Durchflussmessung über Differenzdruck
Bei der Durchflussmessung über Differenzdruck misst ein Messumformer den Druckunterschied an einer Blende, einer Düse oder einem Venturirohr. Yokogawa bietet dafür multivariable Messumformer für Dampf, Gas und Flüssigkeiten sowie Messumformer mit eingebauter Blende für kleinste Mengen.
Iwan Hinder
Messen, Steuern, Regeln / Heizsysteme Kompensatoren/Filter
Durchfluss von Dampf, Gas und Flüssigkeiten über den Wirkdruck messen
In Dampfnetzen, Gasleitungen und Kühlkreisläufen sitzen oft seit Jahren Blenden in der Leitung. Ändern sich Druck und Temperatur, ändert sich die Dichte des Mediums – ohne Kompensation stimmt der berechnete Massedurchfluss dann nicht mehr.
Die Durchflussmessung über Differenzdruck, auch Wirkdruckverfahren genannt, ist ein Messverfahren mit einem Wirkdruckgeber in der Leitung, der einen Druckabfall erzeugt. Ein Differenzdruckmessumformer misst diesen Wirkdruck und bildet daraus das Durchflusssignal.
Wir bei HENNLICH liefern dafür zwei Gerätefamilien: multivariable Messumformer, die Druck und Temperatur mitmessen, und Low-Flow-Messumformer mit eingebauter Blende.
Welche Familie passt? Multivariabel und Low Flow im Vergleich
Beide Familien sind Differenzdruckmessumformer mit DPharp, dem Silizium-Resonanzsensor von Yokogawa. Sie unterscheiden sich im Wirkdruckgeber, in den Messgrössen und in der Durchflussmenge.
| Merkmal | EJX910A/930A – multivariabel | Low Flow – Kleinstmengen |
|---|---|---|
| Modelle | EJX910A, EJX930A | EJA115E, EJX115A |
| Wirkdruckgeber | extern: Blende, Düse oder Venturirohr; mit HART 7 auch Mittelwert-Staudrucksonde und Konus-Wirkdruckgeber | Messblende im angebauten Ventilblock, sechs Bohrungen von 0,508 bis 6,350 mm |
| Messgrössen | Differenzdruck, statischer Druck, Prozesstemperatur über Pt100 und berechneter Massedurchfluss | Differenzdruck als Durchflusssignal, dazu statischer Druck |
| Messbereich | Differenzdruck-Spannen von 0,1 bis 500 kPa (1 mbar bis 5 bar); Durchfluss je nach Wirkdruckgeber und Nennweite | Wasser 0,016 bis 33 l/min, Luft 0,44 bis 910 Nl/min |
| Max. Betriebsdruck | EJX910A 25 MPa (250 bar), mit Kapsel L 16 MPa; EJX930A 32 MPa (320 bar) | 16 MPa (160 bar) |
| Medium | Flüssigkeiten, Gase und Dampf | saubere Flüssigkeiten und Gase ohne Fest- und Schwebstoffe, bis 120 °C |
| Signal und Kommunikation | 4–20 mA mit HART und Pulsausgang, FOUNDATION Fieldbus oder RS485 Modbus | 4–20 mA mit BRAIN oder HART, FOUNDATION Fieldbus oder PROFIBUS PA; EJA115E auch 1–5 V mit HART |
| Funktionale Sicherheit | SIL 2, redundant SIL 3 (HART-Ausführungen) | SIL 2, redundant SIL 3 (4–20 mA mit BRAIN oder HART) |
Quelle: Yokogawa GS 01C25R01-01EN, GS 01C25R04-01EN, GS 01C31K01-01EN, GS 01C25K01-01EN und TI 01C20K00-01E. Durchfluss der Low-Flow-Geräte als Wasser- und Luftäquivalent (Näherungswerte). 0,1 kPa = 1 mbar, 500 kPa = 5 bar, 16 MPa = 160 bar, 25 MPa = 250 bar, 32 MPa = 320 bar. Massgeblich ist das Datenblatt im Download-Bereich der Familienseiten.
Dampf und Gas über Blende messen: Massedurchfluss mit Kompensation
Für Dampf und Gase mit wechselndem Druck berechnen der EJX910A und der EJX930A den Massedurchfluss im Gerät. Dazu messen sie Differenzdruck und statischen Druck, über einen Pt100 auch die Temperatur.
Bei Sattdampf rechnet der Messumformer mit HART 7 die Temperatur aus dem Druck – ein Temperaturfühler ist dann nicht nötig.
Vorhandene Blende ohne Kompensation: Standard-Differenzdruckmessumformer
Brauchst du nur das Durchflusssignal einer bestehenden Blende, genügt ein Differenzdruckmessumformer wie der EJA110E oder der EJX110A. Beide sind für Flüssigkeiten, Gas und Dampf ausgelegt und messen den statischen Druck mit.
Wann ein anderes Durchflussmessprinzip besser passt
- Masse und Dichte direkt messen: Ein Coriolis-Durchflussmesser misst den Massedurchfluss ohne Wirkdruckgeber und ohne Druck- und Temperaturkompensation.
- Leitfähige Flüssigkeiten: Induktive Durchflussmesser messen ohne Einbauten im Messrohr.
- Ein Gerät für Flüssigkeit, Gas und Dampf: Vortex-Durchflussmesser sitzen direkt in der Leitung und brauchen keine Wirkdruckleitungen.
- Anzeige vor Ort: Schwebekörper-Durchflussmesser zeigen den Durchfluss direkt am Messrohr an.
So funktioniert die Durchflussmessung über Differenzdruck
Ein Wirkdruckgeber ist eine Verengung in der Leitung, etwa eine Blende – dort strömt das Medium schneller und der Druck fällt ab. Der Druckunterschied vor und nach der Verengung heisst Wirkdruck.
Der Durchfluss wächst mit der Wurzel aus dem Wirkdruck: Bei halbem Durchfluss beträgt der Wirkdruck nur noch ein Viertel. Yokogawa beschreibt den Zusammenhang als Q = k · d² · √((p1 – p2)/ρ), mit d als Bohrungsdurchmesser und ρ als Dichte.
Radizieren: vom Wirkdruck zum Durchflusssignal
Damit das Signal proportional zum Durchfluss ist, zieht der Messumformer die Wurzel aus dem Wirkdruck – das nennt man Radizieren. Low-Flow- und Standard-Differenzdruckmessumformer geben das 4–20-mA-Signal wahlweise linear oder radiziert aus.
Ab 50 % Durchfluss gilt die Referenzgenauigkeit unverändert, darunter wächst die Messabweichung des radizierten Signals. Bei 25 % Durchfluss ist sie doppelt so gross wie die Referenzgenauigkeit.
Dichte und Temperatur: warum Kompensation den Massedurchfluss genauer macht
Der Wirkdruck hängt auch von der Dichte ab, und die ändert sich bei Gas und Dampf mit Druck und Temperatur. Ein multivariabler Messumformer misst beides mit und korrigiert die Dichte laufend.
Im Modus Auto-Kompensation passt er zusätzlich Durchflusskoeffizient, Expansionszahl und Viskosität an den Betriebszustand an. Stoffdaten und Wirkdruckgeber hinterlegst du dafür mit der Software FlowNavigator.
DPharp: ein Sensor für Differenzdruck und statischen Druck
Im DPharp-Sensor schwingen zwei Resonatoren aus Silizium – unter Druck wird einer gestaucht und einer gedehnt, ihre Frequenzen ändern sich. Aus beiden Frequenzen bestimmt die Elektronik gleichzeitig den Differenzdruck und den statischen Druck in der Leitung.
Vorteile der Durchflussmessung über Differenzdruck mit Yokogawa
Die DPharp-Messumformer für Durchfluss sind Feldgeräte für Leitsystem und SPS – das bringen sie dir an der Messstelle:
- Bewährte Wirkdruckgeber bleiben in der Leitung: Blenden, Düsen und Venturirohre nutzt du weiter, getauscht wird nur der Messumformer.
- Eine Zweidrahtleitung für mehrere Messwerte: Über HART überträgt der EJX910A Differenzdruck, Druck, Temperatur und Durchfluss gleichzeitig.
- Sicherheitskreise bis SIL 2 ausrüsten: Die Ausführungen mit 4–20 mA und HART sind nach IEC 61508 für SIL 2 zertifiziert, zwei Geräte redundant für SIL 3.
- In Ex-Zonen messen: Alle vier Modelle gibt es druckfest gekapselt mit ATEX- und IECEx-Zulassung.
Anwendungen: wo Durchfluss über Differenzdruck gemessen wird
Die Messung über Differenzdruck eignet sich für Flüssigkeiten, Gase und Dampf – typische Anwendungen nach Branche:
- Energie, Fernwärme und Kehrichtverwertung: Am Kessel und im Dampfnetz erfassen multivariable Messumformer die Dampfmenge für die Energiebilanz.
- Chemie und Petrochemie: An Reaktoren und Brennern messen die Geräte Gas- und Flüssigkeitsströme, auch in Ex-Zonen und SIL-Kreisen.
- Pharma und Lebensmittel: In der Versorgung mit Dampf, Druckluft und Stickstoff zeigen die Messungen den Verbrauch jeder Anlage.
- Maschinen- und Anlagenbau: Auf Skids und in Technikumsanlagen messen Low-Flow-Messumformer kleine Mengen von Spülgas oder Additiven.
HENNLICH – dein Partner für Durchflussmessung über Differenzdruck in der Schweiz
Ob du eine Blendenmessung modernisierst oder eine neue Dampfleitung planst: Wir legen den Messumformer passend zu Medium und Wirkdruckgeber aus.
Messumformer, Datenblatt, Anleitungen und Sicherheitshandbuch bekommst du bei uns aus einer Hand. Für Ersatzteile und Rekalibrierung hast du einen festen Ansprechpartner.
Die HENNLICH Schweiz GmbH ist spezialisierter Lieferant von Messtechnik für die Durchflussmessung über Differenzdruck für den Schweizer Industriemarkt. Seit über 100 Jahren auf Industriekomponenten spezialisiert, beraten und liefern wir als Teil der europäischen HENNLICH Gruppe schweizweit. Die HART-Ausführungen sind nach IEC 61508 für SIL 2 zertifiziert; die Druckmessumformer von Yokogawa für dieselbe Anlage liefern wir ebenfalls.
Schick uns das Datenblatt deines heutigen Messumformers oder einen Auszug aus dem Anlagenschema mit den Prozessdaten. Du erhältst innerhalb von 1–2 Arbeitstagen einen konkreten Vorschlag für Messumformer und Messbereich.
DEIN.MEHRWERT.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Du brauchst das Medium mit Dichte oder Normdichte, den kleinsten und grössten Durchfluss sowie Betriebsdruck und -temperatur. Dazu kommen Rohrinnendurchmesser und Daten des Wirkdruckgebers, etwa die Bohrung der Blende. Für Ex-Zonen und Sicherheitskreise klärst du zusätzlich Zone und SIL-Anforderung, für das Leitsystem das Protokoll.
Ein Teil des Wirkdrucks bleibt als Druckverlust in der Leitung. Wie viel, hängt vom Verhältnis zwischen Bohrung und Rohrquerschnitt ab: Je kleiner die Bohrung, desto grösser der Anteil. Für die Low-Flow-Blenden nennt Yokogawa etwa 75 bis 100 % des eingestellten Wirkdrucks. Plane den Wirkdruck deshalb nicht grösser als nötig.
Ja, Blende, Düse oder Venturirohr bleiben in der Leitung. Du ersetzt den Differenzdruckmessumformer durch einen EJX910A oder EJX930A und setzt für die Temperatur einen Pt100 ein. Bei Sattdampf genügt mit HART 7 der gemessene Druck. Die Daten des Wirkdruckgebers überträgst du mit der Software FlowNavigator in den Messumformer.
Ja. Für die Konfiguration gibt es DTM-Dateien nach dem FDT-Standard, die in gängigen Rahmenprogrammen laufen. Ein HART-Handterminal kommuniziert, wenn es dieselbe oder eine höhere HART-Revision unterstützt als der Messumformer. Die Auto-Kompensation des EJX910A und EJX930A richtest du mit der Yokogawa-Software FlowNavigator ein.
Das Intervall richtet sich nach Medium und Anlage. Prüfe den Nullpunkt, kontrolliere die Wirkdruckleitungen auf Verstopfung und Kondensat und reinige die Blende bei Bedarf. In SIL-Kreisen ergibt sich das Intervall der Wiederholungsprüfung aus der Zuverlässigkeitsberechnung der Sicherheitsfunktion, so verlangt es das Sicherheitshandbuch.
Dein Ansprechpartner bei HENNLICH berät dich in der ganzen Schweiz zu Auswahl, Konfiguration und Inbetriebnahme. Ersatzteile und Rekalibrierungen klären wir direkt mit Yokogawa. Datenblätter, Anleitungen und Sicherheitshandbücher findest du auf den Seiten der beiden Gerätefamilien, verlinkt über die Kacheln oben.
Hast du Fragen? Wir sind gerne für dich da!
Iwan Hinder
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