Turbinendurchflussmesser sind medienviskositätsabhängig. Um diesen Effekt kompensieren zu können, wird die Fluidtemperatur im besten Fall medienberührt gemessen. Mit Hilfe einer hinterlegten Temperatur zu Viskositäts-Kennlinie wird die aktuelle Medienviskosität berechnet.
Die medienberührte Temperaturmessstelle in einer Messturbine wird entweder mittels eines Widerstandsthermometers Pt100/1000 oder über ein Thermoelement realisiert. Diese beiden Temperaturmessverfahren sind in der Industrie üblich und werden mannigfaltig eingesetzt.
In der folgenden Tabelle wird die Performance dieser beiden Temperaturmessverfahren im Einsatzbereich eines Turbinenmesssystems verglichen werden. Im Anschluss wird noch einmal detailliert auf die wichtigsten Parameter Genauigkeit, Dynamik, Bauraum und Verkabelung im Vergleich eingegangen. Zudem erfahren Sie alles über die Mehrwerte unseres eigenentwickelten DDM Turbinendurchflussmesssystems mit Thermoelement VCT.
| Messturbine mit Widerstandsthermometer Pt100 bzw. Pt1000 | Messturbine mit Thermoelement |
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Genauigkeit 
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Genauigkeit
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Dynamik
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Dynamik
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Bauraum
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Bauraum
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Genauigkeit
Widerstandthermometer Pt100 bzw. Pt1000
Widerstandsthermometer sind elektrische Bauelemente, welche die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes eines elektrischen Leiters zur Messung der Temperatur ausnutzen. Platin-Widerstandsthermometer Pt100/1000 werden nach Toleranzklassen eingeteilt. Diese Klassen definieren eine Grenzabweichung innerhalb der das Widerstandsthermometer liegen muss.
Klasse AA
Grenzabweichung: ± (0,1 + 0,0017 | t |) °C
Klasse A
Grenzabweichung: ± (0,15 + 0,002 | t |) °C
Klasse B
Grenzabweichung: ± (0,3 + 0,005 | t |) °C
Klasse C
Grenzabweichung: ± (0,6 + 0,01 | t |) °C
Üblicherweise wird bei Turbinendurchflussmessern die Toleranzklasse A verwendet. Was bei einer Medientemperatur von 90°C eine zulässige Abweichung von ± 0,33°C (± 0,15 + 0,002 * 90°C) ergibt.
Thermoelement
Thermoelemente beruhen auf dem thermoelektrischen Effekt. Verbindet man zwei Drähte unterschiedlicher Werkstoffe, kann man an deren freien Enden eine Spannung messen, wenn sich die Verbindungsstelle auf einem anderen Temperaturniveau befindet als diese freien Enden.
Die Thermoelementtypen sind je nach Werkstoffpaarung benannt. Der Typ des Thermoelements beschreibt auch den verwendbaren Temperaturbereich. Die zulässigen Grenzabweichungen eines Thermoelements werden in Klassen beschrieben.
| Typ | Messbereich | Klasse 1 | Klasse 2 |
| T (Cu-CuNi) | -40 bis 350°C | ±0,5°C | ±1,0°C |
| K (NiCr-Ni) | -40 bis 1000°C | ±1,5°C | ±2,5°C |
| J (Fe-CuNi) | -40 bis 750 °C | ±1,5°C | ±2,5°C |
| E (NiCr-CuNi) | -40 bis 800°C | ±1,5°C | ±2,5°C |
Signalwandlung
Wichtig ist, dass die Toleranzklassen nur die Genauigkeit des verwendeten Temperaturfühlers beschreiben. Abweichungen durch die Signalübertragung und analog-digital-analog Wandlung sind dabei nicht berücksichtigt und müssen addiert werden.
Einige Durchflussmesssysteme stellen die gemessene Medientemperatur als analoges Ausgangssignal zur Verfügung. Dazu muss der vorher analog-digital gewandelte Temperaturwert wieder digital-analog -gewandelt werden.
Der Analogausgang der Medientemperatur ist neben der Toleranzabweichung des Temperaturfühlers mit den Abweichungen der eingesetzten AD-Wandler und DA-Wandler belastet. Es ist somit nicht hinreichend, die Abweichung des Temperaturfühlers als Genauigkeit für die gesamte Messkette anzunehmen.
DDM Mehrwert
Das von DDM verwendete Thermoelement Typ T hat eine kalibrierte Abweichung von max. ±0,25°C im Bereich von -20 bis 100°C. Da dieser Wert auch nur das Thermoelement beschreibt, kalibrieren wir für Sie jede multiviskose Turbine an den drei Punkten -20°C, 30°C und 80°C. Im Kopf der DDM Messturbine VCT wird die Thermoelementspannung gemessen und digitalisiert. Somit erhalten Sie mit dem Temperaturkalibierzertifikat der Turbine VCT eine Aussage zur Messabweichung des Thermoelements inklusive A/D-Wandlung. Die erzielbare Abweichung beträgt hierbei ±1,0°C auf Wunsch auch ±0,5°C.
DDM Messturbinen VCT werden mit Flow-Computern VCA betrieben. Das kalibrierte digitale Temperatursignal der Messturbine wird im Flow-Computer digital-analog gewandelt und als Analogausgang bereitgestellt. Die Messabweichung der A/D-Wandlung wird in einem Kalibrierzertifikat dokumentiert.
Beide Kalibrierzertifikate, Messturbine VCT und Flow-Computer VCA, beschreiben die Genauigkeit der gesamten Temperaturmesskette umfänglich.
Dynamik
In Turbinenmesssystemen werden Temperaturmessstellen mit einem metallischen Mantelrohr verbaut, dieses schützt die Temperaturmessstelle vor dem Medium. Widerstandsthermometer Pt100/1000 oder Thermoelemente sind in einem temperaturleitfähigen Verguss in dem Mantelrohr eingebettet.
Der Dünnschichtwiderstand eines Pt100/1000 ist auf einen keramischen Träger aufgebracht, mit Anschlussleitungen versehen und in einem Mantelrohr eingebettet.
Bei Thermoelementen wird das Materialpaar verschweißt, wobei die Schweißstelle die Messstelle bildet. Diese Messspitze wird ebenfalls in einem Mantelrohr untergebracht.
Bei schnellen Temperaturwechseln müssen bei beiden Messprinzipien zunächst Mantelrohr und Verguss temperiert werden. Beim Widerstandsthermometer Pt100/1000 muss zusätzlich die Masse des Keramikträgers temperiert werden, um den Medientemperaturwechsel zu erfassen.
Bei einem Thermoelement ist, systemisch bedingt, keine weitere thermisch träge Masse verbaut. Das Mantelthermoelement weist dadurch ein dynamischeres Ansprechverhalten auf.
Bauraum
Bei Turbinendurchflussmessern wird ein Widerstandsthermometer als zusätzliches, separates Bauteil eingeschraubt. Diese Konstruktion ist deutlich größer als eine Messturbine mit Temperaturmessstelle im Pickoff.
DDM Mehrwert
Für DDM war bei der Entwicklung der Messturbinen VCT die Minimierung des Bauraums einer der wichtigsten Aufgaben. Daher wurde das medienberührte Thermoelement Typ T direkt in die Turbine integriert. Im Kopf der Turbine wird neben der Turbinenfrequenz die Thermoelementspannung gemessen und digitalisiert.
Verkabelung
Bei der Variante mit separat eingeschraubtem Widerstandsthermometer Pt100 bzw. Pt1000ist eine zweite, zusätzliche Messleitung von Mesturbine zum Flow-Computer erforderlich.
DDM Mehrwert
Das Mantel-Thermoelement ist bei der DDM Messturbine VCT direkt im Gehäuse integriert. Die Thermoelementspannung wird unmittelbar im Turbinenkopf gemessen und digitalisiert. Die Flügelrad-Drehzahl, als Maß für die Durchflussrate, wird berührungslos abgetastet und ebenfalls im Turbinenkopf digitalisiert. Beide Messwerte, Medientemperatur und Flügelrad-Drehzahl werden störsicher, digital über eine gemeinsame Messleitung zum Flow-Computer zur Linearisierung und Viskositätskorrektur übertragen.