1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKAuswahl und Einsatz von DurchflussmesseinrichtungenVDI/VDE 2644VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachausschuss Auswahl und Einsatz von DurchflussmesseinrichtungenVDI/VDE-Handbuch Messtechnik IZu
2、 beziehen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure,Dsseldorf 2001Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattetSelection and applicabilityof flowmetersICS 25.040.40; 17.120.10 September 2001Frhere Ausgabe: 10.98 EntwurfInhalt SeiteVor
3、bemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Zweck und Geltungsbereich . . . . . . . . . . 22 Zusammenstellung der Messverfahren . . . . 32.1 Drosselgerte. . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 Magnetisch induktive Durchfluss-messgerte (MID) . . . . . . . . . . . . . 42.3 Coriolis-Massendurchfl
4、ussmessgert . . . 42.4 Thermisches Massendurchflussmessgert 42.5 Wirbelzhler . . . . . . . . . . . . . . . . 52.6 Drallzhler . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.7 Verdrngungszhler fr Flssigkeiten . . . 52.8 Verdrngungszhler fr Gase . . . . . . . 52.9 Turbinenradzhler fr Flssigkeiten (TRZ). . . . .
5、. . . . . . . . . . . . . . . 52.10 Turbinenradgaszhler (TGZ) . . . . . . . 52.11 Schwebekrper-Durchflussmessgert . . . 62.12 Ultraschalldurchflussmessgert fr Flssigkeiten (USM). . . . . . . . . . . . 62.13 Ultraschalldurchflussmessgert fr Gase (USG) . . . . . . . . . . . . . . 63 Einfluss der Messs
6、toffeigenschaften . . . . . 63.1 Aggregatzustand . . . . . . . . . . . . . . 73.2 Arbeitstemperatur . . . . . . . . . . . . . 7Seite3.3 Arbeitsdruck . . . . . . . . . . . . . . . . 73.4 Dichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.5 Viskositt . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.6 Elektrische
7、 Leitfhigkeit . . . . . . . . . . 94 Einfluss der Prozessbedingungen . . . . . . . 94.1 Durchflussart . . . . . . . . . . . . . . . . 104.2 Nennwerte nach DIN/ANSI . . . . . . . . 104.3 Feststoffanteile . . . . . . . . . . . . . . . 104.4 Flssigkeitsanteil in Gasen . . . . . . . . . 104.5 Gasanteil
8、in Flssigkeiten . . . . . . . . . 114.6 Erosion/Abrasion . . . . . . . . . . . . . . 114.7 Freier Querschnitt (Molchen) . . . . . . . 114.8 Bidirektionale Strmung . . . . . . . . . . 114.9 Gerteausfall Durchflussunterbrechung . 114.10 Rohrleitungsvibration. . . . . . . . . . . . 114.11 Hilfsenergie
9、. . . . . . . . . . . . . . . . . 114.12 Messunsicherheit . . . . . . . . . . . . . . 115 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Allgemeine Programmhinweise . . . . . . . . 126.1 Eingabe von Daten . . . . . . . . . . . . . 126.2 Dezimalzahlen . . . . . . . . . . . . . . . 126.3 Insta
10、llation . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Anhang Normative Hinweise . . . . . . . . . . . . 14VDI/VDE-RICHTLINIENB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenie
11、ure, Dsseldorf 2001 2 VDI/VDE 2644VorbemerkungDer Durchfluss ist eine der wichtigsten Prozessmess-gren. Tglich werden weltweit fr mehrere Millio-nen DM Durchflussmessgerte gekauft. Messgerte fr die technische Durchflussmessungsind heute ein umfangreicher Bestandteil der Instru-mentierung von automat
12、isierten Anlagen in der che-mischen und petrochemischen Industrie, der Energie-erzeugung, der Nahrungsmittelindustrie, der Grund-stoffindustrie, der Wasseraufbereitung und Abwas-sertechnik. Diese Beispiele weisen auf das breite An-wendungsfeld der Durchflussmesstechnik hin.Aufgrund der vielfltigen E
13、igenschaften von Fluid,im Programm Messstoff genannt, Messstrecke undMessgerten wird der Anwender vor die Aufgabe ge-stellt, das richtige Gert fr seinen Bedarfsfall zu fin-den. Dazu gehrt neben einem umfangreichen Wis-sen ber grundlegende physikalische und messtech-nische Zusammenhnge vor allem Erfa
14、hrung, die nurin der tglichen Betriebspraxis erworben werdenkann.Leider hat in der heutigen Zeit der junge Ingenieurimmer weniger Gelegenheit, die erforderliche Be-triebspraxis von seinen lteren Kollegen zu erlernen.Es besteht also die Notwendigkeit, mit Hilfe des in-zwischen von jedem Ingenieur beh
15、errschten Arbeits-mittels PC diesen Mangel zu beheben.Der Ende 1994 gegrndete Fachausschuss Auswahlund Einsatz von Durchflussmesseinrichtungen“ derVDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisie-rungstechnik (GMA), in dem Anwender und Herstel-ler von Prozessmessgerten sowie Mitarbeiter vonUniversitten un
16、d Hochschulen vertreten sind, be-fasst sich mit der Auswahl und dem Einsatz vonDurchflussmesseinrichtungen.Aufgrund des oben erwhnten, immer hufiger zu be-obachtenden vorzeitigen Ausscheidens vieler Erfah-rungstrger aus dem Berufsleben sollte durch die ge-meinsame Ausschussarbeit ein Teil des Wissen
17、s die-ser Erfahrungstrger konserviert“ werden.Insbesondere durch die Mitarbeit einiger erfahrenerMitglieder des Arbeitskreises Durchflussmesstech-nik“ der Anwenderorganisation NAMUR konnte ge-whrleistet werden, dass in die Ausschussarbeit eingroes Ma von praktischer Betriebserfahrung einge-flossen i
18、st.Als Ergebnis der Zusammenarbeit ist vorliegendeVDI/VDE-Richtlinie entstanden, die mit einer ergn-zenden Software den Anwender mengefhrt zueinem oder mehreren der fr ihn gnstigsten Durch-flussmessverfahren hinleiten soll. Bild 1. Startmaske des Auswahlprogramms1 Zweck und GeltungsbereichEs gibt vi
19、ele Verfahren fr die Durchflussmessung,aber nicht jedes ist geeignet fr alle Anwendungs-flle.Viele Publikationen beschreiben die Messverfahrenund -gerte, aber es gibt nur wenige Einsatz und An-wendung vergleichende Verffentlichungen.Jedes Jahr werden neue Entwicklungen und Verbes-serungen bzw. Aufwe
20、rtungen vorhandener Messge-rte auf den Markt gebracht; Einsatzbereich und An-wendungsgrenzen werden stndig erweitert. Mit einer Gegenberstellung unterschiedlich zu beur-teilender Eigenschaften von Durchflussmessgertenund Volumenzhlern unter Einbeziehung der Stoff-daten und der Prozessbedingungen sol
21、l versucht wer-den, die wesentlichsten Gesichtspunkte fr die Aus-wahl eines oder mehreres geeigneter Messverfahrenzu ermitteln.In der vorliegenden VDI/VDE-Richtlinie werden diewichtigsten aktuellen Verfahren der Durchflussmes-sung behandelt. Messverfahren, die nur in begrenz-tem Umfang industriell e
22、ingesetzt werden knnenoder deren Entwicklungsstand eine umfangreichepraktische Anwendung noch nicht zulsst, werdennicht bercksichtigt.Da es grundstzlich nicht mglich ist, den Rahmendieser Richtlinie so auszudehnen, dass sie allumfas-send ist, wird bei allen Betrachtungen die 80/20-Re-gel angewendet.
23、Das zugehrige Programm soll dem Anwender beider Auswahl geeigneter Messverfahren und zurLsung seiner gegebenen Messaufgaben helfen. Es ist jedoch nicht als Auslegungsprogramm“ ge-dacht, sondern liefert als Ergebnis die generelle Eig-nung oder Nichteignung eines Messverfahrens.Liegen die angenommenen
24、 Bedingungen fr dieMessaufgabe nahe an den in der Richtlinie angegebe-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 VDI/VDE 2644 3 nen Grenzw
25、erten oder werden die Grenzwerte ber-schritten, wird generell auf die Herstellerangaben zuden jeweiligen Messgerten verwiesen.Nachstehende Durchflussmessverfahren werden be-rcksichtigt:DrosselgerteMagnetisch induktives Durchflussmessgert(MID)Coriolis-Massendurchflussmessgert (CMM)Thermisches Massend
26、urchflussmessgert (TMM)Wirbelzhler (WBZ)DrallzhlerVerdrngungszhler fr FlssigkeitenVerdrngungszhler fr GaseTurbinenradzhler fr Flssigkeiten (TRZ)Turbinenradgaszhler (TGZ)Schwebekrper-DurchflussmessgertUltraschall-Durchflussmessgert fr Flssigkei-ten (USM)Ultraschall-Durchflussmessgert fr Gase (USG)Fol
27、gende Messstoffeigenschaften liegen dem Pro-gramm zu Grunde:AggregatzustandArbeitstemperaturArbeitsdruckDichteViskosittElektrische Leitfhigkeit1)Wrmeleitfhigkeit1)Bei den Prozessbedingungen werden nachstehendeAngaben bercksichtigt:Zu messender Durchfluss Volumendurchfluss MassendurchflussNennweite d
28、er ProzessleitungNenndruckFeststoffanteileGasanteile in FlssigkeitenFlssigkeitsanteile in GasenErosion/Abrasion2)Freier Querschnitt (Molchen)Bei Gerteausfall DurchflussunterbrechungBidirektionale StrmungEinbaulage/Selbstentleerung3)RohrleitungsvibrationHilfsenergieZulssige Messunsicherheit4)Da zurze
29、it keine einheitlichen Grundlagen weder frReferenzbedingungen noch fr Einbauverhltnisseund Kalibriervorschriften vorliegen, entfllt die Vor-gabe der zulssigen Messunsicherheit vom Messwertunter Betriebs- und Referenzbedingungen im Pro-gramm. Die bereits fr verschiedene Verfahren vorlie-genden Grundl
30、agen z.B. in den Normen DIN 33 800fr Turbinenradgaszhler, DIN ISO 4064-1 fr Kalt-wasserzhler, DIN EN 29 104 Referenzbedingungenfr magnetische-induktive Durchflussmessgerte undDIN EN ISO 5167-1 fr Blenden, Dsen und Ventur-irohre sind mit Angaben aus der einschlgigen Litera-tur fr die restlichen Durch
31、flussmessverfahren in eineTabelle eingearbeitet worden. Diese Tabelle soll demAnwender Hilfestellung in der Frage geben, welcheGenauigkeiten zurzeit erreichbar sind.Alle verwendeten Benennungen, Begriffe und For-melzeichen entsprechen den Definitionen der NormDIN EN 24 006 Durchflussmessung von Flui
32、den ingeschlossenen Leitungen; Begriffe und Formelzei-chen“. Eine Zusammenfassung der zitierten Normenund Richtlinien werden im Anhang aufgefhrt.2 Zusammenstellung der Messverfahren2.1 DrosselgerteKurzbeschreibung und AnwendungsbereichZur Durchflussmessung nach dem Wirkdruckverfah-ren wird in das vo
33、m Fluid (Messstoff) durchstrmteRohr eine konzentrische Querschnittverengung ein-gebaut. Durch die Erhhung der Strmungsge-schwindigkeit in der Einschnrung vermindert sichder statische Druck (Bernouillesche Gleichung). Esentsteht an dieser Stelle ein Druckabfall, eine Druck-differenz, die als Wirkdruc
34、k bezeichnet wird. DerWirkdruck ist ein Ma fr die in der Zeiteinheitdurchstrmende Fluidmenge. Bei diesem Wirkdruckverfahren werden Blenden,Dsen und Venturirohre verwendet.1) blicherweise entfllt diese Angabe, da sie nur beim magnetischinduktiven Durchflussmessgert bzw. beim thermischen Massedurch-fl
35、ussmessgert von Bedeutung ist. Ist das Gert fr die Messaufgabegeeignet, erfolgt bei der Auswertung ein entsprechender Hinweis.2) Die Abfragen nach Sedimentation, Auskristallisierung und Polyme-risation, die eigentlich an dieser Stelle erfolgen mssten, entfallen, dabei Vorliegen solcher Belagbildunge
36、n in jedem Fall der Hersteller zubefragen ist.3) Diese Abfragen entfallen, da im Allgemeinen die Einbaulage belie-big ist, wenn nicht Vorzugslagen der Gerte zu beachten sind. Wenn Selbstentleerung erforderlich ist, sind geeignete Einbaulagen zuwhlen.4) Die Messunsicherheit oder die Fehlergrenzen fr
37、Verfahren bzw. frdie Durchflussmessgerte sind wichtige Kriterien fr den Anwenderbei der Auswahl. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 200
38、1 4 VDI/VDE 2644Blenden sind Scheiben mit kreisrunder ffnung undscharfer Kante. Sind sie nach DIN EN ISO 5167-1gebaut, wird von Normblenden gesprochen. Sie sindleicht einzubauen und auszuwechseln. Nachteiligsind der relativ hohe, bleibende Druckverlust und dieAbnutzung der scharfen Kante (Vergrerung
39、 derMessunsicherheit).Dsen bestehen aus einem sich verengenden Einlaufund einem anschlieenden zylindrischen Halsteil.Die Normdse ist nach DIN EN ISO 5167-1 herge-stellt. Die Dse ist aufwendiger herzustellen als dieBlende, dafr ist der bleibende Druckverlust geringer.Venturirohre bestehen aus einem s
40、ich konisch ver-engenden Einlauf, einem anschlieenden zylindri-schen Halsteil und einem sich konisch erweiterndenAuslauf. Der bleibende Druckverlust ist hier am ge-ringsten.Weitere, ausfhrliche Informationen knnenDIN EN ISO 5167-1 Durchflussmessung vonFluiden mit Drosselgerten“ und den RichtlinienVD
41、I/VDE 2040 Blatt 1 bis Blatt 5 Berechnungs-grundlagen fr die Durchflussmessung mit Blenden,Dsen und Venturirohren“ sowie VDI/VDE 2041Berechnungsgrundlagen fr die Durchflussmessungmit Blenden, Dsen und Venturirohren fr besondereAnwendungen“ entnommen werden.Drosselgerte knnen im gesetzlichen Messwese
42、n(eichpflichtiger Verkehr) eingesetzt werden.2.2 Magnetisch induktive Durchflussmessgerte (MID)Kurzbeschreibung und AnwendungsbereichDas magnetisch-induktive Durchflussmessgert istein Volumendurchflussmessgert fr leitfhige Fls-sigkeiten. Das Messverfahren basiert auf demFaradayschen Induktionsgesetz
43、. Wird in einemMagnetfeld ein Leiter bewegt, so wird in ihm eineSpannung induziert. Bei der gertetechnischen Aus-nutzung dieses Messprinzips durchfliet die leit-fhige Flssigkeit ein Messrohr, in dem senkrecht zurStrmungsrichtung ein Magnetfeld erzeugt wird. Dieim Messstoff induzierte Spannung wird v
44、on zwei dia-metral angeordneten Elektroden abgegriffen. DieseMessspannung ist der magnetischen Induktion, dermittleren Strmungsgeschwindigkeit und dem Elek-trodenabstand proportional. Wird bercksichtigt,dass die magnetische Induktion und der Elektroden-abstand konstante Werte sind, so ergibt sich ei
45、ne Pro-portionalitt zwischen Messspannung und der mitt-leren Strmungsgeschwindigkeit. Die Messspannungist linear und proportional zum Volumendurchfluss.Mit dem magnetisch-induktiven Durchflussmess-gert (MID) knnen nur leitfhige Flssigkeiten,Breie, Pasten und Schlmme mit einer Mindestleit-fhigkeit vo
46、n 5 mS/cm gemessen werden (spezielleAusfhrungen bis zu 0,05 mS/cm).Weitere, ausfhrliche Informationen knnenDIN EN ISO 6817 Durchflussmessung von leitfhi-gen Flssigkeiten in geschlossenen Leitungen Ver-fahren mit magnetisch-induktiven Durchflussmess-gerten“ und DIN EN 29104 Durchflussmessungvon Fluid
47、en in geschlossenen Leitungen, Verfahrenzur Beurteilung des Betriebsverhaltens von magne-tisch-induktiven Durchflussmessgerten fr Flssig-keiten“ entnommen werden.Magnetisch-induktive Durchflussmessgerte knnenim gesetzlichen Messwesen (eichpflichtiger Verkehr)eingesetzt werden.2.3 Coriolis-Massendurc
48、hflussmessgertKurzbeschreibung und AnwendungsbereichBeim Coriolis-Massendurchflussmessgert ist dasMesssignal direkt proportional dem durchgehendenMassendurchfluss, z.B. in kg/s. Das Messverfahrennutzt die Coriolis-Kraft aus. Das zu messende Fluiddurchstrmt ein gerades oder schleifenfrmiges Rohr,das
49、senkrecht zur Strmungsrichtung zu Schwingun-gen angeregt wird. Mit dem Rohr schwingt das durch-strmende Fluid. Im Einlauf des Gerts wird dasdurchgehende Fluid beschleunigt, in der Auslauf-strecke dagegen abgebremst. Es bildet sich eineCorioliskraft, die in der Schwingungsebene wirkt. Siefhrt dazu, dass bei strmendem Fluid die S
