Rotameter richtig einbauen: Einbaulage, Rückdruck und Pulsation beachten

→ Produktkategorie: Durchflussmesstechnik

 

Ein Schwebekörper-Durchflussmesser zeigt im Prüfaufbau einen stabilen Durchfluss an. Nach dem Einbau in die Anlage beginnt der Zeiger jedoch zu schwanken, der Messwert liegt deutlich neben der erwarteten Menge oder der Schwebekörper schlägt beim Öffnen eines Ventils bis zum oberen Anschlag.

Der Messaufnehmer muss deshalb nicht zwangsläufig defekt sein. Beim Schwebekörperprinzip beeinflussen die hydraulischen beziehungsweise pneumatischen Betriebsbedingungen unmittelbar die Position des Schwebekörpers.

Besonders wichtig sind:

• korrekte Einbaulage,
• Strömungsrichtung,
• Betriebs- und Rückdruck,
• Position von Drossel- und Regelventilen,
• Pulsationen und Druckstöße,
• ruhiger Start der Messstelle.

Ein Standard-Schwebekörper-Durchflussmesser muss entsprechend seiner konstruktiven Auslegung montiert werden. Beim vertikal ausgelegten Gerät bedeutet das üblicherweise: senkrechter Einbau und Strömung von unten nach oben. Besonders bei Gasen müssen zusätzlich Betriebsdruck und Ventilposition berücksichtigt werden, weil sich Änderungen der Gasdichte direkt auf die Anzeige auswirken können.

Ein passendes Beispiel aus dem ICS-Portfolio ist das Siemens SITRANS FVA250 Schwebekörper-Durchflussmessgerät. Das robuste Ganzmetallgerät ist für Flüssigkeiten und Gase in geschlossenen Rohrleitungen ausgelegt und wird vertikal mit Strömungsrichtung von unten nach oben installiert. Weitere Geräte finden Sie unter Schwebekörper-Durchflussmesser sowie unter Durchflussmesstechnik bei ICS Schneider.

Wie ein Schwebekörper-Durchflussmesser arbeitet

Bei einem Schwebekörper-Durchflussmesser befindet sich ein beweglicher Schwebekörper in einem nach oben zunehmenden Strömungsquerschnitt.

Das Medium strömt am Schwebekörper vorbei und hebt ihn an.

Auf den Schwebekörper wirken im Wesentlichen

• Gewichtskraft,
• Auftrieb,
• Strömungskraft.

Mit zunehmendem Durchfluss steigt der Schwebekörper nach oben.

Dort vergrößert sich der freie Strömungsquerschnitt zwischen Schwebekörper und Messrohr beziehungsweise Messring.

Der Schwebekörper stellt sich auf eine Gleichgewichtshöhe ein

Diese Position entspricht einem definierten Durchfluss.

Bei einem klassischen transparenten Rotameter wird die Position direkt an einer Skala abgelesen.

Bei einem Ganzmetallgerät wie dem:

SITRANS FVA250

wird die Bewegung des Schwebekörpers magnetisch auf die außenliegende Anzeige übertragen.

Da die Gewichtskraft Teil dieses Kräftegleichgewichts ist, ist die Einbaulage beim klassischen Schwebekörperprinzip unmittelbar Teil des Messprinzips.

Warum die vertikale Einbaulage entscheidend ist

Bei einem für vertikalen Betrieb konstruierten Schwebekörper-Durchflussmesser wirkt die Gewichtskraft entlang der Messachse nach unten.

Die Strömung wirkt ihr entgegen.

Damit entsteht das vorgesehene Kräftegleichgewicht.

Der Standardaufbau lautet:

vertikale Rohrleitung + Durchfluss von unten nach oben

Beim Siemens SITRANS FVA250 ist diese Einbaulage ausdrücklich vorgegeben

Das Gerät wird:

vertikal / von unten nach oben

durchströmt.

Damit entspricht die tatsächliche Messsituation der Konstruktion und Skalierung des Gerätes.

Horizontaler Einbau ist nicht automatisch zulässig

Es gibt spezielle Schwebekörper-Durchflussmesser, die konstruktiv auch für andere Einbaulagen vorgesehen sind.

Die Einbaulage darf deshalb nicht vom Messprinzip allein abgeleitet werden.

Entscheidend ist immer die für das konkrete Gerät freigegebene Einbau- und Strömungsrichtung.

Warum die Strömung von unten nach oben erfolgt

Im Ruhezustand befindet sich der Schwebekörper am unteren Ende seines Arbeitsbereiches.

Beginnt das Medium von unten nach oben zu strömen, entsteht eine nach oben gerichtete Kraft.

Der Schwebekörper steigt so weit, bis sich:

Strömungskraft + Auftrieb = wirksame Gewichtskraft

einstellen.

Würde ein dafür ausgelegtes Gerät von oben nach unten durchströmt

würde die Strömung nicht wie vorgesehen gegen die Gewichtskraft arbeiten.

Eine korrekte Zuordnung von:

Schwebekörperposition ↔ Durchfluss

wäre nicht mehr gegeben.

Deshalb sollte bereits bei der Rohrleitungsplanung eindeutig feststehen, wo sich:

• Zulauf,
• Messgerät,
• Auslauf,
• Absperr- beziehungsweise Regelventil

befinden.

Was passiert bei schrägem Einbau?

Auch ein nur leicht schief montierter Schwebekörper-Durchflussmesser kann problematisch sein.

Der Schwebekörper beziehungsweise seine Führung kann dann

• seitlich belastet werden,
• an der Führung reiben,
• nicht mehr frei reagieren,
• eine zusätzliche Hysterese zeigen.

Dadurch kann der angezeigte Wert davon abhängen, ob der Durchfluss gerade:

steigt

oder:

fällt

.

Vor dem Einbau sollte deshalb geprüft werden

• Rohrleitung tatsächlich vertikal,
• Flansche fluchtend,
• Messgerät spannungsfrei montiert,
• keine seitliche Kraft durch schlecht ausgerichtete Rohrleitung.

Die Rohrleitung darf das Messgerät nicht mechanisch in eine falsche Position ziehen.

Warum der Betriebsdruck besonders bei Gasen wichtig ist

Bei Flüssigkeiten ändert sich die Dichte bei normalen Druckänderungen vergleichsweise wenig.

Bei Gasen ist dies anders.

Steigt der absolute Druck eines Gases, steigt bei ansonsten vergleichbaren Bedingungen auch seine Dichte.

Das beeinflusst unmittelbar das Kräftegleichgewicht des Schwebekörpers

Eine Skala für:

Luft bei definiertem Druck und definierter Temperatur

kann deshalb nicht ohne Weiteres auf eine deutlich andere Betriebsbedingung übertragen werden.

Relevant sind insbesondere:

• Gasart,
• absoluter Betriebsdruck,
• Temperatur,
• gewünschte Einheit beziehungsweise Bezugsbedingungen.

Bei einer Gas-Anwendung muss deshalb bereits bei der Auslegung geklärt werden

ob die Skala beispielsweise den Durchfluss bei:

• tatsächlichen Betriebsbedingungen,
• Normbedingungen,
• anderen definierten Referenzbedingungen

anzeigen soll.

Die Angabe „10 m³/h Luft“ reicht für eine belastbare Auslegung eines Schwebekörper-Durchflussmessers deshalb häufig nicht aus.

Rückdruck richtig berücksichtigen

Unter Rückdruck versteht man vereinfacht den Druck, der auf der Auslassseite des Durchflussmessers ansteht.

Gerade bei Gasen beeinflusst dieser Druck die Gasdichte im Messgerät.

Beispiel

Ein Schwebekörper-Durchflussmesser ist für einen bestimmten Gasdruck skaliert.

Hinter dem Gerät befindet sich jedoch:

• ein Regelventil,
• eine lange Rohrleitung,
• ein Filter,
• ein nachgeschalteter Prozess

mit einem definierten Gegendruck.

Der tatsächliche Druck im Messgerät kann dadurch erheblich über Atmosphärendruck liegen.

Das ist nicht grundsätzlich problematisch

Der entscheidende Punkt ist vielmehr:

Der tatsächliche Druck im Messgerät muss zu den Betriebsbedingungen passen, für die die Skala beziehungsweise Geräteauslegung vorgesehen ist.

Wird der Rückdruck später deutlich verändert, kann auch eine zuvor korrekte Durchflussanzeige nicht mehr ohne Prüfung übernommen werden.

Wo sollte das Regelventil sitzen?

Die Position eines Drossel- oder Regelventils ist besonders bei Gasen wichtig.

Beim SITRANS FVA250 gilt für Gasanwendungen

Ventile sollen auf der:

Auslassseite des Durchflussmessers

angeordnet werden.

Bei einer auf erhöhten Absolutdruck abgestimmten Messung wird das Regelventil üblicherweise ebenfalls hinter dem Schwebekörper-Durchflussmesser installiert.

Warum?

Das nachgeschaltete Ventil hält den Druck innerhalb des Messgerätes vergleichsweise definiert.

Würde die Drosselung ausschließlich vor dem Durchflussmesser stattfinden und dessen Ausgang praktisch frei zur Atmosphäre führen, lägen im Gerät andere Druckbedingungen vor.

Bei Gasen kann dies die Dichte und damit die Anzeige beeinflussen.

Außerdem können Kompressionsschwingungen auftreten

Siemens empfiehlt für die Gasmessung deshalb eine Drossel unmittelbar hinter dem Messgerät, wenn Kompressionsschwingungen vermieden werden müssen.

Die Ventilposition darf deshalb bei einer Gasdurchflussmessung nicht nur nach der bequemsten Rohrleitungsposition gewählt werden.

Mindestbetriebsdruck und Druckverlust

Auch ein Schwebekörper-Durchflussmesser verursacht einen Druckverlust.

Der Prozess muss genügend Druckreserve besitzen, damit der gewünschte Durchfluss stabil durch das Messgerät fließen kann.

Für den SITRANS FVA250 gibt Siemens als Bedingung an

Mindestbetriebsdruck > 2 × Druckverlust des Messgerätes

Der konkrete Druckverlust hängt unter anderem von:

• Nennweite,
• Messbereich,
• Medium,
• Schwebekörperausführung

ab.

Bei zu geringer Druckreserve

kann der Durchfluss empfindlich auf:

• Ventilbewegungen,
• Druckänderungen im Prozess,
• Kompressorzyklen,
• nachgeschaltete Verbraucher

reagieren.

Ein scheinbar unruhiger Durchflussmesser kann daher auch ein Hinweis auf eine instabile Anlagenhydraulik beziehungsweise -pneumatik sein.

Warum pulsierende Strömung den Schwebekörper beeinflusst

Das Messprinzip setzt einen ausreichend stabilen Durchfluss voraus.

Ändert sich der Volumenstrom jedoch ständig, folgt auch der Schwebekörper diesen Änderungen.

Die Anzeige beginnt:

zu pendeln oder zu vibrieren

Bei langsamen Schwankungen

kann die Bewegung noch den tatsächlichen Prozessverlauf darstellen.

Bei schnellen Pulsationen

kann der Schwebekörper dagegen:

• ständig beschleunigt werden,
• gegen seine Führung schlagen,
• keinen stabilen Ablesepunkt erreichen,
• mechanisch stärker belastet werden.

Eine Mittelwertbildung durch den Bediener ist dann keine saubere Lösung.

Typische Ursachen für Pulsationen

Pulsierender Durchfluss kann durch unterschiedliche Anlagenkomponenten entstehen.

Typische Ursachen sind

• Kolbenpumpen,
• Membranpumpen,
• Dosierpumpen,
• Kolbenkompressoren,
• schnell schaltende Magnetventile,
• unstabile Druckregler,
• periodisch arbeitende Verbraucher.

Auch die Regelung selbst kann eine Pulsation erzeugen

Wenn beispielsweise ein Ventil ständig zwischen:

zu weit geöffnet ↔ zu weit geschlossen

pendelt, folgt der Durchfluss diesem Regelverhalten.

Der Schwebekörper zeigt dann lediglich die Instabilität des Prozesses sichtbar an.

Wann eine Dämpfung sinnvoll ist

Für instabile Betriebsbedingungen können Schwebekörper-Durchflussmesser mit einer mechanischen beziehungsweise konstruktiven Dämpfung ausgestattet werden.

Beim SITRANS FVA250 empfiehlt Siemens eine Dämpfung unter anderem

• generell bei Gasmessungen,
• wenn Luftblasen im Medium nicht vermieden werden können,
• bei Druckstößen,
• bei turbulenter oder pulsierender Strömung,
• wenn Rohrleitungsvibrationen nicht vermeidbar sind,
• wenn der Betriebsdruck nicht langsam aufgebaut werden kann.

Die Dämpfung behandelt jedoch nur das Verhalten des Messgerätes

Eine stark pulsierende Prozessströmung sollte möglichst bereits an der Ursache beruhigt werden.

Je nach Anwendung kommen beispielsweise infrage:

• Pulsationsdämpfer,
• Druckspeicher,
• geeignete Drosseln,
• stabilere Druckregelung,
• angepasste Pumpensteuerung.

Ein mechanischer Dämpfer am Schwebekörper ersetzt keine grundsätzlich instabile Prozessführung.

Messstelle langsam in Betrieb nehmen

Ein kritischer Moment für einen Schwebekörper-Durchflussmesser ist die Inbetriebnahme.

Ist die Rohrleitung drucklos und ein vorgeschaltetes Ventil wird schlagartig vollständig geöffnet, kann der Schwebekörper stark beschleunigt werden.

Die Folge kann sein

Schwebekörper schlägt gegen den oberen Anschlag

.

Dies belastet:

• Schwebekörper,
• Führung,
• Dämpfung,
• mechanische Anzeigeübertragung.

Für den SITRANS FVA250 empfiehlt Siemens

die Inbetriebnahme mit geschlossenem Absperrventil zu beginnen und dieses:

langsam zu öffnen

.

Schnell schaltende Magnetventile sind für diesen Vorgang ungünstig.

Bei Flüssigkeiten

sollte die Rohrleitung langsam entlüftet und gefüllt werden.

Bei Gasen

sollte der Druck kontrolliert und langsam aufgebaut werden.

Dadurch werden Druckstöße und abrupte Schwebekörperbewegungen reduziert.

Besonderheiten bei Flüssigkeiten

Bei Flüssigkeiten sind vor allem folgende Punkte relevant:

• vollständig gefüllte Messstrecke,
• keine größeren Gasblasen,
• ausreichender Betriebsdruck,
• passende Dichte und Viskosität,
• ruhiger Durchfluss.

Gasblasen können die Anzeige destabilisieren

Sie verändern kurzfristig:

• Dichte,
• Strömungszustand,
• Auftrieb am Schwebekörper.

Deshalb sollte die Rohrleitung bei der Inbetriebnahme kontrolliert entlüftet werden.

Auch die Viskosität ist relevant

Eine Skala, die beispielsweise für Wasser ausgelegt wurde, darf nicht ohne Prüfung für ein deutlich viskoseres Öl verwendet werden.

Die Strömungsverhältnisse um den Schwebekörper verändern sich und damit auch die Zuordnung zwischen Position und Durchfluss.

Besonderheiten bei Gasen

Bei Gasen wirken zusätzliche Einflussgrößen.

Zu berücksichtigen sind insbesondere

• Gasart,
• Temperatur,
• absoluter Druck im Messgerät,
• Rückdruck,
• Kompressibilität,
• Pulsationen.

Die Angabe des Relativdrucks allein kann für die Auslegung nicht ausreichend sein.

Für die Gasdichte ist der:

absolute Druck

maßgeblich.

Beispiel

Eine Anlage arbeitet mit:

2 bar Überdruck

Der absolute Druck liegt dann bei normalem Atmosphärendruck ungefähr bei:

3 bar absolut

und nicht bei:

2 bar absolut

.

Diese Unterscheidung ist bei der Dimensionierung und Skalierung des Schwebekörper-Durchflussmessers entscheidend.

Skalierung und Betriebsbedingungen beachten

Ein Schwebekörper-Durchflussmesser ist keine rein geometrische Volumenanzeige.

Die Skalierung hängt von den Stoff- und Betriebsdaten ab.

Für eine korrekte Auslegung sollten mindestens bekannt sein

• Medium,
• gewünschter Messbereich,
• Dichte,
• Viskosität bei Flüssigkeiten,
• Betriebsdruck bei Gasen,
• Betriebstemperatur,
• gewünschte Durchflusseinheit,
• Bezugsbedingungen bei Gasen.

Ändert sich später das Medium

beispielsweise von:

Wasser → Glykolgemisch

oder:

Luft → Stickstoff

muss geprüft werden, ob die vorhandene Skala weiterhin verwendet werden kann.

Bei deutlich geänderten Bedingungen ist eine neue Auslegung beziehungsweise Skala die technisch sauberere Lösung.

Ein- und Auslaufbedingungen

Schwebekörper-Durchflussmesser benötigen häufig keine so langen geraden Einlaufstrecken wie manche anderen Durchflussmessprinzipien.

Das bedeutet jedoch nicht, dass die Strömung unmittelbar vor dem Gerät beliebig gestört sein darf.

Beim SITRANS FVA250 sollten insbesondere

• stark einseitig einschnürende Armaturen unmittelbar vor dem Gerät vermieden werden,
• Rohr- und Gerätenennweite zusammenpassen,
• stark asymmetrische Strömungsprofile gegebenenfalls beruhigt werden.

Bei stark asymmetrischem Strömungsprofil

können zusätzliche Maßnahmen wie:

• gerade Einlaufstrecke,
• Strömungsgleichrichter

sinnvoll sein.

Für den FVA250 nennt Siemens, falls eine entsprechende Einlaufstrecke erforderlich ist, mindestens die Gerätelänge von:

250 mm

.

Mechanische Vibrationen vermeiden

Nicht jedes Zittern des Schwebekörpers wird durch eine pulsierende Strömung verursacht.

Auch die Rohrleitung selbst kann mechanisch schwingen.

Mögliche Quellen sind

• Pumpen,
• Kompressoren,
• Motoren,
• schlecht abgestützte Rohrleitungen.

Die Rohrleitung sollte deshalb ausreichend stabil befestigt sein.

Das Messgerät selbst sollte

• spannungsfrei eingebaut,
• nicht als Rohrhalter verwendet,
• nicht durch Flanschversatz verspannt

werden.

Bei magnetisch übertragenden Anzeigen müssen außerdem die vom Hersteller vorgegebenen Abstände zu magnetisch beziehungsweise ferromagnetisch beeinflussenden Komponenten berücksichtigt werden.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Schwebekörper bleibt unten	Strömungsrichtung falsch oder Durchfluss zu gering	Einbaurichtung und Messbereich prüfen
Anzeige liegt dauerhaft zu hoch oder zu niedrig	Medium oder Betriebsbedingungen weichen von Skalierung ab	Dichte, Temperatur und Druck prüfen
Anzeige schwankt ständig	pulsierender Durchfluss	Pumpe, Kompressor und Ventile prüfen
Schwebekörper schlägt beim Start nach oben	Ventil zu schnell geöffnet	kontrollierte Inbetriebnahme durchführen
Anzeige bei Gas stark druckabhängig	Gasdichte beziehungsweise Rückdruck verändert	absoluten Druck im Messgerät prüfen
Zeiger pendelt bei konstantem Sollwert	Kompressionsschwingung oder instabile Regelung	Drosselposition und Dämpfung prüfen
Messwert ist nach Ventilumbau anders	Druckverhältnisse im Messgerät verändert	Ventilposition und Kalibrierbedingungen vergleichen
Schwebekörper bewegt sich ruckartig	Reibung, Verschmutzung oder schiefer Einbau	freie Beweglichkeit und Ausrichtung prüfen
Anzeige verändert sich bei Rohrleitungsvibration	mechanische Schwingung	Rohrhalterung und Dämpfung prüfen
Flüssigkeitsmessung unruhig	Gasblasen im Medium	Leitung entlüften
Gerät funktioniert bei höherem Durchfluss, bei kleinem Durchfluss aber schlecht	Messbereich ungünstig gewählt oder Schwebekörper nicht stabilisiert	Auslegung und Betriebsbereich prüfen

Praxisbeispiel: schwankende Anzeige in einer Gasleitung

In einer Anlage soll der Luftdurchfluss zu einem Prozess überwacht werden.

Verwendet wird ein metallischer Schwebekörper-Durchflussmesser.

Der Aufbau

besteht zunächst aus:

Druckluftnetz → Magnetventil → Durchflussmesser → Verbraucher

Beim Einschalten öffnet das Magnetventil schlagartig.

Der Schwebekörper:

• springt nach oben,
• pendelt anschließend stark,
• liefert keinen stabil ablesbaren Wert.

Zusätzlich schwankt der Druck des Verbrauchers

Damit verändert sich auch der Druck am Ausgang des Durchflussmessers.

Der Durchflussmesser wird zunächst fälschlicherweise als instabil beurteilt.

Verbesserter Aufbau

Die Messstelle wird so ausgelegt, dass:

• der Durchflussmesser vertikal und spannungsfrei montiert ist,
• die Strömung von unten nach oben verläuft,
• der Druck langsam aufgebaut wird,
• eine geeignete Drossel beziehungsweise Regelung auf der Auslassseite sitzt,
• der Druck im Messgerät den vorgesehenen Skalierbedingungen entspricht,
• starke Pulsationen gegebenenfalls gedämpft werden.

Nach der Änderung stabilisiert sich die Anzeige deutlich.

Das Beispiel zeigt, dass die Messqualität eines Schwebekörper-Durchflussmessers nicht allein vom Sensor abhängt. Die Druck- und Strömungsverhältnisse der gesamten Messstelle gehören zur Auslegung.

Schwebekörper-Durchflussmesser systematisch einbauen

1. Medium festlegen: Flüssigkeit oder Gas sowie genaue Stoffdaten bestimmen.
2. Messbereich festlegen: Normalen Betriebsdurchfluss und mögliche Spitzen berücksichtigen.
3. Betriebsdaten angeben: Druck, Temperatur, Dichte und bei Flüssigkeiten Viskosität erfassen.
4. Skalierung prüfen: Sicherstellen, dass Gerät und Skala zu Medium und Betriebsbedingungen passen.
5. Einbaulage prüfen: Vorgabe des konkreten Gerätes beachten.
6. FVA250 vertikal montieren: Strömungsrichtung von unten nach oben.
7. Rohrleitung ausrichten: Messgerät spannungsfrei zwischen den Anschlüssen montieren.
8. Rohrleitung ausreichend befestigen: Mechanische Schwingungen vermeiden.
9. Strömungsstörungen prüfen: Einseitige Einschnürungen unmittelbar vor dem Gerät vermeiden.
10. Ventilposition festlegen: Bei Gasen die Herstellerangaben für das nachgeschaltete Ventil beachten.
11. Rückdruck berücksichtigen: Tatsächlichen Druck im Messgerät mit der Auslegung vergleichen.
12. Druckverlust prüfen: Ausreichende Druckreserve für den vorgesehenen Durchfluss sicherstellen.
13. Pulsationen bewerten: Pumpen, Kompressoren oder schnell schaltende Ventile berücksichtigen.
14. Dämpfung vorsehen: Wenn der Prozess keine ausreichend ruhige Strömung ermöglicht.
15. Flüssigkeitsleitung entlüften: Gasblasen vermeiden.
16. Gasdruck langsam aufbauen: Druckstöße verhindern.
17. Absperrventil langsam öffnen: Schwebekörper nicht gegen den Anschlag beschleunigen.
18. Anzeige beobachten: Auf Pendeln, Reibung oder ungewöhnliche Zeigerbewegung achten.
19. Betriebsbedingungen dokumentieren: Druck, Temperatur, Medium und Skalierung festhalten.

Passende Durchflussmesstechnik bei ICS Schneider

Siemens SITRANS FVA250 Schwebekörper-Durchflussmessgerät

Der SITRANS FVA250 eignet sich besonders gut für dieses Thema.

Das Gerät ist ein Ganzmetall-Schwebekörper-Durchflussmesser für Flüssigkeiten und Gase in geschlossenen Rohrleitungen.

Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören:

• robuste Ganzmetallausführung,
• vertikaler Einbau mit Strömungsrichtung von unten nach oben,
• geeignet für hohe Drücke und Temperaturen,
• verschiedene Flanschanschlüsse,
• verschiedene Schwebekörper- und medienberührte Werkstoffe,
• Produkt- oder Prozentskala,
• optionaler Messumformer,
• optionale Grenzwertschalter,
• optionale Dämpfung.

Genauigkeit

Siemens gibt für den SITRANS FVA250 abhängig vom Medium eine Messgenauigkeit von:

±1,6 % für Flüssigkeiten

und:

±2,0 % für Gase

nach der angegebenen Geräteklassifizierung an.

Für anspruchsvolle Prozessanwendungen

kann das Gerät unter anderem mit:

• 4…20-mA-Messumformer,
• HART,
• Grenzwertkontakten

in die Prozessüberwachung eingebunden werden.

Weitere Ausführungen finden Sie unter Schwebekörper-Durchflussmesser bei ICS Schneider.

Wann ist ein anderes Messprinzip sinnvoll?

Ein Schwebekörper-Durchflussmesser ist besonders interessant für eine robuste und unmittelbar sichtbare Durchflussanzeige.

Bei Anforderungen wie:

• sehr großer Messdynamik,
• stark pulsierender Strömung,
• sehr hoher Genauigkeit,
• bidirektionaler Messung,
• direkter Massenstrommessung

kann ein anderes Messprinzip geeigneter sein.

Eine Übersicht der verfügbaren Technologien finden Sie unter Durchflussmesstechnik bei ICS Schneider.

Fazit

Schwebekörper-Durchflussmesser sind robuste und vergleichsweise einfache Messgeräte. Gerade deshalb wird der Einfluss der Einbausituation häufig unterschätzt.

Die Einbaulage gehört zum Messprinzip

Bei einem vertikal ausgelegten Gerät wie dem SITRANS FVA250 erfolgt die Montage senkrecht und die Strömung von unten nach oben.

Bei Gasen ist der Druck Teil der Messaufgabe

Die Gasdichte hängt vom Betriebszustand ab. Deshalb müssen Skalierung, tatsächlicher Druck im Messgerät und Rückdruck zueinander passen.

Die Ventilposition kann entscheidend sein

Beim SITRANS FVA250 werden Ventile für Gasmessungen auf der Auslassseite vorgesehen. Eine Drossel unmittelbar nach dem Gerät kann außerdem helfen, Kompressionsschwingungen zu vermeiden.

Pulsationen führen zu einer unruhigen Anzeige

Pumpen, Kompressoren und schnell schaltende Ventile können den Schwebekörper ständig beschleunigen. Wo solche Einflüsse nicht vermeidbar sind, kann eine geeignete Dämpfung erforderlich sein.

Der Startvorgang muss kontrolliert erfolgen

Ventile langsam öffnen, Flüssigkeitsleitungen entlüften und Gasdruck langsam aufbauen. Dadurch werden Druckstöße und Schwebekörperschläge vermieden.

Für die Praxis gilt

Medium und Betriebsdaten bestimmen → Gerät passend skalieren → vorgeschriebene Einbaulage beachten → vertikal und spannungsfrei montieren → Strömungsrichtung prüfen → bei Gasen Rückdruck und Ventilposition berücksichtigen → ausreichende Druckreserve sicherstellen → Pulsationen und Vibrationen vermeiden beziehungsweise dämpfen → Flüssigkeitsleitungen entlüften → Gasdruck langsam aufbauen → Ventile bei der Inbetriebnahme langsam öffnen → Anzeige unter realen Betriebsbedingungen prüfen.

FAQ: Schwebekörper-Durchflussmesser richtig einbauen

Wie muss ein Rotameter eingebaut werden?

Ein klassischer vertikaler Schwebekörper-Durchflussmesser wird senkrecht mit Strömungsrichtung von unten nach oben eingebaut. Maßgeblich ist jedoch immer die Einbauvorgabe des jeweiligen Gerätes.

Warum muss ein Schwebekörper-Durchflussmesser vertikal eingebaut werden?

Bei einem dafür konstruierten Gerät ist die Gewichtskraft des Schwebekörpers Bestandteil des Messprinzips. Sie muss in der vorgesehenen Richtung entlang der Messachse wirken.

Kann ein Rotameter horizontal eingebaut werden?

Nur wenn das konkrete Gerät konstruktiv dafür ausgelegt und vom Hersteller entsprechend freigegeben ist. Ein standardmäßig vertikal ausgelegtes Gerät darf nicht einfach horizontal montiert werden.

In welche Richtung muss das Medium durch den SITRANS FVA250 strömen?

Der SITRANS FVA250 wird vertikal installiert und von unten nach oben durchströmt.

Was passiert, wenn ein Rotameter schief montiert ist?

Der Schwebekörper beziehungsweise seine Führung kann seitlich belastet werden. Reibung und Hysterese können dadurch zunehmen und die Anzeige beeinflussen.

Warum beeinflusst der Druck die Gasmessung?

Der absolute Druck beeinflusst die Gasdichte. Da Dichte und Auftrieb Teil des Kräftegleichgewichts des Schwebekörpers sind, muss der Druck bei der Skalierung berücksichtigt werden.

Was bedeutet Rückdruck?

Rückdruck ist der Druck, der auf der Auslassseite des Durchflussmessers beziehungsweise des nachgeschalteten Prozesses ansteht.

Ist Rückdruck bei Flüssigkeiten und Gasen gleich wichtig?

Bei Gasen ist der Einfluss besonders ausgeprägt, weil sich die Gasdichte mit dem Druck deutlich verändert. Bei Flüssigkeiten ist die Kompressibilität üblicherweise wesentlich geringer.

Wo sollte das Regelventil bei einer Gasmessung mit dem FVA250 sitzen?

Siemens sieht Ventile bei Gasanwendungen auf der Auslassseite des Durchflussmessers vor. Bei entsprechenden Anwendungen kann eine unmittelbar nachgeschaltete Drossel außerdem Kompressionsschwingungen reduzieren.

Warum sollte das Ventil nicht schlagartig geöffnet werden?

Ein schlagartiger Druck- oder Durchflussanstieg kann den Schwebekörper stark beschleunigen und gegen seinen Anschlag schlagen lassen.

Sind Magnetventile für die Inbetriebnahme problematisch?

Schnell öffnende Magnetventile können starke Druck- und Durchflussstöße erzeugen. Für einen kontrollierten Start empfiehlt sich ein langsamer Druck- beziehungsweise Durchflussaufbau.

Warum schwankt der Schwebekörper?

Typische Ursachen sind pulsierender Durchfluss, Druckschwankungen, Kompressionsschwingungen, Luftblasen, Turbulenzen oder mechanische Rohrleitungsvibrationen.

Kann eine Kolbenpumpe einen Rotameter beeinflussen?

Ja. Kolben- und Membranpumpen erzeugen häufig pulsierende Strömungen, denen der Schwebekörper folgen kann.

Kann ein Kompressor eine unruhige Anzeige verursachen?

Ja. Insbesondere Kolbenkompressoren und instabile Druckregelungen können Druck- und Durchflusspulsationen verursachen.

Was kann gegen Pulsationen helfen?

Je nach Anwendung können Pulsationsdämpfer, Druckspeicher, Drosseln, optimierte Regelung oder eine im Durchflussmesser vorgesehene Dämpfung eingesetzt werden.

Wann empfiehlt Siemens beim FVA250 eine Dämpfung?

Unter anderem bei Gasmessungen, Druckstößen, Pulsationen, Turbulenzen, Luftblasen und nicht vermeidbaren Rohrleitungsvibrationen.

Was passiert bei Gasblasen in einer Flüssigkeit?

Gasblasen verändern kurzfristig Dichte, Auftrieb und Strömungsverhältnisse. Dadurch kann die Anzeige unruhig oder fehlerhaft werden.

Muss eine Flüssigkeitsleitung vor der Messung entlüftet werden?

Ja. Bei der Inbetriebnahme sollte die Leitung kontrolliert gefüllt und entlüftet werden, um Druckstöße und Gasblasen zu vermeiden.

Muss bei Gasen der Druck langsam aufgebaut werden?

Ja. Ein langsamer Druckaufbau reduziert Druckstöße und verhindert eine abrupte Beschleunigung des Schwebekörpers.

Braucht ein Schwebekörper-Durchflussmesser Einlaufstrecken?

Häufig sind keine langen geraden Ein- und Auslaufstrecken erforderlich. Stark asymmetrische Strömungsprofile oder einseitig einschnürende Armaturen unmittelbar vor dem Messgerät sollten jedoch vermieden werden.

Wie lang sollte die Einlaufstrecke beim FVA250 gegebenenfalls sein?

Wenn aufgrund eines stark asymmetrischen Strömungsprofils eine Einlaufstrecke erforderlich ist, nennt Siemens mindestens die Gerätelänge von 250 mm.

Warum muss die Rohrleitung gut befestigt sein?

Mechanische Vibrationen können auf das Messgerät übertragen werden und die Schwebekörper- beziehungsweise Zeigerbewegung beeinflussen.

Kann ich einen für Wasser skalierten Schwebekörper-Durchflussmesser für Öl verwenden?

Nicht ohne Prüfung. Dichte und insbesondere Viskosität können die Zuordnung zwischen Schwebekörperposition und Durchfluss verändern.

Kann ich eine Luftskala für Stickstoff verwenden?

Nur wenn die Abweichungen der Stoff- und Betriebsdaten entsprechend berücksichtigt wurden. Für eine genaue Messung sollte das Gerät für das tatsächliche Gas und die Betriebsbedingungen ausgelegt werden.

Welche Angaben werden für die Auslegung eines Gas-Rotameters benötigt?

Mindestens Gasart, Durchflussbereich, Betriebsdruck, Betriebstemperatur, gewünschte Einheit und Bezugsbedingungen sollten bekannt sein.

Welche Angaben sind bei Flüssigkeiten wichtig?

Medium, Durchflussbereich, Dichte, Viskosität, Temperatur, Betriebsdruck und Prozessanschluss sind wichtige Auslegungsdaten.

Was bedeutet Mindestbetriebsdruck beim FVA250?

Siemens gibt als technische Bedingung einen Mindestbetriebsdruck von mehr als dem Zweifachen des gerätespezifischen Druckverlustes an.

Kann ein zu großer Rotameter schlecht messen?

Ja. Wird der normale Durchfluss nur im sehr unteren Bereich der Skala betrieben, werden Ablesbarkeit und nutzbare Auflösung schlechter. Der Messbereich sollte deshalb zum tatsächlichen Betriebsbereich passen.

Welches Gerät von ICS passt besonders zu dieser Anwendung?

Der Siemens SITRANS FVA250 ist ein robuster Ganzmetall-Schwebekörper-Durchflussmesser für industrielle Flüssigkeits- und Gasanwendungen.

Kann der SITRANS FVA250 ein elektrisches Ausgangssignal liefern?

Ja. Das Gerät kann optional mit einem Messumformer sowie Grenzwertschaltern zur Prozessüberwachung ausgestattet werden.

Wo finde ich weitere Schwebekörper-Durchflussmesser?

Eine Übersicht finden Sie unter Schwebekörper-Durchflussmesser bei ICS Schneider.

Wo finde ich weitere Durchflussmessgeräte?

Weitere Messprinzipien und Geräte finden Sie unter Durchflussmesstechnik bei ICS Schneider.