Know-how für den Flow

CT-Produktfokus Durchflussmessgeräte

14.10.2014 Komplexe Messsysteme einfacher beherrschbar machen – unter diesen Nenner lassen sich zahlreiche Weiter- und Neuentwicklungen im Bereich der Durchflussmessung stellen. Das gilt für moderne Coriolisgeräte genauso wie für Ultraschall-Durchflussmessgeräte. Und auch bei Klassikern wie MID und mechanischen Zählern gibt es Weiterentwicklungen. Und sogar ein gänzlich neues Messprinzip schickt sich an, die Durchflussmessung zu vereinfachen.

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 Vergleichsweise dynamisch sind die Entwicklungen im Bereich der Ultraschallgeräte. Bereits im vergangenen Jahr hat Krohne beispielsweise ein neues Inline Gerät vorgestellt, mit dem auch kryogene Flüssigkeiten ab -200 °C gemessen werden können. Insgesamt reichen die Einsatztemperaturen bis hinauf zu 250 °C, und selbst zähe Flüssigkeiten mit Viskositäten bis 1000 cSt können gemessen werden. Neben Anwendungen in der Chemie sind damit auch solche in der Petroindustrie sowie in Energie- und Hilfskreisläufen messbar. Das Gerät arbeitet mit drei Messpfaden und zeichnet sich durch vielseitige Kommunikationsoptionen und erweiterte Diagnosefunktionen aus. Die US-Messung ist unabhängig von Leitfähigkeit, Temperatur, Dichte und Druck des Messstoffs. Die drei Pfade ermöglichen die Messung unabhängig vom Strömungsprofil und liefern damit auch bei weniger günstigen Strömungsprofilbedingungen wie z. B. bei kurzen Einlauf- und Auslaufstrecken eine hohe Genauigkeit (+/- 0,3 %). Die Nennweiten reichen von DN 25 bis DN 3000. Ein neuer Messumformer (UFC 400) erlaubt Anwendungen mit einer oder mehreren Flüssigkeiten mit einem einzigen Gerät. Der Umformer arbeitet nach dem einheitlichen Geräte- und Bedienkonzept des Herstellers, das für alle Messumformer für Durchfluss, Füllstand und Analyse gilt.

Von kryogenen Flüssigkeiten bis hin zu Biogas: Messung per Ultraschall
2 Speziell für Biogas-Anwendungen hat der Hersteller ein neues Ultraschallgerät (Optisonic 7300) konzipiert. Die Durchflussmessung von Biogas birgt aufgrund des niedrigen Drucks und kleinen Durchflussraten sowie Änderungen in der Gaszusammensetzung einige Herausforderungen: Biogas enthält je nach Rohstoff und Prozess 50 bis 70 Vol.-% Methan. Der restliche Teil besteht aus CO2­ (30-50 Vol.-%) und kleinen Mengen H2S, O2­ und N2­. Während das Gas in der Folge auf 100 mbar verdichtet werden kann, beträgt der Druck bei der Messung von rohem Biogas, d. h. unmittelbar nach der Vergärung, meist nur 50 bis 60 mbar. Dieses Biogas ist zugleich mit Wasser gesättigt, bei Abkühlung kann 5 bis 6 Vol.-% freies flüssiges Wasser in der Rohrleitung auftreten. Der Temperaturbereich in dieser Anwendung reicht von etwas über Umgebungstemperatur bis 50 °C. Rückflüsse können auftreten, auch die Anlagerung von Bakterien im Durchflussmessgerät (Scaling) ist möglich. Zudem können die Prozessbedingungen und vor allem die -temperaturen variieren.
Beim neuen Durchflussmessgerät übertragen Signalwandler ein stärkeres Ultraschallsignal in das Gas, und die spezielle Signalverarbeitung ermöglicht eine bessere Erkennung von kleinen, stark gedämpften Schallsignalen. Das mechanische Design der Signalwandler und der Signalwandler-Taschen machen die Messung zudem unempfindlich gegenüber flüssigen Wasseranteilen und biologischem Scaling. Das Messrohr besteht aus korrosionsbeständigem Edelstahl (1.4404/316L) und die Signalwandler aus NACE-zugelassenem Titan Grad 29. Mit Luftkalibrierung beträgt die Messgenauigkeit 1 % des gemessenen Durchflusses bei 1 m/s  Durchflussgeschwindigkeit. Wenn eine Genauigkeit von 2 % ausreichend ist, kann die Trockenkalibrierung als Alternative zu einem wesentlich niedrigeren Preis gewählt werden.

Gas-Betriebs- und Norm-
volumen und Methan-Gehalt

3 Auch Endress+Hauser hat sich den Besonderheiten der Biogas-Messung angenommen und einen kompakten sowie wartungsfreien Ultraschallsensor zur Durchflussmessung entwickelt. Der Prosonic-Flow-B200 misst gleichzeitig das Gasvolumen und bestimmt den Methangehalt in Biogasen. Durch die präzise gemessene Schallgeschwindigkeit und eine integrierte Temperatursonde ist es möglich, den Methangehalt direkt in der Rohrleitung zu bestimmen.  Zusätzlich werden aus gemessenen Gas-Betriebsvolumen und Methangehalt direkt im Gerät das Normvolumen und der Brennwert berechnet. Der Wirkungsgrad wird so im laufenden Betrieb exakt und permanent ermittelt. Das Gerät misst auch bei niedrigem Prozessdruck sowie Unterdruck und kommt auch mit schwankenden Prozessbedingungen sowie feuchten und verschmutzten Gasen zurecht. Die Genauigkeit beträgt 1,5 % vom Messwert.

Clamp on misst in korrosiven Umgebungen
4 Flexim hat mit dem Fluxus F/G 705 ein Ultraschallgerät vorgestellt, mit dem in korrosiven Umgebungen eingriffsfrei gemessen werden kann. Das robuste Gerät verfügt über ein Gehäuse aus Edelstahl (316L/ 1.4404) und kann in der Chemie in Offshore-Anwendungen zur Öl- und Gasförderung eingesetzt werden. In der Ausführung „F705″ misst das Gerät Flüssigkeiten, die Version „G705″ dient zur eingriffsfreien Durchflussmessung von Gasen. Der Messumformer ist für Ex-Zone 2 zugelassen und kann mit Sensoren verbunden werden, die in Ex-Zone 1 betrieben werden dürfen. Das akustische Messverfahren funktioniert unabhängig von der Fließrichtung des Mediums und zeichnet sich durch eine hohe Messdynamik aus.

5 Der britische Hersteller Katronic hat mit dem Clamp-on-Gerät Katflow 170 einen Ultraschall-Durchflussmesser für Chemikalien und Petrochemieprodukte entwickelt. Die Geräte sind für Ex-Zonen 1 und 2 zugelassen und verfügen über ein druckgekapseltes Gehäuse aus epoxidbeschichtetem Aluminium. Das besonders korrosionsbeständige Material widersteht auch schwierigen Umgebungsbedingungen dauerhaft. Zur  Eingabe von Befehlen muss die Kapselung nicht geöffnet werden, dies geschieht  mittels magnetempfindlicher Tasten hinter Glas. Die Geräte werden für Rohrdurchmesser von 10 mm bis über 3.000 mm und Temperaturen von -50 bis 115 °C angeboten.

Ultraschallgeräte für Durchflussmessung nach pulsierenden Dosierpumpen
6 Der Flowmax 42ii von MIB ist ein Inline-Durchflussmessgerät auf Ultraschallbasis. Es kann das Volumen sowohl leitfähiger wie nichtleitfähiger Medien in einem freien Rohrquerschnitt berührungslos messen. Dank seiner schnellen Messwerterfassung ermöglicht das Gerät die Messung kurzer Dosierzeiten oder bei Pulsationen, wie sie bei der Verwendung von Membran- oder Schlauchquetschpumpen üblich sind. Die mediumsberührten Materialien bestehen aus korrosionsbeständigem PE-HD oder PVDF. Mit Nennweiten von DN7 bis 15 sind Messbereiche von 0,09 bis 60 l/min möglich.

7 Der Pumpen- und Sensorhersteller Prominent bietet zur Durchflussmessung pulsierender Ströme das Ultraschallgerät Dulcoflow an. Medienberührende Teile bestehen dabei aus chemikalienbeständigem PVDF. Installiert wird das Gerät direkt in die Leitung des zu messenden Mediums mit den Nennweiten 6/4, 8/5 oder 12/9 mm.  Der Messbereich liegt zwischen 0,1 bis 50 l/h. Ein zweizeiliges Display, Status-Leuchtdioden und Folientasten gewährleisten eine einfache Bedienung. Auf der LC-Anzeige können der aktuelle Durchfluss oder die geflossene Menge angezeigt werden. Ebenso kann die aktuelle Hubzahl der Pumpe angezeigt werden. Über die vier frontseitig angebrachten Tasten wird das Gerät eingestellt und programmiert.

Neues Messprinzip liefert akustischen Fingerabdruck
8 Ähnlich wie Ultraschallgeräte arbeitet das im Frühjahr vorgestellte neue Messsystem Flowave von Bürkert. Doch nicht die Laufzeit von Schall wird gemessen, sondern die Ausbreitung sogenannter mikroakustischer Wellen, ähnlich wie bei seismischen Aktivitäten. Die Surface-Acoustic-Wave (SAW) genannte Technik zeichnet sich laut Hersteller vor allem dadurch aus, dass sie vielfältige Aussagen über den Prozess liefert. So lassen sich mit dem Multiparametergerät neben dem Durchfluss auch Temperatur und Dichte messen und so der Volumendurchfluss auf einen Massendurchfluss umrechnen. Außerdem erlaubt es das Messsystem, Flüssigkeiten zu unterscheiden. Zu den Merkmalen – beispielsweise gegenüber Coriolisgeräten – gehören eine kompakte Bauweise und ein geringes Gewicht. Die Geräte können in beliebiger Lage eingebaut werden. Der Sensor am Messrohr ist mit einem Transmitter verbunden, der sowohl das Bedieninterface beinhaltet als auch die nötigen Ausgangssignale erzeugt.
In den Sensoren werden die akustischen Oberflächenwellen durch einen piezoelektrischen Interdigitalwandler auf einer Rohroberfläche angeregt. Ähnlich wie bei Glasfaserkabeln werden akustische Wellen auf einem Zick-Zack-Pfad durch die Flüssigkeit geschickt. Der Rayleigh-Winkel, unter dem die Schallwellen in die Flüssigkeit ausgekoppelt werden, ist für jede Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen individuell. Somit entsteht in Verbindung mit den zeitlichen Abläufen, den Empfangssignal-Charaktristiken und in Abhängigkeit, ob die Signale einfach oder mehrfach das Medium durchlaufen haben, ein „akustischer Fingerabdruck“ des Mediums, anhand dessen Durchflussgeschwindigkeit, Dichte und Temperatur bestimmt werden können und zusätzlich Aussagen über das Medium selbst ableitbar sind. 
Die Geräte werden in Nennweiten zwischen DN15 und DN 50 mit Clamp-Anschlüssen und für Nenndrücke bis PN40 angeboten. Die Inline-Messung kommt ohne Einbauten im Messrohr aus, was sich positiv hinsichtlich Hygiene, Reinigung und Druckverlust auswirkt.

Ultrakompaktes Coriolis-Durchflussmessgerät für enge Bauräume
9 Siemens hat mit dem Sitrans FC410 seine neue Coriolis-Baureihe nach unten hin erweitert. Die besonders leichten und kompakten Geräte in Schutzart IP67 zeichnen sich durch eine Genauigkeit von 0,1 % aus und verfügen bereits im Sensor über eine Messumformerfunktionalität (Mini Flow Link), die zur schnellen Datenübermittlung und der einfachen und kostengünstigen Integration in Prozessleitsysteme dient. Durch die Konstruktion können die Geräte  sehr flexibel und auf engstem Raum innerhalb der Anlage verbaut werden. Das digitale Gerät arbeitet mit einer Abtastrate von 10 ms und liefert neben Angaben zum Durchfluss auch Daten zu Masse, Volumen sowie Dichte und Temperatur des Mediums. Die Geräte arbeiten bei Druckstufen bis 100 bar und Temperaturen von -50 bis 200 °C mit unverändert hoher Messgenauigkeit. Die Modbus-RTU485-Schnittstelle erlaubt es, sowohl einzelne als auch mehrere in Reihe geschaltete Geräte per Mehrpunkt-Adressierung flexibel und mit geringem Konfigurationsaufwand in bestehende oder neue Systeme zu  integrieren. Im Falle eines Austauschs oder bei Anschluss weiterer Durchflussmessgeräte werden die vom Anwender definierten Einstellungen automatisch übertragen.

Neue Coriolisgeräte mit Modbus-
und Impulsausgängen

10 ABB hat seine Coriolismaster-Baureihe um die Serie FCB100 ergänzt. Mit den Masse-Durchflussmessgeräten zielt der Hersteller  besonders auf Systemintegratoren ab: Anstelle der konventionellen Kommunikationsschnittstellen (mA, Hart etc.) verfügen die Geräte über einen RS485-Modbus-Ausgang, über den alle Geräteparameter abgerufen und verändert werden können. Zusätzlich stehen zwei Digitalausgänge für Impuls-/Frequenz- oder Kontaktausgabe zur Verfügung.  Eine Besonderheit ist der geringe Energieverbrauch von nur 2 W. Der weite Spannungsbereich von 11 V bis 30 V DC erlaubt den Betrieb mit einer Standardbatterie. Die überarbeitete, schnelle Messtechnik erlaubt auch anspruchsvolle Abfüll-Anwendungen und solche mit Gas- oder Feststoff­einschlüssen zu realisieren. Die Elektronik ist als FCB100 mit der Sensoreinheit aus der FCB300-Serie verfügbar. Daneben wird noch die FCH100-Serie für den Hygienebereich angeboten.

Wirbeldurchflussmesser helfen bei der
Optimierung von Dampfnetzen

11 Heinrichs hat für die genaue Messung von Dampf die Wirbeldurchflussmesser DVH u DVE im Programm. Mit einer integrierbaren Energie-Management-Software kann der Anwender nicht nur Dampfmengen genau erfassen, sondern auch den Energieverbrauch eines Verbrauchers bestimmen. Werden außerdem Temperatur- und Druckmessungen integriert, lassen sich Volumen, Masse und besonders Dampfmengen exakt bestimmen. Mit einer Messbereichsdynamik von bis zu 1:30 und einer Genauigkeit von 1,5 % vom Messwert für Dampf sind Wirbel-Durchflussmesser den häufig verwendeten Blenden voraus. Für die Versorgung gibt es Zwei- und Vierleitervarianten sowie eine AC-Variante.

SIL-Wirbelzähler erkennt Nassdampf
12 Die Besonderheit des neuen Zweileiter-Wirbelzähler Prowirl 200 von Endress+ Hauser besteht darin, dass das Gerät Nassdampf direkt in der Rohrleitung erkennt. Die Geräte können für das Energiemanagement eingesetzt werden. Die maximale Messabweichung beträgt 0,75 % vom Messwert, das Gerät kann zwischen -200 bis 400 °C und bis 250 bar eingesetzt werden. Das Wirbel-Durchflussmessgerät wurde für den Einsatz in Schutzeinrichtungen nach IEC61508 entwickelt und zertifiziert und ermöglicht den Einsatz in SIL2- sowie in SIL3-Anwendungen in homogener Redundanz. Für die Wiederholprüfung direkt in der Rohrleitung hat der Hersteller die sogenannte Heartbeat-Technologie entwickelt, bei der ohne Ausbau eine Gesamtprüftiefe von 98 % erreicht wird.  Dadurch lassen sich aufwendige Re-Kalibrierungen oder das Anfahren der Auslösepunkte vermeiden.

Energiebilanz per Wirbelzähler
Auch der neue Optiswirl 4200 von Krohne kann für die Überwachung von Energieflüssen von Sattdampf, überhitzten Dampf oder Heißwasser sowie für Wärmemengenmessung eingesetzt werden. Zu den Anwendungsbereichen gehören auch Dampfkesselüberwachung, Brennerverbrauchsmessung oder Überwachung von Druckluftnetzen einschließlich Überwachung des freien Luftfördervolumens (FAD) bei Kompressoren. Zusätzlich zur Berechnung der Bruttowärme bei Dampf bietet der Wirbelzähler die Berechnung der Nettowärme für Dampf und Kondensat (Heißwasser). Das standardmäßig mit einem Temperatursensor ausgestattete Zweileitergerät kann als Wärmezähler im Vorlauf installiert und direkt mit einem externen Thermometer im Rücklauf verbunden werden. Zur Unterstützung eines innerbetrieblichen Energiemanagements können Brutto- und Nettowärmewerte direkt an das Leitsystem übertragen werden.

MID für Anwendungen in der Klärtechnik
13 Der Magflux EMF 801 von Xylem zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit selbst bei geringem Durchfluss aus. Das induktiv arbeitende Gerät ermöglicht so eine genaue Anzeige der Schmutzwassermenge. Die automatische Elektrodenreinigung reduziert den Wartungsaufwand. Das Gerät ist einfach zu bedienen, seine Display-Einheit kann Daten von bis zu vier Sensoren anzeigen und bis zu 1.000 m weit vom Sender montiert werden. Für die DN15- bis -1200-Geräte sind verschiedene Auskleidungen als Flansch- oder Zwischenflanschausführung in IP68 verfügbar.

Preiswerter MID mit Temperatur-Option
14 Der preiswerte magnetisch-induktive Durchflussmesser 3030 mFlow von Gemü kann in verschiedenen Ausführungen in den unterschiedlichsten Anwendungen und Industrien eingesetzt werden. Die Sensoren erfassen neutrale wie auch agressive leitfähige (? 20 µS/cm) Medien. Mit einem optionalen Temperatursensor lassen sich verschiedene Messparameter in einer Messstelle realisieren. Die Geräte werden in Nennweiten von DN 25 bis DN 300 angeboten.
Gase in der Forschung schnell regeln 15 Sensirion hat einen kleinen Massedurchflussregler für schnelle Regelaufgaben mit Gasen vorgestellt. Das kostengünstige Gerät hat eine Dynamik von 1.000:1 und regelt in 50 ms. Sensorelement und analoge sowie  digitale Auswertelektronik sitzen auf einem winzigen CMOS-Chip. Das Sensorsignal wird in ein digitales kalibriertes und temperaturkompensiertes  Signal  gewandelt.   
Ebenfalls für Forschungsaufgaben kann der Clamp-on-Sensor BLD 01 von Sonotec eingesetzt werden. Der ursprünglich für die Detektion kleinster Blutmengen in Dialyseschläuchen entwickelte optische Sensor erkennt grundsätzlich jede Veränderung, die sich auf die Lichtdurchlässigkeit des Mediums auswirkt. So lassen sich z.B. Luftblasen in Flüssigkeiten, das Eindringen von Flüssigkeiten in leere Behälter sowie durch Wärme verursachte optische Veränderungen im Medium erkennen.

Mikropulse überwachen Öldosierung
16 Die Strömungswächter der Baureihe SDN 503/1 GSP-DYN von EGE erfassen pulsierende Durchflussmengen ab 0,02 ml mit kurzen Reaktionszeiten von weniger als 0,5 s und hoher Ansprechempfindlichkeit. Die Sensoren sind speziell für Öl ausgelegt und überwachen beispielsweise die tropfenweise Dosierung von Schmieröl oder Walzöl mit bis zu 30 Mikropulsen je Minute. Der Sensor gibt für jeden detektierten Puls ein Schaltsignal aus. Die robusten, aus Edelstahl und PBT gefertigten Sensoren erreichen Schutzart IP67 und sind druckfest bis 10 bar.

Einfache Durchflusskontrolle
In vielen Prozess- und Hilfskreisläufen der Industrie müssen Flüssigkeitsströme zuverlässig gemessen, überwacht und geregelt werden. Für solche Aufgaben bietet Endress+Hauser mit dem T-mass T150 einen thermischen Massemesser an, der wasserähnliche Medien unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit erfasst: Die robuste Einsteckausführung ohne bewegliche Teile sorgt auch unter schwierigen Prozessbedingungen für langzeitstabile und zuverlässige Messergebnisse. Eine hygienische Geräteausführung erlaubt SIP-Reinigungen mit Temperaturen bis 130  °C.

Modularer Zähler mit einfachem Bedienkonzept
17 Bereits im Frühjahr hat Lutz einen neuen, modularen Durchflusszähler mit Touchscreen-Display und Hintergrundbeleuchtung vorgestellt. Die intuitive Benutzerführung mit Anweisungen, Systemmeldungen und Hilfetexten im Klartext schließt Fehler nahezu aus. Durch die komfortable Kalibrierung per Vergleichsmessung ist der Zähler im Handumdrehen für die manuelle Mengenmessung und automatische Abfüllprozesse vorbereitet. Zuschaltbare Sicherheits- und Überwachungsfunktionen sorgen für einen zuverlässigen Betrieb und eine hohe Messgenauigkeit.
Mithilfe verwechslungssicherer Steckverbindungen lässt sich das Gerät schnell und ohne Verdrahtungsarbeiten in das System einbinden. Einzelne Module wie Basiszähler, Bedieneinheit, Relaismodul oder Impulswandler können mit einem neuen Verbindungssystem frei kombiniert und montiert werden. Ein Kommunikationsmodul mit analogen und digitalen Schnittstellen ermöglicht den Anschluss von Steuer- und Meldegeräten sowie externer Steuerungen. Die Messgeräte aus Kunststoff oder Metall arbeiten nach dem Taumelscheiben- bzw. Ovalradprinzip und eignen sich gleichermaßen zur Mengenerfassung neutraler und aggressiver, brennbarer und viskoser Flüssigkeiten.

Flügelradzähler für Prozessmedien
Die Durchfluss-Sensoren der Baureihen DHGF und DIGA von Meister Strömungstechnik erfassen Durchflüsse mit hoher Genauigkeit. In Abhängigkeit von der Baureihe wird dabei entweder ein Impulssignal (DHGF) oder ein 4…20-mA-Signal (Diga) ausgegeben. Durch die kompakte Bauform und die geringe Baugröße lassen sich die Geräte platzsparend in Maschinen oder Anlagen einbauen.  Je nach Ausführung bestehen die Gehäuse und Flügelräder aus POM oder ECTFE. Die Sensoren arbeiten in Messbereichen zwischen 1,5 und 1.000 l/h.

US-Kaltwasserzähler aus Edelstahl
18 Die neuenKaltwasserzähler E-Series von Badger Meter sollen dabei helfen, Leitungsverluste im Trink- und Prozesswasserbereich zu vermeiden. Das robuste Ultraschallgerät verfügt über eine integrierte  Temperaturkompensation. Die Zähler decken einen Bereich von 0,4 bis 600 l/min ab und sind in Größen bis 2 Zoll erhältlich. [AS]

Special Durchfluss/Füllstand 1410ct907

Heftausgabe: Oktober 2014

Über den Autor

Armin Scheuermann, Redaktion
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