Durchflussmessung

Wer sich zum ersten Mal mit dem Bereich Durchflussmessung auseinandersetzt, stellt schnell fest, dass er es durchaus mit einem umfassenden und komplizierten Teilgebiet der Messtechnik zu tun hat. Viele physikalischen Größen und Gesetze gilt es hierbei zu beachten, viele Hürden zu umschiffen. Hier eine physikalisch korrekte Abhandlung über den gesamten Bereich der Durchflussmessung zu schreiben, würde den Rahmen dieses Katalogs sprengen. Vielmehr soll diese Seite dazu dienen, eine grobe Darstellung der Durchfluss-Messtechniken zu vermitteln, eventuelle Fragen zu klären und die von mensaura bevorzugte thermische Massendurchflussmessung näher zu erläutern.
Beim Thema Durchflussmessgerät stößt man unwillkürlich auf die Frage, ob man Massestrom oder Volumenstrom messen soll, sowie auf eine Anzahl an physikalischen Gesetzen, die es dabei zu beachten gibt. Aber weder Robert Boyle, Amedeo Avogadro noch Joseph Louis Gay-Lussac, bzw. deren Gesetze, erleichtern einem die Auswahl. Aber vielleicht können wir das mit einer kurzen Beschreibung der beiden Messmethoden- die bewusst auf Gleichungen und Formeln verzichtet - tun.

Durchflussmessgerät Volumenstrom:

Ein Durchflussmessgerät, das den Volumenstrom misst, misst das Volumen eines bestimmten Mediums pro Zeiteinheit. Gebräuchliche Einheiten sind hier m³/s oder ml/min, gebräuchliche Verfahren sind die Messungen mittels Schwebekörpern oder Wirkdruckverfahren (Messblende, Laminar Flow Element).
Vorteil der Volumenstrommessung ist die Unabhängigkeit der Messung von der Art des Gases.
Nachteil der Volumenstrommessung ist der große Einfluss von Temperatur und Druck auf das Messergebnis. Stellt sich in der Messstrecke eine Temperaturänderung des Mediums ein, so ändert sich der gemessene Durchfluss.
Um aussagekräftige und vergleichbare Messergebnisse zu erhalten, muss man bei der Volumen-strommessung also immer den Druck und die Temperatur berücksichtigen, bzw. rechnet man den gemessenen Volumenstrom auf Normbedingungen um (siehe rechts), um ein korrektes und reproduzierbares Messergebnis zu erhalten.

Durchflussmessgerät Massestrom:

Geräte für die Massestrommessung messen die Masse eines Mediums pro Zeiteinheit. Hier kommen hauptsächlich Coriolis- und thermische Massenstrommesser zum Einsatz. Als Einheit würde man also eine Masseneinheit pro Zeiteinheit, zum Beispiel g/min oder Kg/h Stunde erwarten. Allerdings ist es in der Messtechnik gebräuchlich, den Durchfluss in Volumeneinheiten unter Normbedingungen anzugeben (siehe unten).
Vorteil der Massestrommessung ist die Unabhängigkeit des Messergebnisses von Druck- und Temperaturänderungen.
Nachteil der Massestrommessung sind die in vielen Systemen üblichen langen Ansprechzeiten sowie die Tatsache, dass die Art des Gases bekannt sein muss. Bei der Messung von z.B. CO2 auf einem mit Luft kalibriertem Gerät muss das Ergebnis mittels eines Korrekturfaktors umgerechnet werden.

Normbedingungen:

In vielen industriellen Bereichen wird hauptsächlich die in der DIN1343 beschriebene Normbedingung verwendet, nämlich bei 0°C und 1013,25 hPa.
Man erkennt diese Normbedingung oft an einem vor- oder nachgestellten „N“ in der Einheitsangabe, z.B. 200 Nl/min oder 100 mln/min. Eine weitere häufig verwendete Normbedingung (DIN102) beschreibt den Durchfluss in Bezug auf 20°C und 981 hPa und wird oft als Standardliter gekennzeichnet, z.B. 200 sl/h oder 100 mls/min.
Es gibt noch einige weitere Normbedingungen, von denen Sie bei mensaura-Geräten insgesamt sechs verschiedene einstellen können. Diese unterschiedlichen Normbedingungen sorgen zwar auf der einen Seite oft für Verwirrung, auf der anderen Seite ermöglichen sie aber auch die Umrechnung zwischen Volumenstrom und Mas-senstrom.

Thermische Massendurchflussmessung

(das kalorimetrische Prinzip)
Die thermische Massenstrommessung wie sie in den Geräten von mensaura verwendet wird, hat den entscheidenden Vorteil, dass es durch dieses Verfahren nicht nötig ist, den Druck und die Temperatur zu messen. Man erhält direkt einen auf Normbedingungen bezogenen Durchfluss.
Möglich wird dies durch das thermische Messverfahren, bei dem die an der Messzelle vorbeiströmende Luft erwärmt und mittels eines Regelkreises konstant gehalten wird. Eine Erhöhung des Durchflusses bewirkt somit eine stärkere Abkühlung an der Messzelle durch Konvektion und damit einen höheren Energiebedarf des Regelkreises. Ein proportionales Verhält-nis entsteht.

Optionale Ausstattung

• Durchflussmessgerät mit externem USB-Anschluss
• werkzeuglos zu öffnendes Gehäuse
• große, beleuchtete LCD-Anzeige

Rückführbare Kalibrierzertifikate sind heute, vor allem in ISO 9000 zertifizierten Unternehmen, eine weit verbreitete Forderung. Setzten Sie in Ihrem Unternehmen Messgeräte ein, so schreibt Ihnen Ihre Prüfmittelüberwachung üblicherweise vor, dass…

1. Prüfmittel vor dem ersten Einsatz kalibriert sein müssen.
2. Prüfmittel periodisch überprüft, bzw. nachkalibriert werden müssen.
3. Die Rückführbarkeit gewährleistet sein muss.

Wie in der Kalibrier-Hierarchie ersichtlich, gibt es für die Erstellung eines rückführbaren Kalibrierzertifikats mehrere zulässige Stellen. An oberster Stelle steht die Physikalisch Technische Bundes-anstalt (PTB) als oberste nationale Einrichtung. Von der Physikalisch Technischen Bundesanstalt wird die nächste Stelle in der Kalibrier-Hierarchie zertifiziert, der Deutsche Kalibrierdienst (DKD) bzw. die Deutsche Akkreditierungsstelle (DAkkS).

Die nächste Stelle in der Kalibrier-Hierarchie ist durch DKD-kalibrierte Referenzen in der Lage, ebenfalls rückführbare Kalibrierzertifikate auszu-stellen. Diese Ebene der Kalibrier-Hierarchie bie-tet für die meisten Unternehmen die entscheidenden Vorteile:

ISO 9000 konforme, rückführbare Kalibrier-zertifikate, günstige Preise, guter Service und schnelle Durchlaufzeiten der Messmittel.

Resultierend aus diesen Vorteilen ist es nicht verwunderlich, dass dies die am häufigsten eingesetzte Art der Kalibrierung ist. Die Firma mensaura bietet sowohl Kalibrierungen für die eigenen Durchflussmessgeräte und Druckmessgeräte, als auch Kalibrierungen als Dienstleistung für Fremdgeräte an. Durch unsere DAkkS-Zertifizierten Referenzgeräte, sind wir in der Lage rückführbare Werkszertifikate zu erstellen. Diese Rückführbarkeit ermöglicht es Ihnen, die Geräte ISO-konform als Messmittel einzusetzen. Wir empfehlen Ihnen generell einen Kalibrierzyklus von ein bis zwei Jahren für Ihre Messmittel.

Erstkalibrierungen des Durchflussmessgeräts

Bei einer Neuanschaffung unserer Geräte haben Sie die Möglichkeit ein rückführbares Kalibrier-zertifikat zu bestellen. Üblicherweise handelt es sich dabei um ein 5-Punkte-Zertifikat bei dem über die gesamte Messspanne 5 Messpunkte aufgenommen und dokumentiert werden. Das ist für eine Prüfmittelüberwachung nach ISO 9000 in der Regel völlig ausreichend, Sie haben aber trotzdem die Möglichkeit ein 10-Punkte-Zertifikat zu bestellen, sollten in Ihren Unternehmensricht-linien strengere Auflagen festgelegt sein.

 

Folgekalibrierungen der Durchflussmessgeräte

Wie oben bereits beschrieben, empfehlen wir einen Kalibrierzyklus von ein bis zwei Jahren für unser Durchflussmessgerät oder Druckmessgerät. Für die Rekalibrierung steht Ihnen im Onlineshop ein eigener Bestellprozess zur Verfügung. Natürlich können Sie die Geräte auch direkt zu uns schicken. Die Bestellung einer Folge-kalibrierung via Onlineshop hat aber den Vorteil, dass die Durchlaufzeiten für die Kalibrierung deutlich kürzer sind, da die Kalibrierung besser eingetaktet werden kann. Beachten Sie bitte, dass wir keine Folgekalibrierungen ohne ausgefüllte Kontaminierungsbescheinigung durchführen können.

Sie finden diese im Downloadbereich.

Kalibrierung von Fremdgeräten

Bei Fremdgeräten ist eine Zertifizierung als Dienstleistung durchaus üblich und kann über einen eigenen Bestellvorgang in unseren Onlineshop beauftragt werden. Nach der Bestellung wird ein Termin für die Kalibrierung eingetaktet und Sie erhalten die nötigen Informationen von uns.

Bitte beachten Sie, dass bei der Kalibrierung von Fremdgeräten nur der Ist-Zustand dokumentiert werden kann. Eine Justage der Geräte ist nur bei vorliegender Kalibrieranleitung möglich. Bitte vergessen Sie auch hier nicht die Kontaminierungsbescheinigung.

Die Genauigkeit ist der Begriff, um den sich in der Messtechnik alles dreht. Sie ist DAS Kriterium, das ein Messgerät kategorisiert.
Wikipedia bezeichnet die Genauigkeit sehr treffend als „Grad der Übereinstimmung zwi-schen angezeigtem und richtigem Wert“. Also genauer gesagt bedeutet Genauigkeit somit Ungenauigkeit und bezeichnet den sogenannten Messfehler oder die Messunsicherheit. Eigentlich ist damit alles gesagt und der alte Grundsatz „wer misst, misst Mist“ ist somit bestätigt:

Es gibt keine Messung ohne einen Messfehler.

Natürlich geht es aber bei der weiteren Betrachtung um die Größe des Messfehlers. Wir wollen uns dazu die verschiedenen Angaben in der Messtechnik einmal genauer anschauen. Bevor wir aber mit der Betrachtung der Genauigkeitsangaben beginnen, gilt es einen anderen Begriff genauer unter die Lupe zu nehmen:

Dynamik

Die Dynamik beschreibt den Teil eines Messbereiches, in dem ein Messgerät spezifiziert ist, die sogenannte Messspanne. Nur innerhalb dieser Messspanne hat die Genauigkeitsangabe ihre Gültigkeit. Sie wird oft in der Schreibweise 1:10 oder auch 10…100% angegeben und gibt so den zulässigen Messbereich an.

Ein Druckmessgerät mit einem Messbereich von 200 mbar und einer Dynamik von 1:10 hätte also eine erlaubte Messspanne von 20 bis 200 mbar, einer Dynamik von 1:20 entsprächen 10 bis 200 mbar.

Genauigkeit allgemein

Genauigkeit mit Bezug zum Endwert (z.B.: 1 % v.E.)

Die Angabe der Genauigkeit bezogen auf den Endwert  ist die gebräuchlichste Angabe in der Messtechnik. Der maximal zulässige Fehler bezieht sich bei dieser Angabe nicht auf den gerade gemessenen Wert, sondern auf den Endwert des Messbereichs.

Beispiel:

Messbereich = 200mbar, Genauigkeit = 1 % v.E.

Messwert                    20        50       100     150      200

Max. zul. Abw.           2          2          2          2          2

 

Tatsächlicher  prozentualer Fehler (in % v.M.):

10        4          2          1,33     1

Vorteil: Gleiche maximal zulässige Abweichung über den gesamten Bereich, dadurch hohe Transparenz.
Nachteil: Im unteren Bereich sehr große prozentuale Fehler, dadurch keine sinnvollen Messungen mehr möglich.

Genauigkeit mit Bezug zum Messwert

(z.B.: 1 % v.M.)

Die Genauigkeits-Angabe in Bezug zum tatsächlich gemessenen Wert ist die genauste Angabe in der Messtechnik.

Beispiel:

Messbereich = 200mbar, Genauigkeit = 1 % v.M.

Messwert                    20        50        100      150      200

Max. zul. Abw.           0,2       0,5       1          1,5       2

 

Vorteil: Sehr geringe Abweichungen durch gleichen prozentualen Fehler über den gesamten Bereich.
Nachteil: Im unteren Bereich physikalisch kaum einzuhalten.

 

Genauigkeit, kombinierter Bezug

(z.B.: 0,8 % v.M. + 0,2 % v.E.)

Diese Art der Genauigkeitsangabe kombiniert meistens einen kleinen Messfehler bezogen auf den Endwert mit einer größeren Angabe bezogen auf den Messwert.

Beispiel:

Messbereich = 200mbar, Genauigkeit = 0,8 % v.M. + 0,2 % v.E.

Messwert        20        50        100      150      200

 

Die maximal zulässige Abweichung setzt sich aus diesen Einzelwerten zusammen:

0,8% v.M.       0,16     0,4       0,8       1,2       1,6

0,2% v.E.        0,4       0,4       0,4       0,4       0,4

Max. zul. Abw.           0,56     0,8       1,2       1,6       2

 

Tatsächlicher  prozentualer Fehler (in % v.M.):

2,8       1,6       1,2       1,066   1

 

Vorteil: Hohe Genauigkeit im oberen Bereich bei moderatem Fehler im unteren. Sinnvolle und realistische Angabe speziell bei großer Dynamik.
Nachteil: niedrige Transparenz.