Hoe definieer je de te meten stroming?

Met een flowmeting wordt de hoeveelheid per tijdseenheid bepaald die door een leidingsysteem stroomt. Het medium kan een vloeistof, een gas of stoom zijn. Bij flowmeting wordt onderscheid gemaakt tussen volumetrische flowmeting en massa flowmeting.

Volumetrische stroming

De volumestroom is een volume dat per tijdseenheid door een leiding stroomt (in l/h, cfm, enz.). De meeste hier gepresenteerde systemen meten de volumestroom.

Massastroom

Massastroom wordt gedefinieerd als de massa die per tijdseenheid door een systeem stroomt (in kg/h, t/h, enz.). Als de dichtheid van een medium constant is, kan de massastroom worden bepaald door de volumestroom te vermenigvuldigen met de dichtheid. Als de dichtheid niet constant is, zoals vaak het geval is bij stoom en gassen, moet deze ook met meettechnologie worden gemeten.

In welke toepassingen is flowmeting een vereiste?

In veel toepassingen is de enige vereiste dat wordt gedetecteerd of er een minimale stroming van een medium plaatsvindt. Het gebruik van flowmeters is dan vereist om bijvoorbeeld droogloopbeveiliging voor pompen te bieden.

De hier gepresenteerde sensortechnologie wordt echter gebruikt voor continue flowmeting en wordt toegepast bij:

• Het vullen van eindproducten in flessen, containers of tanks
• Het bewaken of weergeven van het totale debiet in verschillende processen
• In systemen die geschikt zijn voor handelsdoeleinden, zoals brandstofpompen of warm- en koudwatermeters, enz.

Wat zijn de vereisten voor flowmeting?

De vereisten voor flowmeters variëren sterk, afhankelijk van de meetaak. Voor het vullen is een goede herhaalbaarheid vereist. In systemen voor handelsdoeleinden is een typekeuringcertificaat vereist (in ieder geval in de EU). Ook voor het bewaken en weergeven van het totale debiet in het proces, gelden tal van vereisten die verband houden met een specifieke toepassing of industrie. Deze vloeien onder andere voort uit het type te meten medium en de nauwkeurigheidseisen, maar ook uit wettelijke verplichtingen zoals de Richtlijn drukapparatuur in de EU of explosiebeveiliging volgens de ATEX-richtlijn.

Welke flowmeter voor welke media?

Er zijn 4 verschillende categorieën, waarvoor alleen geselecteerde flowmeters kunnen worden gebruikt:

• Geleidende vloeistoffen (>20 ?S/cm): zuren, basen, bier, melk, drinkwater, enz.
• Niet-geleidende vloeistoffen: alcoholen, glycolen, vloeistoffen op basis van minerale olie, gedeïoniseerd water, enz.
• Gassen: zuurstof, stikstof, perslucht, aardgas, enz.
• Stoom: verzadigde stoom, oververhitte stoom

De meetmethoden van flowmeters

Flowmeters werken volgens verschillende meetprincipes, maar geen enkele meter kan alle media van de eerder genoemde categorieën meten. In de volgende tabel staan de gangbare meetmethoden vermeld en wordt aangegeven welke vloeistofcategorieën daarmee kunnen worden gemeten.

Coriolis-flowmeting

De vrij complexe en zeer kostbare flowmeters die zijn gebaseerd op het Coriolis-principe hebben een uniek verkoopargument ten opzichte van alle andere hier gepresenteerde principes. Je kunt de massastroom (kg/h, t/h, enz.) bepalen, zelfs als de dichtheid niet constant is.

Coriolis-flowmeters bevatten bijvoorbeeld een buis die voortdurend door een exciter wordt geoscilleerd. Als er geen stroming is, oscilleert de meetbuis gelijkmatig over de gehele lengte heen en weer. Als er wel stroming is, resulteert de traagheid van het meetmedium in een schommelende beweging langs de buis in de vorm van een golf. De delen aan het begin en het einde van de buis trillen dan tegelijkertijd in verschillende richtingen (d.w.z. met een faseverschuiving). De faseverschuiving wordt gemeten, het is een directe maat voor de stroming

Als de buis gevuld is met een zwaarder medium, trilt deze met een lagere frequentie. De frequentie is dus een maat voor de dichtheid van het meetmedium. Aan de hand van de stroming en de dichtheid bepalen de flowmeters de massastroom.

Coriolis-flowmeters worden beschouwd als de meest nauwkeurige inline flowmeters op de markt, met specificaties vanaf 0,05 % van de gemeten waarde.

Magnetisch inductieve flowmeting

Een magnetisch inductieve flowmeter (EMF) meet volgens de wet van Faraday inzake elektromagnetische inductie. Deze bestaat uit een metalen meetbuis waar het geleidende meetmedium doorheen stroomt. Spoelen genereren een magnetisch veld dat loodrecht op de stroomrichting door het medium wordt geleid.

Zodra de geleidende vloeistof door het orthogonale magnetische veld beweegt, wordt er een spanning geïnduceerd. De geïnduceerde spanning wordt gemeten via elektroden die onder een hoek van 90 graden ten opzichte van de vloeistof en het magnetische veld zijn geplaatst (rechterhandregel).

De geïnduceerde spanning is evenredig aan de stroomsnelheid.

v ~_Uind

Ultrasone flowmeting

Voor de ultrasone flowmeting worden voornamelijk twee verschillende fysische principes gebruikt: het transittijdprincipe en het Dopplerprincipe. De markt wordt gedomineerd door het hier beschreven transittijdprincipe.

Ultrasoon is een mechanische of akoestische golf die tegen de stroom in wordt afgeremd en met de stroom mee wordt versneld. Bij flowmetingen met ultrasoon worden de verschillende doorlooptijden (met en tegen de stroom in) voor hetzelfde gedeelte gemeten. Het verschil tussen de twee tijden is de maat voor de stroomsnelheid.

Om het tijdsverschil te meten, zijn twee transducers nodig, die dienen als "luidspreker" en "microfoon".

Vortex flowmeting

Het vortexmeetprincipe is gebaseerd op de Kármán‑vortexstraat, waarbij een object in een stroming afwisselend tegenroterende vortexen (wervels) veroorzaakt. In de praktijk worden deze vortexen opgewekt door een obstructie in de leiding. De wervelingen worden afwisselend aan de linker‑ en rechterzijde van de obstructie losgemaakt en veroorzaken lokale drukschommelingen achter de obstructie. Een speciaal ontworpen sensor registreert deze drukschommelingen en meet de frequentie van de gevormde vortexen. Deze frequentie is recht evenredig met de stroomsnelheid van het medium.

Calorimetrische flowmeting

De methode maakt gebruik van twee weerstandssensoren, waarvan er één wordt gebruikt als verwarmingselement en de andere als sensor voor de temperatuur van het medium. Het temperatuurverschil tussen de verwarming Pt100 en het medium wordt constant gehouden en het daarvoor benodigde warmtevermogen wordt gemeten. Hoe hoger de doorstroming van het medium, hoe meer warmtevermogen er nodig is om het temperatuurverschil constant te houden. Op deze manier kunnen conclusies worden getrokken over het totale debiet door middel van het warmtevermogen.

Het geleverde vermogen is een maat voor de stroomsnelheid:

Flowmeting met verschildruk/primair element

Primaire elementen zijn onder meer diafragma's, pitotbuizen of venturibuizen. Deze worden in de leiding geïnstalleerd en genereren een verschildruk, die bijvoorbeeld in het diafragma wordt gemeten via de statische druk stroomopwaarts en stroomafwaarts van het diafragma. De stroomsnelheid kan worden bepaald aan de hand van de verschildruk volgens de vergelijking van Bernoulli; deze is evenredig met de vierkantswortel van de verschildruk:

v ~ φ.

Voor het meten van de verschildruk zijn geschikte verschildruksensoren nodig. De nauwkeurigheid wordt daarbij bepaald door de onzekerheid van het primaire element en de verschildruktransmitter.

Paddlewheel-flowmeter

Het schoepenrad wordt aangedreven door de stroming van het medium en een inductieve pulsgenerator die aan de behuizing is bevestigd, zendt één puls uit per schoepenrad dat voorbij komt. De pulsfrequentie is een directe maat voor de stroomsnelheid:

v ~ ƒ

Veel schoepenradsensoren zenden het pulssignaal rechtstreeks uit en een evaluatie-eenheid bepaalt op basis daarvan de stroming. Als alternatief kunnen de sensoren ook worden uitgerust met elektronische componenten die het pulssignaal omzetten in een analoog signaal en dit naar de evaluatie-eenheid sturen.

Hoe selecteert u de juiste sensor voor de flowmeting?

Het meetprincipe moet geschikt zijn voor het medium, zoals hierboven beschreven. Andere vereisten waaraan een debietmeter moet voldoen, zijn onder meer:

• Bedrijfsomstandigheden (debietbereik, druk, temperatuur, materiaalcompatibiliteit)
• Installatieomstandigheden (inlaat-/uitlaatgedeelten, leidingtraject, installatie)
• Omgevingsinvloeden (temperatuur, vochtigheid, trillingen)
• Wettelijke vereisten (explosiebeveiliging, kalibratieverplichting)

De keuze wordt verder bemoeilijkt door bredere praktische beperkingen:

• Vaste stof- of gasgehalte
• Niet-optimale installatiesituatie
• Kosten versus nauwkeurigheid

Vanwege deze verschillende uitdagingen is deskundig advies over de keuze van een flowmeter essentieel.<br><br><br><br>