Die Messung von geringen Flüssigkeitsdurchflüssen gewinnt in vielen Industrien zunehmend an Bedeutung. Doch je niedriger der Durchfluss, desto anspruchsvoller wird es, diesen präzise zu kontrollieren und zu messen. Eine geeignete Messmethode zu angemessenen Kosten zu finden, stellt eine besondere Herausforderung dar.
Es gibt keine feste Definition für „geringen Durchfluss“ in der Fluidtechnik. Geringe Durchflüsse zeichnen sich jedoch durch Einschränkungen in Stabilität und Genauigkeit aus, die bei höheren Durchflussraten nicht auftreten. Das geringe Flüssigkeitsvolumen macht die Durchflussmesser extrem empfindlich, sodass selbst kleinste Störungen in Prozess- oder Umgebungsbedingungen erheblichen Einfluss auf die Messstabilität haben können.
In den Märkten, in denen DDM Sensors und Titan Enterprises tätig sind, gelten Durchflussraten unter 50 ml/min als „gering“. Viele Kunden suchen jedoch nach Messlösungen für Durchflüsse zwischen 2 und 20 ml/min.
Neil Hannay, leitender F&E-Ingenieur bei Titan, erklärt: „Wir sehen eine steigende Nachfrage nach Technologien zur Messung geringer Durchflüsse. Verschiedene Industrien möchten stark konzentrierte Flüssigkeiten transportieren, die am Einsatzort verdünnt werden. Das spart Transport- und Lagerkosten und wirkt sich positiv auf die Umwelt aus.“
Von Reinigungskonzentraten über Sirupe und Aromen in Getränken bis hin zu chemischen Zusätzen in Öl oder Kraftstoff – präzise Durchflussmesser sind notwendig, um die genaue Menge für die richtige Verdünnung am Ende des Prozesses zu gewährleisten.
Herausforderungen bei der Messung von geringen Durchflüssen
Die Messung von geringen Flüssigkeitsströmen stellt eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Die Energie im Flüssigkeitsstrom ist oft zu gering, um mit herkömmlichen mechanischen Durchflussmessern präzise Ergebnisse zu erzielen. Elektronische Durchflussmesser hingegen können durch Empfindlichkeit, Nullpunktverschiebung und langsame Reaktionszeiten eingeschränkt sein.
Im Folgenden analysieren wir fünf gängige Durchflussmesstechnologien hinsichtlich ihrer Eignung für geringe Durchflüsse:
Ultraschall-Durchflussmesser
Ultraschall-Durchflussmesser messen die Fließgeschwindigkeit von Flüssigkeiten. Die Atrato-Modelle von Titan, die auf der patentierten Laufzeittechnologie basieren, sind in der Lage, Durchflüsse ab 2 ml/min zu messen. Niedrige Durchflussraten führen jedoch zu kleineren Laufzeitdifferenzen und geringerer Signalstärke, was die Wiederholbarkeit der Messungen beeinflussen kann.
Vorteile: Hohe Genauigkeit, kein nennenswerter Druckverlust, geeignet für laminare und turbulente Strömungen.
Nachteile: Anfällig für Vibrationen, Geräusche und Gasblasen in der Flüssigkeit.
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Anschluss: 3/8” John Guest, 1/2” BSP, 1/2” NPT
Messbereich: 2 … 500ml/min bis 0,1 … 20l/min
Wiederholbarkeit : ±0.1% (25 bis 100% v.MB); ±0.5% (< 25 v.MB)
Medienberührtes Material: PEEK / 316 ; PEEK / Borosilikatglas
Ausgang: Impuls (NPN oder PNP); 4 – 20mA; 0 – 10V; 0 -5V
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Anschluss: 1/4″ BSPF, 1/4″ NPTF
Messbereich: 0,05… 0,5 l/min bis 0,50 … 15,0 l/min
Wiederholbarkeit : 0,1%
Medienberührtes Material: PVDF oder Edelstahl
Ausgang: Impuls (NPN oder PNP)
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Optionen auswählenFlügelradzähler-Durchflussmesser
Die Energie zum Antrieb des Rotors eines Flügelradzählers wird bei niedrigen Durchflussraten durch den Systemwiderstand beeinträchtigt. Präzisionslager in Pelton-Rad-Turbinen können diesen Effekt teilweise ausgleichen, sodass Durchflüsse von 1 bis 2 ml/min handhabbar sind.
Vorteile: Geringe Kosten, hohe Reaktionsgeschwindigkeit, gute Wiederholbarkeit.
Nachteile: Empfindlich gegenüber Änderungen der Fluideigenschaften, benötigt ausreichenden Druck.
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Ovalrad-Durchflussmesser
Verdrängungszähler, wie Ovalradmesser, eignen sich besonders für viskose Flüssigkeiten bei geringen Durchflüssen. Um eine hohe Auflösung zu erreichen, müssen die Ovalräder sehr klein und präzise gefertigt sein.
Vorteile: Ideal für viskose Flüssigkeiten, präzise Dosierung.
Nachteile: Nicht geeignet für wasserbasierte Flüssigkeiten, geringe Auflösung.
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Anschluss: 1/4″ BSP F oder NPT F
Messbereich: 0,01 … 1,0l/min bei 30cst Öl; 0,1 … 1,0l/min bei Wasser
Wiederholbarkeit: ±0,1%
Ausgang: Impuls NPN; Spannung
Druckbereiche: <10bar, <50bar, <400bar, <700bar
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Optionen auswählenThermische Durchflussmesser
Thermische Durchflussmesser messen den Durchfluss, indem sie den Wärmeübergang überwachen. Sie sind besonders sensitiv und können Durchflüsse im Nanoliterbereich messen.
Vorteile: Sehr empfindlich, geeignet für Anwendungen mit geringem Druckabfall.
Nachteile: Flüssigkeitsspezifisch und nicht linear über den gesamten Temperaturbereich.
Coriolis-Durchflussmesser
Coriolis-Durchflussmesser messen den Massedurchfluss direkt, unabhängig von den Flüssigkeitseigenschaften. Sie bieten sehr präzise und wiederholbare Ergebnisse, selbst bei Änderungen der Flüssigkeitszusammensetzung.
Vorteile: Hohe Präzision, unabhängig von Prozessvariablen.
Nachteile: Hohe Anschaffungskosten, nicht wirtschaftlich für OEM-Anwendungen.
Die Wahl des richtigen Durchflusssensors ist entscheidend, um stabile und genaue Messungen bei geringen Flüssigkeitsströmen zu gewährleisten. Durchflussmesser sind eine kritische Komponente in vielen Prozessen, bei denen es auf Präzision ankommt. „Wir sehen großes Potenzial im Markt für Durchflussmesser mit geringen Durchflüssen und arbeiten eng mit OEMs zusammen, um innovative Lösungen zu entwickeln“, erklärt Neil Hannay.