Zum Messen von Durchflussmengen existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Messprinzipien. Die wenigsten eignen sich für den universellen Einsatz. Im Messrohr liegende Sensorelemente wie Elektroden oder Dichtungen bei bestehenden Durchflussmessgeräten bedeuten Einschränkungen zum Beispiel hinsichtlich Reinigung, Hygiene und Einsatzbedingungen. Teilweise sind Wartungsarbeiten nötig oder die Abmessungen groß und die Gewichte hoch. Bei geringen Durchflussgeschwindigkeiten arbeiten einige Messverfahren nicht präzise genug. Hohe Gerätepreise kommen hinzu.
Ein kompaktes und leichtes Durchflussmessgerät hat Bürkert mit dem Flowave Typ 8098 entwickelt. Das Messgerät ist nicht nur vielseitig einsetzbar, sondern kommt vor allem ohne Einbauten im Messrohr aus. Es basiert auf der Surface-Acoustic-Wave-Technologie (SAW) und empfiehlt sich für Messaufgaben, bei denen bisher wegen zu geringer Leitfähigkeit statt magnetisch-induktiver Sensoren die teureren Coriolis-Geräte zum Einsatz kamen.
Messen ohne Kontakt zum Medium
Flowave arbeitet mit der Ausbreitung von akustischen Oberflächenwellen. Sie werden mit Hilfe von elektrisch angeregten Transducern an der Außenoberfläche des Messrohrs erzeugt, laufen an dieser entlang, koppeln in die Flüssigkeit aus, koppeln auf der Rohrgegenseite wieder in das Messrohr ein, laufen zum Empfänger, koppeln aber auch wieder in die Flüssigkeit aus. Dieses Ein- und Auskoppeln erfolgt mehrfach. Zwei Transducer senden in Vorwärtsrichtung, zwei weitere entgegen der Durchflussrichtung. Die Transducer arbeiten als Sender und Empfänger. Ist einer als Sender aktiv, arbeiten die beiden am weitesten entfernten als Empfänger.
Die Zeitdifferenz der Ausbreitung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ist proportional zum Durchfluss. Gemessen werden zunächst der Volumendurchfluss und die Temperatur. Zukünftige Erweiterungen erlauben die Dichtemessung und damit die Bestimmung des Massendurchflusses. Außerdem ist geplant, die Eigenschaften und den Typ einer Flüssigkeit zu erkennen. Der kompakte Durchflussmesser besitzt keine Einbauten im Messrohr, auch Messrohrverengungen sind nicht nötig.
Bisherige Situation in der Praxis
Es existieren zahlreiche mechanisch basierte Systeme der Durchflussmessung wie Flügelräder, Turbinen oder Ovalräder, die immer mehr von den neueren Messverfahren abgelöst werden. In der Breite der Anwendungen haben sich magnetisch-induktive Messverfahren etabliert, die sich aber nicht für das Messen von Flüssigkeiten mit niedriger Leitfähigkeit eignen. Dafür kommen bisher Coriolis-Geräte zum Einsatz, die ein hohes Gewicht und großen Energiebedarf aufweisen, spezielle Einbaulagen erfordern und teuer in der Anschaffung sind. Außerdem sind sie in der Regel größer und länger als andere Messgeräte.
Den Durchfluss von Füssigkeiten mit Hilfe von Schallwellen kontinuierlich zu erfassen ist auch das Prinzip der Durchflussmessung mittels Ultraschall, das hohe Zuwachsraten hat. Im Gegensatz zur Surface-Acoustic-Wave-Technologie verläuft bei der Ultraschallmessung jedoch ein gerichtetes Signal unter einem festen Winkel in gerader Linie vom Sender zum Empfänger. Die Schallwellen unterscheiden sich dabei in ihrer Art, Frequenz und Intensität.
Bei der SAW-basierten Messwerterfassung werden immer nur Oberflächenwellen empfangen und mehr Signale erfasst. Außerdem erlaubt sie es, die Empfangssignale miteinander zu vergleichen, die jeweils ein bis viermal durch die Flüssigkeit gegangen sind. Beim SAW-Verfahren sind die durch das Medium laufenden Wellen breiter als beim Ultraschallverfahren. Dadurch erfassen sie auch ein breiteres Band des Rohrquerschnitts und erlauben es, Strömungs- und Fluid-Eigenschaften zu erkennen.
Für den Anwender ist es bei der Vielzahl der Messverfahren oft nicht einfach, ein geeignetes und zuverlässiges Gerät zu finden, das auch noch – wie Flowave – einen geringen Wartungs- und minimalen Handhabungsaufwand benötigt.
Keine Einbauten im Messrohr
Die von Bürkert eingesetzte SAW-Technologie bietet bei der Messung von Durchflussgeschwindigkeit und Flüssigkeitseigenschaften viele Vorteile. So befinden sich keine Einbauten oder Verengungen im Messrohr. Es entstehen also auch kein Druckabfall und keine Fluidwirkung auf Sensorelemente. Andersherum beeinflusst das Messsystem das zu messende Medium in keiner Weise. Die Innenseite des Edelstahlrohrs zeichnet sich durch die gleiche Oberflächengüte wie der Rest der Leitung aus und erfüllt damit höchste Ansprüche hinsichtlich Hygiene, Reinigung und Strömungsverhältnissen. Darüber hinaus ist der Wartungs- und Diagnoseaufwand geringer als bei vielen anderen Messsystemen. Materialanhaftungen können nur am Innenrohr auftreten, dessen Oberfläche nach Hygienic-Design-Gesichtspunkten auf jede gewünschte Rauigkeit bearbeitet werden kann. Flowave ist ein Messgerät für den Einsatz in Hygieneanwendungen.
Messprinzip mit vielen Vorteilen
Selbst bei kleinstem Durchfluss können zuverlässige Messergebnisse ermittelt werden, denn das Messprinzip arbeitet auch bei stehenden Flüssigkeiten. Da es auch sehr schnelle Durchflussveränderungen registriert, eignet es sich selbst für hohe Abfüllgeschwindigkeiten. Die hohe Anregungsfrequenz von zirka einem Megahertz erlaubt die Eliminierung von Störungen durch Anlagenvibrationen. Elektromagnetische Effekte stören die Messung nicht.
Verunreinigungen, die von Gasblasen oder Feststoffen verursacht werden, haben bei der SAW-Technologie geringere Effekte als bei anderen Messverfahren oder lassen sich besser erkennen. Zudem kann die SAW-Technologie als einziges Messverfahren zwischen laminaren und turbulenten Strömungen unterscheiden.
