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Industrielle Automation 5/2019

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Industrielle Automation 5/2019

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Vielseitig und äußerst robust Thermodynamische Strömungssensoren spielen in vielen Anwendungen ihre Stärken aus Strömungssensoren überwachen Strömungen bzw. messen die Strömungsgeschwindigkeit von Medien in geschlossenen Systemen wie Rohrleitungen. Viele Industriebereiche schätzen die hohe Zuverlässigkeit solcher Geräte, zumal sie weitaus mehr können, als erwartet. 01 Strömungssensoren funktionieren nach dem thermodynamischen Prinzip. Das Sensorelement wird hierbei von innen heraus um einige Grad Celsius gegenüber dem Medium, in das das Sensorelement hineinragt, aufgeheizt. Die im Sensorelement erzeugte Wärme wird durch das Medium abgeführt. Dieser Wärmeabfuhr- bzw. Kühleffekt ist umso stärker, je schneller das Medium am Sensorelement vorbeiströmt. Die im Sensorelement entstehende Temperatur wird gemessen und mit der ebenfalls erfassten Medientemperatur verglichen. Die hieraus resultierende Temperaturdifferenz ermöglicht es nun, den Strömungszustand für jedes Medium abzuleiten. Die Empfindlichkeit von thermodynamischen Strömungssensoren ist immer abhängig von der Wärmekapazität eines zu erfassenden Mediums. Eine zentrale Frage lautet demnach: In welcher Zeit bzw. wie schnell kann ein zu überwachendes Medium Wärme aufnehmen? In diesem Zusammenhang ist außerdem zu beachten, dass Strömungssensoren zumeist träger reagieren, z. B. im Vergleich zu Klappensensoren. Christian Fiebach, Geschäftsführer, ipf electronic gmbh, Lüdenscheid Kompakt oder zweiteilig? Strömungssensoren lassen sich in Kompaktgeräte und zweiteilige Geräte einteilen. Zweiteilige Geräte bestehen aus einem in ein Medium hineinragendes Sensorelement und einer hiervon getrennten Auswerteeinheit. Kompaktgeräte integrieren die Auswerteeinheit, sodass die Einstellung des Grenzwertes direkt an der Messstelle erfolgen kann. Welche dieser Lösungen in einer spezifischen Anwendung zum Einsatz kommt, hängt von der Messaufgabe, aber auch vom Platzangebot sowie der Einbausituation am Installationsort eines Strömungssensors ab. Sind z. B. Medien mit höheren Temperaturen zu erfassen bzw. zu messen, empfehlen sich durch die Trennung der Auswerteeinheit vom eigentlichen Sensorelement zweitei lige Geräte. Kompaktgeräte im Detail Kompaktgeräte unterteilen sich in Lösungen mit Messspitze und sogenannte Inline- Sensoren. Bei Geräten mit Messspitze ragt das Sensorelement in ein Medium hinein, wobei sich die Messspitze beim Einsatz in Rohren idealerweise in der Mitte des Rohr- querschnitts befindet, da hier die für die einwandfreie Funktion des Sensors erforderliche laminare, gleichmäßige Medienströmung vorherrscht. Inline-Sensoren verfügen über ein Messrohr mit mehreren auf der Innenseite großflächig angeordneten Sensorelementen, die im Vergleich zu Geräten mit Messspitze eine wesentlich größere Kontaktfläche zum Medium bieten und daher auch ein schnelleres Ansprechverhalten zeigen. Inline-Sensoren werden daher vor allem dann eingesetzt, wenn nur ein geringes Medienvolumen bzw. geringe Strömungsgeschwindigkeiten zu messen sind. Solche Lösungen basieren ebenfalls auf dem thermodynamischen Prinzip, wobei hier die in dem Messrohr erzeugte Wärme vom durchströmenden Medium aufgenommen wird. Aus der Differenz zwischen Medien- und Sensorelementtemperatur kann wiederum auf die Strömungsgeschwindigkeit geschlossen werden. Spezielle Werkstoffe für aggressive Medien Strömungssensoren decken ein breites Einsatzspektrum ab und werden nicht nur in flüssigen und gasförmigen Medien, sondern 16 INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2019

01 Funktionsweise von Strömungssensoren: Das Sensorelement befindet sich in einem Medium ohne Strömung (A) bzw. erfasst die Strömung eines Mediums (B) WENIGER IST MEHR 02 Strömungssensoren in verschiedenen Ausführungen: Kompaktgerät (oben links), zweiteiliges Gerät ohne Verstärker (oben rechts) sowie ein Inline-Sensor (unten) 02 03 Durch seine integrierte Ein-/Auslaufstrecke erzielt der Strömungssensor SL900020 eine Strömungsberuhigung des Mediums und damit eine laminare Strömung über die gesamte Messstrecke bspw. auch in spezifischen Festkörpern (z. B. körnige oder pulverförmige Medien bei der Dosierung) eingesetzt. Einige Medien sowie deren spezielle Eigenschaften erschweren jedoch die einwandfreie Funktionsweise von Strömungssensoren. So eignen sie sich nur bedingt für pastöse Medien, da diese am Sensorelement haften bleiben bzw. sich darauf ablagern können. Bei Ölen ist zu berücksichtigen, dass solche Flüssigkeiten bei Temperaturunterschieden ihre Viskosität verändern, was zu unterschiedlichen Anströmungen des Sensorelementes führen kann. Für den Einsatz von Strömungssensoren in sehr spezifischen Bereichen bietet IPF Electronic chemisch resistente Lösungen an, wobei für solche Geräte u. a. Werkstoffe wie Titan und Hastelloy verwendet werden. Titan eignet sich besonders für den Einsatz in chloridhaltigen Medien und darüber hinaus bspw. in Meerwasserkühlsystemen oder Meerwasserentsalzungsanlagen. Hastelloy ist sehr resistent gegenüber Korrosion als auch reduzierenden Medien wie z. B. Salzsäure in sämtlichen Konzentrationen. Der Werkstoff lässt sich überdies für Geräte einsetzen, deren Messelemente mit Chlorwasserstoff sowie Schwefel-, Essig- oder Phosphorsäure in Berührung kommen. Vielseitige Einsatzfelder Die Einsatzbereiche von Strömungssensoren finden sich überwiegend sowohl in Kühlkreisläufen, als auch bei der Überwachung verschiedener Fördermedien sowie Prozessabläufen. In Kühlkreisläufen werden die Geräte stets im Ablauf des Kreislaufes installiert. Potenzielle Einsatzfelder sind in diesem Zusammenhang bspw. Kunststoff-Spritzgusswerkzeuge, Schweißmaschinen bzw. Schweißroboter, Bearbeitungszentren, Kühlaggregate oder Motorkomponenten. Weit verbreitet sind Strömungssensoren zudem beim Trockenlaufschutz von Pumpen. Hierbei kommen oftmals Kompaktgeräte mit integrierter Ausschaltverzögerung (zeitverzögertes Ausgangssignal bei Strömungsabfällen) zum Einsatz. In der Dosiertechnik wiederum werden Zuschlagstoffe überwacht, wobei sich zur Erfassung der zumeist sehr kleinen Durchflussmengen vor allem Inline-Sensoren eignen. Darüber hinaus dienen Strömungssensoren zur Überwachung von Prozessabläufen, etwa die Kontrolle von Reinigungsprozessen. Da hierzu oftmals aggressive Medien eingesetzt werden, empfehlen sich u. a. die beschriebenen Lösungen mit Spezialwerkstoffen. Von der „Strömung“ zum Füllstand Strömungssensoren (sowohl Kompaktgeräte als auch zweiteilige Ausführungen) können aber auch für die Füllstandkontrolle verwendet werden. Die spezielle Funktion des Sensorelementes, das die erzeugte Wärme an ein zu kontrollierendes Medium abgibt, ermöglicht es, bspw. den Füllstand in einem Behälter zu überwachen, sofern das Medium in der Lage ist, genügend Wärme aufzunehmen. In diesem Fall wird das Sensorelement bei Kontakt mit dem Medium gekühlt. Dieser Effekt unterbleibt, wenn kein Medienkontakt bzw. Medienfüllstand vorhanden ist. Ein Strömungssensor interpretiert also einen anstehenden Medienfüllstand quasi als Strömung und liefert ein Schaltsignal. Sinkt der Füllstand unterhalb des Sensorelementes, ist es nun bspw. von der Luft in einem Behälter umgeben. Da Luft über sehr gute Isolationseigenschaften verfügt, wird weniger Wärme über das Sensorelement abgeführt, was einer „fehlenden Strömung“ gleichkommt. Der Sensor liefert somit kein Schaltsignal. Bilder: Hintergrund Fotolia, sonstige ipf electronic www.ipf.de 03 MESSTECHNIK WENIGER PLATZ. WENIGER GEWICHT. WENIGER KOSTEN. MEHR PRÄZISION. Die kompakten Ein-Chip-Strommesssysteme der ICD-Serie tun das, was sie am besten können: sehr genau Strom messen. Das ICD-C gewährleistet die Strommessung in industriellen Applikationen und ist mit einem praktischen Platinenstecker ausgestattet. Das ICD-A wurde speziell für die Automobilindustrie entwickelt und verfügt über einen abgedichteten, sechspoligen MCOM-Stecker.Beide Geräte sind in den Varianten 100A, 300A und 500A erhältlich und decken verschiedenste Anforderungsprofile ab. Die integrierte CANbus 2.0 Schnittstelle gewährleistet eine schnelle und zuverlässige Kommunikation zwischen ICD-System und Steuergerät. Überzeugen Sie sich vonden herausragenden Eigenschaften hochpräziser Strommessung mit Systemen der ICD-Serie und fordern Sie das Datenblatt an. DIE FEATURES IM ÜBERBLICK: Messung: Strom Zusatzfunktionen: Sleep mode, Eigenverbrauch-Messung Kommunikation: CANbus 2.0 Auflösung: 1mA Messgenauigkeit: 0,1% Isabellenhütte Heusler GmbH &Co. KG Eibacher Weg3–5·35683 Dillenburg Telefon 02771 934-0·Fax 02771 23030 isascale@isabellenhuette.de·www.isabellenhuette.de

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