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Industrielle Automation 1/2018

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Industrielle Automation 1/2018

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Eine echte Alternative LIVE@ Durchflussmessgerät versus Strömungsschalter – eine Frage der Applikation! Strömungsschalter der neuen Generation verfügen über eine integrierte Temperaturmessung und/ oder Diagnosefunktionen Geht es um Strömungsmessungen verschiedenster Medien, können unterschiedliche Messprinzipien zum Einsatz kommen. Aber welches Verfahren ist für welche Anwendung sinnvoll, und welche Aspekte spielen dabei eine Rolle? Dies wird im Folgenden am Beispiel des kalorimetrischen Messprinzips erläutert, das eine Menge Vorteile bietet. Es steht außer Frage, dass die üblichen Durchflussmessgeräte die Aufgabe eines Strömungsschalters übernehmen können. Allerdings dienen solche Sensoren in erster Linie zur genauen Messung der Durchflussmenge pro Zeiteinheit, zum Beispiel zur Ermittlung von Wasser- oder Brennstoffverbrauch. Sie erfassen Volumen- oder Massenströme mit einer Messabweichung von zwei Prozent oder weniger und weisen somit gegenüber Strömungsschaltern eine höhere Genauigkeit auf. Diese Art Durchflussmessgerät stellt aber auch eine deutlich höhere Investition dar, bedingt durch ihre spe - zi fische Konstruktion, eine sehr umfangreiche Elektronik und der im Vergleich aufwändigen Installation. Oleg Greber, Product Management Electronic Products, Industrial Instrumentation, WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, Klingenberg Wann kommen Strömungswächter zum Einsatz? Geht es bei der Applikation ausschließlich um die Kontrolle, ob und wie stark ein Medium fließt, sind Strömungsschalter oder Strömungswächter eine deutlich günstigere und zugleich platzsparende Alternative. Sie detektieren die Strömung und lösen bei Erreichen oder Unterschreiten einer definierten Geschwindigkeit einen Schaltmechanismus aus. Die Genauigkeit spielt dabei eine untergeordnete Rolle, der Kontakt schaltet mit einer Nichtwiederholbarkeit von zwei bis fünf Prozent. Neben Strömungswächtern mit Schwebekörper, Turbine oder Flügelrad greifen Anwender verstärkt zu Geräten mit kalorimetrischem oder thermischem Messprinzip, z. B. für Kühlkreisläufe, Kühlschmierstoffsysteme von Werkzeugmaschinen, Filtereinheiten oder als Trockenlaufschutz in Pumpstationen. Kalorimetrische Strömungsschalter nutzen die physikalischen Gesetzmäßigkeiten des Wärmetransports in Strömungen. Je nach Hersteller basieren sie auf einer von zwei unterschiedlichen Methoden, die unabhängig von der Anwendung zum selben Messergebnis führen: Methode „Kontinuierliches Heizen“ Ein kalorimetrischer Strömungsschalter besitzt grundsätzlich einen Messfühler mit zwei integrierten Temperatursensoren. Einer der Sensoren wird kontinuierlich über ein eingebautes Heizelement (Drahtwicklung) mit gleichbleibender Heizleistung erwärmt und misst die dabei entstehende Temperatur an der Sensorspitze. Der zweite Sensor ermittelt die Temperatur des Mediums in der Förderleitung. Folglich stellt sich zwischen den beiden Sensoren ein Temperaturunterschied ein, welcher von der Elektronik des Geräts registriert wird. Diese Differenz ist umso kleiner, je höher die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in der Förderleitung ist. Sie fußt auf einer thermodynamischen Gesetzmäßigkeit: Ein Körper mit einer höheren Temperatur als seine Umgebung gibt an eine vorbeiströmende Masse Energie in Form von Wärme ab. Moleküle des Mediums, die an der Fühlerspitze des Schalters vorbeifließen, nehmen daher Wärme auf und transportieren sie 01 Geht es bei einer Applikation um die Detektion einer Strömung und/oder eine Trendanzeige sind Strömungsschalter die richtige Wahl 14 INDUSTRIELLE AUTOMATION 1/2018

weiter. Je häufiger Moleküle den Fühler passieren, desto höher ist die Kühlwirkung. Ihre Anzahl steigt kontinuierlich mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit. Methode „Reguliertes Heizen“ Der Aufbau des Messfühlers ist hierbei identisch. Jedoch wird bei dieser Methode die Heizleistung reguliert, sodass der Temperaturunterschied zwischen den beiden Sensoren durchweg konstant gehalten wird. Mit steigender Strömungsgeschwindigkeit muss demzufolge die Heizleistung erhöht werden. Sie ist somit das Maß für das Fließtempo des Mediums. Im Gegensatz zu den anderen Schalter- Arten haben kalorimetrische Strömungswächter keine beweglichen Teile im Medium. Daher arbeiten sie auch überall dort zuverlässig, wo verunreinigte Medien vorkommen können, beispielsweise in Kühlkreisläufen. Außerdem sind sie dadurch nahezu wartungsfrei. Lediglich beim Einsatz in stark anhaftenden Medien sollte eine periodische Reinigung des Fühlers erfolgen, da mögliche Rückstände die Genauigkeit beeinträchtigen können. Darüber hinaus weisen kalorimetrische Strömungsschalter eine hohe Toleranz gegenüber sich ändernden Medieneigenschaften wie Temperatur, Dichte, Dielektrizitätskonstante oder Leitfähigkeit auf. Sie können daher sowohl unter sta bi ­ len wie sich ändernden Bedingungen eingesetzt werden. Neue Generationen bieten eine hohe Leistungsfähigkeit 02 Detailaufnahme: Messfühler mit zwei integrierten Temperatursensoren, wobei einer kontinuierlich über ein Heizelement erwärmt wird Die Flexibilität der Geräte wird durch Wahl zwischen digitalem und analogem Ausgangsignal erhöht. Beim analogen Ausgang, zum Beispiel 4…20 mA, kann der Anwender anhand des kontinuierlichen Signals über die 03 Kalorimetrische Strömungsschalter sind prädestiniert für die Überwachung von Strömungen in Leitungssystemen Kalorimetrische Strömungsschalter besitzen eine hohe Toleranz gegenüber sich ändernden Medieneigenschaften. Messspanne auf die Strömungsentwicklung schließen. Somit lässt sich exemplarisch im Rahmen einer Filterüberwachung frühzeitig erkennen, wann sich eine Verblockung abzeichnet. Die Strömungsschalter der neuen Generation werden immer leistungsfähiger und intelligenter. Sie kommen in Ausführungen mit integrierter Temperaturmessung und/ oder Diagnosefunktionen auf den Markt. Anwender sind damit in der Lage, über das Gerät auch die Medientemperatur zu kontrollieren und ersparen sich somit eine zweite Messstelle. Die Diagnosefunktion warnt vor einem Sensordefekt. Im Schadensfall kann über den Schaltausgang eine nachgelagerte Sicherheitsfunktion ausgelöst werden. Bilder: Aufmacher iStockphoto/Wika, sonstige Wika www.wika.de +++ LINUX +++ LINUX +++ LINUX MC100 – Industrielle Datenkommunikation über Mobilfunk Vom einfachen Ethernet-Datenterminal bis zum programmierbaren Multifunktions- Gateway mit Erweiterungsboards Das MC100 ist eine erweiterbare Mobilfunk-Multifunktions- Plattform mit dem Charme eines beliebten Einplatinencomputers! MC100 Basis Board GPIO Interface Board M-Bus Interface Board Sensor Interface Board Besuchen Sie uns auf der embedded world 2018 27.2. – 1.3.2018, Nürnberg, Halle 3, Stand 338 Ihr Partner für M2M-/IoT-Projekte • Konzeption Ihrer Lösung • Entwicklung • Hardware • Software • Services alles aus einer Hand MC Technologies GmbH Kabelkamp 2 – 30179 Hannover Tel. +49 511 67 69 99 - 0 Fax +49 511 67 69 99 - 150 Website & Shop: www.mc-technologies.net info@mc-technologies.net

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