Die Unterscheidung ist wichtig, wenn Geräte zum Dosieren, Mischen oder Produkttransfer spezifiziert werden. Auch wenn die in der Berechnung verwendete Dichte falsch ist, kann eine technisch korrekte volumetrische Messung dennoch zu einer falschen Gesamtmasse führen.
Was ist der Unterschied zwischen Massenstrom und Volumenstrom?
Massendurchflussbeschreibt die Materialmenge pro Zeiteinheit.Volumenstrombeschreibt den belegten Raum pro Zeiteinheit, üblicherweise m³/h oder L/min. Für eine einphasige Flüssigkeit beträgt die Beziehung Massenstrom=Dichte × Volumenstrom bei gleichen Betriebsbedingungen.
Ein Coriolis-Messgerät kann den Massendurchfluss messen, ohne eine separat angenommene Prozessdichte bereitzustellen. Im Gegensatz dazu messen die meisten magnetischen und Laufzeit-Ultraschallmessgeräte den Volumenstrom. Lesen Sie dieVergleich von Massenstrom und Volumenstromfür die umfassenderen Auswirkungen der Wahl einer Menge gegenüber einer anderen.
Funktionsweise von Coriolis-Massendurchflussmessern für Flüssigkeiten
Vibration und Phasenverschiebung
Ein Coriolis-Sensor enthält ein oder mehrere Rohre, die so angetrieben werden, dass sie mit einer kontrollierten Frequenz vibrieren. Bei stillstehender Flüssigkeit erfassen die Aufnahmesensoren ein Referenzschwingungsmuster. Beim Fließen verursacht die sich bewegende Flüssigkeit eine leichte Verdrehungsreaktion, sodass sich Punkte in der Nähe des Einlasses und Auslasses nicht mehr genau gleichzeitig bewegen.
Der Sender misst diese Phasen- oder Zeitdifferenz und verwendet die Kalibrierung des Instruments, um den Massendurchfluss zu berechnen. Es misst den mechanischen Effekt der bewegten Masse, anstatt die Geschwindigkeit zu messen und mit einer geschätzten Dichte zu multiplizieren.Endress+Hausers Erklärung des Coriolis-Prinzipsveranschaulicht das Röhrenverhalten. FlowT bietet eine separateArtikel zum Coriolis-Wirkprinzipfür Leser, die mehr Details benötigen.
Dichte, Temperatur und Volumen
Viele Coriolis-Instrumente berechnen die Dichte auch anhand der Resonanzfrequenz des Rohrs: Die effektive Flüssigkeitsmasse im Rohr beeinflusst, wie es vibriert. Die Temperaturmessung hilft dabei, Änderungen in der Rohrsteifigkeit auszugleichen. Der Messumformer kann dann den Volumendurchfluss aus dem gemessenen Massendurchfluss und der gemessenen Dichte ableiten. Ob diese Variablen als Ausgaben verfügbar sind, hängt vom Modell ab.
Die direkte Massenmessung ist sinnvoll, wenn in einem Rezept oder einer Materialbilanz Kilogramm statt Liter angegeben werden. Zu den Nachteilen können Anschaffungskosten, Instrumentengewicht, Druckverlust und Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Vibrationen oder Gaseinschlüssen gehören. Diese Kompromisse werden in FlowTs untersuchtVorteile und Einschränkungen von CoriolisDiskussion.
Wie thermische Massendurchflussmesser Flüssigkeiten messen
Spezielle thermische Flüssigkeitssensoren messen, wie eine strömende Flüssigkeit Wärme transportiert. Je nach Ausführung hält die Elektronik einen Temperaturunterschied aufrecht oder überwacht, wie eine eingeprägte Wärmezufuhr die Temperaturverteilung verändert. Das Sensorsignal wird durch eine für die gewünschte Flüssigkeit entwickelte Kalibrierung mit dem Massendurchfluss in Beziehung gesetzt.
Diese Methode ist insbesondere für ausgewählte Low-Flow-Dosier- und Laborsysteme relevant. Thermische Eigenschaften – einschließlich Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit – beeinflussen die Reaktion. Der Ersatz einer anderen Flüssigkeit ohne Berücksichtigung der Kalibrierung kann daher zu einem falschen Ergebnis führen.Bronkhorst erklärt die thermische Erfassung von Flüssigkeitenund die Unterscheidung zwischen gängigen Betriebsansätzen.
Behandeln Sie einen thermischen Gasmassenmesser nicht als Flüssigkeitszähler.Zum Beispiel FlowTsProduktkategorie für den thermischen Massendurchflussbefasst sich hauptsächlich mit Gasservice-Anwendungen. Für eine Flüssigkeitsanwendung ist ein explizit für Flüssigkeiten entwickeltes und spezifiziertes Modell mit geeigneten benetzten Materialien und Kalibrierung erforderlich.
So berechnen Sie den Flüssigkeitsmassendurchfluss
Wenn der Massendurchfluss von einem volumetrischen Messgerät abgeleitet wird, verwenden Sie:
Massenstrom (kg/h)=Dichte (kg/m³) × Volumenstrom (m³/h)
Angenommen, eine Leitung transportiert 5 m³/h Flüssigkeit und ihre tatsächliche Dichte unter Betriebsbedingungen beträgt 950 kg/m³. Der korrekte Massenstrom beträgt 4.750 kg/h. Geht der Regler stattdessen von 1.000 kg/m³ aus, meldet er 5.000 kg/h-250 kg/h zu hoch, also etwa 5,3 % relativ zum korrekten Wert.
Hierbei handelt es sich um eine illustrative Berechnung, nicht um ein gemessenes Anlagenergebnis. Es zeigt, warum sich beide Messungen und ihre Einheiten auf kompatible Bedingungen beziehen müssen. Bei variierender Dichte bleibt die momentane Beziehung gültig, die Gesamtmasse sollte jedoch aus aufeinanderfolgenden Messungen akkumuliert und nicht anhand einer einzigen Dichteannahme berechnet werden.
Direkte Massenmessung vs. volumenbasierte Methoden
| Technologie | Gemessene Menge | Wann sollte man darüber nachdenken? | Kritische Einschränkung |
|---|---|---|---|
| Coriolis | Direkte Masse; oft Dichte | Massenbasierte Dosierung, unterschiedliche Dichte | Kosten, Druckverlust, Gas und mechanische Bedingungen |
| Spezielle Flüssigkeitsthermo | Kalibrierte Wärmeübertragungsreaktion, die einen Massenstrom ergibt | Geeignete niedrige Flüssigkeitsströme | Flüssigkeitsspezifische thermische Eigenschaften und Kalibrierung |
| Elektromagnetisch | Volumenstrom | Leitfähige Flüssigkeit, ausreichendes Volumen oder zuverlässige Dichte verfügbar | Erfordert ausreichende Leitfähigkeit und volles Rohr |
| Ultraschall zum Anklemmen | Normalerweise Volumenstrom | Nachrüstung von Leitungen mit geeigneten akustischen Bedingungen | Rohreigenschaften, Blasen, Vollrohrbedingungen |
Ein elektromagnetisches Messgerät berechnet den Durchfluss anhand der Flüssigkeitsgeschwindigkeit in einem Magnetfeld. Zur Angabe des Volumens ist keine Dichte erforderlich, aber die Dichte ist wichtig, wenn die Anlage das Ergebnis später in Masse umwandelt. SehenWie magnetische Messgeräte den Durchfluss messenund das VerfügbareBereich der elektromagnetischen Durchflussmesserfür geeignete Leitflüssigkeitsanwendungen.
Für vorhandene Wasser- oder kompatible Prozessleitungen aClamp-On-Ultraschallmessgerätkann ein Durchtrennen der Leitung vermieden werden. Für die Volumenanzeige ist noch eine gültige Dichteeingabe erforderlich, um die Masse zu berechnen. Installationsunterschiede werden in besprochenClamp-on- versus Inline-Ultraschallmessung.
Was verursacht Fehler bei der Messung des Flüssigkeitsmassendurchflusses?
Nullpunktverschiebung bei geringem Durchfluss
Die Coriolis-Nullpunktjustierung legt den No-Flow-Referenzwert des Geräts fest. Das Messgerät sollte voll sein, die Flüssigkeit stabil sein und der tatsächliche Durchfluss sollte gemäß den Anweisungen des Herstellers gestoppt sein. Ein falscher Nullpunkt kann zu einem nahezu konstanten Offset führen, der bei geringem Durchfluss erheblich wird.
Nehmen wir zur Veranschaulichung an, dass ein System aufgrund eines Offsets einen Wert von 0,2 kg/h zu hoch anzeigt. Bei 100 kg/h beträgt der Fehler 0,2 %; bei 10 kg/h beträgt sie 2 %. Dies beschreibt nicht die Genauigkeit eines bestimmten Herstellers. Es zeigt, warum ein Messgerät bei seinem niedrigsten erforderlichen Betriebspunkt und nicht nur bei normalem Durchfluss bewertet werden muss.
Gasblasen und Vibration
Mitgerissenes Gas kann die Reaktion von Coriolis-Röhren verändern und die Dichte- oder Massendurchflusswerte verfälschen. Die Ergebnisse hängen von der Blasenverteilung, der Viskosität, dem Strömungsregime und der Signalverarbeitung des Instruments ab. Einige Modelle umfassen Zweiphasenströmungsfunktionen; diese können nicht für jedes Modell angenommen werden.Emersons technisches Whitepaper zu eingeschlossenem GasEinzelheiten zu Anwendungsbeschränkungen und zur Bedeutung des Blasenverhaltens.
Externe mechanische Vibrationen, Rohrspannungen und eine schlechte Montage können sich ebenfalls auf die Coriolis-Leistung auswirken. Bestätigen Sie die Installationsanweisungen, bevor Sie die Signaldämpfung ändern oder eine Nullpunkteinstellung versuchen.
Flüssigkeitseigenschaft und Installation stimmen nicht überein
Bei thermischen Flüssigkeitsmessgeräten kann eine falsche Flüssigkeitskalibrierung die Ergebnisse beeinträchtigen. Bei magnetischen Messgeräten kann eine unzureichende Leitfähigkeit oder ein unvollständig gefülltes Rohr eine zuverlässige Volumenmessung verhindern. Bei Ultraschallsystemen können falsche Wandstärken, schlechte Sensorkopplung oder Luftblasen das Signal verschlechtern. Der Fehler liegt möglicherweise eher in der Anwendung als in der Senderelektronik.
So wählen Sie die richtige Methode
- Definieren Sie die gewünschte Ausgabe.Wird der Prozess in Kilogramm, Litern, Konzentration oder Chargenmenge gesteuert? Vermeiden Sie es, für die direkte Massenmessung zu bezahlen, wenn das Volumen bereits die Pflicht erfüllt.
- Charakterisieren Sie die Flüssigkeit.Notieren Sie den Dichtebereich, die Viskosität, die Leitfähigkeit, die Temperatur, den Druck, die Feststoffe und das erwartete mitgeführte Gas. Identifizieren Sie bei thermischen Instrumenten genau die Flüssigkeit oder Mischung, die zur Kalibrierung verwendet wird.
- Geben Sie den gesamten Durchflussbereich an.Sorgen Sie für minimalen, normalen und maximalen Durchfluss, nicht nur für den Rohrdurchmesser. Überprüfen Sie die Unterflussgrenze des Messgeräts, die Genauigkeitsbasis, den Druckverlust und etwaige Nullstabilitätsterme. DerLeitfaden zur Auswahl der Durchflussmessungerklärt, wie sich diese Betriebsbedingungen auf die Dimensionierung auswirken.
- Vergleichen Sie Installations- und Lebenszykluskosten.Eine Coriolis-Installation kann höhere Anschaffungskosten für eine massenbasierte Dosierung rechtfertigen. Für Prozesswasser mit konstanter Dichte kann ein Volumenmesser mit zuverlässigem Dichteeingang ausreichend sein. Berücksichtigen Sie Abschaltanforderungen, Servicezugang und Kalibrierungskosten.
- Bestätigen Sie die Messkette.Wenn eine SPS den Volumenstrom mit der Dichte multipliziert, überprüfen Sie die Einheiten, die Aktualisierungsrate und die Signalskalierung. Die Rolle einesDurchflusstransmitter und seine Ausgängeist wichtig, wenn Werte an einen Controller übergeben werden.
Beispiel für eine bearbeitete Auswahl: Eine Mischung mit variabler Dichte
Stellen Sie sich einen hypothetischen Prozess zum Mischen von Flüssigkeiten vor, bei dem das Rezept 2.000 kg Konzentrat pro Charge erfordert. Wenn sich die Zutaten vermischen, ändern sich Temperatur und Zusammensetzung, sodass eine in ein Volumenmessgerät eingegebene feste Dichte möglicherweise nicht mehr die Flüssigkeit repräsentiert. Ein Coriolis-Messgerät ist ein logischer Kandidat, da es die übertragene Masse direkt summiert, vorausgesetzt, sein Durchflussbereich, sein Druckverlust und sein Flüssigkeitszustand sind akzeptabel.
Ein Volumenzähler ist nicht automatisch ungeeignet. Wenn eine zuverlässige Inline-Dichtemessung verfügbar ist und das Prozessleitsystem synchronisierte Werte korrekt kombiniert, kann die berechnete Masse eine entsprechende Genauigkeitsanforderung erfüllen. Vergleichen Sie die Gesamtunsicherheit und die Installationskosten beider Anordnungen. Gehen Sie nicht davon aus, dass der teurere Sensor immer das bessere Gesamtprozessergebnis liefert. Hierbei handelt es sich um hypothetische Bedingungen und nicht um eine gemeldete Kundeninstallation.
So vergleichen Sie die Genauigkeit und überprüfen die Ergebnisse
Überprüfen Sie immer, ob eine Spezifikation als Prozentsatz des Messwerts oder als Vollausschlag angegeben ist. Bei einem hypothetischen Gerät mit 1.000 kg/h Vollausschlag entsprechen ±0,5 % des Vollausschlags ±5 kg/h. Bei einer Betriebsleistung von 100 kg/h entspricht das allein 5 % des Messwertes. Im Gegensatz dazu entsprechen ±0,5 % des Messwerts ±0,5 kg/h am gleichen Punkt. Reale Spezifikationen können Nullpunktstabilität, Wiederholbarkeit oder andere Bedingungen hinzufügen.
Bei der Kalibrierung sollte das vollständige Messergebnis mit einer geeigneten Referenz über relevante Durchflusspunkte verglichen werden. Für den Flüssigkeitsmassenfluss bestimmen gravimetrische Methoden die über die gemessene Zeit gesammelte Masse.NIST beschreibt einen flüssigen gravimetrischen Kalibrierungsstandard, während FlowT'sErklärung zur Flüssigkeitsdurchflusskalibrierungumfasst Fehler, Rückverfolgbarkeit und Dokumentation. Ein werkseitiger Genauigkeitswert ist kein Ersatz für die Überprüfung des installierten Prozesses.
Häufig gestellte Fragen
Kann ein magnetischer Durchflussmesser den Massendurchfluss melden?
Es kann den berechneten Massendurchfluss melden, wenn zuverlässige Dichteinformationen an den Sender oder das Steuersystem geliefert werden. Der primäre Sensor bleibt ein Volumenzähler.
Ist Coriolis immer genauer als der berechnete Massendurchfluss?
Nein. Die Leistung hängt von den spezifischen Instrumenten, der Kalibrierung, den Prozessbedingungen und der Dichteunsicherheit ab. Vergleichen Sie die vollständige Unsicherheit unter tatsächlichen Betriebsbedingungen und nicht nur das Messprinzip.
Können thermische Massendurchflussmesser jede Flüssigkeit messen?
Nein. Es gibt spezielle Flüssigkeitsmodelle, aber ihre thermische Reaktion hängt von den Flüssigkeitseigenschaften und der Kalibrierung ab. Bestätigen Sie die zugelassenen Flüssigkeiten, den Betriebsbereich und die Kompatibilität mit benetzten Materialien.
Benötigen Flüssigkeitsmassendurchflussmesser ein gerades Rohr?
Die Anforderungen sind unterschiedlich. Coriolis-Messgeräte hängen im Allgemeinen weniger vom Geschwindigkeitsprofil vor der Strömung ab als viele volumetrische Technologien, aber die Belastung der Rohrleitungen und die mechanische Unterstützung sind dennoch wichtig. Befolgen Sie die genaue Modellanleitung.
Abschluss
Der Flüssigkeitsmassendurchfluss kann direkt mit der Coriolis-Technologie gemessen, durch eine kalibrierte thermische Reaktion der Flüssigkeit abgeleitet oder aus gemessenem Volumen und gemessener Dichte berechnet werden. Der richtige Ansatz ist derjenige, der die Prozessanforderungen im gesamten tatsächlichen Durchfluss- und Flüssigkeitseigenschaftenbereich erfüllt.
FlowT bietet industrielle elektromagnetische und Ultraschallmessoptionen; Diese sollten nicht als direkte Coriolis-Flüssigkeitsmassenmesser dargestellt werden. Für eine Projektbewertung,Senden Sie dem FlowT-Team Ihre Flüssigkeits-, Rohr- und Messanforderungenund bestätigen Sie, ob eine Volumenmessung mit Dichteumrechnung angemessen ist.
