EGE-Elektronik Spezial-Sensoren GmbH - Special-Sensors for Automation

Strömungssensoren - Technik und Anwendung

Messfühler

In der Spitze des Messfühlers befinden sich die temperaturabhängige 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 ist zu beachten, dass der Sensorstift in jedem Fall vollständig von dem zu überwachenden Medium umgeben sein muss. Bei kleineren Querschnitten ist zu beachten, dass die Fühlerspitze den Rohrquerschnitt verengt. Daraus resultiert eine höhere Strömungsgeschwindigkeit.
Um Fehlfunktionen, verursacht durch instabile Strömungs­formen, zu vermeiden, 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. 4…8-fache des Rohrleitungsdurchmessers.


Montage

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-Gewindedichtband 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. Weicheisen, Kupfer oder PTFE sind auf Anfrage lieferbar.


EX-Messfühler

Messfühler für gas- und staubexplosionsgefährdete Bereiche sind nach ATEX 100a baumustergeprüft und werden mit einem zugelassenen Auswertegerät der Serien SZA..., SEA... oder SS 400 betrieben. 



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.



NPT-Gewinde

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. Es sind zwei NPT-Gewindetypen zu unterscheiden. Das NPT-Gewinde nach ANSI B 1.20.1 ist nicht selbstdichtend und ein Dichtmittel, wie zum Beispiel PTFE-Dichtband ist erforderlich. Die Verwendung von Flachdichtungen ist nicht möglich. Das NPTF-Gewinde nach ANSI B 1.20.3 ist selbstdichtend und benötigt keine Dichtmittel. Bei der Anwendung dieses Gewindetyps muss auf die Metallpaarung geachtet werden, damit beim festen Anschrauben das Metall nicht frisst. Ohne besondere Vorgaben werden NPT-Gewinde als nicht selbstdichtendes Gewinde nach ANSI B 1.20.1 geliefert.


Flanschversionen

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.


Lebensmitteltaugliche Prozessanschlüsse

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 28-03. 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.


Abmessungen, lange Bauformen

Strömungssensoren sind in Einschraublängen von 25 mm bis 300 mm lieferbar. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen werden diese ab einer Baulänge von 110 mm aus zwei Teilen gefertigt, die mit einer Laserschweißnaht korrosionsstabil zusammengefügt werden. 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:

– Erfassung kleiner Strö­mungs­geschwindigkeiten in großen Rohrquerschnitten.

– Montage der Messfühler zusammen mit einem Schraub-Normflansch.

– Verwendung von überlangen Schweißmuffen, wenn die Rohrleitung zusätzlich mit einem Isoliermantel umgeben ist.



Das Maß für die Eintauchtiefe "L" ist vom Ansatz der Dichtfläche bis zur Sensorspitze definiert. Normlängen für Standardgeräte sind die Abmessungen L = 80 und 120 mm; für Ex-Ausführungen 80, 110 und 140 mm.


Inline

Inline-Sensoren werden direkt "in einer Linie" in eine Rohrleitung eingefügt. Diese Konstruktion besitzt keine in die Strömung hineinragende 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.


Chemische Resistenz der Messfühler-Gehäuse

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 nicht­rostende Edelstähle nur bedingt stabil. Dort haben sich Sonderlegierungen bewährt.


Spezial-Werkstoffe

Hastelloy B2 (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, chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion, Messer-linienkorrosion, 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 hochkorrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Molybdän-Wolfram-Legierungen. Der Werkstoff zeichnet sich durch hohe Beständigkeit gegen Spaltkorrosion, Lochkorrosion und Spannungsrisskorrosion in oxidierenden und reduzierenden Medien aus. Der Werkstoff zeigt eine gute Beständigkeit gegen eine Vielzahl von korrosiven Medien einschließlich 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 gleichkommt. Die chemische Widerstandsfähigkeit dieses Metalls beruht auf der Bildung eines Oxidfilms auf seiner Oberfläche, wie dies z. B. auch bei nichtrostenden Edelstählen der Fall ist. Wird diese Schicht in einer Umgebung mechanisch beschädigt, die Sauerstoff aufweist, wird diese Schutzschicht sofort erneuert (selbst gegen Königswasser ist Titan beständig). In einer Umgebung, die keinen Sauerstoff enthält, oder in reduzierenden Medien ist Titan nicht stabil. Titan eignet sich besonders zum Einsatz in chloridhaltigen 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

Hochtemperatur-Strömungssensoren 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 135 °C für max. 10 min erlaubt. Hochtemperatur-Strömungssensoren der Serie 500 können bei Medientemperaturen bis zu 160 °C eingesetzt werden.


Anschluss

Messfühler werden mit einem 4-poligen M12-Steck­verbinder oder einem 4-adrigen Festkabel geliefert. Spezielle Ausführungen für den Ex-Bereich besitzen ein 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 der Betriebsanleitung entspricht.


Zulassungen für Sicherheitsanwendungen

Sensoren, die in sicherheitsrelevanten Anwendungen eingesetzt werden, müssen nach EN 61508 entwickelt und beurteilt werden. Nicht gekennzeichnete Produkte dürfen diese Funktionen nicht ausführen.

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