Strömungssensoren erfassen Durchflussgeschwindigkeiten in Strecke pro Zeiteinheit, z. B. Meter/Sekunde. Sie eignen sich hervorragend zur Überwachung der Strömung etwa in Kühlanlagen oder zur Sicherstellung des ausreichenden Durchflusses von Prozessflüssigkeiten. Strömungssensoren überwachen zudem den Luftstrom in Lüftungs- und Absauganlagen.
Die Funktion des Strömungssensors beruht auf dem thermodynamischen Prinzip. Der Messfühler wird um einige Grade Celsius von innen heraus gegenüber dem Strömungsmedium, in welches er hineinragt, aufgeheizt.
Fließt das Medium, so wird die in dem Fühler erzeugte Wärme durch das Medium abgeführt, d. h. der Fühler wird gekühlt. Die sich in dem Fühler einstellende Temperatur wird gemessen und mit der ebenfalls gemessenen Mediumtemperatur verglichen. Aus der gewonnenen Temperaturdifferenz kann für jedes Medium der Strömungszustand abgeleitet werden.
Basierend auf diesem Funktionsprinzip entwickelt und fertigt EGE Strömungssensoren und Durchflussmessgeräte für flüssige und gasförmige Medien.
Die Empfindlichkeit thermodynamischer Strömungssensoren hängt von den wärmetechnischen Eigenschaften eines Mediums ab. So ist der Erfassungsbereich eines Standardsensors für Öl, aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit, etwa dreimal größer und für Luft ca. 30 mal größer als der für Wasser. Sofern nicht anders vermerkt, sind die technischen Daten eines Sensors für Wasser spezifiziert.
Thermodynamische Strömungssensoren arbeiten ohne bewegliche Teile, daher gibt es keine Ausfälle durch Korrosion von Lagern, abgerissene Flügelräder oder Verformungen von Prallflächen.
Diese Zuverlässigkeit ist in vielen Industriebereichen hoch geschätzt. Strömungssensoren werden heute in Flüssigkeiten ebenso eingesetzt wie in Luft, sogar in explosionsgefährdeten Bereichen sind sie im Einsatz.
In der Spitze des Messfühlers befinden sich die temperaturabhängigen Messelemente. Die Messspitze und der daran anschließende Gewinde-/ Befestigungsteil sind bei vielen Messfühlern einteilig aus Edelstahl gefertigt. Dadurch wird absolute Dichtheit und hohe Druckfestigkeit erreicht.
In korrosiven, insbesondere oxidierenden Medien, kommen Sonderwerkstoffe zum Einsatz, da Edelstahl dort nur bedingt korrosionsbeständig ist.
Die Montage kann in Standardapplikationen unabhängig von der Strömungsrichtung des Mediums erfolgen. Grundsätzlich gilt: Der Sensorstift muss immer vollständig von dem zu überwachenden Medium umgeben sein. Bei kleineren Querschnitten verengt die Fühlerspitze den Rohrquerschnitt. Daraus resultiert eine höhere Strömungsgeschwindigkeit.
Um Fehlfunktionen zu vermeiden, die durch instabile Strömungsformen verursacht werden, sollten direkt vor bzw. hinter dem Messfühler keine den Strömungsquerschnitt oder die Strömungsrichtung beeinflussenden Installationsteile angebracht werden.
Der Richtwert für die Ein-/ Auslaufstrecke beträgt das ca. 5…10-fache des Rohrleitungsdurchmessers.
Messfühler in der Ausführung STK… mit kurzem Gewinde sind insbesondere für die Montage in T-Stücken vorgesehen. Ihre Baulänge ist so dimensioniert, dass die Fühlerspitze vollständig in das Medium eintaucht, ohne die Gegenwandung zu berühren.
Die Messfühler ST... mit langem Gewinde werden bei größeren Rohrdurchmessern oder bei längeren Einschraubstutzen eingesetzt.
Alle Standardgewinde der Messfühler sind als G-Rohrgewinde nach DIN ISO 228 ausgeführt und entsprechen auch der BSP-Norm. Zur Abdichtung können Flachdichtungen, PTFE-Gewinde dicht band oder flüssige Dichtmittel verwendet werden.
Bei Drücken ab 30 bar oder zu hohen Anzugsdrehmomenten kann eine flach aufliegende nichtmetallische Dichtung beschädigt werden. In diesen Fällen sollte eine Kammerung vorgenommen werden, die ein seitliches Ausweichen der Dichtung bei hoher Belastung verhindert.
Für Dichtungen aus PTFE ist diese Technik immer zu empfehlen. Für Hochdruckanwendungen sind Metalldichtungen zu verwenden. Jedem Messfühler sind Dichtungen aus dem Werkstoff AFM 34 beigefügt. Besondere Ausführungen aus anderen Werkstoffen, wie z. B. Weich eisen, Kupfer oder PTFE sind auf Anfrage lieferbar.
In offenen Systemen und bei Lufteinschlüssen ist der Messfühler in einer Steigleitung (1) zu montieren. Bei seitlichem Einbau (2) können Ablagerungen und Luftpolster kaum zu einer Beeinträchtigung der Funktion führen, wenn der Messfühler vollständig vom Medium umströmt wird.
Der Einbau von unten (3) gewährleistet auch die Funktion, wenn sich im Rohr ein Luftpolster befindet. Der Pegel des zu überwachenden Mediums darf jedoch nicht unter die Oberkante des Messstiftes absinken. Der Einbau von oben ist nur möglich, wenn die Rohrleitung frei von Gas- oder Lufteinschlüssen ist.
Alternativ zum G1/2 oder ein G3/4-Rohrgewinde können bei allen Bauformen NPT-Gewinde gefertigt werden. Diese sind konisch ausgeführt und müssen in ein geeignetes Gegenstück eingeschraubt werden. Das NPT-Gewinde nach ANSI B 1.20.1 ist nicht selbstdichtend und ein Dichtmittel, wie PTFE-Dichtband ist erforderlich. Die Verwendung von Flachdichtungen ist nicht möglich.
Speziell die Branchen Chemie, Pharma und Lebensmittel fordern standardisierte Rohranschlüsse. Messfühler für den Einsatz in diesen Bereichen werden mit Flanschanschlüssen nach DIN oder ASME geliefert. Messfühler und Flansch sind korrosionsstabil mittels Laser- oder Schutzgasschweißung miteinander verbunden.
Applikationen im Bereich der Lebensmittel- und Pharmaindustrie stellen aus hygienischen Gründen besondere Anforderungen an die Mechanik und Elektronik von Sensoren. Messfühler mit Triclampverschraubung entsprechen dem 3-A Sanitärstandard 28-05.
Die üblichen Reinigungszyklen CIP und SIP sind durch Ihre Temperaturwechsel eine besondere Belastung für die Sensorelektronik, daher werden spezielle Schutzmaßnahmen ergriffen. Sensorwerkstoffe für diese Anwendungen sind hauptsächlich die Spezialstähle 1.4404 und 1.4435. Kundenspezifische Anschlüsse wie z. B. GEA-Varivent oder APV-Flansche sind ebenso lieferbar wie andere metallische Spezialwerkstoffe.
Messfühler sind in Einschraublängen von 25 mm bis 300 mm lieferbar. Die Länge des Messfühlers soll so bemessen werden, dass sich die Messspitze in einem Bereich befindet, der stabile Strömungsverhältnisse aufweist.
Lange Bauformen werden z. B. in folgenden Anwendungen benötigt:
Das Maß für die Eintauchtiefe „L“ ist vom Ansatz der Dichtfläche bis zur Sensor spitze definiert. Normlängen für Standardgeräte sind die Abmessungen L = 80 und 120 mm; für Ex-Ausführungen 80, 110 und 140 mm.
Inline-Sensoren werden direkt „in einer Linie“ in eine Rohrleitung eingefügt. Diese Konstruktion besitzt keine in die Strömung hineinragenden Messstifte. EGE-Inline-Sensoren SD der Serie 500 sind für Durchflussmengen von 0,5 ml/min bis 6 l/min geeignet. Glatte Messrohre, geringer Druckverlust und schnelle Reaktion auf Strömungsänderungen zeichnen diese Sensoren aus. Eine Vielzahl von Anschlussmöglichkeiten stehen zur Verfügung.
Die chemische Resistenz des eingesetzten Werkstoffes muss in jedem einzelnen Fall für die vorgesehene Anwendung überprüft werden. Es treten grundsätzlich keine Probleme auf, wenn der Messfühler und die Rohrleitung aus dem gleichen Werkstoff gefertigt sind. In jedem Fall ist es günstig, wenn das Sensorgehäuse aus einem edleren Werkstoff als die Rohrleitung besteht.
Die Kabelverschraubung der Messfühler ST... ist aus Messing mit einer Nickeloberfläche hergestellt. In Anwendungen, bei denen stark alkalische Reinigungsmittel zum Einsatz kommen, ist das Material PVDF für die Kabelverschraubung zu bevorzugen.
Nichtrostende Edelstähle zählen zur Gruppe der Chrom-Nickel Legierungen, mit weiteren Legierungsanteilen von z. B. Molybdän oder Titan. Die Zusammensetzung der verschiedenen Legierungsanteile entscheidet über die Korrosionsbeständigkeit im Medium. Deshalb gibt es bei diesen Werkstoffen eine große Anzahl von Legierungen, die durch Werkstoffnummern nach DIN EN ISO 7153-1:2000 gekennzeichnet sind.
Edelstahl 1.4571 (VA4) wird wegen seiner in vielen Bereichen guten Korrosionsbeständigkeit eingesetzt. Er ist anwendbar in Anlagen zur Wassergewinnung, in Klimaanlagen, in der Milchwirtschaft, der Fleischverarbeitung, der Fischwirtschaft, der Getränkeindustrie, der Weinkellerwirtschaft und im Küchenanlagenbereich.
In chlorhaltiger oder sauerstoffarmer Umgebung sind nicht rostende Edelstähle nur bedingt stabil. Dort haben sich Sonderlegierungen bewährt.
Hastelloy B-2 (2.4617) zählt zu der Gruppe der hochkorrosionsbeständigen Nickel-Molybdän-Legierungen. Der Werkstoff zeichnet sich durch sehr gute Beständigkeit in reduzierenden Medien aus, z. B. in Salzsäure im gesamten Konzentrationsbereich und großem Temperaturbereich. Er ist auch in Chlorwasserstoff sowie in Schwefel-, Essig- und Phosphorsäure einsetzbar. Die gute Beständigkeit gegen Lochkorrosion, Spaltkorrosion, chlorid-induzierte Spannungsrisskorrosion, Messerlinienkorrosion, abtragende Korrosion und Korrosion in der Wärmeeinflusszone, ermöglichen weitgefächerte Anwendungsgebiete. Bei der Anwesenheit oxidierend wirkender Bestandteile wie Eisen- oder Kupfersalzen ist der Einsatz nicht zu empfehlen.
Hastelloy C-22 (2.4602) zählt zur Gruppe der hoch korrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Molybdän-Wolfram-Legierungen. Der Werkstoff zeichnet sich durch hohe Beständigkeit gegen Spaltkorrosion, Lochkorrosion und Spannungsrisskorrosion in oxidierenden und reduzieren den Medien aus. Der Werkstoff zeigt eine gute Beständigkeit gegen eine Vielzahl von korrosiven Medien ein schließlich starker Oxidationsmittel wie Eisen (III)- Chlorid und Kupfer (II)-Chlorid, heiße Medien, z. B. Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Chlor (trocken), Ameisensäure und Essigsäure. Er zeigt darüber hinaus gute Beständigkeit in feuchtem Chlorgas, Natriumhypochlorid und Chlordioxidlösungen.
Titan (3.7035) ist ein Leichtmetall, das Festigkeitswerte erreicht, die denjenigen guter Konstruktionsstähle gleich kommt. Die chemische Widerstandsfähigkeit dieses Metalls beruht auf der Bildung eines Oxidfilms auf seiner Oberfläche, wie dies z. B. auch bei nichtrostenden Edel stählen der Fall ist. Wird diese Schicht in einer sauerstoffhaltigen Umgebung mechanisch beschädigt, erneuert sich diese Schutzschicht sofort. In einer Umgebung, die keinen Sauerstoff enthält, oder in reduzierenden Medien ist Titan nicht stabil.
Titan eignet sich besonders zum Einsatz in Chlorid haltigen Medien. Erfahrungen in der chemischen Industrie und in Papierbleichereien zeigen auf, dass Titan der einzige Werkstoff ist, der eine störungsfreie Produktion gewährleistet. Die ausgezeichneten Eigenschaften von Titan ergeben auch optimale Resultate bei der Verwendung in Meerwasserkühlsystemen und Meerwasserentsalzungsanlagen.
Der Werkstoff ist besonders geeignet zur zusätzlichen Beschichtung mit Metallen und Metallkeramiken, wie etwa der B3-Beschichtung (vgl. Tabelle unten) Diese zusätzliche Beschichtung erhöht die chemische Resistenz und damit die Standzeit des Sensorgehäuses wesentlich.
Hochtemperatur-Messfühler werden aus temperaturbeständigen Komponenten gefertigt und besitzen Anschlussleitungen mit FEP-Ummantelung. Der Funktionsbereich dieser Spezial-Messfühler der Serie 400 ist mit +10…+120 °C spezifiziert. Kurzzeitig sind auch Mediumtemperaturen über 120 °C bis 135 °C für max. 10 min. erlaubt. Hochtemperatur-Strömungssensoren der Serie 500 können bei Medientemperaturen bis zu 160 °C eingesetzt werden.
Messfühler werden mit einem 4-poligen M12-Steckverbinder oder einem 4-adrigen Festkabel geliefert. Spezielle Ausführungen besitzen einen Klemmenraum. Das Verbindungskabel zwischen Messfühler und Auswertegerät darf bis zu 100 m lang sein. Bei Entfernungen über 30 m und in Umgebungen mit hohem Störpegel ist ein abgeschirmtes Kabel zu bevorzugen. In jedem Fall ist zu prüfen, ob der gewählte Aderquerschnitt den Anforderungen der Betriebsanleitung entspricht.
Alle Auswertegeräte besitzen eine mehrfarbige LED-Zeile, die die Strömungstendenz visuell anzeigt. Leuchtet die rote LED, ist der voreingestellte Grenzwert unterschritten und der Schaltausgang nicht aktiv. Die gelbe LED signalisiert, dass der Grenzwert erreicht und der Ausgang geschaltet ist. Zusätzlich zur gelben LED können weitere 4 grüne LEDs leuchten, die ein relatives Maß für die Überschreitung des Grenzwertes darstellen.
Bei der Installation von Auswertegeräten ist darauf zu achten, dass die Geräte keinem Wärmestau ausgesetzt werden. Der Abstand zwischen benachbarten Geräten sollte 10 mm nicht unterschreiten.
Kompaktgeräte integrieren Auswertegerät und Messfühler in einem Gehäuse. Dies ermöglicht die Einstellung eines Grenzwertes direkt vor Ort an der Messstelle. Die Verkabelung beschränkt sich damit auf die weniger störempfindlichen Zuleitungen für die Stromversorgung und den Schaltausgang.
SC 440... / SN 450... / LN 450... / LNZ 450...
Kompaktgeräte der genannten Serien lassen sich einfach in Schraubadaptern, Muffen und T-Stücken montieren. Dafür besitzen die Messfühler zumeist ein Gewinde der Größe G1/4, G1/2 oder NPT1/2. Viele weitere Möglichkeiten lassen sich als Sondergerät realisieren. Die Geräte der Serie SC 440… sind vollständig aus Edelstahl gefertigt und zeichnen sich durch Robustheit und kleine Bauform aus. Sie bewähren sich seit mehr als 25 Jahren im lndustrieeinsatz.
Die Serien SN 450… und SNT 450… besitzen ein Gehäuse aus Kunststoff (PBT) und sind in vielen Ausführungen für Gleich- oder Wechselspannungsversorgung, mit Relais-, PNP- oder Analogausgang, lieferbar.
Die Ausführungen SNT 450… besitzen zusätzlich eine einstellbare Grenztemperaturüberwachung, die Varianten mit …-VA oder …-VE haben eine einstellbare Zeitverzögerung für den Ausgang. Für den Einsatz in Luft sind die Kompaktgeräte LN 450… und LNZ 450… geeignet. Sie sind in den gleichen Ausführungen wie die SN 450… verfügbar.
SCS 440... / SNS 450...
Für die Montage in Schneidringverschraubungen sind die Messfühler der o. g. Geräteserien konstruiert. Mit einer am Gerät angebrachten Überwurfmutter werden sie in der zugehörigen Verschraubung fixiert. Die Verbindung dichtet zuverlässig bis 100 bar. Zahlreiche Ausführungen des Einschraubadapters ermöglichen einen universellen Einsatz der Strömungssensoren. Die Varianten der Kompaktgeräte entsprechen den Ausführungen, die für eine Schraubmontage verfügbar sind.
