GRX-Q - Magnetisch-induktive Durchflussmessung

Bei der magnetisch-induktiven Durchflussmessung (MID) wird durch die Wechselwirkung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit und einem Magnetfeld eine elektrische Spannung erzeugt. Dieses Prinzip beruht auf dem Faraday’schen Induktionsgesetz. Demnach entsteht eine elektrische Feldstärke aufgrund einer durch ein Magnetfeld fließenden elektrisch leitfähigen Flüssigkeit.

Der Messstoff fließt durch ein isoliert ausgekleidetes Rohr. An der Rohrwand sitzen zwei diametral gegenüberliegende Elektroden, die senkrecht zu dem Magnetfeld und der Fließrichtung angebracht sind (siehe Bild 2‑14). Die über die Elektroden abgegriffene Spannung ist zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit proportional. Mit Hilfe eines Messumformers wird das Nutzsignal von dem wesentlich größeren Störsignal getrennt. Um den Messfehler möglichst gering zu halten, wird ein laminar fließendes Fluid benötigt. Hierfür sollte eine Beruhigungsstrecke von drei- bis fünfmal den Rohrdurchmesser vorgesehen werden. Dies ist ebenfalls bei vorhergehenden Querschnittsänderungen und Krümmern zu beachten.

Die Elektroden sollten aus korrosionsfestem Material bestehen, da sie einem direkten Kontakt mit dem zu messenden Medium ausgesetzt sind.

Durch die Felderregung (Gleich- oder Wechselfeld) wird die Art der Signalverarbeitung bestimmt. Durch Wechselfelder wird eine elektrochemische Polarisation der Elektroden verhindert. Die physikalische Grundlage beruht auf der Lorentz-Feldstärke E (Gl. 2-20).

Mit U_e=E∙d folgt unter der Voraussetzung, dass die Geschwindigkeit v orthogonal zu der Richtung des Feldes B steht, die Gleichung (Gl. 2-21):

Aus der (Gl. 2-23) lässt sich erkennen, dass die Spannung U_e proportional zum Volumendurchsatz Q ist. Obwohl die elektrische Leitfähigkeit des Mediums nicht Bestandteil der Gleichung ist, darf sie einen unteren Grenzwert von ca. 100 µS/m nicht unterschreiten. Bei einer geringeren Leitfähigkeit kann bei Belastung des Systems durch den Eingangswiederstand des Messverstärkers, die Messpannung U_e zusammenbrechen.

Die Vorteile dieses Messprinzips liegen in der Unabhängigkeit der physikalischen Eigenschaften des Mediums wie beispielsweise Druck, Temperatur und Viskosität. Zudem ist das System praktisch verschleiß- und wartungsfrei, da keinerlei mechanisch bewegte Teile eingesetzt werden. Das Verfahren ist gut geeignet zur Messung von verunreinigten Flüssigkeiten wie Schlämme oder Feststoffe. Ebenfalls wird kein zusätzlicher Druckverlust infolge eines innenliegenden Messkörpers oder einer Querschnittsverengung hervorgerufen. Das analoge Ausgangssignal weist zudem, eine gute Linearität über einen großen Dynamikbereich auf.

Das Messprinzip lässt sich jedoch nur bei elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten anwenden. Ferner können durch Ablagerungen im Messrohr, Querschnittsverengungen entstehen, die zu Messfehlern führen. Als nachteilig sind auch die Temperatureinschränkung und die Mindestfließgeschwindigkeit (bis 250 °C, min 0,5 m/s) zu nennen.