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Induktiver Durchflussmesser - so funktioniert er

Die Durchflussmenge einer Flüssigkeit in einem Rohr soll gemessen werden? Hierfür eignen sich ein sog. magnetisch-induktiver Durchflussmesser. Aber welches physikalische Prinzip steckt dahiner?

Wie groß ist die Durchflussmenge?
Wie groß ist die Durchflussmenge?

Induktiver Durchflussmesser - was ist das?

  • Genau genommen müsste es magnetisch-induktiver Durchflussmesser, abgekürzt MID, heißen, denn diese Messgeräte basieren auf magnetischen Kräften, die in elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten auftreten.
  • Dementsprechend lassen sich damit bei Flüssigkeiten in Rohrleitungen (mit oder ohne Feststoffe) die Durchflussmengen bestimmen, allem voran Wasser, Abwässer unterschiedlichster Art, jedoch auch Breie, Säuren, Laugen oder Säfte, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie. 
  • Eingebaut in einen Regelkreis lässt sich der MID auch zur Durchflussregelung, zur definierten Abfüllung (Getränke zum Beispiel) und zur Dosierung (und Kontrolle) von Chemikalien oder anderen Inhaltsstoffen benutzen.

MID - so funktioniert das Messgerät

  • Das Messgerät basiert auf dem von Michael Faraday 1832 entdeckten Induktionsgesetz: Bewegt man einen elektrisch leitfähigen Körper durch ein Magnetfeld, so wird dabei eine Spannung U induziert. Diese Spannung ist umso größer, je schneller der Körper bewegt wird. Im Fall einer Strömung geht die Strömungsgeschwindigkeit direkt in das Gesetz ein.
  • Mit diesem Gesetz versuchte der Physiker übrigens, die Strömungsgeschwindigkeit der Themse zu messen. Seine Überlegung war, dass das Erdmagnetfeld im strömenden Wasser eine Spannung induzieren müsse (leider ist der Effekt recht klein). 
  • Heutige Messgeräte, die als induktiver Durchflussmesser arbeiten, bestehen aus einer nichtmagnetischen Messeinrichtung (meist ein Rohr), das auf die auszumessende Strömung montiert wird. Darauf befinden sich Spulen, die bei Stromdurchfluss das erforderliche Magnetfeld erzeugen, sowie zwei Elektroden, die mit der Strömung in Kontakt stehen. 
  • Gemessen wird die durch den Strömungsdurchfluss zwischen den beiden Elektroden erzeugte Induktionsspannung, ein Signal, das verarbeitet und - bei geeigneter Eichung - direkt die Durchflussmenge ergibt.
  • Von der Physik her entsteht diese Induktionsspannung, weil die in der Flüssigkeit vorhandenen Ladungen (meist Ionen) durch das Magnetfeld senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung abgelenkt werden (Lorentzkraft) und so an den beiden gegenüberliegenden Elektroden eine Ladungsdifferenz auftritt (= Spannung).
  • Diese Spannung ist der Menge der vorhandenen Ionen und daher Fließgeschwindigkeit der Strömung, also letztendlich der Durchflussmenge, proportional.
  • Allerdings muss die Strömung eine gewisse Mindestleitfähigkeit (abhängig von der Sensitivität des Durchflussmessers) aufweisen.
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