Durchflusssensor

Durchflusssensor ist ein Sammelbegriff für alle Sensoren die den Durchfluss messen.

In der Industrie ist die Durchflußmessung ist eine wichtige Aufgabe in der Prozeßmeßtechnik. Typische Anwendungen sind die Volumen- und Massenstrommessung für die Abrechnung und Bilanzierung, sowie für die Dosierung in Chargenprozessen. Von großer Bedeutung ist die Steuerung und Regelung von Fließprozessen in technischen Anlagen. Industrielle Anwendung findet die Durchflußmeßtechnik vor allen Dingen in den Bereichen chemische Industrie, Energietechnik, Wasserwirtschaft, Bergbau, Nahrungsmittelindustrie und Landtechnik.

Der Durchfluss wird oft in m³/h angegeben. Häufig verwendete Ausgangssignale von in der Industrie eingesetzten Sensoren sind Ströme von 0 - 20 mA bzw. 4 - 20 mA oder Spannungen 0 - 10 V. Es sind aber auch alle anderen Konstellationen denkbar.

Im wesentlichen wird zwischen zwei Arten von Durchflusssensoren unterschieden:

1. Massendurchfluss

2. Volumendurchfluss

Beispielsweise ist ein Haushaltswasserzähler eine Volumendurchflussensor der den Verbrauch in Kubikmeter Wasser anzeigt. Für die Bestimmung des Volumendurchflusses wird meist die Fließgeschwindigkeit des Mediums gemessen und dann der Durchfluss über die Formel Volumendurchfluss = Rohrfläche * Geschwindigkeit bestimmt.

Sensoren die den Massendurchfluss bestimmen sind zur Messung von Brennstoffen wichtig. Als Beispiel sei ein Luftmassensenor genannt, wie er sich in Automobilen befindet. Hier wird der Messwert vorwiegend in Kg/h Luft angegeben. Durch den Luftmassensensor wird der Luftanteil der in den Motor strömt bestimmt und die ensprechende Krafstoffmenge durch die Motorsteuerung geregelt. Die Messung des Volumenflusses wäre für diese Anwendung nicht ausreichend, da die Dichte der Luft stark druckabhängig und temperaturabhängig ist. Würde nur der Luftvolumendurchfluss gemessen, könnte die Motorsteuerung das exakte Mischungsverhältnis das für die vollständige Verbrennung des Kraftstoffes notwendig ist, nicht garantieren.

Wichtige Kennwerte für Durchflusssensoren

1. Messbereich untere Messgrenze bsp: 1l/min obere Messgrenz bsp: 100l/min Messspanne oder Dynamik: 1:100

2. Messgenauigkeit Die Messgenauigkeit der Durchflusssensoren wird meistens als relativer Fehler angegeben ( z.B. 1% des aktuellen Messwertes ). Diese Art der Fehlerangabe ist beispielsweise bei Abfüllprozessen wichtig. Soll z.B. ein Eimer mit Farbe gefüllt werden, ergibt sich aus der relativen Genauigkeit des Durchflusssensors wie genau die Füllmenge am Schluss eingehalten wird. Hätte ein Durchflusssensor eine konstante absolute Genauigkeit, also beispielsweise 1l/min bei einem Messbereich von 1l/min-100l/min würde sich der Füllstand des Eimers bei sehr niedrigen Strömungsgesschwindigkeiten sehr ungenau ergeben ( 50%Fehler bei 1l/min ) und bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten sehr genau( 1% Fehler bei 100l/min).

ungefähre Messgenauigkeiten und Messspannen verschiedener Sensoren:

Ultraschalldurchflussensor nach dem Laufzeitprinzip: Genauigkeit ca. 3%rF Messspanne ca. 1:100

Differenzdruckblendenmessung: Genauigkeit ca. 5%rF Messspanne ca. 1:3

Luftmassensensor in Automobilen: Genauigkeit ca. 3%rF Messspanne ca. 1:100

MID ( Magneto Induktiver Durchflussensor ): Genauigkeit ca. 0,1%rF Messspanne ca. 1:10

3.Druckverlust Der Druckverlust ist oft eine wichtige Kenngröße da Druckverlust immer Energieverlust im Leitungssystem bedeutet.

Ultraschalldurchflussensor nach dem Laufzeitprinzip ohne Strömungsgleichrichter: kein Druckverlust

Differenzdruckblendenmessung: sehr hoher, mit der Strömungsgeschwindigkeit stark ansteigender Druckverlust

Thermischer Luftmassensensor in Automobilen: leichter Druckverlust, da Messelemente in den Strömungskanal ragen

MID ( Magneto Induktiver Durchflussensor ): kein Druckverlust

Arten von Durchflusssenoren

Durchflussmesser mit Flügelrad

• Induktiver Durchflussmesser, Magnetisch Induktiver Durchflussmesser (MIDs)
• Kapazitiver Durchflussmesser
• Massendurchflussmessverfahren nach dem Coriolis-Prinzip
• Wirbelzähler-Durchflussmessverfahren
• Ultraschalldurchflusssensor ( USD )
• Blenden-Durchflussmessung
• Schwebekörper-Durchflussmessung
• Ringkolben-Durchflussmessung
• Thermische Massen-Durchflussmessung
• Wirkdruck-Durchflussmessung
• Luftmassensensor

Nicht alle Messverfahren sind gängig bzw. finden in der Industrie eine regelmässige Anwendung. Die Aufzählung ist in etwa nach Häufigkeit der Anwendung.