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Verfahrenstechnik 1-2/2015

Verfahrenstechnik 1-2/2015

Peter Feneberg Neue

Peter Feneberg Neue Durchflussmessgeräte nutzen mit der Surface- Acoustic-Wave-Technologie (SAW) mikroakustische Wellen in einer Wellenleiter-Konfiguration, um innerhalb eines Messrohrs und in Echtzeit den Mediendurchfluss und die Temperatur in Rohrleitungen zu bestimmen. Panta rhei – alles fließt Durchflussmessung auf Basis der SAW-Technologie Magnetisch-induktive Messgeräte haben sich dank ihres breiten Anwendungsspektrums als Standard etabliert und sind in vielen Varianten verfügbar. Hohe Zuwachsraten werden den Prinzipien Ultraschall und Coriolis zugewiesen. Nach wie vor hat jedoch jedes Prinzip seine spezifischen Schwächen und Einsatzgrenzen, sodass die Auswahl des geeigneten Gerätes für die jeweilige Messaufgabe hohe Anforderungen stellt. Es sollte einen möglichst großen Messbereich abdecken, die Messaufgabe zuverlässig über den gesamten Lebenszyklus erfüllen und auch den operativen Aufwand in Grenzen halten. Geringe Anforderungen an Wartungsarbeiten sind nötig, um Stillstandzeiten zu reduzieren. Wenn zudem eine Messung ohne bewegte Teile wie bei Flügelrädern oder starre Einbauten wie bei Vortex-Messgeräten gefordert ist, kommen derzeit entweder sehr aufwändige und teure Verfahren wie die Coriolis-Technologie zur Anwendung oder Lösungen, die auf Medien mit bestimmten Eigenschaften beschränkt sind. Autor: Peter Feneberg, Pressesprecher Corporate Communications, Bürkert Werke GmbH, Ingelfingen Mit der Produktreihe Flowave präsentiert Bürkert eine neu konzipierte Gerätelinie auf SAW-Basis. Die Surface-Acoustic-Wave- Technologie führt zu einer kompakten Bauweise und einem geringen Gewicht der Messgeräte. Sie können in beliebiger Lage eingebaut werden. Der SAW-Sensor als fester Bestandteil des Messrohrs ist mit einem Transmitter verbunden, der sowohl das Bedieninterface beinhaltet als auch die nötigen Ausgangssignale erzeugt. Der Transmitter basiert auf der neuen Elektronikplattform von Bürkert, die von allen zukünftigen Geräten genutzt werden soll. Der Aufbau ist modular und bietet so die Vielfachnutzung der Einzelkomponenten. Das Messgerät kann ohne Einschränkungen in horizontaler und vertikaler Einbaulage betrieben werden und arbeitet auch bei stehenden Flüssigkeiten, sodass selbst bei kleinstem Durchfluss Messergebnisse vorliegen. Ein „akustischer Fingerabdruck“ entsteht Für die SAW-Technologie wird eine Wellenausbreitung wie bei seismischen Aktivitäten genutzt. Was im Falle eines Erdbebens verheerende Auswirkungen haben kann, macht sich die neue Technologie zunutze: In den Flowave-Sensoren werden die akustischen Oberflächenwellen durch einen piezoelektrischen Interdigitalwandler auf einer Rohroberfläche angeregt. Ähnlich wie beim optischen Wellenleiter (z. B. Glasfaserkabel) werden beim akustischen Wellenleiter Wellen auf einem Zick-Zack-Pfad durch das Messmedium (Flüssigkeit) geschickt. Der Rayleigh-Winkel, unter dem die Schallwellen in die Flüssigkeit ausgekoppelt werden, ist für jede Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen individuell. Somit entsteht in Verbindung mit den zeitlichen Abläufen, den Empfangssignal-Charaktristiken und in Abhängigkeit, ob die Signale einfach oder mehrfach das Medium durchlaufen haben, ein „akustischer Fingerabdruck“ des Mediums, anhand dessen die Durchflussgeschwindigkeit, Dichte und Temperatur bestimmt werden kann und zusätzlich Aussagen über das Medium selbst ableitbar sind. Die fächerförmige Abstrahlung der Oberflächenwellen in das Medium und der Vielfach-Empfang der Signale machen das Messergebnis vom Strömungsprofil unabhängig und störungsresistent. Da das Verfahren ohne jegliche Elemente in der Rohrleitung auskommt, werden der Querschnitt und damit der Strömungswiderstand nicht verändert. Das Kompaktgerät Flowave ist komplett aus Edelstahl gefertigt und wird zur Markt- 30 VERFAHRENSTECHNIK 1-2/2015

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN 01 Bereits seit einiger Zeit zeigen die Geräte der Flowave-Baureihe, welche Möglichkeiten sich mit der SAW-Technologie eröffnen 02 Messung/Monitoring von Wasser mit niedriger Leitfähigkeit einführung in den Rohrnennweiten DN15, DN25, DN40 und DN50 mit Clamp-Anschlüssen konform zu verschiedenen Normen angeboten. Nenndrücke zunächst bis PN40 decken den Großteil der in Anlagen realisierten Druckstufen ab. Ohne Einbauten und Verengungen Ein großer Pluspunkt der Inline-Durchflussmessung in Flüssigkeiten mittels SAW- Technologie ist, dass es keinerlei Einbauten oder Verengungen im Messrohr gibt. Die Rohrinnenseite kann mit der gleichen Oberflächengüte hergestellt werden wie der Rest der Leitung und unterscheidet sich hinsichtlich Hygiene, Reinigung und Strömungsverhältnissen nicht von jedem anderen geraden Rohrstück. Es entstehen weder Druckabfälle noch Fluideinwirkungen auf Sensorelemente. Lediglich die Wahl der Sensorgröße und der Prozessanschlüsse ist anzugeben, um einen Sensor zu spezifizieren, was sich bei der Reduzierung der Geräteauswahl vorteilhaft auswirkt. Transmitter, Sensor und Messrohr erfüllen höchste hygienische Ansprüche. Zusätzlich zum Volumendurchfluss können Temperatur und Dichte gemessen werden. Daraus lässt sich der Massendurchfluss ermitteln. Das Gerät erkennt schnelle Durchflussveränderungen zuverlässig und ist damit auch für hohe Abfüllgeschwindigkeiten geeignet. Störungen durch Anlagenvibrationen werden durch die hohe Anregungsfrequenz von > 1 MHz ausgeschlossen. Auch magnetische und elektrische Effekte beeinflussen die Messung nicht. Die Unabhängigkeit von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit erweitert den Einsatzbereich erheblich. Effekte, wie sie durch im Medium enthaltene Gasblasen oder bei Feststoffanteilen auftreten, sind bei der SAW-Technologie geringer oder lassen sich gesicherter erkennen. Als einziges Messverfahren kann die SAW-Technologie zudem zwischen laminaren und turbulenten Strömungen unterscheiden. Die Durchflussmessgeräte der Flowave- Baureihe sind bisher speziell auf Applikationen im Bereich Hygienic und für die Durchflussmessung von Wasser mit niedriger Leitfähigkeit qualifiziert. Bereits seit einiger Zeit zeigen die Geräte in umfangreichen Feldtests, welche Möglichkeiten sich mit der neuen SAW-Technologie eröffnen. In weiteren Entwicklungs- und Ausbauschritten wird die neue Technologie dann auch auf alle anderen relevanten Applikationen ausgebaut. Fotos: Fotolia, Bürkert www.burkert.com T5 JobMesse Stuttgart, 25. März 2015 Exklusiv für Verfahrenstechniker (m/w) Infos & Anmeldung unter: www.T5-KarrierePortal.de T-5.indd 1 27.01.2015 15:02:32 VERFAHRENSTECHNIK 1-2/2015 31

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