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Grundlagen der Durchflußmessung von gasförmigen Medien
Neben dem Meßgeräteangebot für Druck liefert unsere Firma ein umfassendes Angebot von Geräten zur Messung von Volumen- und Masseströmen. Wir haben uns dabei ganz auf die Messung gasförmiger Medien spezialisiert.
Das exakte Messen von Luftmengen gehört zu den komplexeren Aufgaben der physikalischen Meßtechnik. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten ist Luft kompressibel und dehnt sich stark aus, wenn sie erwärmt wird.
Wenn man an Luft denkt, dann fällt jedem ganz emotional das Medium ein, das uns umgibt und das wir ständig ein- und ausatmen, also Luft unter Atmosphärendruck und bei Raumtemperatur. Dieser Zustand wurde deshalb als Normzustand definiert. Bei technischen Anwendungen liegt Luft jedoch in den seltensten Fällen in diesem Normzustand vor. Je nach Anwendungsfall ist sie erwärmt oder gekühlt. Man arbeitet mit „Preßluft“ oder es handelt sich um mehr oder weniger tiefes Vakuum. Wenn man also Luftmengen messen will, dann ist nicht nur von Interesse welches Volumen gemessen wurde, sondern auch, unter welchem Druck und welcher Temperatur diese Messung stattgefunden hat. Ohne diese Zusatzinformation ist die Messung wertlos bzw. nicht genügend.
Gasflüsse und Mengen lassen sich nur vergleichen, indem man sie auf definierte Normbedingungen umrechnet. Wie schon gesagt, – nur mit allen Angaben ist eine Umrechnung vom Betriebszustand auf den Normzustand möglich. Im Gasgesetz ist der physikalische Zusammen-hang zwischen Druck p, Temperatur t und Volumen v, allgemeingültig ausgedrückt. Das Gesetz lautet:
P1 x V1 = P2 x V2
t1 t2
Über diese Formel können Sie jede gemessene Luftmenge in andere genormte oder ungenormte Zustände überführen. Bitte beachten Sie dabei, daß in dieser Formel der Druck und die Temperatur als absolute Größen eingesetzt werden müssen! (P abs und °Kelvin).
Alle Wirkdruckmeßverfahren und auch die weitverbreiteten Schwebekörpergeräte unterliegen dieser Gesetzmäßigkeit. Wenn Sie also unter Bedingungen messen, die weit von den definierten Normzuständen abweichen, dann ist eine Umrechnung zwingend erforderlich. Erst mit der Rückrechnung werden Ansaugmengen, Verbrauchswerte oder Leckagen vergleichbar. Wir haben diese elementaren Zusammenhänge bewußt noch einmal verdeutlicht, weil wir immer wieder feststellen, daß diese Dinge oftmals in der täglichen Meßpraxis vergessen oder ignoriert werden.
Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, den Durchfluß oder die Luftmenge zu messen. Jede Methode hat Vor- und Nachteile und kein Prinzip ist für alle Anwendungen gleich gut geeignet. In unserer Übersicht haben wir versucht, die bekanntesten Methoden systematisch aufzuzeigen. In unserem Schaubild sehen Sie, daß sich die Durchflußmeßgeräte in die beiden wichtigen Gruppen Volumendurchfluß und Massendurchfluß aufteilt.
Volumendurchflussmessgeräte
liefern ein Meßergebnis „Betriebsliter/Zeit“, das den Einwirkungen von Druck und Temperatur unterliegt. Alle eingangs gemachten Hinweise treffen auf Geräte dieser Gattung zu.
Massendurchflussmessgeräte
kommen dem Wunsch des Anwenders entgegen, ohne Umrechnung ein Normlitersignal zu erhalten. Geräte dieser Kategorie messen die Masse des durchströmenden Gases in „Gramm/Zeit“. Wenn man die Dichte des Gases kennt, dann ist eine Kalibrierung in „Normliter/Zeit“ möglich.
Vergessen Sie in diesem Zusammenhang nie, dass alle Durchflussmesseinrichtungen gasartabhängig sind. Andere Gase und Gaszusam- mensetzungen haben immer einen anderen Messwert zur Folge.
Unsere Firma kann Ihnen sowohl im Bereich der Volumenstrommessung, als auch bei Massestrommessung interessante Problemlösungen bieten.
Als Lieferant von Differenzdruckmeßgeräten für kleine Drücke wurden wir im Dialog mit unseren Kunden ganz automatisch mit den verschiedenen Methoden der Wirkdruckmessung vertraut. In der Standardnorm DIN 1952 werden die Möglichkeiten mittels Blenden, Venturirohren usw. detailliert beschrieben.
Uns störte immer wieder der relativ hohe Druckverlust und der quadratische Zusammenhang zwischen Durchfluß und Differenzdruck. Wenn sich die Hälfte des Durchflusses nur als ein Viertel am Meßergebnis auswirkt, dann ist man mit der Dynamik der Meßanordnung schnell am Ende.
Wir suchten nach einer Meßmethode, die ein lineares Ausgangssignal bei geringem Druckverlust haben sollte. Eine weitere wichtige Forderung war ein sehr schnelles Ansprechverhalten.
Im Bereich der Medizin sind wir fündig geworden. Sogenannte Pneumotachographen, die seit den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts zur Atemdiagnostik eingesetzt werden, erfüllten unsere Vorgaben recht optimal. Physikalisch gesehen sind diese Aufnehmer laminare Meßblenden. Diese Elemente in Verbindung mit präzisen Differenzdruckaufnehmern sind eine ideale Kombination und sind für viele Meßaufgaben geeignet, die mit anderen Methoden nicht realisiert werden können. Unsere Firma hat die LFE-Meßtechnik in den letzten 25 Jahren im industriellen Bereich publik gemacht und durch Grundlagenarbeit wichtige Impulse gegeben.
Als wir begonnen haben, Geräte für den Massendurchfluß zu entwickeln, haben wir uns für das thermische Meßprinzip entschieden. Dieses Verfahren gestattet wie beim LFE die Messung kleinster Durchflüsse. Da wir direkt im Luftstrom messen, sind die Ansprechzeiten kürzer als gewohnt. Laminatoren halten den Druckabfall klein. Mit diesen Eigenschaften können wir Geräte liefern, die die Nachteile anderer Anbieter vermeiden.
Charakteristisch für unser Geräteangebot ist:
- Viele Meßbereiche im Bereich von (
- speziell, kleine und kleinste Flüsse
- geringe Druckabfälle
- schnelles Ansprechverhalten
Von fast allen Meßgeräten für physikalische Meßgrößen ist man heute gewohnt, daß selbst einfache Meßgeräte eine Genauigkeit von unter 1% haben. Bei Durchflußmeßgeräten für Luft ist das ganz anders. Geräte mit Meßfehlern unter 1% sind sehr präzise. Denken Sie daran, daß der Messfehler ein Summenfehler aus einer Vielzahl von Parametern ist.