Schwebekörper-Durchflussmesser mit Schaltkontakt: Min-/Max-Durchfluss überwachen

→ Produktkategorie: Durchflussmesstechnik

 

Ein Schwebekörper-Durchflussmesser mit Grenzkontakten verbindet eine direkt vor Ort ablesbare Durchflussanzeige mit einer einfachen elektrischen Min-/Max-Überwachung, ohne dass dafür zwingend ein kontinuierliches 4–20-mA-Signal in einer SPS verarbeitet werden muss.

Das ist besonders interessant für Kühl-, Spül-, Gas- und Versorgungskreise, bei denen der Bediener den aktuellen Durchfluss lokal sehen soll, für die Automatisierung aber lediglich die Information benötigt wird, ob ein definierter Mindest- oder Maximaldurchfluss eingehalten wird.

Ein oder zwei Grenzwertkontakte überwachen dazu bestimmte Positionen der mechanischen Anzeige. Wird der eingestellte Grenzwert über- beziehungsweise unterschritten, ändert sich das elektrische Schaltsignal.

Damit können beispielsweise eine Warnleuchte, ein Relais, ein Schaltverstärker oder ein digitaler SPS-Eingang angesteuert werden, während die eigentliche Durchflussanzeige weiterhin direkt am Messgerät erfolgt.

Wichtig ist allerdings die Unterscheidung zwischen einem klassischen potentialfreien Schaltkontakt und einem NAMUR-Grenzwertgeber. Ein NAMUR-Sensor ist kein Leistungsschalter und darf nicht einfach wie ein Relaiskontakt zum direkten Schalten größerer Verbraucher verwendet werden. Er benötigt eine geeignete NAMUR-Auswertung beziehungsweise einen Schaltverstärker.

Ein besonders passendes Gerät aus dem ICS-Portfolio ist der Siemens SITRANS FVA250 Schwebekörper-Durchflussmesser. Er besitzt eine lokale mechanische Anzeige und ist optional mit einem oder zwei Grenzwertschaltern erhältlich. Alternativ kann das Gerät auch mit einem MEM-Messumformer und 4–20-mA-/HART-Ausgang ausgestattet werden.

Weitere Lösungen finden Sie unter Schwebekörper-Durchflussmesser sowie in der gesamten Durchflussmesstechnik bei ICS Schneider.

Wie funktioniert ein Schwebekörper-Durchflussmesser?

Beim Schwebekörperprinzip befindet sich ein beweglicher Messkörper in einem Strömungsquerschnitt, dessen freie Fläche mit zunehmender Position des Schwebekörpers größer wird.

Das Medium strömt typischerweise von unten nach oben durch das Messgerät.

Auf den Schwebekörper wirken unter anderem:

• Gewichtskraft,
• Auftriebskraft,
• Strömungskraft.

Mit zunehmendem Durchfluss steigt der Schwebekörper an, bis sich ein mechanisches Gleichgewicht einstellt.

Seine Position entspricht dann einem bestimmten Durchflusswert.

Beim Metallrohr-Schwebekörpermessgerät

ist der Schwebekörper von außen nicht direkt sichtbar.

Seine Bewegung wird magnetisch auf die außerhalb des drucktragenden Messrohres angeordnete Anzeigeeinheit übertragen.

Beim SITRANS FVA250 wird der aktuelle Durchfluss dadurch direkt auf einer Skala angezeigt.

Warum eignet sich das Prinzip besonders für lokale Anzeigen?

Für die reine mechanische Durchflussanzeige wird beim FVA250 keine elektrische Messwertübertragung benötigt.

Der Bediener kann den aktuellen Wert direkt an der Skala ablesen.

Das ist beispielsweise praktisch bei

• Kühlwasserkreisen,
• Schutzgasversorgungen,
• Spülluft- und Spülgassystemen,
• Schmierstoffversorgung,
• Dosierstrecken,
• lokalen Nebenverbrauchern,
• Maschinen- und Anlagenaggregaten.

Oft besteht dort keine Notwendigkeit, jeden einzelnen Durchflusswert kontinuierlich in der SPS zu erfassen.

Für die Anlagenüberwachung reicht beispielsweise die Information:

Durchfluss ausreichend: JA / NEIN

oder:

Durchfluss innerhalb des zulässigen Fensters: JA / NEIN

Genau dafür können Grenzwertkontakte eingesetzt werden.

Was macht ein Grenzkontakt?

Ein Grenzwertgeber überwacht, ob die mechanische Anzeige eine festgelegte Position erreicht beziehungsweise überschreitet.

Er wandelt damit einen bestimmten Durchflusszustand in ein binäres elektrisches Signal um.

Im Gegensatz zum Analogausgang

liefert der Grenzkontakt nicht kontinuierlich Informationen darüber, ob beispielsweise:

18,2 l/min

oder:

22,7 l/min

fließen.

Er beantwortet im Wesentlichen nur die Frage, ob der definierte Grenzwert erreicht beziehungsweise über- oder unterschritten ist.

Beispiel

Mindestdurchfluss:

15 l/min

Oberhalb des Grenzwertes befindet sich der Prozess im zulässigen Bereich.

Fällt die Durchflussanzeige unter die festgelegte Position, kann der Grenzwertgeber eine Störmeldung auslösen.

Min-, Max- und Fensterüberwachung unterscheiden

Je nach Anwendung kann ein einzelner oder ein zweiter Grenzwert sinnvoll sein.

Min-Überwachung

Ein Grenzwertgeber überwacht einen Mindestdurchfluss.

Typische Anwendung:

• Kühlwassermangel,
• fehlende Schmierung,
• unzureichende Spülgasmenge,
• Trockenlaufschutz beziehungsweise Prozessfreigabe.

Max-Überwachung

Ein Grenzwertgeber überwacht einen maximal zulässigen Durchfluss.

Das kann beispielsweise interessant sein bei:

• begrenzter Gasversorgung,
• Dosierprozessen,
• ungewöhnlich hohem Verbrauch,
• Erkennung eines geöffneten Bypasses oder einer Leckage.

Min-/Max- beziehungsweise Fensterüberwachung

Mit zwei Grenzwertgebern kann ein zulässiges Durchflussfenster definiert werden.

Beispielsweise:

Min = 15 l/min

Max = 25 l/min

Damit kann elektrisch erkannt werden, ob der Durchfluss:

• zu niedrig,
• im zulässigen Bereich,
• zu hoch

ist.

Der SITRANS FVA250 ist unter anderem in Varianten mit einem oder zwei Grenzwertschaltern verfügbar.

Wann reicht ein Schaltkontakt statt 4–20 mA?

Nicht jede Durchflussmessstelle benötigt einen kontinuierlichen Analogwert.

Ein Grenzkontakt reicht häufig aus, wenn

• nur ein Mindestdurchfluss überwacht werden soll,
• nur eine Über- oder Unterschreitung relevant ist,
• der genaue Wert vom Bediener lokal abgelesen werden kann,
• keine Trendaufzeichnung benötigt wird,
• keine kontinuierliche Regelung über den Messwert erfolgt.

Ein 4–20-mA-Ausgang ist dagegen sinnvoll, wenn

• der aktuelle Durchfluss in der Leitwarte angezeigt werden soll,
• der Durchfluss gespeichert beziehungsweise protokolliert wird,
• eine Regelung auf einen Sollwert erfolgt,
• mehrere Alarmgrenzen softwareseitig gebildet werden sollen,
• Trendanalysen oder Verbrauchsauswertungen erforderlich sind.

Die Entscheidung lautet deshalb nicht „analog oder digital ist besser“, sondern welche Prozessinformation tatsächlich benötigt wird.

NAMUR-Grenzwertgeber richtig verstehen

Beim SITRANS FVA250 kommen bei der Ausführung mit Grenzwertschalter induktive NAMUR-Grenzwertgeber zum Einsatz.

Für den Grenzwertschalter nennt Siemens den Typ:

SJ3.5-N-BU

mit der Schaltfunktion:

NAMUR NC

.

Ein NAMUR-Sensor ist kein potentialfreier Relaiskontakt

Er arbeitet mit einem definierten Stromsignal und wird normalerweise an einen:

• NAMUR-Schaltverstärker,
• Trennschaltverstärker,
• geeigneten NAMUR-Eingang

angeschlossen.

Die Auswerteeinheit erzeugt daraus anschließend ein nutzbares binäres Schaltsignal.

Warum ist diese Unterscheidung wichtig?

Wird bei der Planung lediglich „Schaltkontakt“ gelesen, könnte fälschlicherweise angenommen werden, dass damit direkt:

• eine 230-V-Warnleuchte,
• ein Schütz,
• ein Magnetventil

geschaltet werden kann.

Bei einem NAMUR-Grenzwertgeber ist das nicht der Fall.

Die elektrische Auswertung muss zur eingesetzten Kontakttechnik passen.

Grenzkontakt elektrisch richtig auswerten

Eine typische Messkette besteht beispielsweise aus:

FVA250 Grenzwertgeber → NAMUR-Schaltverstärker → Relaisausgang → Alarm / SPS-Digitaleingang

Ohne SPS

kann der Relaisausgang eines geeigneten Schaltverstärkers beispielsweise:

• eine Warnleuchte,
• einen akustischen Melder,
• eine Freigabeschaltung

ansteuern.

Mit SPS

wird nur ein digitaler Eingang benötigt.

Ein analoges 4–20-mA-Eingangsmodul ist für die reine Grenzwertüberwachung nicht erforderlich.

Bei zwei Grenzkontakten können zwei getrennte digitale Zustände ausgewertet werden.

Die FVA250-Grenzwertgeber sind bei einer Ausführung mit zwei Kontakten elektrisch voneinander getrennt.

Hysterese und schwankenden Durchfluss berücksichtigen

Ein realer Prozess steht selten vollkommen ruhig auf einem einzigen Durchflusswert.

Pumpen, Ventile, Druckregler und Verbraucher können kleine Schwankungen verursachen.

Problematisch wird dies direkt am Schaltpunkt

Liegt der tatsächliche Durchfluss permanent in unmittelbarer Nähe des Grenzwertes, kann das Schaltsignal häufig wechseln.

Ein solches Verhalten wird häufig als:

Flattern

oder:

Takten

der Meldung wahrgenommen.

Bei der Auslegung sollten deshalb

• Prozessschwankungen,
• Schalthysterese des Grenzwertsystems,
• gewünschte Sicherheitsreserve,
• gegebenenfalls eine zeitliche Verzögerung der Auswertung

berücksichtigt werden.

Eine kurze softwareseitige beziehungsweise relaisseitige Verzögerung kann beispielsweise verhindern, dass ein sehr kurzer Durchflusseinbruch sofort eine Anlagenabschaltung verursacht.

Ob eine Verzögerung zulässig ist, hängt jedoch von der jeweiligen Prozess- und Sicherheitsfunktion ab.

Schaltpunkt sinnvoll festlegen

Der Grenzwert sollte nicht automatisch exakt auf dem kleinsten technisch zulässigen Prozesswert liegen.

Beispiel Kühlung

Der Maschinenhersteller gibt vor:

absoluter Mindestdurchfluss = 10 l/min

Der normale Betriebsdurchfluss beträgt:

18 l/min

Ein Warnschaltpunkt könnte beispielsweise deutlich oberhalb der kritischen Grenze liegen.

Damit entsteht Zeit, auf eine beginnende Verschlechterung zu reagieren, bevor die tatsächliche Mindestversorgung unterschritten wird.

Bei der Festlegung sind zu berücksichtigen

• normaler Sollwert,
• zulässige Prozessstreuung,
• kritischer Mindest- beziehungsweise Maximalwert,
• Reaktionszeit des Prozesses,
• Messabweichung des Durchflussmessers,
• Schwankungen der Versorgung.

Der Grenzkontakt sollte einen sinnvollen Prozessgrenzwert überwachen und nicht lediglich eine beliebige Stelle auf der Skala.

Einbaulage und Fließrichtung beachten

Beim SITRANS FVA250 ist die vorgesehene Einbaulage:

senkrecht

mit einer Fließrichtung:

von unten nach oben

.

Das ist unmittelbar durch das Messprinzip begründet.

Gewichtskraft, Auftrieb und Strömungskraft müssen in der vorgesehenen Orientierung auf den Schwebekörper wirken.

Eine falsche Einbaulage kann

• die Anzeige verschieben,
• die Beweglichkeit des Schwebekörpers beeinträchtigen,
• die Grenzwertauslösung verfälschen.

Gerade bei einem Gerät mit Grenzkontakt ist deshalb nicht nur die ungefähre Anzeige wichtig.

Der mechanische Aufbau muss reproduzierbar arbeiten, damit der definierte Schaltpunkt zuverlässig erreicht wird.

Mediumsdaten und Skalierung berücksichtigen

Ein Schwebekörper-Durchflussmesser wird für bestimmte Mediums- und Betriebsbedingungen ausgelegt.

Für die resultierende Schwebekörperposition sind unter anderem relevant:

• Dichte des Mediums,
• Viskosität,
• Druck,
• Temperatur,
• bei Gasen zusätzlich die tatsächlichen Betriebsbedingungen.

Ein Gerätewechsel zwischen unterschiedlichen Medien ist deshalb nicht beliebig möglich

Ein beispielsweise für Wasser ausgelegtes Gerät darf nicht ohne Prüfung als exakt skalierter Durchflussmesser für eine Flüssigkeit mit deutlich anderer Dichte beziehungsweise Viskosität betrachtet werden.

Das gilt auch für den Grenzwert.

Ist die angezeigte Durchflussrate aufgrund falscher Mediumsdaten nicht korrekt, liegt auch der tatsächliche Durchfluss beim Auslösen des Grenzkontaktes an einer anderen Stelle als angenommen.

Besonderheiten bei Gasen

Bei Gasen hängt der Volumenstrom stark von Druck und Temperatur ab.

Deshalb muss eindeutig festgelegt sein, auf welche Betriebs- beziehungsweise Bezugsbedingungen sich die Skala bezieht.

Bei veränderten Gasbedingungen

kann dieselbe tatsächliche Massenmenge einen anderen Betriebsvolumenstrom besitzen.

Für die korrekte Auslegung sollten deshalb mindestens bekannt sein:

• Gasart,
• Minimal- und Maximaldurchfluss,
• Betriebsdruck,
• Betriebstemperatur,
• gewünschte Einheit beziehungsweise Bezugsbedingungen.

Der Grenzwert muss auf dieselben definierten Bedingungen bezogen werden wie die Durchflussskala.

Pulsationen und schwingenden Schwebekörper vermeiden

Ein Grenzwertgeber kann nur dann stabil arbeiten, wenn auch die mechanische Durchflussanzeige ausreichend stabil ist.

Pulsierende Strömungen können dazu führen, dass Schwebekörper und Zeiger um einen Mittelwert schwingen.

Typische Ursachen sind

• Kolben- oder Membranpumpen,
• schnell schaltende Ventile,
• instabile Druckregler,
• Druckstöße,
• Gasblasen in Flüssigkeiten,
• mechanische Rohrleitungsschwingungen.

Liegt der Schaltpunkt innerhalb dieses Schwankungsbereiches, kann der Grenzwertgeber wiederholt ansprechen und zurückschalten.

Beim SITRANS FVA250 ist eine Schwebekörperdämpfung verfügbar

Siemens empfiehlt eine Dämpfung unter anderem:

• generell bei Gasmessungen,
• wenn Gasblasen im Medium nicht vermieden werden können,
• bei Druckstößen,
• bei turbulenter oder pulsierender Strömung,
• bei unvermeidbaren Rohrleitungsvibrationen.

Damit lässt sich die mechanische Anzeige stabilisieren und auch die Grenzwertüberwachung robuster gestalten.

Druckverlust und Betriebsdruck beachten

Ein Schwebekörper-Durchflussmesser erzeugt prinzipbedingt einen Druckverlust.

Dieser muss bei der Auslegung der Versorgung berücksichtigt werden.

Besonders bei Gasen kann ein zu niedriger Betriebsdruck zu instabilem Verhalten führen.

Für den SITRANS FVA250 gibt Siemens als Mindestbetriebsdruck an:

Betriebsdruck > 2 × Druckverlust

Die konkrete Druckverlustangabe hängt von Messbereich und Geräteausführung ab.

Bei der Planung sollten deshalb gemeinsam betrachtet werden

• Versorgungsdruck,
• Gegendruck,
• Druckverlust des Messgerätes,
• Druckverlust von Ventilen und Leitungen,
• Minimal- und Maximaldurchfluss.

Grenzkontakt nicht mit Sicherheitsfunktion verwechseln

Ein elektrischer Grenzwertkontakt kann Bestandteil einer Maschinen- oder Prozessüberwachung sein.

Das bedeutet jedoch nicht automatisch, dass die komplette Messkette für eine funktionale Sicherheitsfunktion geeignet ist.

Zu einer Sicherheitsfunktion gehören gegebenenfalls zusätzlich

• geeignete Sensorarchitektur,
• Fehlererkennung,
• definierte Auswerteeinheit,
• geeignete Abschaltglieder,
• Nachweis der erforderlichen Sicherheitsintegrität.

Ob eine einfache Grenzwertmeldung lediglich eine Betriebsüberwachung oder Teil einer sicherheitsgerichteten Abschaltung ist, muss bereits bei der Anlagenplanung festgelegt werden.

Ein Grenzwertgeber ersetzt nicht automatisch einen nach den Anforderungen der konkreten Sicherheitsfunktion ausgelegten Durchflusswächter.

Praxisbeispiel: Kühlwasserdurchfluss überwachen

Eine Werkzeugmaschine benötigt einen konstanten Kühlwasserdurchfluss.

Der Bediener soll den aktuellen Durchfluss direkt an der Maschine ablesen können.

Die Maschinensteuerung benötigt jedoch nur eine Freigabe, solange ein ausreichender Mindestdurchfluss vorhanden ist.

Betriebsdaten

Normaler Durchfluss:

20 l/min

Kritischer Mindestdurchfluss:

10 l/min

Gewünschter Warnbereich:

12 l/min

Messlösung

Ein Schwebekörper-Durchflussmesser wird in die Kühlwasserleitung eingebaut.

Der aktuelle Wert kann permanent lokal an der Skala abgelesen werden.

Ein Grenzwertgeber überwacht den definierten Mindestwert.

Elektrische Auswertung

Der NAMUR-Grenzwertgeber wird mit einem geeigneten Schaltverstärker verbunden.

Dessen Relais- beziehungsweise Schaltausgang wird auf einen digitalen Eingang der Maschinensteuerung geführt.

Normalbetrieb

Bei ausreichendem Durchfluss erhält die Steuerung die Freigabe.

Filter setzt sich langsam zu

Der Durchfluss sinkt.

Der Bediener kann die Verschlechterung bereits an der lokalen Anzeige erkennen.

Grenzwert wird unterschritten

Bei Erreichen des eingestellten Mindestwertes ändert sich das Schaltsignal.

Die Maschine kann daraufhin beispielsweise:

• eine Warnung anzeigen,
• den Bearbeitungsvorgang kontrolliert stoppen,
• eine Wartungsmeldung erzeugen.

Für diese Anwendung wird kein kontinuierlicher analoger Durchflusswert in der SPS benötigt. Trotzdem stehen sowohl eine quantitative Vor-Ort-Anzeige als auch eine automatische elektrische Mindestdurchflussüberwachung zur Verfügung.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Lokale Anzeige korrekt, aber kein Schaltsignal	NAMUR-Auswertung fehlt oder falsch angeschlossen	Schaltverstärker und Verdrahtung prüfen
Kontakt schaltet permanent hin und her	Durchfluss liegt direkt am Grenzwert oder pulsiert	Prozessschwankung und Schaltpunkt prüfen
Anzeige schwankt stark	Pulsation, Gasblasen oder Vibration	Prozesszustand und gegebenenfalls Dämpfung prüfen
Schaltpunkt entspricht nicht dem erwarteten realen Durchfluss	Mediums- oder Betriebsdaten weichen von der Auslegung ab	Dichte, Viskosität, Druck und Temperatur prüfen
Gerät zeigt trotz laufendem Prozess zu wenig an	falsche Einbaulage beziehungsweise Fließrichtung	vertikalen Einbau und Strömungsrichtung kontrollieren
Grenzwertgeber funktioniert, Verbraucher schaltet aber nicht	NAMUR-Sensor direkt an ungeeignete Last angeschlossen	geeignete Auswerte- beziehungsweise Relaisstufe einsetzen
Min-Alarm erscheint beim Anlagenstart kurzzeitig	Durchfluss baut sich erst verzögert auf	Startsequenz und zulässige Zeitverzögerung prüfen
Durchfluss bricht beim Öffnen anderer Verbraucher ein	Versorgungsdruck beziehungsweise Rohrnetz unzureichend	Druckverlust und Versorgung prüfen
Gasdurchfluss ist bei geändertem Druck unplausibel	Betriebsbedingungen weichen von den Skalierbedingungen ab	Druck, Temperatur und Bezugsbedingungen prüfen
Min- und Max-Signal vertauscht	Verdrahtung beziehungsweise Zuordnung der beiden Kontakte falsch	Kontakte einzeln prüfen und dokumentieren
Kontakt schaltet bei Stillstand unerwartet	Logik des NAMUR-NC-Ausgangs falsch interpretiert	Schaltlogik der gesamten Auswertekette prüfen
Schaltpunkt verändert sich nach Prozessumbau	Medium, Druck oder Durchflussbereich geändert	Auslegung und Grenzwert neu überprüfen

Empfohlener Auslegungs- und Inbetriebnahmeablauf

1. Medium festlegen: Flüssigkeit, Gas oder Dampf eindeutig bestimmen.
2. Durchflussbereich bestimmen: Minimal-, Normal- und Maximaldurchfluss erfassen.
3. Betriebsdruck bestimmen: Minimalen und maximalen Druck angeben.
4. Betriebstemperatur bestimmen: Prozess- und Umgebungstemperatur berücksichtigen.
5. Mediumsdaten prüfen: Dichte und gegebenenfalls Viskosität berücksichtigen.
6. Messbereich auswählen: Normalbetrieb sinnvoll innerhalb der Skala platzieren.
7. Überwachungsaufgabe definieren: Min-, Max- oder Fensterüberwachung festlegen.
8. Grenzwert bestimmen: Prozessreserve gegenüber dem kritischen Wert einplanen.
9. Anzahl der Kontakte festlegen: Einen oder zwei Grenzwertgeber auswählen.
10. Elektrische Kontaktart prüfen: NAMUR nicht mit einem Relaiskontakt verwechseln.
11. Geeignete Auswertung auswählen: NAMUR-Schaltverstärker beziehungsweise geeigneten Eingang vorsehen.
12. Schaltlogik definieren: Festlegen, welches Signal Normalbetrieb und welches Störung bedeutet.
13. Einbaulage prüfen: FVA250 senkrecht montieren.
14. Fließrichtung prüfen: Medium von unten nach oben führen.
15. Rohrleitung spannungsfrei anschließen: Messgerät nicht zum Ausrichten der Rohrleitung verwenden.
16. Durchfluss langsam aufbauen: Verhalten von Schwebekörper und Anzeige beobachten.
17. Anzeige überprüfen: Plausibilität bei mehreren Betriebszuständen kontrollieren.
18. Schaltpunkt prüfen: Durchfluss kontrolliert über den Grenzwert verändern.
19. Rückschaltung prüfen: Verhalten bei steigender und fallender Strömung beobachten.
20. Pulsationen bewerten: Gegebenenfalls Dämpfung oder Prozessanpassung vorsehen.
21. Alarmkette prüfen: Vom Sensor bis zur Warnung beziehungsweise Anlagenreaktion testen.
22. Grenzwerte dokumentieren: Min-/Max-Werte und elektrische Zuordnung festhalten.
23. Wiederholungsprüfung einplanen: Funktion bei Wartung beziehungsweise Anlagenprüfung kontrollieren.

Passende Durchflussmesstechnik bei ICS Schneider

Siemens SITRANS FVA250 – lokale Anzeige mit optionalen Grenzwertschaltern

Der Siemens SITRANS FVA250 ist ein Ganzmetall-Schwebekörper-Durchflussmesser für Flüssigkeiten und Gase in geschlossenen Rohrleitungssystemen.

Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören:

• lokale mechanische Durchflussanzeige,
• Ausführungen mit einem oder zwei Grenzwertschaltern,
• alternativ beziehungsweise zusätzlich 4–20 mA/HART über MEM-Messumformer,
• vertikaler Einbau mit Fließrichtung von unten nach oben,
• Messgenauigkeit bei Flüssigkeiten: ±1,6 % nach VDI/VDE 3513-2 bei qG = 50 %,
• Messgenauigkeit bei Gasen: ±2,0 % bei qG = 50 %,
• Reproduzierbarkeit: 0,5 % vom Messbereichsendwert,
• Druckstufen: je nach Ausführung PN 16 … PN 100,
• Anzeigegehäuse: je nach Ausführung IP65 beziehungsweise IP66,
• verschiedene Werkstoffe: unter anderem Edelstahl, Hastelloy und PTFE.

Grenzwertschalter des FVA250

Für die reine Grenzwertausführung nennt Siemens:

• Grenzwertgeber: SJ3.5-N-BU,
• Schaltprinzip: NAMUR NC,
• Hilfsenergie: 5 … 25 V DC,
• Nennspannung: 8,2 V DC bei entsprechender NAMUR-Auswertung,
• zwei Kontakte: elektrisch voneinander isoliert,
• Kabelverschraubung: M20 × 1,5.

Damit eignet sich der FVA250 besonders gut für Anwendungen, bei denen ein robuster lokaler Durchflussmesser mit einem oder zwei elektrischen Grenzwerten benötigt wird.

Alternative: elektronischer Durchflussschalter

Wenn keine kontinuierlich ablesbare mechanische Skala erforderlich ist und die reine elektronische Überwachung im Vordergrund steht, kann stattdessen ein Durchflussschalter beziehungsweise Strömungswächter sinnvoll sein.

Elektronische Durchflussschalter bieten je nach Bauart beispielsweise:

• direkte Schaltausgänge,
• digitale Anzeige,
• PNP-/NPN-Ausgänge,
• Relaiskontakte,
• IO-Link,
• zusätzliche Analogsignale.

Die Auswahl hängt davon ab, ob die robuste mechanische Vor-Ort-Anzeige oder die elektronische Integration im Vordergrund steht.

Fazit

Ein Schwebekörper-Durchflussmesser mit Grenzkontakten ist eine einfache und robuste Lösung, wenn der aktuelle Durchfluss lokal sichtbar sein soll, für die Anlagensteuerung aber lediglich Min-/Max-Zustände benötigt werden.

Die lokale Anzeige bleibt unabhängig vom Analogsignal

Der Durchfluss kann direkt am Messgerät abgelesen werden, ohne dass ein 4–20-mA-Wert ausgewertet werden muss.

Grenzkontakte liefern einfache Prozessinformationen

Ein Kontakt eignet sich beispielsweise zur Mindestdurchflussüberwachung, zwei Kontakte ermöglichen eine Min-/Max- beziehungsweise Fensterüberwachung.

NAMUR ist kein normaler Relaiskontakt

Beim FVA250 müssen die Grenzwertgeber mit einer geeigneten NAMUR-Auswertung beziehungsweise einem Schaltverstärker betrieben werden.

Ein SPS-Analogsignal ist nicht zwingend erforderlich

Für eine reine Grenzwertmeldung genügt beispielsweise ein digitaler Eingang hinter der passenden Auswertestufe.

Ein stabiler Prozess ist Voraussetzung

Pulsationen, Gasblasen, Druckschwankungen und Vibrationen können die Schwebekörperposition und damit auch das Schaltverhalten beeinflussen.

Medium und Betriebsbedingungen bestimmen die Skalierung

Dichte, Viskosität, Druck und Temperatur müssen bereits bei der Geräteauslegung berücksichtigt werden.

Für die Praxis gilt

Medium und Betriebsdaten bestimmen → Durchflussbereich festlegen → Min-/Max-Grenzen definieren → passenden Schwebekörper-Durchflussmesser auswählen → einen oder zwei Grenzwertgeber festlegen → Kontaktprinzip prüfen → NAMUR-Auswertung korrekt anschließen → Messgerät senkrecht mit Strömung von unten nach oben montieren → Durchfluss langsam aufbauen → lokale Anzeige prüfen → Schaltpunkt bei steigender und fallender Strömung testen → Pulsationen und Schalthäufigkeit bewerten → komplette Alarmkette dokumentieren und regelmäßig prüfen.

FAQ: Schwebekörper-Durchflussmesser mit Grenzkontakten

Was ist ein Schwebekörper-Durchflussmesser?

Ein Schwebekörper-Durchflussmesser bestimmt den Durchfluss anhand der Position eines beweglichen Schwebekörpers, der sich unter dem Einfluss von Strömungs-, Auftriebs- und Gewichtskräften einstellt.

Was ist ein Rotameter?

Rotameter ist eine gebräuchliche Bezeichnung für Schwebekörper-Durchflussmesser beziehungsweise Geräte nach dem Variable-Area-Prinzip.

Kann ein Schwebekörper-Durchflussmesser ohne Stromversorgung anzeigen?

Bei rein mechanischen Ausführungen kann die lokale Durchflussanzeige ohne elektrische Messwertübertragung erfolgen. Optionale Grenzwertgeber oder Messumformer benötigen jedoch eine entsprechende elektrische Versorgung beziehungsweise Auswertung.

Was ist ein Grenzkontakt?

Ein Grenzkontakt erzeugt ein binäres Signal, wenn ein eingestellter Durchflussgrenzwert erreicht, über- oder unterschritten wird.

Kann damit ein Mindestdurchfluss überwacht werden?

Ja. Das ist eine der typischen Anwendungen eines Grenzwertgebers.

Kann auch ein Maximaldurchfluss überwacht werden?

Ja. Der Grenzwert kann entsprechend der vorgesehenen Anwendung auf einen oberen Durchflusswert eingestellt werden.

Kann man gleichzeitig Min und Max überwachen?

Ja. Mit zwei Grenzwertgebern kann ein zulässiges Durchflussfenster überwacht werden.

Brauche ich dafür ein 4–20-mA-Signal?

Nein. Für eine reine Grenzwertüberwachung genügt ein binäres Schaltsignal. Ein 4–20-mA-Signal ist nur erforderlich, wenn der kontinuierliche Durchflusswert elektrisch übertragen werden soll.

Brauche ich eine SPS?

Nicht zwingend. Über einen geeigneten Schaltverstärker kann beispielsweise auch ein Relais oder eine Warnmeldung angesteuert werden.

Kann der Grenzwertgeber direkt eine Warnleuchte schalten?

Das hängt vom Ausgangsprinzip ab. Ein NAMUR-Grenzwertgeber wie beim FVA250 ist kein Leistungsschalter und benötigt eine geeignete Auswerteeinheit beziehungsweise einen Schaltverstärker.

Was bedeutet NAMUR?

NAMUR-Sensoren arbeiten mit definierten Strompegeln und werden über geeignete NAMUR-Eingänge beziehungsweise Schaltverstärker ausgewertet.

Welchen Grenzwertgeber verwendet der SITRANS FVA250?

Für die Grenzwertausführung nennt Siemens den induktiven Näherungsschalter SJ3.5-N-BU mit NAMUR-NC-Schaltfunktion.

Wie viele Grenzwertkontakte kann der FVA250 haben?

Der FVA250 ist unter anderem mit einem oder zwei Grenzwertschaltern erhältlich.

Kann der FVA250 zusätzlich 4–20 mA liefern?

Ja. Ausführungen mit MEM-Messumformer bieten unter anderem einen 4–20-mA-Ausgang; je nach Konfiguration können auch Grenzwertgeber kombiniert werden.

Wie wird der FVA250 eingebaut?

Er wird senkrecht mit einer Fließrichtung von unten nach oben montiert.

Warum muss die Strömung von unten nach oben erfolgen?

Das Messprinzip basiert auf dem Gleichgewicht von Gewichtskraft, Auftrieb und Strömungskraft am Schwebekörper.

Was passiert bei falscher Einbaulage?

Die Schwebekörperposition und damit Anzeige und Grenzwertauslösung können unzuverlässig beziehungsweise falsch werden.

Kann der FVA250 Flüssigkeiten und Gase messen?

Ja. Der FVA250 ist für verschiedene Flüssigkeiten und Gase ausgelegt; Material, Messbereich und Skalierung müssen zur jeweiligen Anwendung passen.

Warum ist die Mediumsdichte wichtig?

Die Dichte beeinflusst die auf den Schwebekörper wirkenden Kräfte und damit seine Position bei einem bestimmten Durchfluss.

Warum ist bei Gasen der Betriebsdruck wichtig?

Der Gasvolumenstrom und die Gasdichte hängen von Druck und Temperatur ab. Abweichende Betriebsbedingungen können deshalb die Zuordnung zwischen tatsächlichem Durchfluss und Skalenwert verändern.

Was verursacht eine unruhige Anzeige?

Typische Ursachen sind Pulsationen, Druckstöße, Gasblasen, instabile Regelventile oder Rohrleitungsvibrationen.

Gibt es beim FVA250 eine Schwebekörperdämpfung?

Ja. Eine Dämpfung ist verfügbar und wird von Siemens unter anderem bei Gasmessungen, Pulsationen, Gasblasen und unvermeidbaren Vibrationen empfohlen.

Warum sollte der Schaltpunkt nicht direkt auf dem kritischen Prozesswert liegen?

Eine sinnvolle Reserve ermöglicht eine frühzeitige Warnung und berücksichtigt Messabweichungen sowie normale Prozessschwankungen.

Kann der Grenzwertkontakt einen sicherheitsgerichteten Durchflusswächter ersetzen?

Nicht automatisch. Ob eine Messkette für eine sicherheitsgerichtete Funktion geeignet ist, muss anhand der Anforderungen der gesamten Sicherheitsfunktion beurteilt werden.

Welche Genauigkeit besitzt der SITRANS FVA250?

Siemens gibt nach VDI/VDE 3513-2 bei qG = 50 % eine Messgenauigkeit von ±1,6 % für Flüssigkeiten und ±2,0 % für Gase an.

Welche Schutzart besitzt die Anzeigeeinheit?

Je nach Ausführung ist die Anzeigeeinheit des FVA250 mit IP65 beziehungsweise IP66 spezifiziert.

Für welche Druckstufen ist der FVA250 verfügbar?

Je nach Ausführung stehen Druckstufen von PN 16 bis PN 100 zur Verfügung.

Wann sollte statt eines Schwebekörpermessers ein elektronischer Durchflussschalter eingesetzt werden?

Wenn die lokale mechanische Skalenanzeige nicht benötigt wird und eine kompakte elektronische Grenzwertüberwachung mit beispielsweise PNP-, NPN-, Relais- oder IO-Link-Ausgang im Vordergrund steht, kann ein elektronischer Durchflussschalter geeigneter sein.

Wo finde ich den SITRANS FVA250?

Weitere Informationen finden Sie beim Siemens SITRANS FVA250 bei ICS Schneider.

Wo finde ich weitere Durchflussmesstechnik?

Weitere Lösungen finden Sie unter Durchflussmesstechnik bei ICS Schneider.