Die Schaltungstechnik der siebziger Jahre des zwanzigsten Jahrhundert zusammen mit
magnetischen Wechselfeldern machte die Differenzierung der zur Strömungsgeschwindigkeit
Nutzsignale von Störsignalen möglich.
1832 wurde durch Michael Faraday die erste Basis zur magnetisch-induktiven
Messung der Strömungsgeschwindigkeit festgelegt und legte diese anschließend in einer
Veröffentlichung für immer fest.
Ein Durchflussmesser besteht aus einem metallischen Rohr welches von einem Messgut
durchflossen wird. Es ist von einem Magnetfeld durchsetzt. In seinem Bereich sind
mindestens zwei am Rohr angeordnete Elektroden zur Erfassung der Messspannung
vorgesehen. Das Rohr ist mit einer elektrisch isolierenden Auskleidung versehen.
Die gesamte Messstelle besteht aus einem Messaufnehmer mit einem dazugehörigen
Messumformer.
Das Prinzip dieser Messer nutzt die Teilung bewegter Ladungen in einem Magnetfeld. in
einem Rohr aus nichtmagnetischem Material, das innen eine elektrisch abschirmende
Auskleidung hat, strömt die leitfähige Flüssigkeit.
Mit der Hilfe von Spulen baut man von außen ein senkrecht wirkendes Magnetfeld auf. In der
Leitflüssigkeit befinden sich Ladungsträger, Ionen oder auch geladene Teilchen, diese werden
durch das Magnetfeld abgelenkt. Die positiven Ladungsträger lenkt man dabei beispielsweise
nach links ab, und die negativen nach rechts.
Mit Hilfe eines Messgerätes, ist man nun in der Lage, die angeordneten Messelektroden zu erfassen. Diese Spannung, deren Höhe hier ermittelt wurde,
ist proportional der Strömungsgeschwindigkeit der Ladungsträger. Die Messspannung
dagegen ist proportional zur Fließgeschwindigkeit.
Ein Magnetfeld erzeugt man in neuzeitlichen Konstruktionen durch getakteten Gleichstrom,
welcher wechselnde Polarität erzeugt. Auf diese Weise macht man die Messung
unempfindlicher gegenüber Einflüssen durch Inhomogenitäten und Mehrphasenstoffe in der
Flüssigkeit. Aber auch bei geringerer Leitfähigkeit ist immer noch ein brauchbares
Messsignal erreichbar. Wenn ein Magnetfeld nur mit reiner Wechselspannung betrieben wird,
kommt es zur Induktion von Störspannungen an den entsprechenden Elektroden, die aber
durch geeignete Filter weitgehend unterdrückt werden.
Bewegt man nun eine Messflüssigkeit durch das Rohr, liegt nach dem Induktionsgesetz an
den jeweiligen Messelektroden, die dem Magnetfeld B angeordnet sind und senkrecht zur
Fließrichtung stehen, eine Spannung U vor.
Besonders wichtig ist die Auswahl des richtigen Elektrodenmaterials, da dies ein
entscheidender Faktor für eine zuverlässige Funktion ist und auch für die Messgenauigkeit der
magnetisch-induktiven Durchflussmessung.
Dadurch dass die Messelektroden im unmittelbaren Kontakt mit dem Medium stehen, müssen
sie somit absolut und ausreichend korrosionsbeständig sein und gleichzeitig einen sehr guten
Übergang zum Messgut gewährleisten. Dagegen benutzt man bei Messwertaufnehmern mit
Keramik-Messrohren eingesinterte Elektroden.
Wenn Messstoffe mit extrem niedriger elektrischer Leitfähigkeit vorhanden sind und Medien,
die isolierende Ablagerungen auf der Rohwand bilden, und dadurch der Kontakt zwischen
Messstoff und Elektrode unterbrochen wird, kommen heute Messwertaufnehmer mit
berührungslosem kapazitivem Signalabgriff zu Anwendung.
Hierbei wurden die Elektroden durch angelegte Kondensatorplatten ersetzt und auf der
Außenseite des Messrohres angebracht.
Aus dem Rohrschnitt D sowie der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v kann auf die
folgende Weise, der Wert des Durchflusses Q abgeleitet werden.
Für laminare aber auch für Strömungen die turbulent sind, ergibt sich immer eine lineare
Abhängigkeit der Nutzspannung U von der Strömungsgeschwindigkeit v.
Dagegen hängt der Volumenstrom immer von der Strömgeschwindigkeit und der Nennweite
des Durchflussmessgerätes ab.
Leitende Flüssigkeiten wie: Wasser, Breie, Schlämme Säuren, Emulsionen, Säfte sowie
Flüssigkeiten mit einer Mindestleitfähigkeit von 0,5 μS/cm sind magnetisch-induktive
Durchflussmesser. Durch vielfältige Produktfunktionen und technische Eigenschaften werden
die Eignung für fast alle Anwendungen wie beispielsweise Abfüll- und Dosierapplikationen,
Chemie, Pharma, Wasser, Netzwerke, Papier sowie Zellstoff und hygienische sowie sterile
Anwendungen garantiert.
Durchlaufmesser haben den großen Vorteil, dass das Messprinzip unabhängig vom Druck,
von der Dichte, der Temperatur sowie der Viskosität ist. Es gibt keine störenden Einbauten
und man kann sie auch für aggressive und korrosive Produkte verwenden.
Ein großer Nachteil beim Durchlaufmesser ist beispielsweise die Forderung nach einer
Mindestleitfähigkeit, einer maximalen Messstofftemperatur bei ca. 200 Grad C und einer
Mindestfließgeschwindigkeit von ca. 0,5 m/s.