Schwebekörper-Durchfluss­messgeräte

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Die Schwebekörper-Durchflussmesstechnik ist eine der ältesten Messprinzipien für Durchfluss überhaupt und eignet sich zur Messung von Volumenströmen sowohl von Gasen, als auch von Flüssigkeiten.

Generelle Einsatzgebiete

Für viele industrielle Anwendungen sind Schwebekörper-Durchflussmessgeräte die Standardlösung für Durchflussmessungen, die oftmals vollkommen ausreichende Funktionalität bieten. Der zuverlässige Betrieb ohne Hilfsenergie ist, neben den niedrigen Kosten, ein wesentlicher Vorteil von Schwebekörper-Durchflussmessgeräten. Oftmals werden sie eher als Durchflussanzeiger statt als Durchflussmessgeräte genutzt.

Typischerweise werden Schwebekörper-Durchflussmessgeräte zur Messung relativ geringer Durchflüsse eingesetzt. Die Prozessanschlüsse reichen dabei von 4 mm Schlauchtüllen bis hin zu DN 100 Flanschverbindungen. Die Messung soll meist kostengünstig sein, ohne Hilfsenergie zuverlässig funktionieren, und hat nicht die höchsten Ansprüche an Genauigkeit. Die Messstoffe sind sauber und nicht-abrasiv. Nicht selten werden hohe Anforderungen an Druck- und Temperaturbeständigkeit gestellt, die bis an 400°C und mehrere hundert bar reichen können.

Applikationen

Die Einsatzfelder als rein mechanische Geräte finden sich in nahezu allen Industrieprozessen der chemischen und petrochemischen, der pharmazeutischen und der Lebensmittelindustrie, in der Metallindustrie oder im Maschinenbau. Typische Prozessanwendungen sind dabei die Messung von Additiven wie Katalysatoren, Tenside, Schaumhemmer, Korrosionsschutzmittel, Emulgatoren, Chlorstoffe, Schwefelstoffe usw. Oftmals wird aber auch einfach Luft oder Wasser gemessen. Als sogenannte Purgemeter werden sie zur Messung von Spülmedien eingesetzt.

Des Weiteren werden sie zur kontinuierlichen Überwachung und Optimierung chemischer Prozesse für die zuverlässige Probennahme in Analysesystemen verwendet. An rotierenden Maschinen wie Prozesspumpen dosieren und überwachen sie Schmierstoffe oder Kühlmittel für Lager und Dichtungen. Ebenso zuverlässig werden die Geräte zur Inertisierung, z.B. von Tanks oder Behältern benutzt, um die Bildung explosiver Atmosphären zu verhindern.

Bei der Gasbelüftung wird beispielsweise Sauerstoff durch eine Flüssigkeit gesprudelt, um einen Prozess zu aktivieren oder eine Anreicherung zu bewirken. Auch in Laboratorien und an Testständen sind Schwebekörper-Durchflussmessgeräte zur Dosierung kleiner Mengen nicht wegzudenken.

Weiterhin gibt es einige OEM-Applikationen, also Anwendungen, in denen das Gerät als Teil eines Apparats, einer Maschine oder einer Anlage Verbreitung findet. In der zuvor bereits erwähnten Anwendung bei der Gasanalyse werden die Geräte oft bereits seitens der Hersteller von Gasanalyseeinheiten integriert.

Bei der Sperrgasüberwachung an Turbo-Kompressoren sorgen sie dafür, dass die Gasdichtungen zuverlässig arbeiten, länger halten und keine Leckströme aufweisen.

Von Schutzgaseinrichtungen an Schweißanlagen, über Luftversorgungseinheiten, bis hin zur Gaseinstellung von Brennersystemen reicht die Bandbreite weiterer Einsatzmöglichkeiten. In der Ausführung mit hygienischem Geräte-Design kommen sie beispielsweise in Separatoren in der Lebensmittelindustrie oder in Reinstwasseranlagen in der Pharmaindustrie zum Einsatz.

Messprinzip

Schwebekörper-Durchflussmessgeräte werden zur Volumendurchflussmessung von Flüssigkeiten und Gasen verwendet. Sie bestehen aus einem senkrecht stehenden Messrohr, das sich nach oben hin kontinuierlich erweitert, und einem speziell geformten Schwebekörper, der sich im Messrohr frei auf und ab bewegen kann. Die Messkante des Schwebekörpers bildet mit dem Messrohr einen variablen Ringspalt.

Je höher die Position des Schwebekörpers, desto größer ist der Ringspalt und damit der Flächenquerschnitt, durch den das Medium am Schwebekörper vorbeifließen kann. Daher werden Schwebekörper-Durchflussmessgeräte im englischen auch als Variable Area Flowmeters bezeichnet.

Wenn kein Durchfluss vorliegt, befindet sich der Schwebekörper aufgrund der Schwerkraft am unteren Ende des Messrohres. Sobald der Messstoff von unten nach oben durch das Rohr fließt, wird der Schwebekörper soweit angehoben, bis die angreifenden Kräfte im Gleichgewicht sind.

Auf den beweglichen Schwebekörper wirken im wesentlichen drei Kräfte:

Nach unten als Rückstellkraft wirkt die sogenannte Gewichtskraft G, entgegengesetzt nach oben wirken die Auftriebskraft A und die Strömungskraft S.

Die Höhenstellung des Schwebekörpers ist ein Maß für den Durchfluss.

Die Gewichtskraft sowie die Auftriebskraft sind für eine gegebene Applikation konstant.

Lediglich die Strömungskraft kann vorübergehend bei einer Änderung des Durchflusses variieren und den Schwebekörper in eine andere Position bewegen.

Inhalte des eLearning-Kurses

Modul 1 (Dauer: ca. 12 Min.):
  • Einführung und Historie des Schwebekörper-Durchflussmessverfahrens
  • Messprinzip und prinzipielle Funktionsweise
  • Physikalische Grundlagen in Bezug auf das Messprinzip
  • Sizing Tool
Modul 2 (Dauer: ca. 19 Min.):
  • Besonderheiten bei veränderten Betriebsbedingungen
  • Messgenauigkeit
  • Generelle Eigenschaften
  • Einsatzgrenzen
  • Installationshinweise
  • Typische Schwebekörper-Applikationen in der Industrie

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