Magnetisch-induktive Durchflussmessung

Mit der magnetisch-induktiven Durchflussmessung ist es möglich leitende Flüssigkeiten mit höchster Genauigkeit zu messen. Es wird eine Messmethode verwendet, die auf dem Faraday´schen Gesetz der elektromagnetischen Induktion beruht. Dabei wird aus dem Durchfluss ein elektrisches Signal erzeugt. Die magnetisch-induktive Durchflussmessung ist vielseitig einsetzbar und misst selbst unter extremen Messbedingungen präzise.

Für welche Anwendungen ist diese Durchflussmessung gedacht?

Die magnetisch-induktive Durchflussmessung ist für leitende Flüssigkeiten gedacht, darunter sind Wasser, Breie, Schlämme, Säuren, laugen, Säfte, sowie Emulsionen. Dies bietet die Möglichkeit für viele Anwendungen:

• Chemie
• Pharma
• Hygienische- und sterile Anwendungen
• Abfüll- und Dosieranwendungen
• Wasser, Abwasser
• Papier, Zellstoff

Auch unter besonderen Bedingungen ist die magnetisch-induktive Durchflussmessung anwendbar. Ein sehr wichtiger Faktor ist, dass man die Messung in explosionsgefährdeten Bereichen durchführen kann. Des Weiteren ist eine vielfältige Kommunikation geboten (HART, PROFIBUS DP/PA, FOUNDATION fieldbus, Modbus, EtherNet/IP, Bluetooth).

Funktion und Aufbau

Das Grundprinzip der magnetisch-induktiven Durchflussmessung ist folgendes: Fließt eine leitende Flüssigkeit, durch ein damit befülltes Rohr durch ein Magnetfeld, wird eine elektrische Spannung erzeugt, deren Magnetfeldstärke proportional ist zur Fließbewegung.

Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät hat zwei Feldspulen die ein konstantes Magnetfeld erzeugen über den gesamten Rohrquerschnitt. Orthogonal sind zwei Elektroden eingebaut, die elektrische Spannung abgreifen.

Erfolgt kein Durchfluss, kann keine elektrische Spannung erzeugt werden und eine Messung findet nicht statt. Die elektrisch geladenen Teilchen des Mediums sind gleichmäßig verteilt (ein der Zeichnung sind diese Teilchen als rote und blaue Punkte dargestellt). Sobald das Medium zu fließen beginnt, übt das Magnetfeld auf die Teilchen eine Kraft aus. Positive und negative Teilchen werden, im Bereich des Durchflussmessgeräts, aufgeteilt und häufen sich an den Elektroden auf. Dadurch entsteht eine elektrische Spannung, die von den Elektroden erfasst und gemessen wird. Die Spannung ist proportional zur Fließbewegung (Geschwindigkeit).

Mit dem bekannten Messrohrquerschnitt lässt sich damit das Durchflussvolumen errechnen.

Wie werden Störspannungen verhindert?

Von den Elektroden erfasste Störspannungen müssen getrennt werden. Dies passiert, indem das Magnetfeld mittels getaktetem Stromfeld aufgebaut wird. Hierzu wird das Magnetfeld ständig umgepolt. Die an den Elektroden abgegriffene Spannung wechselt auch ihre Polarität. Diese Prozedur eliminiert alle konstanten Störquellen, wie elektrochemische Effekte im Medium und elektromagnetische Störfelder von außen.

Wie werden weitere Störungsfaktoren ausgeschlossen?

Voraussetzung für die elektromagnetische Durchflussmessung ist, dass sich im Rohrinneren ein Magnetfeld aufbaut und die Spannung störungsfrei genutzt werden kann. Zwei Erregerspulen erzeugen das Magnetfeld. Dabei ist wichtig, dass austenitischer Stahl als Rohrwerkstoff verwendet wird, da dieser nicht magnetisierbar ist und das Magnetfeld der Erregerspulen somit nicht ableitet.

Um die Möglichkeit einer weiteren Spannungsableitung zu vermeiden, bekommt das Messrohr eine isolierende Innenauskleidung. Die Innenauskleidung besteht meisten aus Kunststoff (PP, PTFE, PEEK,…) oder technischer Keramik (Aluminiumoxid oder Zirconiumoxid). Sie verhindert Kurzschlüsse zwischen der leitfähigen Flüssigkeit und dem metallischen Messrohr.

Das Medium selbst muss einen elektrischen Leiter darstellen. Eine elektrische Mindestleitfähigkeit zwischen 20 µS/cm und 0,5 µS/cm muss betragen (abhängig vom Gerät).

Das richtige Elektrodenmaterial

Die Auswahl des passenden Materials für die Elektroden ist entscheidend für eine korrekte Messung.

Galvanischer signalbegriff

Da die Elektroden im direkten Kontakt zum Medium stehen, müssen sie korrosionsbeständig sein und einen gut funktionierenden Übergang zum Medium gewährleisten. Die häufigsten Materialen hierfür sind:

• Edelstähle
• CrNi-Legierungen
• Platin
• Tantal
• Titan
• Zirkonium

Sind die Messwertaufnehmer mit Keramik-Messrohren ausgestattet, werden eingesinterte Elektroden verwendet.

Berührungsloser kapazitiver Signalbegriff

Berührungsloser kapazitiver Signalbegriff kommt zum Einsatz bei Medien mit extrem niedriger elektrischer Leitfähigkeit und bei Medien, die isolierende Ablagerungen an der Rohrwand bilden, die den Kontakt zur Elektrode unterbrechen.

Großflächig werden hierbei Kondensatorplatten von außen ans Rohr angebracht. Werden Messrohre aus Keramik verwendet, werden die Kondensatorplatten auf das Aluminiumoxid-Messrohr aufgesintert.

Vor- und Nachteile der magnetisch-induktiven Durchflussmessung