Eine Durchflussmessung über eine Messblende arbeitet mit einem Differenzdruck von beispielsweise 0 ... 100 mbar. Der Differenzdrucktransmitter ist korrekt kalibriert, trotzdem zeigt die Messstelle nach einer Wartung einen deutlichen Nullpunktversatz. An einer der beiden Wirkdruckleitungen befindet sich ein kleiner Hochpunkt, in dem sich eine Gasblase gesammelt hat. Kann eine solche scheinbar kleine Montageabweichung tatsächlich mehrere Millibar Messfehler verursachen?
Ja. Bei einer Flüssigkeitsmessung sind die Wirkdruck- beziehungsweise Impulsleitungen selbst Bestandteil des hydraulischen Messsystems. Beide Leitungen müssen den Druck von der Plus- und Minusseite des Wirkdruckgebers möglichst unverändert zum Differenzdrucktransmitter übertragen.
Dazu sollten beide Leitungen vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sein. Gasblasen, unterschiedliche Höhen der Flüssigkeitssäulen, abweichende Temperaturen oder eine einseitig teilweise entleerte Leitung verändern den hydrostatischen Druck auf einer Seite des Transmitters.
Gerade bei kleinen Differenzdruckmessbereichen kann dieser Einfluss größer sein als der eigentliche zu messende Wirkdruck.
Bei Flüssigkeiten wird der Differenzdrucktransmitter deshalb üblicherweise auf Höhe der Druckentnahmen oder darunter angeordnet. Die Wirkdruckleitungen werden ohne Hochpunkte so geführt, dass eingeschlossene Gase zurück zum Prozess aufsteigen können und beide Messseiten möglichst gleiche hydraulische Bedingungen besitzen.
Was ist eine Wirkdruckleitung?
Bei einer klassischen Differenzdruck-Durchflussmessung erzeugt ein Primärelement wie beispielsweise:
- Messblende,
- Durchflussdüse,
- Venturirohr oder
- Staudrucksonde
einen vom Durchfluss abhängigen Differenzdruck.
Vor dem Primärelement liegt ein höherer statischer Druck:
p+
hinter dem Primärelement ein niedrigerer Druck:
p-
.
Der Wirkdruck beträgt:
Δp = p+ - p-
Diese beiden Drücke müssen zum Differenzdrucktransmitter übertragen werden.
Dazu dienen die beiden Wirkdruck- beziehungsweise Impulsleitungen:
Plusentnahme → Plusleitung → H-Seite des Transmitters
Minusentnahme → Minusleitung → L-Seite des Transmitters
Die Leitungen übertragen somit nicht nur irgendeinen Druck.
Sie bilden gemeinsam mit Druckentnahmen, Ventilen und Transmitter das komplette hydraulische Messsystem.
Warum müssen Wirkdruckleitungen bei Flüssigkeiten vollständig gefüllt sein?
Bei einer Flüssigkeitsmessung sollten beide Wirkdruckleitungen vollständig mit der zu messenden Flüssigkeit beziehungsweise mit einer dafür vorgesehenen Sperrflüssigkeit gefüllt sein.
Damit besteht auf beiden Seiten des Transmitters eine definierte Flüssigkeitssäule.
Eine vollständig gefüllte Leitung überträgt Druck praktisch inkompressibel.
Befindet sich dagegen Gas in einer Leitung, ändern sich mehrere Eigenschaften gleichzeitig.
Die Gasblase besitzt:
- eine wesentlich geringere Dichte als die Flüssigkeit,
- eine deutlich höhere Kompressibilität,
- ein anderes dynamisches Verhalten.
Dadurch kann sowohl der statische Nullpunkt als auch die Reaktionszeit der Messung beeinflusst werden.
Warum wird der Transmitter unterhalb der Druckentnahmen montiert?
Bei Flüssigkeitsanwendungen wird der Differenzdrucktransmitter normalerweise neben oder unterhalb der Druckentnahmen angeordnet.
Der entscheidende Vorteil ist die natürliche Richtung des Dichteunterschiedes:
Flüssigkeit sinkt
Gas steigt
.
Liegt der Transmitter unterhalb der Prozessleitung und steigen die Wirkdruckleitungen vom Transmitter aus kontinuierlich zur Prozessleitung an, können Gasblasen in Richtung der Druckentnahmen aufsteigen.
Dort gelangen sie zurück in den Prozess.
Dadurch entstehen keine dauerhaften Gaspolster in der Messleitung.
Für Flüssigkeitsmessungen empfehlen Hersteller deshalb grundsätzlich eine Montage des Transmitters auf Höhe der Druckentnahmen oder darunter. :contentReference[oaicite:1]{index=1}
Wie sollten die Leitungen geneigt sein?
Entscheidend ist weniger ein optisch schönes Rohrbild als eine eindeutige Entlüftungsrichtung.
Vom Differenzdrucktransmitter aus sollten die beiden Flüssigkeitsleitungen möglichst:
kontinuierlich zur Prozessentnahme ansteigen
.
Dadurch können Gasblasen selbstständig nach oben wandern.
Zu vermeiden sind:
- lokale Hochpunkte,
- unnötige Schleifen,
- waagerechte Teilstücke mit wechselnder Neigung,
- Leitungstaschen, in denen Gas eingeschlossen werden kann.
Hersteller geben teilweise konkrete Mindestneigungen für Impulsleitungen vor. Entscheidend für die tatsächliche Anlage sind jedoch immer Projektvorgabe, verwendete Armaturen, Medium und Herstelleranleitung.
Emerson nennt beispielsweise für Flüssigkeitsanwendungen eine kontinuierliche Neigung vom Transmitter aufwärts zur Prozessentnahme und empfiehlt zugleich, Hochpunkte in Flüssigkeitsleitungen zu vermeiden. :contentReference[oaicite:2]{index=2}
Warum sind Hochpunkte problematisch?
Ein Hochpunkt ist eine Stelle, an der eine Wirkdruckleitung zunächst ansteigt und anschließend wieder abfällt.
Gasblasen sammeln sich bevorzugt an diesem höchsten Punkt.
Ein vereinfachtes Beispiel:
Prozess ───╮
╰─ Hochpunkt ─╮
╰─ Transmitter
Eine einmal eingeschlossene Gasblase kann dort häufig nicht selbstständig entweichen.
Selbst wenn die Leitung bei der Inbetriebnahme vollständig entlüftet wurde, kann sich später erneut Gas bilden, beispielsweise durch:
- Ausgasung gelöster Gase,
- Temperaturänderung,
- Druckabsenkung,
- Wartungsarbeiten,
- unvollständiges Wiederbefüllen.
Eine richtige Leitungsgeometrie ist deshalb wesentlich zuverlässiger als die Annahme, dass die Leitung nur einmal sauber entlüftet werden müsse.
Wie erzeugen Gasblasen einen Messfehler?
Bei einer vertikalen Flüssigkeitssäule entsteht ein hydrostatischer Druck.
Vereinfacht:
p = ρ × g × h
Dabei sind:
ρ= Dichte der Flüssigkeit,g= Erdbeschleunigung,h= Höhe der Flüssigkeitssäule.
Ersetzt eine Gasblase einen Teil dieser Flüssigkeitssäule, ist die Dichte in diesem Abschnitt wesentlich kleiner.
Damit verändert sich der hydrostatische Druck auf dieser Seite des Differenzdrucktransmitters.
Die andere Wirkdruckleitung bleibt vollständig mit Flüssigkeit gefüllt.
Der Transmitter erkennt deshalb einen Differenzdruck, obwohl der eigentliche Prozess-Wirkdruck möglicherweise unverändert ist.
Zusätzlich lässt sich Gas komprimieren.
Dadurch kann eine Gasblase die Übertragung schneller Druckänderungen dämpfen beziehungsweise verzögern.
Wie wirken sich unterschiedliche Flüssigkeitssäulen aus?
Auch ohne Gasblasen können unterschiedliche Höhen der beiden Flüssigkeitssäulen einen Nullpunktversatz erzeugen.
Befinden sich beide Prozessentnahmen auf gleicher Höhe und verlaufen beide Leitungen bis zum Transmitter hydraulisch gleich, wirkt auf beiden Seiten dieselbe zusätzliche Flüssigkeitssäule.
Vereinfacht:
Plusseite: p+ + ρgh
Minusseite: p- + ρgh
Bei der Differenzbildung hebt sich der zusätzliche hydrostatische Anteil auf:
Δp = (p+ + ρgh) - (p- + ρgh)
und damit:
Δp = p+ - p-
Das funktioniert jedoch nur, wenn beide Flüssigkeitssäulen vergleichbar sind.
Unterschiede entstehen beispielsweise durch:
- unterschiedliche Höhen,
- Gasblasen,
- unterschiedliche Flüssigkeitsdichten,
- unterschiedliche Temperaturen,
- teilweise entleerte Leitungen.
Beispiel: 10 cm Wassersäule gegenüber 100 mbar Messspanne
Wie groß der Höheneinfluss sein kann, zeigt ein einfaches Beispiel.
Für Wasser gilt näherungsweise:
ρ ≈ 1000 kg/m³
Bei einer Höhendifferenz von:
0,10 m
ergibt sich:
Δp = 1000 × 9,81 × 0,10 Pa
also ungefähr:
981 Pa ≈ 9,8 mbar
Bei einem Differenzdrucktransmitter mit einer eingestellten Messspanne von:
0 ... 100 mbar
entspricht dies fast:
10 % der gesamten Messspanne
.
Schon wenige Zentimeter wirksame Differenz der Flüssigkeitssäulen können deshalb bei kleinen Wirkdruckbereichen einen erheblichen Fehler verursachen.
Warum sollten Plus- und Minusleitung möglichst symmetrisch sein?
Bei einer Differenzdruckmessung ist nicht nur jede einzelne Leitung relevant, sondern insbesondere ihre Übereinstimmung.
Plus- und Minusleitung sollten deshalb möglichst vergleichbar ausgeführt werden hinsichtlich:
- Länge,
- Innendurchmesser,
- Steigung,
- Werkstoff,
- Armaturen,
- thermischer Umgebung.
Eine gute Symmetrie verbessert:
- die hydrostatische Gleichheit,
- das dynamische Verhalten,
- die Temperaturgleichheit,
- die Reproduzierbarkeit der Messung.
Besonders bei sehr kleinen Differenzdrücken können asymmetrische Leitungsbedingungen einen relevanten Anteil am Gesamtfehler besitzen.
Welche Rolle spielt die Temperatur der Wirkdruckleitungen?
Die Dichte einer Flüssigkeit ist temperaturabhängig.
Werden Plus- und Minusleitung unterschiedlich stark erwärmt, besitzen die Flüssigkeitssäulen deshalb geringfügig unterschiedliche Dichten.
Bei großen Höhenunterschieden zwischen Prozess und Transmitter kann daraus ein zusätzlicher Differenzdruck entstehen.
Typische Ursachen sind:
- eine Leitung liegt in der Sonne, die andere im Schatten,
- nur eine Leitung ist isoliert,
- eine Leitung verläuft nahe an einer heißen Rohrleitung,
- unterschiedliche Begleitheizung.
Für präzise Differenzdruckmessungen sollten deshalb beide Wirkdruckleitungen möglichst ähnlichen thermischen Bedingungen ausgesetzt sein.
Dies ist insbesondere bei längeren vertikalen Leitungsstrecken relevant.
Wo sollten die Druckentnahmen sitzen?
Bei einer horizontalen Flüssigkeitsleitung werden die Druckentnahmen häufig seitlich angeordnet.
Eine Entnahme direkt am tiefsten Punkt der Rohrleitung kann ungünstig sein, weil sich dort:
- Sedimente,
- Rost,
- Feststoffe,
- Ablagerungen
sammeln können.
Diese können anschließend in die kleinen Wirkdruckleitungen gelangen und dort Verstopfungen verursachen.
Bei Flüssigkeits-Durchflussmessungen empfehlen Hersteller daher typischerweise seitliche Druckentnahmen und eine Transmittermontage seitlich beziehungsweise darunter. :contentReference[oaicite:3]{index=3}
Die konkrete Position muss jedoch immer zur Art des Primärelements und dessen Einbauvorschrift passen.
Wie werden die Leitungen richtig entlüftet?
Vor der Inbetriebnahme müssen beide Messseiten vollständig mit Flüssigkeit gefüllt und vorhandene Gaspolster entfernt werden.
Dazu besitzen viele Differenzdrucktransmitter beziehungsweise Ventilblöcke entsprechende Entlüftungs- und Entleerungsmöglichkeiten.
Ein sinnvoller Ablauf umfasst grundsätzlich:
- Messstelle in einen sicheren Betriebszustand bringen.
- Ventilblock entsprechend der Betriebsanleitung einstellen.
- Wirkdruckleitungen kontrolliert mit Prozessmedium füllen.
- Gas auf beiden Seiten vollständig entlüften.
- Entlüftung wieder dicht schließen.
- Beide Seiten unter gleichen statischen Druck setzen.
- Nullpunkt beziehungsweise Lagefehler prüfen.
Die konkrete Ventilfolge hängt von Anlage, Ventilblock, Medium und Sicherheitserfordernissen ab.
Sie sollte deshalb nicht durch eine allgemeine Standardfolge ersetzt werden.
Welche Aufgabe hat der Drei- oder Fünfventilblock?
Ein Differenzdrucktransmitter wird häufig mit einem Drei- oder Fünfventilblock kombiniert.
Ein typischer Drei-Ventilblock besitzt:
- eine Absperrung der Hochdruckseite,
- eine Absperrung der Niederdruckseite,
- ein Ausgleichsventil zwischen beiden Messseiten.
Ein Fünfventilblock ergänzt typischerweise zwei zusätzliche Entlüftungs- beziehungsweise Prüfventile.
Damit lassen sich unter anderem:
- Transmitter vom Prozess isolieren,
- beide Seiten ausgleichen,
- Nullpunkt kontrollieren,
- Messseiten entlüften,
- Prüfgeräte anschließen.
Der Ventilblock löst allerdings keine falsch verlegte Wirkdruckleitung.
Ein Gaspolster in einem Hochpunkt kann nach der Inbetriebnahme erneut entstehen, selbst wenn die Messstelle zuvor korrekt entlüftet wurde.
Wie wird eine Flüssigkeitsmessstelle in Betrieb genommen?
Vor der ersten Druckbeaufschlagung sollte die komplette hydraulische Installation geprüft werden.
Zu kontrollieren sind insbesondere:
- Plusleitung tatsächlich an der H-Seite,
- Minusleitung tatsächlich an der L-Seite,
- keine lokalen Hochpunkte,
- keine mechanisch abgeknickten Leitungen,
- Absperrventile in korrekter Stellung,
- Ventilblock korrekt montiert,
- Leitungen vollständig gefüllt,
- keine sichtbaren Leckagen.
Danach werden beide Messseiten kontrolliert befüllt und entlüftet.
Wenn beide Seiten demselben statischen Druck ausgesetzt sind, sollte der Differenzdruck grundsätzlich nahe:
0 mbar
liegen.
Ein verbleibender lagebedingter Nullpunktversatz kann bei dafür vorgesehenen Transmittern über einen Lagefehlerabgleich korrigiert werden.
Ein hydraulisch verursachter Fehler durch Gasblasen oder unterschiedliche Flüssigkeitssäulen sollte dagegen nicht einfach elektronisch „weggenullt“ werden.
Wann sollte der Nullpunkt geprüft werden?
Eine Nullpunktkontrolle ist insbesondere sinnvoll:
- nach Erstmontage,
- nach Arbeiten an Wirkdruckleitungen,
- nach Entlüftung,
- nach Austausch des Transmitters,
- nach ungewöhnlichen Prozessereignissen,
- bei plötzlich verändertem Durchfluss-Offset.
Für eine aussagekräftige Kontrolle müssen beide Transmitterseiten hydraulisch auf denselben Druck gebracht werden.
Zeigt der Transmitter dann einen relevanten Differenzdruck, sollten zunächst:
- Ventilstellung,
- Entlüftung,
- Leitungsfüllung,
- Transmitterlage
kontrolliert werden.
Was passiert bei einer teilweise verstopften Wirkdruckleitung?
Eine Wirkdruckleitung kann beispielsweise durch:
- Ablagerungen,
- Korrosionsprodukte,
- Feststoffe,
- Kristallisation,
- eingefrorenes Medium
teilweise oder vollständig blockieren.
Eine vollständige Blockierung führt nicht zwangsläufig sofort zu einem offensichtlich falschen statischen Messwert.
Das eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen kann zunächst einen früheren Druckzustand speichern.
Typische Hinweise sind deshalb:
- träge Reaktion auf Prozessänderungen,
- unterschiedliche Reaktion von Plus- und Minusseite,
- ungewöhnlich gedämpftes Signal,
- bleibender Offset nach Lastwechseln.
Moderne Differenzdrucktransmitter können je nach Geräteausführung zusätzliche Diagnoseinformationen bereitstellen, die bei der Bewertung der Messstelle helfen.
Was gilt für viskose oder verschmutzte Flüssigkeiten?
Wirkdruckleitungen sind besonders vorteilhaft bei sauberen, ausreichend dünnflüssigen Medien.
Problematischer sind Medien, die:
- hochviskos,
- kristallisierend,
- erstarrend,
- stark feststoffbeladen,
- anhaftend
sind.
Solche Medien können kleine Impulsleitungen zusetzen.
Mögliche Gegenmaßnahmen sind abhängig von der Anwendung:
- größerer Leitungsquerschnitt,
- geeignete Spülkonzepte,
- Begleitheizung,
- Sperrflüssigkeit,
- Druckmittlersysteme.
Eine dauerhaft verstopfungsgefährdete Wirkdruckleitung sollte nicht allein durch immer häufigeres Reinigen kompensiert werden.
Dann ist grundsätzlich zu prüfen, ob das Messkonzept zum Medium passt.
Wann sind Druckmittler besser als Wirkdruckleitungen?
Bei schwierigen Prozessmedien können direkt angebaute beziehungsweise über Kapillarleitungen verbundene Druckmittler eine Alternative zu klassischen mediengefüllten Wirkdruckleitungen darstellen.
Dies kann interessant sein bei:
- hochviskosen Flüssigkeiten,
- kristallisierenden Medien,
- aggressiven Stoffen,
- sehr heißen Prozessen,
- Hygieneanwendungen.
Auch ein Druckmittlersystem besitzt jedoch eigene Einflussgrößen.
Dazu gehören beispielsweise:
- Kapillarlänge,
- Temperatur,
- Füllflüssigkeit,
- Membransteifigkeit,
- Reaktionszeit.
Die Entscheidung zwischen Impulsleitungen und Druckmittlern sollte deshalb anhand der kompletten Prozessanforderung getroffen werden.
Praxisbeispiel: Nullpunktfehler durch Gasblase
Eine Differenzdruckmessung erfasst den Durchfluss einer Wasserleitung.
Messbereich des Transmitters:
0 ... 100 mbar
Der Transmitter ist ungefähr:
1,5 m
unterhalb der Prozessleitung montiert.
Nach Wartungsarbeiten zeigt die Messung bei Anlagenstillstand plötzlich:
+7 mbar
obwohl an beiden Druckentnahmen praktisch derselbe Prozessdruck anliegt.
Eine elektrische Nullpunktkontrolle des Transmitters zeigt keine Auffälligkeit.
Bei der Kontrolle der Wirkdruckleitungen wird auf der Minusseite ein lokaler Hochpunkt festgestellt.
Dort befindet sich eine Gasblase.
Die Leitung wird vollständig entlüftet und anschließend so befestigt, dass vom Transmitter bis zur Druckentnahme eine kontinuierliche Steigung besteht.
Nach erneutem Druckausgleich liegt der Differenzdruck wieder nahe:
0 mbar
.
Der zunächst vermutete Transmitterfehler war damit ein hydraulischer Installationsfehler der Wirkdruckleitung.
Messfehler systematisch diagnostizieren
- Prozessbedingungen auf Plausibilität prüfen.
- H- und L-Anschluss kontrollieren.
- Ventilstellung des Ventilblocks prüfen.
- Beide Seiten auf gleichen statischen Druck bringen.
- Nullpunkt des Transmitters kontrollieren.
- Wirkdruckleitungen auf Hochpunkte prüfen.
- Beide Leitungen vollständig entlüften.
- Auf unterschiedliche Flüssigkeitssäulen achten.
- Leitungstemperaturen vergleichen.
- Leitungen auf Knicke oder Verstopfung prüfen.
- Absperrventile auf vollständige Öffnung kontrollieren.
- Druckentnahmen auf Ablagerungen prüfen.
- Messwert unter mehreren Prozesszuständen beobachten.
- Erst danach einen Transmitterdefekt vermuten.
Wirkdruckleitungen systematisch planen
- Medium und Prozessbedingungen bestimmen.
- Erwarteten Differenzdruck und statischen Leitungsdruck festlegen.
- Druckentnahmeposition entsprechend dem Primärelement festlegen.
- Transmitter bei Flüssigkeiten möglichst auf Höhe der Entnahmen oder darunter vorsehen.
- Beide Leitungen mit kontinuierlicher Steigung zum Prozess planen.
- Hochpunkte konsequent vermeiden.
- Plus- und Minusleitung möglichst symmetrisch ausführen.
- Unnötig lange Leitungswege vermeiden.
- Geeigneten Rohr- beziehungsweise Schlauchdurchmesser wählen.
- Gleiche thermische Bedingungen für beide Leitungen anstreben.
- Entlüftungsmöglichkeiten vorsehen.
- Geeigneten Drei- oder Fünfventilblock auswählen.
- Frost- und Verstopfungsrisiko bewerten.
- Bei problematischen Medien Druckmittler als Alternative prüfen.
- Messstellengeometrie für spätere Wartung dokumentieren.
Häufige Fehler
- Transmitter deutlich oberhalb der Flüssigkeitsentnahmen montieren: Gas kann sich in den Wirkdruckleitungen sammeln.
- Hochpunkte in den Leitungen zulassen: Gasblasen können dort dauerhaft eingeschlossen werden.
- Nur eine Leitung sauber entlüften: Unterschiedliche Flüssigkeitssäulen erzeugen einen Nullpunktfehler.
- Hydrostatische Druckanteile unterschätzen: Schon 10 cm Wassersäule entsprechen ungefähr 9,8 mbar.
- Nullpunktfehler sofort elektronisch korrigieren: Ein hydraulischer Installationsfehler wird dadurch lediglich verborgen.
- Plus- und Minusleitung sehr unterschiedlich verlegen: Temperatur- und dynamische Einflüsse werden asymmetrisch.
- Eine Leitung isolieren und die andere nicht: Unterschiedliche Flüssigkeitsdichten können zusätzliche Differenzdrücke erzeugen.
- Druckentnahmen am tiefsten Punkt einer verschmutzten Leitung setzen: Sedimente können in die Wirkdruckleitungen gelangen.
- Zu kleine Leitungsquerschnitte bei verschmutzten Medien verwenden: Das Verstopfungsrisiko steigt.
- Gasblase nur als dynamisches Problem betrachten: In vertikalen Leitungsabschnitten kann bereits die fehlende Flüssigkeitssäule einen statischen Offset erzeugen.
- Ventilblock als Lösung für schlechte Leitungsführung betrachten: Er ermöglicht Bedienung und Prüfung, korrigiert aber keine falsche Hydraulik.
- Transmitterfehler vermuten, ohne zuerst die Impulsleitungen zu prüfen: Viele scheinbare Δp-Fehler entstehen in der Prozessanbindung.
SITRANS P320 für Differenzdruck- und Wirkdruckmessungen
Ein konkreter Prozesstransmitter für solche Anwendungen ist der Siemens SITRANS P320.
Die Baureihe ist für:
- Relativdruck,
- Absolutdruck,
- Differenzdruck,
- Füllstand,
- Volumendurchfluss,
- Massendurchfluss
vorgesehen.
Für Differenzdruckanwendungen kann der P320 den über ein Primärelement erzeugten Wirkdruck erfassen und entsprechend der gewünschten Messaufgabe verarbeiten.
Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören:
- hohe Messgenauigkeit,
- HART-Kommunikation,
- Diagnosefunktionen nach NAMUR NE107,
- lokale Parametrierung über Bedientasten,
- Ausführungen für unterschiedliche Differenzdruckbereiche und statische Prozessdrücke,
- unterschiedliche Werkstoffe für messstoffberührte Teile,
- Ex- und SIL-Ausführungen.
Bei der Differenzdruckausführung sieht Siemens für Flüssigkeitsmessungen entsprechende Entlüftungsmöglichkeiten am Prozessanschluss vor.
Der Transmitter selbst kann jedoch nur den an seinen beiden Anschlüssen anliegenden Differenzdruck messen.
Eine hochwertige Messzelle kann eine fehlerhaft verlegte, teilweise gefüllte oder nicht entlüftete Wirkdruckleitung nicht kompensieren.
Weitere Informationen finden Sie beim Siemens SITRANS P320 Prozesstransmitter sowie unter Prozesstransmitter / Differenzdrucktransmitter bei ICS Schneider.
Fazit
Bei einer Differenzdruckmessung in Flüssigkeiten gehören die Wirkdruckleitungen zur eigentlichen Messkette.
Beide Leitungen müssen den Prozessdruck unter möglichst identischen hydraulischen Bedingungen auf die Plus- und Minusseite des Transmitters übertragen.
Gasblasen sind dabei besonders problematisch. Sie ersetzen einen Teil der Flüssigkeitssäule durch ein Medium mit wesentlich geringerer Dichte und verändern gleichzeitig das dynamische Verhalten der Druckübertragung.
Der Transmitter wird bei Flüssigkeitsanwendungen deshalb üblicherweise neben beziehungsweise unterhalb der Druckentnahmen angeordnet. Die Impulsleitungen sollten vom Transmitter aus kontinuierlich zum Prozess ansteigen, sodass Gas selbstständig zurück in die Prozessleitung gelangen kann.
Auch Höhenunterschiede dürfen nicht unterschätzt werden. Bei Wasser entsprechen bereits 10 cm Differenz der Flüssigkeitssäulen ungefähr 9,8 mbar. Bei kleinen Wirkdruck-Messspannen kann dies einen erheblichen Teil des gesamten Messbereichs ausmachen.
Plus- und Minusleitung sollten daher möglichst symmetrisch hinsichtlich Höhe, Länge, Temperatur und Leitungsführung ausgeführt werden.
Vor der Inbetriebnahme müssen beide Leitungen vollständig gefüllt und entlüftet werden. Ein verbleibender Offset sollte nicht vorschnell elektronisch korrigiert werden, bevor Gasblasen, Ventilstellung, Höhenunterschiede und Verstopfungen ausgeschlossen wurden.
Für eine zuverlässige Flüssigkeits-Differenzdruckmessung gilt deshalb: Transmitter möglichst unterhalb der Druckentnahmen anordnen, beide Wirkdruckleitungen ohne Hochpunkte kontinuierlich zum Prozess ansteigen lassen, vollständig mit Flüssigkeit füllen und entlüften, hydrostatische Höhenunterschiede minimieren und beide Messseiten möglichst symmetrisch ausführen.
FAQ: Wirkdruckleitungen bei Flüssigkeiten
Wo sollte ein Differenzdrucktransmitter bei Flüssigkeiten montiert werden?
Typischerweise auf Höhe der Druckentnahmen oder darunter. Dadurch können Gasblasen über die ansteigenden Wirkdruckleitungen zurück in die Prozessleitung gelangen.
Warum muss die Wirkdruckleitung bei Flüssigkeiten ansteigen?
Die kontinuierliche Steigung vom Transmitter zur Prozessleitung ermöglicht es eingeschlossenem Gas, aufgrund seiner geringeren Dichte selbstständig zum Prozess zurückzuwandern.
Warum sind Hochpunkte in einer Flüssigkeits-Impulsleitung schlecht?
Dort können sich Gasblasen sammeln. Diese verändern die hydrostatische Flüssigkeitssäule und können einen statischen Nullpunktfehler sowie ein verzögertes Messverhalten verursachen.
Wie stark wirkt sich ein Höhenunterschied aus?
Der Einfluss ergibt sich aus Δp = ρ × g × Δh. Bei Wasser entsprechen 10 cm Höhendifferenz ungefähr 9,8 mbar.
Heben sich die Flüssigkeitssäulen in beiden Wirkdruckleitungen nicht gegenseitig auf?
Ja, wenn beide Seiten dieselbe Flüssigkeitsdichte und dieselbe wirksame Höhe besitzen. Unterschiede zwischen den beiden Leitungen erzeugen dagegen einen zusätzlichen Differenzdruck.
Kann eine kleine Gasblase wirklich einen relevanten Messfehler verursachen?
Ja. Sie ersetzt einen Teil der Flüssigkeitssäule durch wesentlich leichteres Gas und kann dadurch besonders bei kleinen Differenzdruck-Messbereichen einen deutlichen Offset verursachen.
Warum reagieren Messwerte mit Gasblasen manchmal träge?
Gas ist kompressibel. Dadurch werden Druckänderungen anders übertragen als in einer vollständig flüssigkeitsgefüllten Leitung.
Sollten Plus- und Minusleitung gleich lang sein?
Eine möglichst symmetrische Leitungsführung ist vorteilhaft. Neben der Länge sind vor allem Höhe, Durchmesser, Temperaturbedingungen, Armaturen und Füllzustand beider Leitungen vergleichbar zu halten.
Warum ist die Temperatur der Impulsleitungen wichtig?
Die Flüssigkeitsdichte hängt von der Temperatur ab. Unterschiedlich warme Flüssigkeitssäulen können deshalb bei größeren Höhenunterschieden einen zusätzlichen Differenzdruck verursachen.
Wo sitzen die Druckentnahmen bei Flüssigkeiten?
Bei horizontalen Leitungen werden sie häufig seitlich angeordnet, damit Sedimente aus dem Rohrboden möglichst nicht in die Wirkdruckleitungen gelangen. Die genaue Position richtet sich nach dem verwendeten Primärelement.
Kann ich einen Nullpunktfehler einfach am Transmitter korrigieren?
Ein reiner Lagefehler des Transmitters kann gegebenenfalls abgeglichen werden. Ein Fehler durch Gasblasen, unterschiedliche Flüssigkeitssäulen oder verstopfte Impulsleitungen sollte dagegen zuerst hydraulisch beseitigt werden.
Wann sind Druckmittler statt Wirkdruckleitungen sinnvoll?
Sie können bei hochviskosen, kristallisierenden, anhaftenden, aggressiven oder sehr heißen Medien vorteilhaft sein, bei denen klassische Impulsleitungen zu Verstopfung oder hohem Wartungsaufwand neigen.
Welcher Transmitter eignet sich für Wirkdruckmessungen?
Ein konkretes Beispiel ist der Siemens SITRANS P320. Er ist für Differenzdruck-, Durchfluss- und Füllstandsmessungen ausgelegt und bietet HART-Kommunikation sowie Diagnosefunktionen nach NAMUR NE107.