wasser, tritt in eine Seite des Messgeräts ein und trifft auf die Mutterplatte, die exzentrisch montiert ist. Die Scheibe muss dann um die vertikale Achse „wackeln“ oder verrückt werden, da der Boden und die Oberseite der Scheibe in Kontakt mit der Montagekammer bleiben. Eine Trennwand trennt die Einlass- und Auslasskammern. Wenn die Scheibe nährt, gibt sie einen direkten Hinweis auf das Volumen der Flüssigkeit, die durch das Messgerät gelangt ist, da der Volumenstrom durch eine Getriebe- und Registeranordnung angezeigt wird, die mit der Scheibe verbunden ist. Es ist zuverlässig für Durchflussmessungen innerhalb von 1 Prozent.[3]

Turbinen-Durchflussmesser[edit]

Der Turbinen-Durchflussmesser (besser als Axialturbine beschrieben) übersetzt die mechanische Wirkung der Turbine, die sich im Flüssigkeitsstrom um eine Achse dreht, in eine vom Benutzer lesbare Durchflussrate (gpm, lpm usw.). Die Turbine neigt dazu, die gesamte Strömung um sich herum zu haben.

Das Turbinenrad befindet sich im Weg eines Fluidstroms. Das strömende Fluid trifft auf die Turbinenschaufeln, übt eine Kraft auf die Schaufeloberfläche aus und setzt den Rotor in Bewegung. Wenn eine konstante Drehzahl erreicht wurde, ist die Geschwindigkeit proportional zur Flüssigkeitsgeschwindigkeit.

Turbinen-Durchflussmesser werden zur Messung des Erdgas- und Flüssigkeitsdurchflusses verwendet.[4] Turbinenmessgeräte sind bei niedrigen Durchflussraten weniger genau als Verdrängungs- und Strahlmessgeräte, aber das Messelement belegt nicht den gesamten Durchflussweg oder schränkt ihn stark ein. Die Durchflussrichtung verläuft im Allgemeinen gerade durch das Messgerät, was höhere Durchflussraten und einen geringeren Druckverlust als bei Messgeräten mit Verdrängung ermöglicht. Sie sind der Zähler der Wahl für große gewerbliche Anwender, Brandschutz und als Hauptzähler für das Wasserverteilungssystem. Im Allgemeinen müssen Siebe vor dem Messgerät installiert werden, um das Messelement vor Kies oder anderen Fremdkörpern zu schützen, die in das Wasserverteilungssystem gelangen könnten. Turbinenmesser sind in der Regel für 4 bis 30 cm erhältlich (1 12–12 Zoll) oder höhere Rohrgrößen. Turbinenmesskörper bestehen üblicherweise aus Bronze, Gusseisen oder duktilem Eisen. Interne Turbinenelemente können Kunststoff oder nicht korrosive Metalllegierungen sein. Sie sind unter normalen Arbeitsbedingungen genau, werden jedoch stark vom Strömungsprofil und den Flüssigkeitsbedingungen beeinflusst.

Feuerzähler sind spezielle Turbinenzählertypen mit Zulassungen für die hohen Durchflussraten, die in Brandschutzsystemen erforderlich sind. Sie werden häufig von Underwriters Laboratories (UL) oder Factory Mutual (FM) oder ähnlichen Behörden für den Einsatz im Brandschutz zugelassen. Tragbare Turbinenmesser können vorübergehend installiert werden, um den Wasserverbrauch eines Hydranten zu messen. Die Messgeräte bestehen normalerweise aus Aluminium, um ein geringes Gewicht zu haben, und haben normalerweise ein Fassungsvermögen von 7,5 cm. Wasserversorger benötigen sie häufig zur Messung des Wassers, das beim Bau, beim Befüllen von Pools oder wenn noch kein permanenter Zähler installiert ist.

Woltman-Meter[edit]

Das Woltman-Messgerät (im 19. Jahrhundert von Reinhard Woltman erfunden) besteht aus einem Rotor mit spiralförmigen Schaufeln, die axial in die Strömung eingesetzt sind, ähnlich wie ein Kanalventilator. Es kann als eine Art Turbinen-Durchflussmesser betrachtet werden.[5] Sie werden üblicherweise als Helixmeter bezeichnet und sind bei größeren Größen beliebt.

Einzelstrahlmesser[edit]

Ein einzelner Strahlmesser besteht aus einem einfachen Laufrad mit radialen Flügeln, auf die ein einzelner Strahl trifft. Sie werden in Großbritannien bei größeren Größen immer beliebter und sind in der EU weit verbreitet.

Schaufelradmesser[edit]

Schaufelrad-Durchflussmesser der Truflo TK-Serie

Die Schaufelradanordnung erzeugt aus der durch das Rohr fließenden Flüssigkeit eine Durchflussmessung, die das Durchdrehen des Schaufelrads auslöst. Magnete im Paddel drehen sich am Sensor vorbei. Die erzeugten elektrischen Impulse sind proportional zur Durchflussrate.

Schaufelrad-Durchflussmesser bestehen aus drei Hauptkomponenten: dem Schaufelradsensor, der Rohrverschraubung und dem Display / Controller. Der Schaufelradsensor besteht aus einem frei rotierenden Rad / Laufrad mit eingebetteten Magneten, die senkrecht zur Strömung stehen und sich beim Einsetzen in das fließende Medium drehen. Wenn sich die Magnete in den Schaufeln am Sensor vorbei drehen, erzeugt der Schaufelradmesser ein Frequenz- und Spannungssignal, das proportional zur Durchflussrate ist. Je schneller der Durchfluss ist, desto höher sind die Frequenz und der Spannungsausgang.

Der Schaufelradzähler ist so konzipiert, dass er in eine Rohrverschraubung eingesetzt werden kann, entweder in Reihe oder in Einführform. Diese sind mit einer Vielzahl von Armaturenarten, Verbindungsmethoden und Materialien wie PVDF, Polypropylen und Edelstahl erhältlich. Ähnlich wie bei Turbinenmessgeräten erfordert das Schaufelradmessgerät vor und nach dem Sensor einen Mindestlauf an geraden Rohren.[6]

Durchflussanzeigen und -regler werden verwendet, um das Signal vom Schaufelradmesser zu empfangen und in tatsächliche Durchflussrate oder Gesamtdurchflusswerte umzuwandeln. Das verarbeitete Signal kann verwendet werden, um den Prozess zu steuern, einen Alarm zu erzeugen, Signale an externe zu senden usw.

Schaufelrad-Durchflussmesser (auch als Pelton-Radsensoren bekannt) bieten eine relativ kostengünstige und hochgenaue Option für viele Durchflusssystemanwendungen, typischerweise mit Wasser oder wasserähnlichen Flüssigkeiten.[6]

Mehrfachstrahlmesser[edit]

Ein Mehrstrahl- oder Mehrfachstrahlmesser ist ein Geschwindigkeitsmesser mit einem Laufrad, das sich horizontal auf einer vertikalen Welle dreht. Das Laufradelement befindet sich in einem Gehäuse, in dem mehrere Einlassöffnungen den Fluidstrom auf das Laufrad lenken, wodurch es sich proportional zur Strömungsgeschwindigkeit in eine bestimmte Richtung dreht. Dieses Messgerät funktioniert mechanisch ähnlich wie ein einzelnes Strahlmessgerät, mit der Ausnahme, dass die Öffnungen den Durchfluss auf das Laufrad gleichmäßig von mehreren Punkten um den Umfang des Elements und nicht nur von einem Punkt aus lenken. Dies minimiert den ungleichmäßigen Verschleiß des Laufrads und seiner Welle. Daher wird empfohlen, diese Zählertypen horizontal zu installieren, wobei der Rollenindex nach oben zeigt.

Peltonrad[edit]

Die Pelton-Radturbine (besser als Radialturbine beschrieben) übersetzt die mechanische Wirkung des Pelton-Rads, das sich im Flüssigkeitsstrom um eine Achse dreht, in eine vom Benutzer lesbare Strömungsgeschwindigkeit (gpm, lpm usw.). Das Pelton-Rad neigt dazu, die gesamte Strömung um sich herum zu bewegen, wobei die Einlassströmung durch einen Strahl auf die Schaufeln fokussiert wird. Die ursprünglichen Pelton-Räder wurden zur Stromerzeugung verwendet und bestanden aus einer Radialströmungsturbine mit „Reaktionsbechern“, die sich nicht nur mit der Kraft des Wassers auf das Gesicht bewegen, sondern die Strömung unter Verwendung dieser Änderung der Fluidrichtung in die entgegengesetzte Richtung zurückführen den Wirkungsgrad der Turbine weiter erhöhen.

Stromzähler[edit]

Spiralpropeller, verbunden mit einem stromlinienförmigen Gehäuse, das von einer Hand gehalten wird.  Kabel führt rechts.

Ein Stromzähler vom Propellertyp, wie er für die Prüfung von Wasserkraftturbinen verwendet wird.

Die Strömung durch eine große Druckleitung, wie sie in einem Wasserkraftwerk verwendet wird, kann gemessen werden, indem die Strömungsgeschwindigkeit über die gesamte Fläche gemittelt wird. Propeller-Strommesser (ähnlich dem rein mechanischen Ekman-Strommesser, jetzt jedoch mit elektronischer Datenerfassung) können über den Bereich des Druckrohrs gefahren und die Geschwindigkeiten gemittelt werden, um den Gesamtdurchfluss zu berechnen. Dies kann in der Größenordnung von Hunderten von Kubikmetern pro Sekunde liegen. Der Durchfluss muss während des Durchlaufens der Strommesser konstant gehalten werden. Verfahren zum Testen von Wasserkraftturbinen sind in der IEC-Norm 41 angegeben. Solche Durchflussmessungen sind häufig kommerziell wichtig, wenn der Wirkungsgrad großer Turbinen getestet wird.

Druckmessgeräte[edit]

Es gibt verschiedene Arten von Durchflussmessern, die auf dem Bernoulli-Prinzip beruhen. Der Druck wird entweder unter Verwendung von laminaren Platten, einer Öffnung, einer Düse oder eines Venturi-Rohrs gemessen, um eine künstliche Verengung zu erzeugen, und dann wird der Druckverlust von Flüssigkeiten gemessen, wenn sie diese Verengung passieren.[7] oder durch Messen des statischen Drucks und des Staudrucks, um den dynamischen Druck abzuleiten.

Venturi-Meter[edit]

Ein Venturi-Messgerät verengt den Durchfluss auf irgendeine Weise, und Drucksensoren messen den Differenzdruck vor und innerhalb der Verengung. Diese Methode wird häufig zur Messung der Durchflussrate bei der Übertragung von Gas durch Pipelines verwendet und wird seit der Zeit des Römischen Reiches verwendet. Der Entladungskoeffizient des Venturi-Messgeräts liegt zwischen 0,93 und 0,97. Die ersten großen Venturi-Messgeräte zur Messung von Flüssigkeitsströmen wurden von Clemens Herschel entwickelt, der sie ab Ende des 19. Jahrhunderts zur Messung kleiner und großer Wasser- und Abwasserströme verwendete.[8]

Messblende[edit]

Eine Öffnungsplatte ist eine Platte mit einem Loch senkrecht zur Strömung; es verengt den Durchfluss und die Messung der Druckdifferenz über die Verengung ergibt die Durchflussrate. Es handelt sich im Grunde genommen um eine rohe Form eines Venturi-Messgeräts, jedoch mit höheren Energieverlusten. Es gibt drei Arten von Öffnungen: konzentrisch, exzentrisch und segmental.[9][10]

Dall Rohr[edit]

Das Dall-Rohr ist eine verkürzte Version eines Venturi-Messgeräts mit einem geringeren Druckabfall als eine Messblende. Wie bei diesen Durchflussmessgeräten wird die Durchflussrate in einem Dall-Rohr durch Messen des Druckabfalls bestimmt, der durch eine Einschränkung in der Leitung verursacht wird. Die Druckdifferenz wird typischerweise unter Verwendung von Membrandruckwandlern mit digitaler Anzeige gemessen. Da diese Zähler wesentlich geringere permanente Druckverluste aufweisen als Messblenden, werden Dall-Rohre häufig zur Messung der Durchflussmenge großer Rohrleitungen verwendet. Der von einem Dall-Rohr erzeugte Differenzdruck ist höher als das Venturi-Rohr und die Düse, die alle den gleichen Halsdurchmesser haben.

Staurohr[edit]

Ein Staurohr wird verwendet, um die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu messen. Das Rohr wird in die Strömung gerichtet und die Differenz zwischen dem Staudruck an der Spitze der Sonde und dem statischen Druck an ihrer Seite wird gemessen, wobei sich der dynamische Druck ergibt, aus dem die Flüssigkeitsgeschwindigkeit unter Verwendung der Bernoulli-Gleichung berechnet wird. Eine Volumenströmungsrate kann bestimmt werden, indem die Geschwindigkeit an verschiedenen Punkten in der Strömung gemessen und das Geschwindigkeitsprofil erzeugt wird.[11]

Mehrlochdrucksonde[edit]

Mehrlochdrucksonden (auch Schlagsonden genannt) erweitern die Theorie des Staurohrs auf mehr als eine Dimension. Eine typische Aufprallsonde besteht aus drei oder mehr Löchern (je nach Sondentyp) in der Messspitze, die in einem bestimmten Muster angeordnet sind. Durch weitere Löcher kann das Instrument zusätzlich zu seiner Größe die Richtung der Strömungsgeschwindigkeit messen (nach entsprechender Kalibrierung). Drei in einer Linie angeordnete Löcher ermöglichen es den Drucksonden, den Geschwindigkeitsvektor in zwei Dimensionen zu messen. Die Einführung weiterer Löcher, z. B. fünf Löcher, die in einer „Plus“ -Formation angeordnet sind, ermöglicht die Messung des dreidimensionalen Geschwindigkeitsvektors.

Kegelmeter[edit]

Konusmessgeräte sind neuere Differenzdruckmessgeräte, die erstmals 1985 von McCrometer in Hemet, CA, auf den Markt gebracht wurden. Das Kegelmessgerät ist ein generisches und dennoch robustes Differenzdruckmessgerät (DP), das sich als widerstandsfähig gegen asymmetrische und wirbelnde Strömungen erwiesen hat. Bei der Arbeit mit denselben Grundprinzipien wie bei Venturi-Messgeräten und DP-Messgeräten mit Öffnungen sind für Kegelmessgeräte nicht die gleichen vor- und nachgelagerten Rohrleitungen erforderlich.[12] Der Kegel wirkt sowohl als Konditionierungsvorrichtung als auch als Differenzdruckerzeuger. Die vorgelagerten Anforderungen liegen zwischen 0 und 5 Durchmessern im Vergleich zu bis zu 44 Durchmessern für eine Messblende oder 22 Durchmessern für ein Venturi. Da Kegelmesser im Allgemeinen geschweißt sind, wird empfohlen, sie vor dem Service immer zu kalibrieren. Unweigerlich verursachen Wärmeeffekte beim Schweißen Verzerrungen und andere Effekte, die verhindern, dass tabellarische Daten zu Entladungskoeffizienten in Bezug auf Leitungsgröße, Beta-Verhältnis und Betriebs-Reynolds-Zahlen erfasst und veröffentlicht werden. Kalibrierte Kegelmesser haben eine Unsicherheit von bis zu ± 0,5%. Nicht kalibrierte Kegelmesser haben eine Unsicherheit von ± 5,0%[citation needed]

Lineare Widerstandsmesser[edit]

Lineare Widerstandsmesser, auch laminare Durchflussmesser genannt, messen sehr geringe Durchflussmengen, bei denen der gemessene Differenzdruck linear proportional zur Durchflussmenge und zur Flüssigkeitsviskosität ist. Eine solche Strömung wird als viskose Widerstandsströmung oder laminare Strömung bezeichnet, im Gegensatz zu der turbulenten Strömung, die durch in diesem Abschnitt erwähnte Messblenden, Venturis und andere Messgeräte gemessen wird, und ist durch Reynolds-Zahlen unter 2000 gekennzeichnet. Das primäre Strömungselement kann aus einem einzelnen langen bestehen Kapillarröhrchen, ein Bündel solcher Röhrchen oder ein langer poröser Stopfen; Solche niedrigen Strömungen erzeugen kleine Druckunterschiede, aber längere Strömungselemente erzeugen höhere, leichter zu messende Unterschiede. Diese Durchflussmesser sind besonders empfindlich gegenüber Temperaturänderungen, die die Flüssigkeitsviskosität und den Durchmesser des Durchflusselements beeinflussen, wie aus der maßgeblichen Hagen-Poiseuille-Gleichung hervorgeht.[13][14]

Durchflussmesser mit variabler Fläche[edit]

Techfluid-CG34-2500 Rotameter

Ein „Messgerät mit variabler Fläche“ misst den Flüssigkeitsfluss, indem die Querschnittsfläche des Geräts als Reaktion auf den Durchfluss variiert wird, was einen messbaren Effekt verursacht, der die Rate anzeigt. Ein Rotameter ist ein Beispiel für einen Messgerät mit variabler Fläche, bei dem ein gewichteter „Schwimmer“ in einem sich verjüngenden Rohr mit zunehmender Durchflussrate steigt. Der Schwimmer hört auf zu steigen, wenn der Bereich zwischen Schwimmer und Rohr groß genug ist, dass das Gewicht des Schwimmers durch den Luftwiderstand ausgeglichen wird. Eine Art Rotameter für medizinische Gase ist der Thorpe-Rohrdurchflussmesser. Schwimmer werden in vielen verschiedenen Formen hergestellt, wobei Kugeln und sphärische Ellipsen am häufigsten sind. Einige sind so konstruiert, dass sie sich sichtbar im Flüssigkeitsstrom drehen, um dem Benutzer zu helfen, festzustellen, ob der Schwimmer festsitzt oder nicht. Rotameter sind für eine Vielzahl von Flüssigkeiten erhältlich, werden jedoch am häufigsten mit Wasser oder Luft verwendet. Sie können hergestellt werden, um den Durchfluss zuverlässig mit einer Genauigkeit von 1% zu messen.

Ein anderer Typ ist eine Öffnung mit variabler Fläche, bei der ein federbelasteter, sich verjüngender Kolben durch Strömung durch eine Öffnung abgelenkt wird. Die Verschiebung kann mit der Durchflussrate in Beziehung gesetzt werden.[15]

Optische Durchflussmesser[edit]

Optische Durchflussmesser verwenden Licht, um die Durchflussrate zu bestimmen. Kleine Partikel, die Erd- und Industriegase begleiten, passieren zwei Laserstrahlen, die durch Beleuchtung der Optik im Strömungsweg eines Rohrs in einem kurzen Abstand voneinander fokussiert werden. Laserlicht wird gestreut, wenn ein Teilchen den ersten Strahl kreuzt. Die Erfassungsoptik sammelt gestreutes Licht auf einem Fotodetektor, der dann ein Impulssignal erzeugt. Wenn dasselbe Teilchen den zweiten Strahl kreuzt, sammelt die Detektionsoptik gestreutes Licht auf einem zweiten Fotodetektor, der das einfallende Licht in einen zweiten elektrischen Impuls umwandelt. Durch Messen des Zeitintervalls zwischen diesen Impulsen wird die Gasgeschwindigkeit berechnet als

V.=D./.t{ displaystyle V = D / t}

wo

D.{ displaystyle D}

ist der Abstand zwischen den Laserstrahlen und

t{ displaystyle t}

ist das Zeitintervall.

Laserbasierte optische Durchflussmesser messen die tatsächliche Geschwindigkeit von Partikeln, eine Eigenschaft, die nicht von der Wärmeleitfähigkeit von Gasen, Schwankungen des Gasflusses oder der Zusammensetzung von Gasen abhängt. Das Funktionsprinzip ermöglicht es der optischen Lasertechnologie, selbst in schwierigen Umgebungen, zu denen hohe Temperaturen, niedrige Durchflussraten, hoher Druck, hohe Luftfeuchtigkeit, Rohrvibrationen und akustische Geräusche gehören können, hochpräzise Durchflussdaten zu liefern.

Optische Durchflussmesser sind ohne bewegliche Teile sehr stabil und liefern über die gesamte Lebensdauer des Produkts eine hochgradig wiederholbare Messung. Da sich der Abstand zwischen den beiden Laserblättern nicht ändert, müssen optische Durchflussmesser nach ihrer ersten Inbetriebnahme nicht regelmäßig kalibriert werden. Optische Durchflussmesser erfordern nur einen Installationspunkt anstelle der beiden Installationspunkte, die normalerweise von anderen Zählertypen benötigt werden. Ein einzelner Installationspunkt ist einfacher, erfordert weniger Wartung und ist weniger fehleranfällig.

Kommerziell erhältliche optische Durchflussmesser sind in der Lage, den Durchfluss von 0,1 m / s bis über 100 m / s zu messen (1000: 1-Abwärtsverhältnis) und haben sich als wirksam für die Messung von Fackelgasen aus Ölquellen und Raffinerien erwiesen zur Luftverschmutzung.[16]

Durchflussmessung mit offenem Kanal[edit]

Offener Kanalfluss beschreibt Fälle, in denen fließende Flüssigkeit eine zur Luft hin offene Oberfläche hat; Der Querschnitt der Strömung wird nur durch die Form des Kanals auf der Unterseite bestimmt und ist abhängig von der Flüssigkeitstiefe im Kanal variabel. Techniken, die für einen festen Strömungsquerschnitt in einem Rohr geeignet sind, sind in offenen Kanälen nicht nützlich. Die Messung des Durchflusses in Wasserstraßen ist eine wichtige Anwendung für den Durchfluss im offenen Kanal. Solche Installationen werden als Strommessgeräte bezeichnet.

Ebene zu fließen[edit]

Der Wasserstand wird an einem bestimmten Punkt hinter dem Wehr oder im Gerinne mit verschiedenen Sekundärgeräten gemessen (Sprudler, Ultraschall, Schwimmer und Differenzdruck sind übliche Methoden). Diese Tiefe wird gemäß einer theoretischen Formel der Form in eine Durchflussrate umgewandelt

Q.=K.H.X.{ displaystyle Q = KH ^ {X}}

wo

Q.{ displaystyle Q}

ist die Durchflussrate,

K.{ displaystyle K}

ist eine Konstante,

H.{ displaystyle H}

ist der Wasserstand und

X.{ displaystyle X}

ist ein Exponent, der mit dem verwendeten Gerät variiert; oder es wird gemäß empirisch abgeleiteten Füllstands- / Durchflussdatenpunkten (einer „Durchflusskurve“) umgewandelt. Die Durchflussmenge kann dann über die Zeit in den Volumenstrom integriert werden. Füllstandsgeräte werden üblicherweise verwendet, um den Fluss von Oberflächengewässern (Quellen, Bächen und Flüssen), industriellen Einleitungen und Abwässern zu messen. Von diesen werden Wehre in Strömungsströmen mit niedrigem Feststoffgehalt (typischerweise Oberflächengewässer) verwendet, während Gerinne in Strömungen mit niedrigem oder hohem Feststoffgehalt verwendet werden.[17]

Fläche / Geschwindigkeit[edit]

Die Querschnittsfläche der Strömung wird aus einer Tiefenmessung berechnet und die Durchschnittsgeschwindigkeit der Strömung wird direkt gemessen (Doppler- und Propellermethoden sind üblich). Die Geschwindigkeit multipliziert mit der Querschnittsfläche ergibt eine Durchflussrate, die in den Volumenstrom integriert werden kann. Es gibt zwei Arten von Flächengeschwindigkeits-Durchflussmessern: (1) benetzt; und (2) berührungslos. Geschwindigkeitssensoren für benetzte Bereiche müssen normalerweise am Boden eines Kanals oder Flusses montiert werden und verwenden Doppler, um die Geschwindigkeit der mitgerissenen Partikel zu messen. Mit Tiefe und programmiertem Querschnitt kann dann eine Abflussmessung durchgeführt werden. Berührungslose Geräte, die Laser oder Radar verwenden, sind über dem Kanal angebracht und messen die Geschwindigkeit von oben. Anschließend messen sie die Wassertiefe von oben mit Ultraschall. Radargeräte können nur Oberflächengeschwindigkeiten messen, während laserbasierte Geräte Geschwindigkeiten unter der Oberfläche messen können.[18]

Farbstofftests[edit]

Eine bekannte Menge Farbstoff (oder Salz) pro Zeiteinheit wird einem Strömungsstrom zugesetzt. Nach vollständigem Mischen wird die Konzentration gemessen. Die Verdünnungsrate entspricht der Durchflussrate.

Akustische Doppler-Velocimetrie[edit]

Die akustische Doppler-Velocimetrie (ADV) dient zur Aufzeichnung von momentanen Geschwindigkeitskomponenten an einem einzelnen Punkt mit einer relativ hohen Frequenz. Messungen werden durchgeführt, indem die Geschwindigkeit von Partikeln in einem entfernten Probenahmevolumen basierend auf dem Doppler-Verschiebungseffekt gemessen wird.[19]

Thermische Massendurchflussmesser[edit]

Die Temperatur an den Sensoren variiert je nach Massenstrom

Thermische Massendurchflussmesser verwenden im Allgemeinen Kombinationen aus beheizten Elementen und Temperatursensoren, um den Unterschied zwischen statischer und fließender Wärmeübertragung auf ein Fluid zu messen und deren Strömung unter Kenntnis der spezifischen Wärme und Dichte des Fluids abzuleiten. Die Flüssigkeitstemperatur wird ebenfalls gemessen und kompensiert. Wenn die Dichte und die spezifischen Wärmeeigenschaften des Fluids konstant sind, kann das Messgerät eine direkte Massendurchflussanzeige liefern und benötigt keine zusätzliche Drucktemperaturkompensation über den angegebenen Bereich.

Der technologische Fortschritt hat die Herstellung von thermischen Massendurchflussmessern im mikroskopischen Maßstab als MEMS-Sensoren ermöglicht. Diese Durchflussvorrichtungen können verwendet werden, um Durchflussraten im Bereich von Nanolitern oder Mikrolitern pro Minute zu messen.

Die Technologie des thermischen Massendurchflussmessers (auch als thermischer Dispersions- oder thermischer Verdrängungsdurchflussmesser bezeichnet) wird für Druckluft, Stickstoff, Helium, Argon, Sauerstoff und Erdgas verwendet. Tatsächlich können die meisten Gase gemessen werden, solange sie ziemlich sauber und nicht korrosiv sind. Bei aggressiveren Gasen kann das Messgerät aus speziellen Legierungen (z. B. Hastelloy) bestehen, und das Vortrocknen des Gases trägt auch zur Minimierung der Korrosion bei.

Heutzutage werden thermische Massendurchflussmesser verwendet, um den Gasfluss in einem wachsenden Anwendungsbereich zu messen, beispielsweise bei chemischen Reaktionen oder Thermotransferanwendungen, die für andere Durchflussmessertechnologien schwierig sind. Einige andere typische Anwendungen von Durchflusssensoren finden sich im medizinischen Bereich, wie beispielsweise CPAP-Geräte, Anästhesiegeräte oder Atemgeräte.[7] Dies liegt daran, dass thermische Massendurchflussmesser Schwankungen in einer oder mehreren der thermischen Eigenschaften (Temperatur, Wärmeleitfähigkeit und / oder spezifische Wärme) gasförmiger Medien überwachen, um die Massendurchflussrate zu definieren.

Der MAF-Sensor[edit]

In vielen späten Automodellen wird ein Luftmassenmesser (MAF) verwendet, um den Massenstrom der im Verbrennungsmotor verwendeten Ansaugluft genau zu bestimmen. Viele solcher Massendurchflusssensoren verwenden ein beheiztes Element und einen nachgeschalteten Temperatursensor, um den Luftdurchsatz anzuzeigen. Andere Sensoren verwenden eine federbelastete Schaufel. In beiden Fällen interpretiert das elektronische Steuergerät des Fahrzeugs die Sensorsignale als Echtzeitanzeige des Kraftstoffbedarfs eines Motors.

Vortex-Durchflussmesser[edit]

Eine andere Methode zur Durchflussmessung besteht darin, einen Staukörper (als Shedder Bar bezeichnet) in den Weg der Flüssigkeit zu legen. Wenn die Flüssigkeit diesen Stab passiert, entstehen Störungen in der Strömung, die als Wirbel bezeichnet werden. Die Wirbel verlaufen alternativ von jeder Seite des Staukörpers hinter dem Zylinder. Diese Wirbelspur wird nach von Kármáns mathematischer Beschreibung des Phänomens von 1912 als Von Kármán-Wirbelstraße bezeichnet. Die Frequenz, mit der diese Wirbel die Seiten wechseln, ist im wesentlichen proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Fluids. Innerhalb, über oder stromabwärts der Shedder-Stange befindet sich ein Sensor zum Messen der Frequenz des Wirbelabwurfs. Dieser Sensor ist häufig ein piezoelektrischer Kristall, der jedes Mal, wenn ein Wirbel erzeugt wird, einen kleinen, aber messbaren Spannungsimpuls erzeugt. Da die Frequenz eines solchen Spannungsimpulses auch proportional zur Fluidgeschwindigkeit ist, wird ein Volumenstrom unter Verwendung der Querschnittsfläche des Durchflussmessers berechnet. Die Frequenz wird gemessen und die Durchflussrate wird von der Elektronik des Durchflussmessers unter Verwendung der Gleichung berechnet

f=S.V./.L.{ displaystyle f = SV / L}

wo

f{ displaystyle f}

ist die Frequenz der Wirbel,

L.{ displaystyle L}

die charakteristische Länge des Staukörpers,

V.{ displaystyle V}

ist die Geschwindigkeit der Strömung über den Staukörper und

S.{ displaystyle S}

ist die Strouhal-Zahl, die im Wesentlichen eine Konstante für eine bestimmte Körperform innerhalb ihrer Betriebsgrenzen ist.

Sonarflussmessung[edit]

Sonar-Durchflussmesser an der Gasleitung

Sonar-Durchflussmesser sind nicht störende Klemmvorrichtungen, die den Durchfluss in Rohren messen, die Schlämme, korrosive Flüssigkeiten, mehrphasige Flüssigkeiten und Flüsse fördern, bei denen Durchflussmesser vom Einstecktyp nicht erwünscht sind. Sonar-Durchflussmesser sind in der Bergbau-, Metallverarbeitungs- und vorgelagerten Öl- und Gasindustrie weit verbreitet, wo traditionelle Technologien aufgrund ihrer Toleranz gegenüber verschiedenen Durchflussregimen und Absenkungsverhältnissen gewisse Einschränkungen aufweisen.

Sonardurchflussmesser haben die Fähigkeit, die Geschwindigkeit von Flüssigkeiten oder Gasen nicht-intrusiv im Rohr zu messen und diese Geschwindigkeitsmessung dann unter Verwendung der Querschnittsfläche des Rohrs sowie des Leitungsdrucks und der Leitungstemperatur in eine Durchflussrate umzuwandeln. Das Prinzip dieser Durchflussmessung ist die Verwendung der Unterwasserakustik.

In der Unterwasserakustik verwendet das Sonar zwei bekannte Methoden, um ein Objekt unter Wasser zu lokalisieren:

  • Die Geschwindigkeit der Schallausbreitung durch das Array (dh die Schallgeschwindigkeit des Meerwassers)
  • Der Abstand zwischen den Sensoren im Sensorarray

und berechnet dann das Unbekannte:

  • Die Position (oder der Winkel) des Objekts.

Ebenso verwendet die Sonarströmungsmessung dieselben Techniken und Algorithmen wie in der Unterwasserakustik, wendet sie jedoch auf die Strömungsmessung von Öl- und Gasbohrungen und Strömungsleitungen an.

Zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit verwenden Sonar-Durchflussmesser zwei bekannte Methoden:

  • Die Position (oder der Winkel) des Objekts, die 0 Grad beträgt, da sich die Strömung entlang des Rohrs bewegt, das mit dem Sensorarray ausgerichtet ist
  • Der Abstand zwischen den Sensoren im Sensorarray[20]

und berechnet dann das Unbekannte:

  • Die Ausbreitungsgeschwindigkeit durch das Array (dh die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Rohr).[21]

Elektromagnetische, Ultraschall- und Coriolis-Durchflussmesser[edit]

Moderne Innovationen bei der Messung der Durchflussrate umfassen elektronische Geräte, die unterschiedliche Druck- und Temperaturbedingungen (dh Dichtebedingungen), Nichtlinearitäten und die Eigenschaften des Fluids korrigieren können.

Magnetische Durchflussmesser[edit]

Magnetische Durchflussmesser, oft als „Magnetmesser“ oder „Elektromag“ bezeichnet, verwenden ein Magnetfeld, das an das Messrohr angelegt wird, was zu einer Potentialdifferenz führt, die proportional zur Strömungsgeschwindigkeit senkrecht zu den Flusslinien ist. Die Potentialdifferenz wird durch senkrecht zur Strömung und zum angelegten Magnetfeld ausgerichtete Elektroden erfasst. Das physikalische Prinzip bei der Arbeit ist Faradays Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Der magnetische Durchflussmesser benötigt eine leitende Flüssigkeit und eine nichtleitende Rohrauskleidung. Die Elektroden dürfen bei Kontakt mit der Prozessflüssigkeit nicht korrodieren; Bei einigen magnetischen Durchflussmessern sind Hilfswandler installiert, um die Elektroden an Ort und Stelle zu reinigen. Das angelegte Magnetfeld wird gepulst, wodurch der Durchflussmesser den Effekt der Streuspannung im Rohrleitungssystem aufheben kann.

Berührungslose elektromagnetische Durchflussmesser[edit]

Ein Lorentz-Kraftgeschwindigkeitsmesssystem wird als Lorentz-Kraft-Durchflussmesser (LFF) bezeichnet. Ein LFF misst die integrierte oder Bulk-Lorentz-Kraft, die sich aus der Wechselwirkung zwischen einem in Bewegung befindlichen flüssigen Metall und einem angelegten Magnetfeld ergibt. In diesem Fall liegt die charakteristische Länge des Magnetfelds in der gleichen Größenordnung wie die Abmessungen des Kanals. Es muss angesprochen werden, dass in dem Fall, in dem lokalisierte Magnetfelder verwendet werden, es möglich ist, lokale Geschwindigkeitsmessungen durchzuführen, und daher der Begriff Lorentz-Kraftgeschwindigkeitsmesser verwendet wird.

Ultraschall-Durchflussmesser (Doppler, Laufzeit)[edit]

Es gibt zwei Haupttypen von Ultraschall-Durchflussmessern: Doppler und Laufzeit. Während beide Ultraschall verwenden, um Messungen durchzuführen, und nicht invasiv sein können (Durchfluss von außerhalb des Rohrs, Rohrs oder Gefäßes messen), messen sie den Durchfluss mit sehr unterschiedlichen Methoden.

Schematische Darstellung eines Durchflusssensors.

Ultraschall Transitzeit Durchflussmesser messen die Differenz der Laufzeit von Ultraschallimpulsen, die sich in und gegen die Durchflussrichtung ausbreiten. Diese Zeitdifferenz ist ein Maß für die durchschnittliche Geschwindigkeit des Fluids entlang des Weges des Ultraschallstrahls. Unter Verwendung der absoluten Laufzeiten können sowohl die gemittelte Flüssigkeitsgeschwindigkeit als auch die Schallgeschwindigkeit berechnet werden. Verwendung der beiden Transitzeiten

tup{ displaystyle t_ {up}}

und

tdÖwn{ displaystyle t_ {down}}

und der Abstand zwischen empfangenden und sendenden Wandlern

L.{ displaystyle L}

und der Neigungswinkel

α{ displaystyle alpha}

man kann die Gleichungen schreiben:

v=L.2Sünde((α)tup– –tdÖwntuptdÖwn{ displaystyle v = { frac {L} {2 ; sin left ( alpha right)}} ; { frac {t_ {up} -t_ {down}} {t_ {up} ; t_ {down}}}}

und

c=L.2tup+tdÖwntuptdÖwn{ displaystyle c = { frac {L} {2}} ; { frac {t_ {up} + t_ {down}} {t_ {up} ; t_ {down}}}}

wo

v{ displaystyle v}

ist die durchschnittliche Geschwindigkeit der Flüssigkeit entlang des Schallwegs und

c{ displaystyle c}

ist die Schallgeschwindigkeit.

Bei Weitstrahlbeleuchtung kann die Laufzeit auch mit Ultraschall gemessen werden, um den Volumenstrom unabhängig von der Querschnittsfläche des Gefäßes oder Rohrs zu messen.[22]

Ultraschall Doppler Durchflussmesser messen die Doppler-Verschiebung, die sich aus der Reflexion eines Ultraschallstrahls von den Partikeln in der fließenden Flüssigkeit ergibt. Die Frequenz des durchgelassenen Strahls wird durch die Bewegung der Teilchen beeinflusst; Diese Frequenzverschiebung kann verwendet werden, um die Fluidgeschwindigkeit zu berechnen. Damit das Doppler-Prinzip funktioniert, muss eine ausreichend hohe Dichte an akustisch reflektierenden Materialien wie festen Partikeln oder Luftblasen in der Flüssigkeit vorhanden sein. Dies steht in direktem Gegensatz zu einem Ultraschall-Laufzeit-Durchflussmesser, bei dem Blasen und feste Partikel die Genauigkeit der Messung verringern. Aufgrund der Abhängigkeit von diesen Partikeln gibt es begrenzte Anwendungen für Doppler-Durchflussmesser. Diese Technologie wird auch als akustische Doppler-Velocimetrie bezeichnet.

Ein Vorteil von Ultraschall-Durchflussmessern besteht darin, dass sie die Durchflussraten für eine Vielzahl von Flüssigkeiten effektiv messen können, solange die Schallgeschwindigkeit durch diese Flüssigkeit bekannt ist. Beispielsweise werden Ultraschall-Durchflussmesser zur Messung so unterschiedlicher Flüssigkeiten wie flüssigem Erdgas (LNG) und Blut verwendet.[23] Man kann auch die erwartete Schallgeschwindigkeit für eine bestimmte Flüssigkeit berechnen; Dies kann mit der Schallgeschwindigkeit verglichen werden, die empirisch von einem Ultraschall-Durchflussmesser gemessen wurde, um die Qualität der Messungen des Durchflussmessers zu überwachen. Ein Qualitätsverlust (Änderung der gemessenen Schallgeschwindigkeit) zeigt an, dass das Messgerät gewartet werden muss.

Coriolis-Durchflussmesser[edit]

Unter Verwendung des Coriolis-Effekts, der eine Verzerrung eines seitlich vibrierenden Rohrs verursacht, kann eine direkte Messung des Massenstroms in einem Coriolis-Durchflussmesser erhalten werden.[24] Weiterhin wird ein direktes Maß für die Dichte des Fluids erhalten. Die Coriolis-Messung kann unabhängig von der Art des gemessenen Gases oder der gemessenen Flüssigkeit sehr genau sein. Das gleiche Messrohr kann ohne Neukalibrierung für Wasserstoffgas und Bitumen verwendet werden.[citation needed]

Coriolis-Durchflussmesser können zur Messung des Erdgasdurchflusses verwendet werden.[25]

Laser-Doppler-Durchflussmessung[edit]

Ein auf ein sich bewegendes Teilchen auftreffender Laserlichtstrahl wird teilweise mit einer Änderung der Wellenlänge gestreut, die proportional zur Geschwindigkeit des Teilchens ist (Doppler-Effekt). Ein Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser (LDV), auch Laser-Doppler-Anemometer (LDA) genannt, fokussiert einen Laserstrahl auf ein kleines Volumen in einer fließenden Flüssigkeit, die kleine Partikel enthält (natürlich vorkommend oder induziert). Die Partikel streuen das Licht mit einer Doppler-Verschiebung. Die Analyse dieser verschobenen Wellenlänge kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Partikels und damit eine enge Annäherung an die Fluidgeschwindigkeit direkt und mit großer Präzision zu bestimmen.

Zur Bestimmung der Doppler-Verschiebung stehen verschiedene Techniken und Gerätekonfigurationen zur Verfügung. Alle verwenden einen Fotodetektor (typischerweise eine Lawinenphotodiode), um das Licht zur Analyse in eine elektrische Wellenform umzuwandeln. Bei den meisten Geräten wird das ursprüngliche Laserlicht in zwei Strahlen unterteilt. In einer allgemeinen LDV-Klasse schneiden sich die beiden Strahlen an ihren Brennpunkten, an denen sie interferieren, und erzeugen einen Satz gerader Streifen. Der Sensor wird dann so auf die Strömung ausgerichtet, dass die Streifen senkrecht zur Strömungsrichtung stehen. Wenn Partikel durch die Streifen gelangen, wird das Doppler-verschobene Licht im Fotodetektor gesammelt. In einer anderen allgemeinen LDV-Klasse wird ein Strahl als Referenz verwendet und der andere ist Doppler-gestreut. Beide Strahlen werden dann auf dem Fotodetektor gesammelt, wo die optische Überlagerungsdetektion verwendet wird, um das Dopplersignal zu extrahieren.[26]

Kalibrierung[edit]

Obwohl der Durchflussmesser im Idealfall nicht von seiner Umgebung beeinflusst werden sollte, ist dies in der Praxis unwahrscheinlich. Messfehler sind häufig auf eine fehlerhafte Installation oder andere umgebungsabhängige Faktoren zurückzuführen.[27][28]In-situ-Methoden werden verwendet, wenn der Durchflussmesser unter den richtigen Durchflussbedingungen kalibriert ist. Das Ergebnis einer Durchflussmesserkalibrierung führt zu zwei verwandten Statistiken: einer Leistungsindikatormetrik und einer Durchflussmetrik.[29]

Laufzeitmethode[edit]

Für Rohrströmungen wird eine sogenannte Laufzeitmethode angewendet, bei der ein Radiotracer als Impuls in die gemessene Strömung injiziert wird. Die Laufzeit wird mit Hilfe von Strahlungsdetektoren definiert, die an der Außenseite des Rohrs angebracht sind. Der Volumenstrom wird erhalten, indem die gemessene durchschnittliche Fluidströmungsgeschwindigkeit mit dem inneren Rohrquerschnitt multipliziert wird. Dieser Referenzdurchflusswert wird mit dem simultanen Durchflusswert verglichen, der durch die zu kalibrierende Durchflussmessung angegeben wird.

Das Verfahren ist standardisiert (ISO 2975 / VII für Flüssigkeiten und BS 5857-2.4 für Gase). Die beste akkreditierte Messunsicherheit für Flüssigkeiten und Gase beträgt 0,5%.[30]

Tracer-Verdünnungsmethode[edit]

Die Radiotracer-Verdünnungsmethode wird verwendet, um Durchflussmessungen im offenen Kanal zu kalibrieren. Eine Lösung mit einer bekannten Tracerkonzentration wird mit einer konstanten bekannten Geschwindigkeit in den Kanalfluss injiziert. Stromabwärts wird die Tracerlösung über den Strömungsquerschnitt gründlich gemischt, eine kontinuierliche Probe entnommen und ihre Tracerkonzentration im Verhältnis zu der der injizierten Lösung bestimmt. Der Durchflussreferenzwert wird unter Verwendung der Tracer-Balance-Bedingung zwischen dem injizierten Tracer-Flow und dem Verdünnungsfluss bestimmt. Das Verfahren ist standardisiert (ISO 9555-1 und ISO 9555-2 für den Flüssigkeitsfluss in offenen Kanälen). Die beste akkreditierte Messunsicherheit beträgt 1%.[30]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

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