Durchflussmesser sind spezielle Instrumente zur Messung von Flüssigkeitsströmen, die in vielen industriellen und wissenschaftlichen Bereichen eingesetzt werden. Dieser Artikel bietet eine animierte Demonstration und kurze Beschreibungen der Funktionsprinzipien von 11 häufig verwendeten industriellen Durchflussmessern. Diese Geräte nutzen Prinzipien aus Mechanik, Elektrizität, Thermodynamik und anderen Disziplinen und bieten wichtige technische Unterstützung für die industrielle Produktion und wissenschaftliche Forschung.
1. Turbinen-Durchflussmesser
Die Rotationsgeschwindigkeit der Turbine ist innerhalb eines bestimmten Bereichs direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Während die Flüssigkeit fließt, treibt sie die Turbine zur Drehung an. Die Drehzahl wird in elektrische Impulssignale umgewandelt, die auf einem Sekundärinstrument angezeigt werden und die Durchflussmenge der Flüssigkeit genau wiedergeben.
2. Rotameter (Durchflussmesser mit variabler Fläche)
Die Flüssigkeit tritt von unten in das konische Rohr ein und drückt den Schwimmer nach oben. Der Schwebekörper ist dem dynamischen Druck durch die aufwärts gerichtete Strömung, dem Auftrieb durch die verdrängte Flüssigkeit und der nach unten gerichteten Schwerkraft durch sein eigenes Gewicht ausgesetzt. Wenn sich die Durchflussmenge ändert, passen sich die auf den Schwimmer wirkenden Kräfte entsprechend an. Wenn diese Kräfte ein Gleichgewicht erreichen, stabilisiert sich der Schwimmer in einer bestimmten Position innerhalb des Rohrs. Bei einer bestimmten Konstruktion entspricht die Position des Schwebekörpers einer bestimmten Durchflussmenge, die durch die Skala oder das elektronische Messsystem des Rohrs kalibriert wird. Dadurch kann die Durchflussmenge direkt abgelesen werden, was eine zuverlässige und genaue Methode zur kontinuierlichen Durchflussüberwachung darstellt.
3. Elektromagnetischer Durchflussmesser
Elektromagnetische Durchflussmesser arbeiten nach dem Faraday'schen Gesetz der elektromagnetischen Induktion, bei dem eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Spannung induziert wird, wenn sich eine leitende Flüssigkeit durch ein Magnetfeld bewegt. Elektroden erfassen diese Spannung, die der Messumformer verarbeitet, um den volumetrischen Durchfluss zu bestimmen. Da diese Messgeräte keine beweglichen Teile haben, sind sie äußerst zuverlässig, wartungsarm und ideal für leitfähige Flüssigkeiten wie Wasser, Abwasser und korrosive Flüssigkeiten und bieten Vielseitigkeit und Langlebigkeit in verschiedenen industriellen Anwendungen.
4. Vortex-Durchflussmesser
Vortex-Durchflussmesser nutzen das Prinzip der Flüssigkeitsschwingung. Wenn die Flüssigkeit einen Staukörper im Messgerät passiert, werden stromabwärts wechselnde Wirbel erzeugt, deren Frequenz proportional zur Flüssigkeitsgeschwindigkeit ist. Durch Messung der Wirbelfrequenz und unter Berücksichtigung der Rohrquerschnittsfläche wird die Durchflussmenge berechnet. Diese einfache und zuverlässige Methode ist weit verbreitet.
5. Coriolis-Massendurchflussmesser
Auf der Grundlage des Coriolis-Effekts erzeugt eine Flüssigkeit, die durch ein schwingendes Rohr fließt, eine Kraft, die proportional zum Massendurchfluss ist. Durch Messung dieser Kraft bestimmt der Coriolis-Durchflussmesser direkt und genau den Massendurchfluss. Er wird häufig in industriellen Präzisionsanwendungen eingesetzt.
6. Blende Durchflussmesser
Wenn eine Flüssigkeit durch eine Blende fließt, wird sie beschleunigt, während der statische Druck abnimmt, wodurch eine Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seite entsteht. Basierend auf dem Prinzip der Energieerhaltung ist die Durchflussmenge direkt proportional zu dieser Druckdifferenz. Blenden-Durchflussmessgeräte sind kostengünstig und für verschiedene Medien geeignet.
7. Düsendurchflussmesser
Wenn die Flüssigkeit durch die Düse strömt, nimmt ihre Geschwindigkeit zu, während der statische Druck abnimmt, wodurch eine Druckdifferenz entsteht. Die Durchflussmenge ist proportional zu dieser Druckdifferenz. Durch die Messung der Druckdifferenz wird die Durchflussmenge genau bestimmt. Düsendurchflussmesser sind zuverlässig und für hohe Geschwindigkeiten und hohe Drücke geeignet.
8. Venturi-Durchflussmesser
Wenn eine Flüssigkeit durch die Verengung eines Venturirohrs fließt, nimmt ihre Geschwindigkeit zu und der statische Druck sinkt, wodurch eine Druckdifferenz entsteht. Die Druckdifferenz korreliert mit der Durchflussmenge. Venturi-Durchflussmesser haben einen geringen Druckverlust und sind für die Messung großer Durchflüsse geeignet.
9. Ultraschall-Durchflussmesser
Ultraschall-Durchflussmesser verwenden häufig die "Zeitdifferenzmethode", bei der zwei Messwertgeber Ultraschallsignale durch die Flüssigkeit übertragen. Der Unterschied in der Laufzeit zwischen den Signalen stromaufwärts und stromabwärts wird zur Berechnung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit und der Durchflussmenge verwendet. Diese nicht-invasive, hochpräzise Methode ist vielseitig und weithin anwendbar.
10. Durchflussmesser mit positiver Verdrängung
Angetrieben durch den Druckunterschied zwischen Einlass und Auslass drehen sich die Rotoren im Durchflussmesser, wodurch Flüssigkeit in Kammern mit festem Volumen ein- und austritt. Durch Zählen der Rotorumdrehungen kann das Gesamtvolumen der Flüssigkeit, die durch den Zähler fließt, direkt berechnet werden. Diese Methode ist sehr genau und ideal für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität.
11. Ovalrad-Durchflussmesser
Der Druckunterschied treibt ein Paar ovaler Zahnräder an, die sich kontinuierlich drehen und die Flüssigkeit aus dem sichelförmigen Hohlraum zum Auslass leiten. Der Gesamtdurchfluss ist direkt proportional zu der Anzahl der Zahnradumdrehungen multipliziert mit dem Volumen pro Umdrehung. Dieser Zähler eignet sich für die Durchflussmessung von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität.
Schlussfolgerung
Die 11 in diesem Artikel vorgestellten Durchflussmessgeräte beruhen auf Prinzipien der Mechanik, Elektrizität und Thermodynamik und finden in der industriellen und wissenschaftlichen Durchflussmessung breite Anwendung. Das Verständnis ihrer Funktionsprinzipien kann bei der Auswahl des am besten geeigneten Durchflussmessers für bestimmte Anforderungen helfen und die Messgenauigkeit und Betriebseffizienz verbessern.
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