Magnetisch-induktiver Durchflussmesser - Wie er funktioniert

Magnetisch-induktive Durchflussmesser werden zur Messung leitfähiger Flüssigkeiten in einem System verwendet und haben eine hohe Genauigkeit. Die Einheitlichkeit und Raffinesse ihres Designs ermöglichen eine breite Palette von Anwendungen, von der industriellen Prozesssteuerung bis zur Umweltüberwachung. Dieser Artikel behandelt ihren Aufbau, ihr Funktionsprinzip, ihre Vorteile und ihre Anwendungen.

Inhaltsübersicht

• Design
• Funktionsprinzip
• Vorteile des elektromagnetischen Durchflussmessers
• Anwendungen für elektromagnetische Durchflussmesser
• FAQs

Design

Lesen Sie unseren Artikel über Durchflussmessertypen, um einen Überblick über die verschiedenen Ausführungen von Durchflussmessern zu erhalten.

Je nach Hersteller kann der Aufbau des magnetisch-induktiven Durchflussmessers variieren. Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, besteht der Aufbau eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers jedoch aus den folgenden Hauptkomponenten:

• Magnetische Spulen (A): Erzeugen Sie ein gleichmäßiges Magnetfeld senkrecht zur Flüssigkeitsströmung. Die Magnetspulen müssen so ausgelegt sein, dass sie ein gleichmäßiges Magnetfeld über den gesamten Querschnitt des Durchflussrohrs erzeugen, um genaue Messungen zu ermöglichen.
• Durchflussrohr (B): Der Hauptkörper des Durchflussmessers, durch den die leitende Flüssigkeit fließt. Das Material des Durchflussrohrs muss nicht leitend und chemisch mit der Prozessflüssigkeit kompatibel sein, um Korrosion und Ablagerungen zu verhindern. Zu den gängigen Materialien gehören Edelstahl, der mit PTFE oder anderen nicht reaktiven Stoffen ausgekleidet ist.
• Elektroden (C): Diese sind gegenüber dem Durchflussrohr angeordnet und erfassen die induzierte Spannung proportional zur Durchflussmenge. Die Elektroden werden in der Regel aus Materialien wie Edelstahl, Hastelloy, Titan oder Platin hergestellt, die aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihrer Fähigkeit, die Leitfähigkeit mit der gemessenen Flüssigkeit aufrechtzuerhalten, ausgewählt werden.
• Konverter (D): Verarbeitet das Elektrodenspannungssignal und wandelt es in einen Durchflusswert um. Die Konstruktion des Konverters ist von entscheidender Bedeutung, da er elektrisches Rauschen filtern und Schwankungen der Temperatur, der Flüssigkeitseigenschaften und des Strömungsprofils kompensieren muss.

Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers basiert auf dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion, das besagt, dass eine Spannung induziert wird, wenn sich ein Leiter durch ein Magnetfeld bewegt.

• Erzeugung eines Magnetfeldes: Elektromagnete, die an gegenüberliegenden Seiten des Durchflussrohrs angebracht sind, erzeugen ein stetiges und gleichmäßiges Magnetfeld, das das Durchflussrohr und die durchströmende Flüssigkeit durchdringt.
• Leitende Flüssigkeit: Die zu messende Flüssigkeit muss leitfähig sein. Die Flüssigkeit enthält geladene Ionen, die auf ein Magnetfeld reagieren können.
• Induzierte Spannung: Nach dem Faraday'schen Gesetz induziert die Bewegung der leitenden Flüssigkeit durch das Magnetfeld eine Spannung. Diese Spannung ist direkt proportional zu der Geschwindigkeit der Flüssigkeit, die sich durch das Feld bewegt. Je schneller die Flüssigkeit fließt, desto größer ist die induzierte Spannung.
• Messung der Elektroden: Um die induzierte Spannung zu erfassen, verfügt der Durchflussmesser über ein Elektrodenpaar, das mit der Flüssigkeit in Kontakt steht. Diese Elektroden sind im rechten Winkel zur Richtung des Magnetfelds und zur Strömung der Flüssigkeit angeordnet. Sie erfassen die in der Flüssigkeit induzierte Spannung und leiten dieses Signal an die elektronische Schaltung des Durchflussmessers weiter.
• Berechnung der Durchflussmenge: Die elektronische Schaltung verarbeitet das von den Elektroden empfangene Spannungssignal. Da die induzierte Spannung proportional zur Fließgeschwindigkeit ist und die Querschnittsfläche des Rohrs bekannt ist, kann die Durchflussmenge mit der Formel Q = A * v berechnet werden, wobei Q die Durchflussmenge, A die Querschnittsfläche des Rohrs und v die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit ist.
• Ausgangssignal: Der Durchflussmesser wandelt die berechnete Durchflussmenge in ein Ausgangssignal um, das für verschiedene Zwecke verwendet werden kann, z. B. zur Anzeige auf einer lokalen Anzeige, zur Übertragung an ein Steuerungssystem oder zur Aufzeichnung durch ein Datenerfassungssystem.

Vorteile des elektromagnetischen Durchflussmessers

Magnetisch-induktive Durchflussmesser haben folgende Vorteile:

• Sie haben keine beweglichen Teile, was zu einem geringen Wartungsaufwand und einer langen Nutzungsdauer führt.
• Sie können den Durchfluss von schmutzigen, ätzenden oder abrasiven Flüssigkeiten messen.
• Sie bieten eine hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit über einen großen Durchflussbereich. Die Genauigkeit eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers beträgt etwa ±0,5 % der Durchflussmenge oder mehr. Erfahren Sie mehr über dieses Thema in unserem Artikel über die Kalibrierung elektromagnetischer Durchflussmesser.
• Sie verursachen keinen Druckabfall in der strömenden Flüssigkeit.

Anwendungen für elektromagnetische Durchflussmesser

Magnetisch-induktive Durchflussmesser sind vielseitig und können in zahlreichen Branchen eingesetzt werden, z. B. in der Wasser- und Abwasseraufbereitung, der chemischen Verarbeitung, der Lebensmittel- und Getränkeherstellung, der Pharmazie und im Bergbau.

• Wasser- und Abwassermanagement
  • Messung des Durchflusses von sauberem Wasser für die kommunale Verteilung
  • Überwachung der Abwassereinleitung zur Sicherstellung der Umweltverträglichkeit
  • Durchflussmessung in Kläranlagen zur Prozesskontrolle und Effizienzsteigerung
• Chemische und pharmazeutische Industrie
  • Präzise Dosierung von Flüssigkeiten bei chemischen Reaktionen
  • Chargenkontrolle bei der Herstellung von Arzneimitteln
  • Messung des Durchflusses korrosiver Flüssigkeiten ohne Kontakt mit beweglichen Teilen, was den Wartungsaufwand minimiert
• Lebensmittel- und Getränkesektor
  • Durchflussmessung bei der Herstellung von Getränken (z. B. Bier) zur Gewährleistung von Konsistenz und Qualitätskontrolle
  • Überwachung von flüssigen Zutaten bei der Lebensmittelverarbeitung für eine genaue Rezeptformulierung
  • CIP-Systeme (Cleaning-In-Place) zur Überprüfung der Durchflussraten von Reinigungsmitteln
• Zellstoff- und Papierindustrie
  • Messung des Zellstoffschlammflusses zur Steuerung des Papierherstellungsprozesses
  • Verwaltung der bei der Papierherstellung benötigten chemischen Zusatzstoffe
  • Verfahren zur Abwasserbehandlung und -aufbereitung
• Bergbau und Mineralienverarbeitung
  • Durchflussmessung von Schlämmen zur Optimierung der Gewinnung und Verarbeitung von Mineralien
  • Management der Chemikaliendosierung für Trennverfahren
  • Kontrolle des Wasserverbrauchs in verschiedenen Phasen der Mineralienaufbereitung
• Landwirtschaft und Bewässerung
  • Überwachung der Wasserverteilung für Bewässerungssysteme, Unterstützung bei der Wassereinsparung
  • Management der Nährstoff- und Düngemittelausbringung durch Fertigationssysteme
  • Messung des Wasserdurchflusses in Aquakulturanlagen zur Aufrechterhaltung einer optimalen Umgebung für Wasserlebewesen

Nachteile von elektromagnetischen Durchflussmessern

• Nicht leitende Flüssigkeiten: Magnetisch-induktive Durchflussmesser können die Durchflussmenge von nicht leitenden Flüssigkeiten nicht messen.
• Anforderungen an die Leitfähigkeit der Flüssigkeit: Die Leitfähigkeit der Flüssigkeit muss einen Mindestwert überschreiten, damit der Durchflussmesser korrekt funktioniert. Überprüfen Sie die Datenblätter des Herstellers, um den spezifischen Leitfähigkeitswert zu bestimmen.
• Strömungsprofil: Magnetisch-induktive Durchflussmesser erfordern einen voll entwickelten Durchflussmesser. Hindernisse, Bögen oder ein unzureichender gerader Verlauf der Rohrleitung vor und nach dem Sensor können zu Messfehlern führen.
• Bedingungen für das Durchflussrohr: Die isolierende Auskleidung des Durchflussrohrs muss intakt und frei von Beschädigungen oder Ablagerungen sein. Jegliche Beeinträchtigung der Integrität der Auskleidung, wie z. B. Ablagerungen, Lochfraß oder Verschmutzung, kann sich negativ auf die Leistung auswirken und zu ungenauen Durchflussmesswerten führen.
• Elektrische Störungen: Externe elektromagnetische Felder können den Betrieb des Durchflussmessers stören. Störungen können von in der Nähe befindlichen Geräten wie Motoren oder Frequenzumrichtern ausgehen und Signalrauschen oder falsche Messwerte verursachen. Abschirmung und ordnungsgemäße Erdung sind notwendig, um diese Auswirkungen abzuschwächen.
• Begrenzter Einsatz in Gas- und Dampfanwendungen: Da magnetisch-induktive Durchflussmesser für die Messung von Flüssigkeitsdurchfluss ausgelegt sind, eignen sie sich nicht für Gas- oder Dampfanwendungen. Die fehlende elektrische Leitfähigkeit in diesen Medien verhindert die Erzeugung einer messbaren induzierten Spannung.
• Hohe Vorabkosten: Im Vergleich zu einigen mechanischen Durchflussmessern können magnetisch-induktive Durchflussmesser aufgrund ihrer hochentwickelten elektronischen Komponenten und Konstruktionsmaterialien höhere Anschaffungskosten haben. Dies wird jedoch häufig durch geringere Wartungskosten und die Langlebigkeit des Geräts ausgeglichen.
• Temperatur- und Druckbegrenzungen: Obwohl magnetisch-induktive Durchflussmesser für einen breiten Temperatur- und Druckbereich geeignet sind, können extreme Bedingungen die Betriebsgrenzen von Standardsensoren und -auskleidungen überschreiten. Für sehr hohe Temperaturen oder Drücke sind spezielle Zähler erforderlich, die die Kosten erhöhen und die Möglichkeiten einschränken können.

FAQs

Wie funktioniert ein elektromagnetischer Durchflussmesser?

Ein elektromagnetischer Durchflussmesser verwendet ein Magnetfeld und Elektroden, um die Durchflussmenge einer Flüssigkeit durch den Durchflussmesser zu messen.

Was ist der Unterschied zwischen einem elektromagnetischen Durchflussmesser und einem Ultraschall-Durchflussmesser?

Ein elektromagnetischer Durchflussmesser misst den Durchfluss einer leitfähigen Flüssigkeit mit Hilfe des magnetischen Flusses und ein Ultraschall-Durchflussmesser misst den Schall, der sich durch eine Flüssigkeit bewegt, um die Durchflussrate zu messen.