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Magnetisch Induktiver Durchflussmesser

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Magnetisch induktive Durchflussmesser (MID) verwenden eine Messmethode, die auf dem Faraday’schen Gesetz der elektromagnetischen Induktion beruht. Der Messaufnehmer erzeugt aus dem Durchfluss ein elektrisch nutzbares Signal.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Aufbauprinzip
3 Messprinzip
4 Anwendungen
- 4.1 Vorteile
- 4.2 Nachteile
5 Einzelnachweise
6 Quellen
7 siehe auch:
8 Literatur
9 Weblinks

[Bearbeiten] Geschichte

Die erste Grundlage zur magnetisch-induktiven Messung der Strömungsgeschwindigkeit wurde im Jahre 1832 in einer Veröffentlichung von Michael Faraday festgehalten.

Die moderne elektronische Schaltungstechnik der 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts in Verbindung mit magnetischer Wechselfelder machte es möglich die Trennung der zur Strömungsgeschwindigkeit proportionalen Nutzsignale von Störsignalen, die auf elektrochemische Vorgänge beim erzeugen des Magnetfeldes an den zur Signalauskopplung benutzten Elektroden auftreten zu bewältigen. Somit stand dem weitverbreiteten industriellen Einsatz magnetisch-induktiver Durchflussmesser (MID) nichts mehr im Wege.

[Bearbeiten] Aufbauprinzip

Messaufnehmer Aufbau

Ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser besteht im Grundprinzip aus einem Messrohr aus Metall, das von einem eine elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisenden Messgut durchflossen wird, welches von einem mittels Magnetanordnung erzeugten Magnetfeld durchsetzt ist, in dessen Bereich mindestens zwei gegenüberliegende am Messrohr angeordnete Messelektroden zur Erfassung der induktiv erzeugten Messspannung vorgesehen sind, wobei das metallische Messrohr mit einer elektrisch isolierenden Innenbeschichtung oder Auskleidung versehen ist.

Die komplette Messstelle eines Magnetisch-induktiven Durchflussmesser besteht aus einem Messaufnehmer und einem zugehörigen Messumformer.

[Bearbeiten] Messprinzip

Messprinzip

Das Messprinzip dieser Durchflussmesser nutzt die Trennung bewegter Ladungen in einem Magnetfeld. Durch ein Rohr aus nichtmagnetischem Werkstoff, das Innen eine elektrisch isolierende Auskleidung hat, strömt die zu messende leitfähige Flüssigkeit.

Von außen wird ein senkrecht wirkendes Magnetfeld mittels Spulen aufgebracht. Die in der leitfähigen Flüssigkeit vorhandene Ladungsträger, Ionen oder geladene Teilchen, werden durch das Magnetfeld abgelenkt: die positiven Ladungsträger zum Beispiel nach links, die negativen nach rechts. An den senkrecht zum Magnetfeld angeordneten Messelektroden entsteht durch die Ladungstrennung eine Spannung, die mit einem Messgerät (Auswertegerät) erfaßt wird. Die Höhe der gemessenen Spannung ist der Größe der Strömungsgeschwindigkeit der Ladungsträger. Die Messspannung ist proportional zur Fließgeschwindigkeit.

[Bearbeiten] Magnetfeld

Das Magnetfeld wird in neuzeitlichen Konstuktionen durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenitäten in der Flüssigkeit oder auch bei geringer Leitfähigkeit ist ein brauchbares Messsignal erreichbar.

Bei Magnetfeldern die mit reiner Wechselspannung betrieben werden kommt es zur Induktion von Störspannungen an den Elektroden, die jedoch durch aufwendige und geeignete Filter weitgehend unterdrückt werden können.

[Bearbeiten] Nutzspannung

Wird nun eine Messflüssigkeit durch das Rohr bewegt, liegt gemäß dem Induktionsgesetz an den beiden Messelektroden, die an der Messrohr senkrecht zur Fließrichtung und dem Magnetfeld B angeordnet sind, eine Spannung U an. Diese Spannung ist bei einem symmetrisches Strömungsprofil und einem homogenen Magnetfeld direkt proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit v. Das induktive Durchflussmessverfahren ist in der Lage, direkt aus dem Durchfluss ein elektrisch nutzbares Signal zur Weiterverarbeitung zu erzeugen. Daraus lässt sich der Zusammenhang wie folgt berechnen:^[1]

$U=k cdot Bcdot Dcdot v$

U = Spannung
B = Magnetfeld
D = Rohrdurchmesser
v = Strömungsgeschwindigkeit
k =Faktor Proportionalität

Durch eine nachgeschaltete Auswerteeinheit wird die Spannung in ein entsprechendes Nutzsignal umgewandelt.

[Bearbeiten] Durchflussmenge

Aus dem Rohrquerschnitt D und der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v kann somit der Wert des Durchflusses Q abgeleitet werden:

$Q= vcdot frac{pi cdot D^2 }{4}$

Sowohl für laminare wie auch für turbulente Strömungen ergibt sich eine lineare Abhängigkeit der Nutzspannung U von der Strömungsgeschwindigkeit v .^[2]

[Bearbeiten] Anwendungen

MID Messtelle im Wasserwerk

Magnetisch-induktiven Durchflussmessern für leitende Flüssigkeiten: Wasser, Breie, Pasten, Schlämme, Säuren, Laugen, Säfte und Emulsionen, einschließlich Flüssigkeiten mit einer Mindestleitfähigkeit von 0,5 µS/cm. Vielfältige Produktfunktionen und technische Eigenschaften garantieren die Eignung für fast alle Anwendungen wie zum Beispiel:

Hygienische und sterile Anwendungen
Abfüll- und Dosierapplikationen
Chemie
Pharma
Wasser, Netzwerke
Abwasser
Papier und Zellstoff

Magnetisch-induktive Durchflussmesser für besondere Anwendungen

Einsatz durch Sonderaufbau Nutzsignalabgriffe bei teilgefüllte Rohrleitung und Füllstanderkennung.
Kommunikation HART, PROFIBUS, FF HART, PROFIBUS DP
Ex-Design

[Bearbeiten] Vorteile

Messprinzip praktisch unabhängig von Druck, Dichte, Temperatur und Viskosität
Auch feststoffbeladene Flüssigkeiten (z.B. Erzschlämme, Zellstoffbreie)
Hohe Messdynamik bis 1000:1
Keine bewegten Teile
Keine Druckverluste
keine störenden Einbauten, Messtreckenverlauf wie Rohrleitung
CIP-/SIP-reinigbar, molchbar da freier Rohrquerschnitt
keine beweglichen Teile
lineares Ausgangssignal
auch für aggressive und korrosive Produkte
kein Einfluss der Leitfähigkeit, wenn sie größer 5 µS/cm
hohe Messgenauigkeit auch unter Feststoffbelastung und bei Gaseinschlüssen
hohe Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität.
Minimaler Wartungs- und Pflegeunterhalt

[Bearbeiten] Nachteile

die Forderung nach einer Mindestleitfähigkeit
maximale Messstofftemperatur bei etwa 200° C

[Bearbeiten] Einzelnachweise

[Bearbeiten] Quellen

[Bearbeiten] siehe auch:

[Bearbeiten] Literatur

Durchfluss- und Mengenmesstechnik. atp Praxiswissen Kompakt, Band 5 von Heinz Bernard, Frank Grunert, Frank Dornauf, Armin Brucker, Friedrich Hofmann; ISBN-10: 3-486-63074-1 ISBN-13: 978-3-486-63074-9
Zur Technik der Mengen- und Durchflussmessung von Flüssigkeiten ; Adalbert F und Fritz L Reuther Orlicek; Verlag: R. Oldenbourg München; ISBN 3486391119
Durchfluss Fibel Autor: Urs Endress u.a.; Verlag: FLOWTEC AG; Seitenzahl: 249 ISBN: 3905615037

[Bearbeiten] Weblinks

PDF-Dokument - Durchflussmesser ab Seite 7*

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