Was ist ein Turbinen-Durchflussmesser?

Turbinen-Durchflussmesser , ein innovatives Gerät zur Geschwindigkeitsmessung, wird in verschiedenen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Kryotechnik und dem eichamtlichen Verkehr umfassend eingesetzt. Diese Messgeräte, eine Idee von Reinhard Woltman aus dem 18. Jahrhundert, sind für ihre Präzision bei der Messung von Flüssigkeits- und Gasströmen bekannt. Das Design besteht aus einem Rotor mit mehreren Schaufeln, die senkrecht zum Flüssigkeitsstrom positioniert sind. Dieser Rotor, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Dosierkammer, dreht sich frei auf Lagern, wobei seine Drehzahl direkt mit der Durchflussrate der Flüssigkeit korreliert.

Das Messgerät erkennt die Turbinendrehung auf verschiedene Weise, darunter Festkörpergeräte wie Reluktanz-, Induktivitäts-, kapazitive und Hall-Effekt-Sensoren oder mechanische Methoden wie Zahnrad- oder Magnetantriebe. Bei der Reluktanzmethode interagiert eine Spule mit einem Permanentmagneten mit magnetanziehenden Turbinenschaufeln, um Spannung zu erzeugen, wenn jede Schaufel die Spule passiert. Dieser Spannungsimpuls bezeichnet ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen, gemessen mit dem K-Faktor des Messgeräts.

Der Induktivitätsansatz verwendet einen Permanentmagneten im Rotor oder magnetisierte Rotorblätter, die Spannungsimpulse erzeugen, wenn die Rotorblätter die Spule passieren. Einige Designs verfügen über ein einzelnes Magnetblatt, wobei jeder Impuls eine volle Rotorumdrehung bedeutet. Die Reluktanz- und induktiven Sensorsignale sind kontinuierliche Sinuswellen, deren Frequenz die Durchflussrate widerspiegelt. Bei niedrigen Durchflussraten erfordert das schwache Ausgangssignal jedoch eine Nähe zwischen dem Sensor und seiner Anzeigeelektronik oder seinem Vorverstärker.

Präzision des Turbinenradzählers

Turbinenradzähler zeichnen sich durch ihre Genauigkeit aus, die üblicherweise als Prozentsatz des tatsächlichen Durchflusses (% AR) ausgedrückt wird. Ein solches Messgerät verfügt über eine bemerkenswerte Linearitätsgenauigkeit von ±0,25 % über einen Durchflussbereich von 10:1 und eine noch feinere Linearität von ±0,15 % über einen Bereich von 6:1. Die Wiederholgenauigkeit seines wichtigsten Leistungsindikators reicht von ±0,2 % bis zu bemerkenswerten ±0,02 % innerhalb des linearen Bereichs.

Aufgrund geringfügiger Abweichungen in der Herstellung kann jeder Turbinenradzähler  wird vor dem Versand einer Kalibrierung unterzogen. Diese Kalibrierung ermittelt den K-Faktor, der die Anzahl der Impulse pro Volumeneinheit angibt, die innerhalb des angegebenen Linearitätsbereichs bleibt. Es ist möglich, mehrere K-Faktoren für verschiedene Strömungssegmente aufzuzeichnen und so elektronische Anpassungen als Reaktion auf unterschiedliche Durchflussraten zu ermöglichen. Es ist wichtig zu beachten, dass der K-Faktor spezifisch für die Flüssigkeit ist, für die das Messgerät ursprünglich kalibriert wurde.

Turbinenzähler aus Vollmaterial zeigen normalerweise eine Linearität von ±0,25 % AR über einen Durchflussbereich von 10:1. Bei größeren Messgeräten liegt diese Linearität im gleichen Bereich bei ±0,5 % AR. Ein bemerkenswertes Merkmal von Turbinenradzählern ist eine geringfügige Nichtlinearität, die oft als Turbinenradzählerbuckel bezeichnet wird. in den unteren 25–30 % ihres Bereichs beobachtet. Durch die Aufrechterhaltung des Mindestdurchflusses über diesem Schwellenwert kann eine Linearität von 0,15 % bei kleineren Zählern und 0,25 % bei größeren Zählern erreicht werden. Wenn ein Bereich von 10:1 nicht ausreicht, können bestimmte Turbinenradzähler bis zu einem Turn-Down von 100:1 reichen. Dies wirkt sich jedoch auf die Genauigkeit aus und verringert sich auf 1 % des Skalenendwerts.

Anwendungen für Turbinen-Durchflussmesser

Turbinenradgaszähler finden ihren Einsatz in einer Vielzahl von Bereichen, unter anderem aber nicht beschränkt auf:

● Öl und Gas

● Wasser- und Abwassermanagement

● Gasversorger

● Chemische Industrie

● Energieerzeugung

● Lebensmittel- und Getränkeproduktion

● Luft- und Raumfahrt

● Pharmazeutische Herstellung

● Metall- und Bergbaubetriebe

● Zellstoff- und Papierindustrie

Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Turbinen-Durchflussmessern

Trotz ihrer Vielseitigkeit weisen Turbinenradgaszähler bestimmte Einschränkungen auf. Ihre Genauigkeit nimmt bei geringeren Durchflussraten aufgrund der Rotor- und Lagerreibung ab. Daher wird empfohlen, sie mit mehr als 5 % ihrer maximalen Durchflusskapazität zu betreiben. Der Einsatz bei hohen Geschwindigkeiten kann zu vorzeitigem Lagerverschleiß führen und möglicherweise das Messgerät beschädigen.

Beim Umgang mit nicht schmierenden Flüssigkeiten besteht ein erhöhtes Risiko von Lagerverschleiß, der die Genauigkeit des Messgeräts beeinträchtigen und schließlich zum Ausfall führen kann. In solchen Fällen kann ein häufiger Austausch der Lager erforderlich sein, was die Wartungskosten in die Höhe treibt.

Die Verwendung dieser Messgeräte mit verschmutzten Flüssigkeiten sollte vermieden werden, um Verschleiß und Lagerschäden zu vermeiden. Da Turbinen-Durchflussmesser bewegliche Teile enthalten, unterliegen sie im Laufe der Zeit und der Nutzung einem allmählichen Verschleiß.

Darüber hinaus ist es wichtig, plötzliche Wechsel vom Gas- zum Flüssigkeitsdurchfluss zu vermeiden, da diese das Messgerät belasten, seine Genauigkeit beeinträchtigen und möglicherweise Schäden verursachen können. Bedingungen wie Rohrfüllung, Schwallströmung und Zweiphasenströmung können zu Ungenauigkeiten bei den Messwerten des Turbinenradzählers führen.

Vorteile der Verwendung von Turbinen-Durchflussmessern

Turbinen-Durchflussmesser sind für ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten bekannt, insbesondere bei der Bewältigung unterschiedlicher Durchflussraten. Sie bieten ein beeindruckendes Regelverhältnis von bis zu 35:1 und erfüllen so unterschiedliche Durchflussanforderungen. Einer der Hauptvorteile ist ihre kostengünstige Genauigkeit, was sie in vielen Branchen zu einer beliebten Wahl macht. Ihre Konstruktion ist sowohl einfach als auch robust und gewährleistet eine lange Haltbarkeit. Auch hinsichtlich Installation und Wartung sind diese Messgeräte benutzerfreundlich.

Darüber hinaus sind Turbinen-Durchflussmesser anpassbar, wenn sie in andere Instrumente integriert werden, um eine präzise Durchflussregelung zu ermöglichen. Sie verfügen über eine Reihe von Prozessanschlussoptionen, die ihre Vielseitigkeit erhöhen. Diese Messgeräte können bei verschiedenen Temperaturen und Drücken effizient arbeiten und sind daher für mehrere Anwendungen geeignet. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist ihr geringer Druckabfall, der zur Aufrechterhaltung der Systemeffizienz beiträgt. Schließlich bieten sie eine praktische Signalausgabe zur einfachen Überwachung und Steuerung.

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