Vortex Durchflussmessung

Die Vortex-Durchflussmessung, auch Wirbeldurchflussmessung genannt, wird angewendet um Volumen- und Massenströme zu bestimmen. Die Vortex-Durchflussmesser sind in der Lage den Volumen-Durchfluss von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten zu bestimmen.  

Im 16. Jahrhundert hielt Da Vinci seine Beobachtungen bezüglich Wirbel in strömenden Gewässern fest. 1912 hat der ungarische Physiker Kármàn die Gesetzmäßigkeiten der Wirbel definiert, nachdem auch die Kármánsche Wirbelstrasse benannt ist.

Das Vortex-Messprinzip beruht demnach auf entstehende Wirbel, die auftreten, wenn eine Strömung ein Hindernis trifft.

Funktion

Im inneren des Vortex-Durchflussmessgeräts befindet sich ein Hindernis für das durchfließende Medium, der Staukörper. Hinter dem Staukörper befindet sich ein Sensor, der Druckunterschiede im durchfließenden Medium erfasst.

Sobald das Medium eine bestimmte Geschwindigkeit erlangt, bilden sich hinter dem Staukörper Wirbel, abwechselnd auf beiden Seiten. Es entstehen Zonen mit Unter- und Überdruck, die sogenannte Kármánsche Wirbelstraße.

Diese Druckunterschiede entsprechen den entstehenden Wirbelfrequenzen und werden von einem mechanischen Sensor (Abb.3) erfasst und als primäres digitales, lineares Signal der Elektronik zugeführt. Der Abstand der Wirbel zueinander entspricht einem bestimmten Volumen des Mediums. Durch die Anzahl der einzelnen Wirbel kann somit der gesamte Durchfluss ermittelt werden.   

Je höher die Durchflussgeschwindigkeit desto höher ist die Wirbelfrequenz. Da in der Praxis üblicherweise die Durchflussgeschwindigkeit zu gering ist, wird ein Vortex-Durchflussmessgerät mit verringertem Querschnitt eingesetzt. Der verringerte Querschnitt erhöht die Durchflussgeschwindigkeit ohne dabei die Messgenauigkeit einzuschränken.

Üblicherweise ist ein Temperaturfühler im Sensor eingebaut. Mit dem integrierten Durchflussrechner können somit temperaturunabhängige Masse-, sowie Energieströme berechnet werden. Dies stellt sich als besonders wichtig bei Sattdampf und Gas heraus.

Abb.2

Abb.3

Einsatzgebiet

Vortex-Durchflussmessinstrumente werden häufig eingesetzt bei Prozessen mit Sattdampf, überhitztem Dampf, flüssigen und gasförmigen Kohlewasserstoffen, demineralisiertem Wasser, flüssigem und gasförmigen Ammoniak, sowie Gasen wie Stickstoff oder Luft.

Gerne als Ergänzung zu magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten verwendet, werden die Vortex-Durchflussmessgeräte, da sie auch nicht leitende Medien messen können.  

Ändert sich die Gaszusammensetzung, enthält die Strömung Partikel oder es bildet sich Kondensat, können weiterhin exakte Messergebnisse geliefert werden. Diese Eigenschaft macht die Vortex-Durchflussmessgeräte attraktiv für Biogasmessungen und Volumenmessungen bei Abgasen.

In folgenden Branchen finden Vortex-Durchflussmessgeräte häufig Einsatz:

• Öl- und Gasindustrie
• Raffinerien
• Chemische und petrochemische Industrie
• Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie

Vorteile der Vortex-Durchflussmessung

• Niedrige Installationskosten
• Geringer Druckverlust
• Geringe Fehlerquote (0,75 % vom Messwert für Flüssigkeiten und 1 % bei Gasen)
• Dichte, Druck, Temperatur und Viskosität des Mediums haben kaum Einfluss
• Temperaturbereich von -200 ° C bis +400 ° C
• Hohe Langzeitstabilität (kein Nullpunktdrift)
• Große Messdynamik (zwischen 10:1 bis 30:1 bei Gasen und Dämpfen und 40:1 bei Flüssigkeiten)
• Es gibt Ex-Ausführungen

Problempunkte

1. Vortex-Durchflussmessgeräte haben eine relativ hohe Verschmutzungsanfälligkeit. Schmutzbeladene oder zur Kristallisierung neigende Medien können das Messergebnis auf unterschiedliche Art verfälschen.
2. Des Weiteren sind Vibrationen in der Anlage verantwortlich für instabile Messergebnisse. Diese können durch beispielsweise Pumpen entstehen, die vor dem Vortex-Durchflussmessgerät eingebaut wurden.
3. Die erforderliche Mindestgeschwindigkeit für durchströmende Medien um messbare Wirbel zu erzeugen, kann zum Problem werden. Der Geschwindigkeitsmessbereich ist somit immer größer als Null, so lassen sich keine stehenden oder langsam fließenden Medien erkennen. Hier wird ein zusätzliches Gerät benötigt.
4. Die Messung ist nur auf eine Durchflussrichtung beschränkt.