Durchflussmessgerät / Durchflussmesser

Mit einem Durchflussmessgerät ermittelt man die Geschwindigkeit und unter bestimmten Voraussetzungen auch die Menge des durchströmenden fließfähigen Mediums. Durchflussmesser können unter anderem nach der Art des zu messenden Mediums und nach dem Messprinzip unterschieden werden. Oft ist das Durchflussmessgerät für einen bestimmten Zustand des strömenden Materials ausgelegt, misst also entweder Gase oder Flüssigkeiten. Mit speziell ausgestatteten Geräten ist es möglich, auch fließfähige Schüttgüter beim Transport in Fertigungs- oder Lagerprozessen zu messen.
Auch wer sonst kaum mit einem Durchflussmessgerät zu tun hat, hat bestimmt schon beim Tanken den Durchflussmesser an der Zapfsäule beobachtet und eventuell die Wasseruhr oder den Gaszähler für die Abrechnung der verbrauchten Wasser- und Gasmengen abgelesen. Diese Durchflussmesser dienen zur Erfassung der Menge und müssen wegen der mengenabhängigen Preise geeicht sein. Diese Geräte und jene die zur kontinuierlichen Überwachung und Steuerung von Prozessen genutzt werden, bezeichnet man als stationäre Durchflussmesser, da sie dauerhaft an gleicher Stelle verwendet werden. Für die gelegentliche Prüfung, die Messung an verschiedenen Standorten und für die Fehlersuche in bestehenden Anlagen eignen sich mobile Geräte.

Durchflussmesser werden in vielen verschiedenen Bereichen verwendet. Um die Auswahl für die eigenen Anforderungen einzugrenzen, empfiehlt es sich, zuerst die Messbedingungen zu klären.
• Soll das Durchflussmessgerät an einer Stelle fest eingebaut werden oder soll an verschiedenen Stellen gemessen werden?
• Ist das Material gasförmig, flüssig oder ein Schüttgut?
• Fließt das Material durch einen komplett gefüllten Rohrquerschnitt?
• Falls ja, darf das Durchflussmessgerät in den Rohrquerschnitt hineinragen?
• Welche Strömungsgeschwindigkeiten sollen erfasst werden?
• Welche Genauigkeit wird vom Durchflussmesser erwartet?
• Soll während eines laufendes Prozesses gemessen und der Prozess beeinflusst werden?
• Sollen Messwerte gespeichert oder übertragen werden?
• Muss das Durchflussmessgerät kalibrier- und justierbar sein?
Nachfolgend werden einige Durchflussmesser nach ihrem Wirkprinzip kurz beschrieben.

Für die Messung von Strömungsgeschwindigkeit und Volumenstrom können verschiedene Messprinzipien genutzt werden. Durchflussmesser mit Staurohr, Flügelrad und Hitzdraht gehören zu den Geräten, bei denen der Sensor direkt in der Strömung positioniert wird und diese mehr oder minder beeinflusst. Für starke Strömungen und für Gase mit hohem Partikelanteil sind Durchflussmesser mit Staurohr gut einsetzbar. Flüssigkeitsvolumen und mittlere Strömungsgeschwindigkeiten bei Gasen im Bereich von 5 m/s bis 20 m/s lassen sich gut mit Flügelrädern erfassen. Als Durchflussmessgerät bei geringen Geschwindigkeiten gasförmiger Medien eignen sich Hitzdrahtanemometer mit ihren thermischen Sensoren besonders. Als Messmittel ohne Behinderung der Strömung funktioniert sowohl das Ultraschall Durchflussmessgerät als auch der magnetisch induktive Durchflussmesser.

Staurohrmanometer
Ein Durchflussmessgerät, dass die Strömungsgeschwindigkeit mithilfe des Druckunterschieds bestimmt, ist das Staurohranemometer. Die Druckmessung funktioniert über ein Rohr, mit speziell angeordneten Öffnungen, das den Druck des strömenden Mediums aufnimmt und erfasst. Wird von diesem dynamischen Druck der ebenfalls gemessene statische Druck des ruhenden Mediums abgezogen, ergibt sich der Differenzdruck. Daraus kann die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden. Aus Strömungsgeschwindigkeit und Rohrleitungsquerschnitt kann das durchströmende Volumen ermittelt werden.

Flügelradzähler
Ein Durchflussmessgerät, das die Geschwindigkeit des Mediums darüber bestimmt, wie schnell ein speziell ausgeformtes Flügelrad durch die Strömung bewegt wird, ist das Flügelradanemometer. Häufig werden diese Geräte für Windmessungen im Freien verwendet. Sie sind fest an Gebäuden oder auf Windkraftanlagen installiert und können über Kopplung mit einem Windrichtungsmesser oder Windrichtungsanzeiger in die Strömung gedreht werden. Mobile Geräte werden auf Feldern, Baustellen oder Flugplätzen eingesetzt oder in Gebäuden auch zur Kontrolle von Lüftungskanälen ein. Einige dieser Geräte können bei festem Strömungsquerschnitt auch den Volumenstrom ermitteln. Das propellerähnliche Flügelrad wird direkt in die Strömung gehalten, wobei bei vielen Geräten unbedingt auf die Strömungsrichtung geachtet werden muss. Eine Sonderform, die unabhängig von der horizontalen Strömungsrichtung ist, ist das Schalenkreuzanemometer. Bei diesem sind um die senkrecht zur Strömung liegende Drehachse drei oder vier Halbschalen angeordnet, die durch die Strömung in Bewegung gesetzt werden. Flügelräder werden auch für die stetige Volumenmessung bei Flüssigkeiten eingesetzt. Viele Wasserzähler und Wärmemengenzähler funktionieren mit angeströmten Flügelrädern.

Hitzdrahtanemometer
Ein Hitzdrahtanemometer ist ein Durchflussmessgerät, das mit erhitzten elektrisch leitenden Materialien funktioniert. Bei höherer Strömungsgeschwindigkeit kühlt der Sensor schneller aus. Die Auswertung kann über zwei unterschiedliche Verfahren erfolgen. Beim ersten Verfahren, der Constant Current Anemometry (CCA) wird der Heizstrom konstant gehalten. Durch die Temperaturänderung, ändert sich der elektrische Widerstand des erhitzten Sensorelementes und es kann eine veränderte Spannung gemessen werden. Das zweite Verfahren, die Constant Temperature Anemometry, arbeitet mit konstanter Temperatur. Die Strömungsgeschwindigkeit wird bei diesem Verfahren darüber ermittelt, wieviel Heizstrom zur Aufrechterhaltung der Temperatur eingesetzt werden muss.

Ultraschall Durchflussmessgerät
Um die Strömungsgeschwindigkeit und das durchströmende Volumen von Flüssigkeiten in Rohrleitungen ohne direkten Kontakt zu erfassen, können Ultraschall Durchflussmesser eingesetzt werden. Ein Ultraschall Durchflussmessgerät verfügt dazu über zwei Sensoren, die als Sender und Empfänger auf die Rohrleitung aufgesetzt und dort fixiert werden. Die Messung ist sowohl bei metallischen Rohrleitungen als auch bei Kunststoffrohren möglich. Die Sensoren können außerdem für viele verschiedene Rohrquerschnitte eingesetzt werden. Deshalb und weil für bestehende Rohrleitungen keinerlei Änderungen notwendig sind, eignen sich die Ultraschall Durchflussmesser gut für mobile Messungen. Bei der Interpretation der Werte ist zu berücksichtigen, dass das Messergebnis aufgrund von Inhomogenität der Flüssigkeit zum Beispiel durch hohe Viskosität, mitgeführte Gasbläschen oder Feststoffe verfälscht werden kann.

Magnetisch induktive Durchflussmesser
Die magnetisch induktive Durchflussmessung (MID) funktioniert ohne bewegliche Teile und ohne direkten Kontakt mit dem strömenden Medium. Sie setzt allerdings voraus, dass das zu messende Medium elektrisch leitfähig ist und durch eine spezielle Messstrecke geführt wird. Dazu wird ein speziell vorbereiteter Rohrquerschnitt in das Durchflussmessgerät integriert. Dieser stellt sicher, dass das entstehende Magnetfeld nicht über das Rohrmaterial abgeleitet wird und die Spannung über zwei Elektroden die galvanischen Kontakt mit dem fließenden Medium haben, abgegriffen werden kann. Der untere Grenzwert der Leitfähigkeit ist geräteabhängig und kann zum Beispiel bei 50 Mikrosiemens pro Zentimeter liegen. Bevor Sie sich auf ein solches magnetisch induktives Durchflussmessgerät festlegen, prüfen Sie, ob Ihr Medium ausreichend leitfähig ist. Magnetisch induktive Sensoren reagieren sehr schnell und benötigen nur eine kurze Messstrecke. Der magnetisch induktive Durchflussmesser ist unabhängig von Temperatur, Dichte, Viskosität und liefert auch bei mitgeführten Gasbläschen und Feststoffen genaue Ergebnisse.

Um sicherzustellen, dass das Durchflussmessgerät korrekte Werte ausgibt, solle es regelmäßig kalibriert werden. Bereits bei der Geräteauswahl sollte berücksichtigt werden, wie und wo der Durchflussmesser kalibriert werden kann. Bei Geräten die kontinuierlich Prozesse überwachen und steuern ist es vorteilhaft, wenn das Gerät nicht zur externen Kalibrierung verschickt werden muss. Auch ist es für viele Produktionsprozesse günstig, direkt mit dem jeweiligen Medium und unter den örtlichen Bedingungen prüfen zu können. Bei geeichten Wasseruhren, die ständig einsatzbereit sein sollen, wird nach Ablauf der Eichfrist der Zähler gegen einen geprüften ausgetauscht. Durch diese Vorgehensweise ist die Messstelle nur für den Zeitraum des Austauschs blockiert und kann danach sofort wieder genutzt werden. Der ausgebaute Wasserzähler wird dann extern geprüft und bei Abweichungen justiert oder entsorgt. Für ein mobiles Durchflussmessgerät, das extern kalibriert werden muss, sollte der Zeitraum vorausschauend geplant werden. Die Zeitintervalle zwischen den Überprüfungen sind in Abhängigkeit davon festzulegen, welche Folgen aus ungenauen Messwerten resultieren.