PD-Durchflussmesser werden am häufigsten als Haushaltswasserzähler eingesetzt, und jährlich werden Millionen solcher Geräte hergestellt. In industriellen und Anwendungen der Petrochemie werden Verdrängungsmesser häufig für die Chargenbefüllung von Flüssigkeiten und Gasen verwendet.
Wie funktioniert ein Verdrängungsdurchflussmesser im Betrieb?
Alle Verdrängungsdurchflussmesser funktionieren im Betrieb, indem sie isolierte, bekannte Volumina einer Flüssigkeit durch eine Reihe von Zahnrädern oder Kammern innerhalb des Messgeräts leiten. Durch Zählen der Anzahl der durchgelassenen isolierten Volumina wird eine Durchflussmessung erhalten. Jede Verdrängungskonstruktion verwendet ein anderes Verfahren zum Isolieren und Zählen dieser Volumina. Die Frequenz der resultierenden Impulsfolge ist ein Maß für die Durchflussrate, während die Gesamtzahl der Impulse die Größe der Charge angibt. Während PD-Messgeräte durch die kinetische Energie der strömenden Flüssigkeit betrieben werden, bestimmen Dosierpumpen die Durchflussrate und fügen der Flüssigkeit gleichzeitig kinetische Energie hinzu.
PD-Messgeräte sind in Größen von 1/4" bis 12" erhältlich und können mit Turndowns von bis zu 100:1 betrieben werden, wobei Messbereiche von 15:1 oder weniger weitaus häufiger sind. Der Schlupf zwischen den Komponenten des Durchflussmessers wird reduziert und die Genauigkeit der Messung erhöht sich daher mit steigender Viskosität der Prozessflüssigkeit.
Die Prozessflüssigkeit muss sauber und frei von Verunreinigungen sein. Partikel mit einer Größe von mehr als 100 Mikrometern müssen durch den Filter entfernt werden. PD-Messgeräte arbeiten mit geringen Abständen zwischen ihren präzisionsgefertigten Teilen; Verschleiß beeinträchtigt schnell ihre Genauigkeit. Aus diesem Grund werden PD-Messgeräte im Allgemeinen nicht für die Messung von Schlämmen oder abrasiven/korrosiven Flüssigkeiten empfohlen. Bei sauberen Flüssigkeiten sind sie jedoch aufgrund ihrer Präzision und ihres großen Messbereichs ideal für den eichpflichtigen Verkehr und die Chargenabfüllung geeignet.
Obwohl der Schlupf durch den PD-Zähler mit steigender Viskosität der Flüssigkeit abnimmt (d. h. die Genauigkeit zunimmt), steigt auch der Druckabfall durch den Zähler. Folglich verringert sich die maximale (und minimale) Durchflusskapazität des Durchflussmessers mit steigender Viskosität. Je höher die Viskosität, desto geringer der Schlupf und desto niedriger die messbare Durchflussrate. Mit sinkender Viskosität verschlechtert sich die Leistung des Zählers bei niedrigen Durchflussraten. Der maximal zulässige Druckabfall über den Zähler schränkt den maximalen Durchfluss im Betrieb bei Anwendungen mit hoher Viskosität ein.
Prüfung, Kalibrierung und Prüfgeräte
Alle Zähler mit beweglichen Teilen müssen regelmäßig geprüft, neu kalibriert und repariert werden, da sich durch Verschleiß die Spielräume vergrößern. Die Neukalibrierung kann entweder in einem Labor oder online mit einem Prüfgerät durchgeführt werden.
Gassysteme werden mit einem Glockenprüfgerät neu kalibriert – einer kalibrierten zylindrischen Glocke, die in einem Tank mit Flüssigkeit versiegelt ist. Wenn die Glocke abgesenkt wird, entweicht ein bekanntes Gasvolumen durch das zu prüfende Messgerät. Die Volumengenauigkeit von Glockenprüfgeräten liegt in der Größenordnung von 0,1 % des Volumens, und Prüfgeräte sind mit Abgabemengen von 2, 5, 10 ft3 und mehr erhältlich.
Flüssigkeitssysteme können im Labor entweder anhand eines kalibrierten Sekundärnormals oder einer gravimetrischen Durchflussschleife kalibriert werden. Dieser Ansatz bietet eine hohe Genauigkeit (bis zu ±0,01 % oder Rate), erfordert jedoch die Außerbetriebnahme des Durchflussmessers.
In vielen Betrieben, insbesondere in der Erdölindustrie, ist es schwierig oder unmöglich, einen Durchflussmesser zur Kalibrierung außer Betrieb zu nehmen. Daher wurden vor Ort montierte und Inline-Prüfgeräte entwickelt. Diese Art von Prüfgerät besteht aus einer kalibrierten Kammer, die mit einem Sperrkolben ausgestattet ist (Abbildung 1). Zwei Detektoren sind in einem bekannten Abstand (und damit einem bekannten Volumen) voneinander montiert. Wenn der Durchfluss durch die Kammer strömt, wird der Verdrängerkolben stromabwärts bewegt. Durch Division des Kammervolumens durch die Zeit, die der Verdränger benötigt, um sich von einem Detektor zum anderen zu bewegen, erhält man die kalibrierte Durchflussrate. Diese Rate wird dann mit dem Messwert des zu prüfenden Durchflussmessers verglichen.
Abbildung 1: Feldmontierter Inline-Durchflussprüfer Prüfer haben eine Wiederholbarkeit von 0,02 % und können bei bis zu 3.000 psig und 165 °F/75 °C betrieben werden. Der Messbereich des Betriebs umfasst 0,001 gpm bis zu 20.000 gpm. Durchflussmesser sind für den Tischgebrauch, für die Montage auf Ladeflächen von Lastwagen, auf Anhängern oder inline erhältlich.
Zubehör für PD-Durchflussmesser
Zum Zubehör für PD-Durchflussmesser gehören Siebe, Filter, Luft-/Dampfauslassvorrichtungen, Pulsationsdämpfer, Temperaturkompensationssysteme und eine Vielzahl von Ventilen, die eine Tropfabschaltung in Dosiersystemen ermöglichen. Mechanische Zähler können mit mechanischen oder elektronischen Belegdruckern für die Bestandskontrolle und den Verkauf am Einsatzort ausgestattet werden. Dosier-Durchflussrechner sind ebenso wie analoge und intelligente digitale Transmitter leicht erhältlich. Automatische Zählerablesung (AMR) ermöglichen das Fernablesen der Messwerte durch das Personal des Versorgungsunternehmens.
Vorteile von Verdrängungsdurchflussmessern
Verdrängungsdurchflussmesser bieten viele Vorteile, darunter:
Genauigkeit: Einer der Hauptvorteile der Verwendung eines PD-Durchflussmessers ist die hohe Genauigkeit, die er bietet. Die hohe Präzision der internen Komponenten bedeutet, dass die Abstände zwischen den Dichtflächen auf ein Minimum reduziert werden. Je kleiner diese Abstände sind, desto höher ist die Genauigkeit. Nur Flüssigkeit, die diese Dichtung umgehen kann, wird nicht gezählt. Dies wird als „Bypass“ oder „Schlupf“ bezeichnet.
Messbereich und Wiederholbarkeit: Ein weiterer Vorteil ist die Fähigkeit des Durchflussmessers, einen großen Bereich von Viskositäten zu verarbeiten. Es ist nicht ungewöhnlich, dass bei der Verarbeitung hochviskoser Flüssigkeiten eine höhere Genauigkeit erzielt wird, was einfach auf die Verringerung des Bypasses zurückzuführen ist. Bei der Betrachtung und dem Vergleich der Genauigkeit von Durchflussmessern ist es wichtig, sowohl die „Linearität“ zu berücksichtigen, d. h. die Fähigkeit des Durchflussmessers, über den gesamten Messbereich hinweg genau zu messen, als auch die „Wiederholbarkeit“, d. h. die Fähigkeit, über eine Reihe von Zyklen hinweg genau zu bleiben. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem PD-Durchflussmesser sich auszeichnen: Eine Wiederholbarkeit von 0,02 % und eine Linearität von 0,5 % sind Standard.
Zuverlässigkeit: Wenn der richtige Durchflussmesser für eine Anwendung ausgewählt wurde, kann davon ausgegangen werden, dass er viele Jahre lang fehlerfrei funktioniert. Häufig werden Messgeräte zur Wartung und Neukalibrierung eingeschickt, die 10, manchmal sogar 20 Jahre lang ununterbrochen im Einsatz waren. Diese Zuverlässigkeit ist vor allem darauf zurückzuführen, dass dieselbe bewährte Technologie seit über 60 Jahren im Einsatz ist, wodurch sich die wichtigsten Fortschritte auf den Bereich der Tribologie konzentrieren konnten und die erforderliche Präzision zu angemessenen Kosten erreicht wurde.
Geringer Wartungsaufwand: Der empfohlene Wartungsaufwand hängt stark von den Anwendungen ab. Wenn ein Durchflussmesser beispielsweise eine Flüssigkeit mit Schmiereigenschaften verarbeitet, z. B. Öl, , kann die routinemäßige Wartung praktisch entfallen. Wenn die Flüssigkeit jedoch sehr schlechte Schmiereigenschaften aufweist, sollten Sie die Wartungsanforderungen mit Ihrem Händler besprechen.
Es ist sehr ungewöhnlich, dass die Wartung eines PD-Durchflussmessers häufiger erforderlich ist als die anderer Geräte innerhalb desselben Systems, und sie kann so geplant werden, dass sie zur gleichen Zeit durchgeführt wird, wodurch Ausfallzeiten minimiert werden.
Einschränkungen von PD-Durchflussmessern
PD-Durchflussmesser sind zwar sehr robust, ihre Verwendung unterliegt jedoch Einschränkungen. Erstens sollten sie nicht für Flüssigkeiten verwendet werden, die große Partikel enthalten, es sei denn, diese können vor dem Eintritt der Flüssigkeit in die Messkammer herausgefiltert werden. Sie sind auch nicht für Anwendungen geeignet, bei denen große Lufteinschlüsse in der Flüssigkeit vorhanden sind; für diese Anwendungen sind jedoch Luftabscheider erhältlich.
Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist der durch den PD-Durchflussmesser verursachte Druckabfall. Dieser ist zwar minimal, sollte aber bei den Systemberechnungen berücksichtigt werden. Wie oben erwähnt, wird bei der Verarbeitung von Flüssigkeiten mit schlechten Schmiereigenschaften empfohlen, sich von Ihrem Händler beraten zu lassen. Für diese Anwendungen stehen verschiedene Materialien zur Verfügung.
Arten von Verdrängungsdurchflussmessern
Der Betrieb von Verdrängungsdurchflussmessern (PD) besteht darin, Flüssigkeiten in genau gemessene Einheiten zu unterteilen und weiterzuleiten. Jede Einheit wird von einem angeschlossenen Zählwerk gezählt. Da jede Einheit ein bestimmtes Volumen darstellt, sind Verdrängungsgeräte für automatische Dosier- und Abrechnungsanwendungen beliebt. Verdrängungsdurchflussmesser eignen sich gut für die Messung des Durchflusses viskoser Flüssigkeiten oder für den Einsatz in Bereichen, in denen ein einfaches mechanisches Messsystem erforderlich ist.
Flüssigkeits-Verdrängungsdurchflussmesser oder Taumelscheibenmesser
Taumelscheibenmesser sind die gängigsten PD-Messgeräte. Sie werden weltweit als Wasserzähler in Wohngebäuden eingesetzt. Wenn Wasser durch die Messkammer fließt, versetzt es eine Scheibe in Schwankungen (Nutation), wodurch sich eine Spindel dreht, die wiederum einen Magneten in Bewegung setzt. Dieser Magnet ist mit einem mechanischen Zählwerk oder einem Transmitter gekoppelt. Da der Durchflussmesser bei jeder Drehung der Spindel eine feste Flüssigkeitsmenge erfasst, ist die Durchflussrate proportional zur Drehgeschwindigkeit der Spindel (Abbildung 2-A).
Abbildung 2: Konstruktionen von Durchflussmessern mit positiver Verdrängung Da es nicht magnetisch sein darf, besteht das Gehäuse des Durchflussmessers in der Regel aus Bronze, kann jedoch aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit oder zur Kosteneinsparung auch aus Kunststoff gefertigt sein. Die medienberührten Teile wie Scheibe und Spindel bestehen in der Regel aus Bronze, Gummi, Aluminium, Neopren, Buna-N oder einem Fluorelastomer wie FKM. Taumelscheiben-Durchflussmesser sind für den Einsatz mit Wasser ausgelegt, und die Materialien, aus denen sie hergestellt sind, müssen auf ihre Verträglichkeit mit anderen Flüssigkeiten geprüft werden. Durchflussmesser mit Gummischeiben bieten aufgrund ihrer besseren Abdichtung eine höhere Genauigkeit als solche mit Metallscheiben.
Taumelscheiben-Durchflussmesser sind in Größen von 5/8 Zoll bis 2 Zoll erhältlich. Sie sind für Betriebsdrücke von 150 psig mit einem Überdruck von maximal 300 psig geeignet. Geräte für Kaltwasser sind auf eine Temperatur von 120 °F begrenzt. Geräte für Warmwasser sind für Temperaturen bis zu 250 °F erhältlich.
Diese Zähler müssen die Standards für Genauigkeit der American Water Works Association (AWWA) erfüllen. Die Genauigkeit dieser Zähler muss ±2 % der tatsächlichen Durchflussrate betragen. Eine höhere Viskosität kann zu einer höheren Genauigkeit führen, während eine niedrigere Viskosität und Verschleiß im Laufe der Zeit die Genauigkeit verringern. Die AWWA schreibt vor, dass Wasserzähler in Wohngebäuden alle 10 Jahre neu kalibriert werden müssen. Aufgrund der unregelmäßigen Nutzungsmuster von Privathaushalten entspricht dies einer Kalibrierung von 5/8 x 3/4-Zoll-Wasserzählern in Wohngebäuden, nachdem diese 5 Millionen Gallonen gemessen haben. In industriellen Anwendungen überschreiten diese Zähler diesen Schwellenwert jedoch wahrscheinlich viel früher. Der maximale Dauerfluss eines Taumelscheibenmessers beträgt in der Regel etwa 60-80 % des maximalen Durchflusses im intermittierenden Betrieb.
Rotierende Flügelradmesser (Abbildung 2-B) verfügen über federbelastete Flügel, die Flüssigkeitsinkremente zwischen dem exzentrisch montierten Rotor und dem Gehäuse einschließen. Durch die Drehung der Flügel wird das Durchflussinkrement vom Einlass zum Auslass und zur Ableitung bewegt. Eine Genauigkeit von ±0,1 % der tatsächlichen Durchflussmenge (AR) ist normal, und größere Messgeräte für Anwendungen mit höherer Viskosität können eine Genauigkeit von bis zu 0,05 % der Durchflussmenge erreichen.
Rotationsflügelzähler werden regelmäßig in der Erdölindustrie eingesetzt und sind in der Lage, feststoffhaltige Rohöle mit Durchflussraten von bis zu 17.500 gpm zu messen. Die Druck- und Temperaturgrenzen hängen von den Materialien ab und können bis zu 350 °F und 1.000 psig betragen. Die Viskositätsgrenzen liegen zwischen 1 und 25.000 Centipoise.
Im Rotationsverdrängungsmesser arbeitet ein geriffelter Zentralrotor in einem Sechs-Phasen-Zyklus in konstanter Beziehung zu zwei Wischerrotoren. Seine Anwendungen und Eigenschaften ähneln denen des Rotationsflügelradmessers.
Oszillierende Kolben-Durchflussmesser
Oszillierende Kolben-Durchflussmesser werden in der Regel für viskose Flüssigkeiten eingesetzt, z. B. zur Öldosierung auf Motorprüfständen, wo der Regelbereich nicht entscheidend ist (Abbildung 3). Diese Messgeräte können auch für die Wasserversorgung in Wohngebäuden verwendet werden und lassen begrenzte Mengen an Verunreinigungen wie Rohrbelag und feinen Sand (d. h. -200 Mesh oder -74 Mikrometer) passieren, jedoch keine großen Partikel oder abrasive Feststoffe.
Abbildung 3: Kolbenmessgeräte-Konstruktionen Die Messkammer ist zylindrisch und verfügt über eine Trennplatte, die den Einlass vom Auslass trennt. Der Kolben ist ebenfalls zylindrisch und mit zahlreichen Öffnungen versehen, um einen freien Durchfluss auf beiden Seiten des Kolbens und des Pfostens zu ermöglichen (Abbildung 2-A). Der Kolben wird von einer Steuerrolle innerhalb der Messkammer geführt, und die Bewegung des Kolbens wird auf einen Nachlaufmagneten übertragen, der sich außerhalb des Strömungsstroms befindet. Der Nachlaufmagnet kann zum Antrieb eines Transmitters, eines Registers oder beider verwendet werden. Die Bewegung des Kolbens ist oszillierend (nicht rotierend), da er auf die Bewegung in einer Ebene beschränkt ist. Die Durchflussrate ist proportional zur Oszillationsrate des Kolbens.
Die Innenteile dieses Durchflussmessers können entfernt werden, ohne dass der Zähler von der Rohrleitung getrennt werden muss. Aufgrund der engen Toleranzen, die zur Abdichtung des Kolbens und zur Verringerung des Schlupfs erforderlich sind, müssen diese Messgeräte regelmäßig zur Wartung durchgeführt werden. Oszillierende Kolben-Durchflussmesser sind in Größen von 1/2 Zoll bis 3 Zoll erhältlich und können im Allgemeinen zwischen 100 und 150 psig eingesetzt werden. Einige industrielle Ausführungen sind für 1.500 psig ausgelegt. Sie können Durchflussraten von 1 gpm bis 65 gpm im Dauerbetrieb mit zeitweiligen Ausschlägen bis zu 100 gpm messen. Die Durchflussmesser sind so dimensioniert, dass der Druckabfall bei maximaler Durchflussrate unter 35 psid liegt. Die Genauigkeit reicht von ±0,5 % AR für viskose Flüssigkeiten bis ±2 % AR für nicht viskose Anwendungen. Die Obergrenze für die Viskosität liegt bei 10.000 Centipoise.
Kolben-Durchflussmesser sind wahrscheinlich die ältesten PD-Durchflussmesserkonstruktionen. Sie sind mit mehreren Kolben, doppeltwirkenden Kolben oder Drehkolben erhältlich. Wie bei einem Hubkolbenmotor wird die Flüssigkeit in eine Kolbenkammer gesaugt, während sie aus dem gegenüberliegenden Kolben im Messgerät ausgestoßen wird. In der Regel wird entweder eine Kurbelwelle oder ein horizontaler Schieber verwendet, um das Öffnen und Schließen der entsprechenden Öffnungen im Messgerät zu steuern. Diese Messgeräte sind in der Regel kleiner (erhältlich in Größen bis zu einem Durchmesser von 1/10 Zoll) und werden zur Messung sehr geringer Durchflussmengen viskoser Flüssigkeiten verwendet.
Oval Gear and Lobe Meters
The oval gear PD meter uses two fine-toothed gears, one mounted horizontally, the other vertically, with gears meshing at the tip of the vertical gear and the center of the horizontal gear (Figure 4-A). The two rotors rotate opposite to each other, creating an entrapment in the crescent-shaped gap between the housing and the gear. These meters can be very accurate if slippage between the housing and the gears is kept small. If the process fluid viscosity is greater than 10 centipoise and the flowrate is above 20% of rated capacity, accuracy of 0.1% AR can be obtained. At lower flows and at lower viscosity, slippage increases, and accuracy decreases to 0.5% AR or less.
Abbildung 4: Rotierende Verdrängungszähler Die Schmiereigenschaften der Prozessflüssigkeit beeinflussen ebenfalls den Regelbereich eines Ovalradzählers. Bei Flüssigkeiten mit schlechten Schmiereigenschaften muss die maximale Rotordrehzahl reduziert werden, um den Verschleiß zu begrenzen. Eine weitere Möglichkeit, den Verschleiß zu begrenzen, besteht darin, den Druckabfall über den Zähler unter 15 psid zu halten. Daher begrenzt der Druckabfall über den Zähler den zulässigen maximalen Durchfluss bei hoher Viskosität.
Rotierende Kolben- und Impeller-Durchflussmesser sind Varianten des Ovalrad-Durchflussmessers, die jedoch nicht dessen Präzision bei der Verzahnung aufweisen. Bei der Drehkolbenkonstruktion drehen sich zwei Impeller in entgegengesetzte Richtungen innerhalb des eiförmigen Gehäuses (Abbildung 4-B). Während sie sich drehen, wird ein festes Flüssigkeitsvolumen eingeschlossen und dann zum Auslass transportiert. Da die Kolbenräder in einer festen relativen Position bleiben, muss nur die Drehzahl eines der beiden gemessen werden. Der Impeller ist entweder mit einem Register verzahnt oder magnetisch mit einem Transmitter gekoppelt. Lobengewindemessgeräte sind in Rohrleitungsgrößen von 2 bis 24 Zoll erhältlich. Die Durchflusskapazität beträgt 8-10 gpm bis 18.000 gpm bei den größeren Größen. Sie bieten eine gute Wiederholbarkeit (besser als 0,015 % AR) bei hohen Durchflüssen und können bei hohen Betriebsdrücken (bis 1.200 psig) und Betriebstemperaturen (bis 400 °F) eingesetzt werden.
Der Drehkolbenzähler ist in einem breiten Messbereich von Thermoplasten bis hin zu hochkorrosionsbeständigen Metallen erhältlich. Zu den Nachteilen dieser Konstruktion gehört ein Verlust an Genauigkeit bei niedrigen Durchflussmengen. Außerdem ist der maximale Durchfluss durch diesen Zähler geringer als bei einem oszillierenden Kolben- oder Taumelscheibenzähler gleicher Größe.
Bei dem Rotationsflügelradzähler fangen sehr grobe Zahnräder die Flüssigkeit ein und fördern bei jeder Umdrehung ein festes Flüssigkeitsvolumen (Abbildung 4-C). Diese Messgeräte haben eine Genauigkeit von 0,5 % der Durchflussrate, wenn die Viskosität der Prozessflüssigkeit sowohl hoch als auch konstant ist oder nur innerhalb eines engen Bereichs variiert. Diese Messgeräte können aus einer Vielzahl von Metallen, einschließlich Edelstahl, und korrosionsbeständigen Kunststoffen wie PVDF (Kynar) hergestellt werden. Diese Messgeräte werden zur Messung von Farben und, da sie in 3A- oder hygienischen Ausführungen erhältlich sind, auch von Milch, Säften und Schokolade verwendet.
In diesen Geräten wird der Durchgang von Magneten, die in die Flügel der rotierenden Flügelräder eingebettet sind, durch Näherungsschalter (in der Regel Hall-Effekt-Detektoren) erfasst, die außerhalb der Durchflusskammer angebracht sind. Der Sensor überträgt eine Impulsfolge an einen Zähler oder Durchflussregler. Diese Messgeräte sind in Größen von 1/10 Zoll bis 6 Zoll erhältlich und können Drücke bis zu 3.000 psig und Temperaturen bis zu 400 °F verarbeiten.
Helix-Messgeräte
Das Helix-Messgerät ist ein Verdrängungsgerät, das zwei radial angeordnete Schrägverzahnungsräder verwendet, um die Prozessflüssigkeit während des Durchflusses kontinuierlich einzufangen. Der Durchfluss zwingt die Schrägverzahnungen, sich in der Ebene der Rohrleitung zu drehen. Optische oder magnetische Sensoren werden verwendet, um eine Impulsfolge zu codieren, die proportional zur Drehzahl der Schrägverzahnungen ist. Die Kräfte, die erforderlich sind, um die Schrauben zu drehen, sind relativ gering, sodass der Druckabfall im Vergleich zu anderen Verdrängungsmessgeräten relativ gering ist. Die bestmögliche Genauigkeit liegt bei etwa ±0,2 % oder Rate.
Abbildung 5: Einfluss der Viskosität auf die Genauigkeit bei geringem Durchfluss Wie in Abbildung 5 dargestellt, steigt der Messfehler mit sinkender Betriebsdurchflussrate oder Viskosität der Prozessflüssigkeit. Schrägverzahnungszähler können den Durchfluss hochviskoser Flüssigkeiten (von 3 bis 300.000 cP) messen und eignen sich daher ideal für extrem dickflüssige Medien wie Klebstoffe und sehr viskose Polymere. Da der Druckabfall durch den Zähler bei maximalem Durchfluss 30 psid nicht überschreiten sollte, verringert sich der maximale Nenndurchfluss durch den Zähler mit zunehmender Viskosität der Flüssigkeit. Wenn die Prozessflüssigkeit gute Schmiereigenschaften aufweist, kann der Messbereich des Zählers bis zu 100:1 betragen, jedoch sind niedrigere Messbereiche (10:1) typischer.
Dosierpumpen
Dosierpumpen sind PD-Messgeräte, die der Prozessflüssigkeit auch kinetische Energie zuführen. Es gibt drei grundlegende Ausführungen: peristaltische, Kolben- und Membranpumpen.
Peristaltikpumpen funktionieren so, dass Finger oder eine Nocke einen Kunststoffschlauch systematisch gegen das Gehäuse drücken, das auch zur Positionierung des Schlauchs dient. Diese Art von Dosierpumpe wird in Laboren, in einer Vielzahl von medizinischen Anwendungen, in den meisten Umweltprobenahmesystemen und auch zur Abgabe von Hypochloritlösungen eingesetzt. Der Schlauch kann aus Silikonkautschuk oder, wenn ein korrosionsbeständeres Material gewünscht wird, aus PTFE bestehen.
Kolbenpumpen fördern bei jedem „Ausstoßhub” ein festes Flüssigkeitsvolumen, und bei jedem „Einlasshub” gelangt ein festes Volumen in die Kammer (Abbildung 6-A). Rückschlagventile verhindern eine Umkehrung des Flüssigkeitsstroms. Wie alle Verdrängerpumpen erzeugen auch Kolbenpumpen einen pulsierenden Durchfluss. Um die Pulsation zu minimieren, werden mehrere Kolben oder pulsationsdämpfende Behälter installiert. Aufgrund der engen Toleranzen von Kolben und Zylinderlaufbuchse muss bei abrasiven Anwendungen ein Spülmechanismus vorgesehen werden. Kolbenpumpen werden auf der Grundlage des Hubvolumens des Kolbens und der erforderlichen Durchflussrate und Förderdruck dimensioniert. Rückschlagventile (oder bei kritischen Anwendungen doppelte Rückschlagventile) werden zum Schutz vor Rückfluss ausgewählt.
Abbildung 6: Konstruktionen von Dosierpumpen Membranpumpen sind die gängigsten industriellen PD-Pumpen (Abbildung 6-B). Eine typische Konfiguration besteht aus einer einzelnen Membran, einer Kammer sowie Saug- und Druckrückschlagventilen, um einen Rückfluss zu verhindern. Der Kolben kann entweder direkt mit der Membran gekoppelt sein oder ein Hydrauliköl zum Antrieb der Membran zwingen. Der maximale Ausgangsdruck beträgt etwa 125 psig. Zu den Varianten gehören Balgmembranen, hydraulisch betätigte Doppelmembranen und luftbetriebene, hin- und hergehende Doppelmembranen.
Gas-Verdrängungsdurchflussmesser
PD-Gaszähler zählen die Menge des durchströmenden Gases, ähnlich wie PD-Zähler für Flüssigkeiten. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Gase komprimierbar sind.
Membrangaszähler werden meist zur Messung des Erdgasdurchflusses verwendet, insbesondere zur Messung des Verbrauchs in Haushalten. Der Zähler besteht aus Aluminiumgussteilen mit Gummi-Membranen mit Gewebeverstärkung. Der Zähler besteht aus vier Kammern: den beiden Membrankammern auf der Einlass- und Auslassseite und den Einlass- und Auslasskammern des Zählergehäuses. Der Durchfluss des Gases durch den Zähler erzeugt einen Differenzdruck zwischen den beiden Membrankammern, indem die Kammer auf der Einlassseite komprimiert und die Kammer auf der Auslassseite expandiert wird. Durch diesen Vorgang werden die vier Kammern abwechselnd geleert und gefüllt. Die Schieberventile an der Oberseite des Zählers wechseln die Funktionen der Kammern und synchronisieren die Bewegung der Membranen sowie den Kurbelmechanismus für die Zähleranzeige.
Membranzähler werden in der Regel für Erdgas kalibriert, das ein spezifisches Gewicht von 0,6 (im Verhältnis zu Luft) hat. Daher muss die Durchflussleistung des Zählers neu kalibriert werden, wenn er zur Messung anderer Gase verwendet wird. Die Kalibrierung für die neue Durchflussleistung (QN) erhält man, indem man die Durchflussleistung des Zählers für Erdgas (QC) mit der Quadratwurzel aus dem Verhältnis der spezifischen Gewichte von Erdgas (0,6) und dem neuen Gas (SGN) multipliziert:
Qn=Qc(0,6/SGn)1,5
Membranmessgeräte werden in der Regel in Kubikfuß pro Stunde angegeben und sind für einen Druckabfall von 0,5-2 in H2O ausgelegt. Die Genauigkeit beträgt etwa ±1 % des Messwerts über einen Messbereich von 200:1. Sie behalten ihre Genauigkeit über lange Zeiträume bei, was sie zu einer guten Wahl für Anwendungen zur Erfassung von Einzelhandelsumsätzen macht. Sofern das Gas nicht ungewöhnlich verschmutzt ist (z. B. Synthesegas oder recyceltes Methan aus Kompostierung oder Vergärung), läuft der Membranzähler ohne oder mit nur geringer Wartung auf unbestimmte Zeit.
Drehkolbenzähler (auch als Flügelradzähler bekannt) werden ebenfalls für Gasdienstleistungen verwendet. Die Genauigkeit bei der Gasversorgung beträgt ±1 % der Durchflussrate über einen Regelbereich von 10:1, und der typische Druckabfall beträgt 0,1 psid. Aufgrund der engen Toleranzen ist bei verschmutzten Leitungen eine vorgeschaltete Filterung erforderlich.
Rotationsflügelzähler messen den Gasdurchfluss in denselben Messbereichen wie Drehkolbenzähler (bis zu 100.000 ft3/h), können jedoch über einen größeren Regelbereich von 25:1 eingesetzt werden. Sie weisen außerdem einen geringeren Druckabfall von 0,05 in H2O bei ähnlicher Genauigkeit auf, und da die Toleranzen etwas großzügiger sind, ist eine vorgeschaltete Filterung nicht so kritisch.
Hochpräzise Verdrängungsmesssysteme
Hochpräzise Gaszähler sind in der Regel eine Kombination aus einem Standard-Verdrängungszähler und einem Motorantrieb, der den Druckabfall über den Zähler hinweg eliminiert. Durch den Ausgleich des Einlass- und Auslassdrucks werden Schlupfströmungen, Leckagen und Blow-by vermieden. In hochpräzisen Gasdurchflussmessern werden hochempfindliche Blätter zur Erfassung der Druckdifferenz und Verdrängungswandler zur Messung der Auslenkung der Blätter verwendet (Abbildung 7-A). Dieser Zähler ist für den Betrieb bei Umgebungstemperaturen und Drücken bis zu 30 psig ausgelegt und soll dieser Zähler eine Genauigkeit von 0,25 % des Messwerts über einen Messbereich von 50:1 und 0,5 % über einen Messbereich von 100:1 bieten. Der Durchflussbereich reicht von 0,3 bis 1.500 scfm.
Abbildung 7: Hochdruck-PD-Messgeräte gleichen Einlass- und Auslassdrücke aus Bei Flüssigkeiten gleicht ein servomotorbetriebenes Ovalrad-Messgerät den Druck über das Messgerät aus. Dies erhöht die Genauigkeit bei niedrigen Durchflüssen und unter wechselnden Viskositätsbedingungen (Abbildung 7- B). Dieser Durchflussmesser verwendet einen sehr empfindlichen Kolben, um die Messdifferenz zu erfassen, und treibt einen Servomotor mit variabler Drehzahl an, um sie nahe Null zu halten. Diese Konstruktion soll eine Genauigkeit von 0,25 % ü
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