Impulskraft-Durchflussmessgerät

Mit einem zum Patent angemeldeten neuartigen Durchflussmessgerät kann mittels einer Impulskraftmessung der Massenstrom einer Flüssigkeit unabhängig von seinen Stoffeigenschaften ermittelt werden.

Es wurde ein neuartiges Durchflussmessgerät entwickelt und zum Patent angemeldet. Mit diesem Gerät wird der Massenstrom einer Rohrströmung über eine Impulskraftmessung ermittelt. Aufgrund des Funktionsprinzips des neuartigen Gerätes und des Einsatzes der hochgenauen Kraftmesstechnik wird zum einen erwartet, dass mit diesem Gerät ein Präzisions-Durchflussmessgerät realisiert und zum anderen eine Messbereichserweiterung im Bereich der Massendurchflussmesstechnik erzielt werden kann.

Dieses neuartige Gerät misst die Impulskraft, die von einer Rohrströmung auf ein Target ausgeübt wird. Das Target ist hierbei direkt mit einem Präzisions-Kraftaufnehmer verbunden. Die Strömung wird im vollen Querschnitt auf das Target gelenkt, radial vor dem Target weggeführt und anschließend wieder in das Rohrsystem eingekoppelt.

Anders als bei den bekannten Target-Flowmetern, bei denen das Fluid durch den Ringspalt zwischen Target und Rohrwandung strömt, wird bei dem hier vorgestellten Gerät das Target nicht vom Fluid umströmt. Das von der Reynoldszahl abhängige nichtlineare Verhalten der Krafteinwirkung auf ein umströmtes Target ist hier nicht relevant. Der Massenstrom kann somit ohne Kenntnis der Fluideigenschaften mit einem hohen Maß an Präzision bestimmt werden.

Die vom Flüssigkeitsstrom auf den Stempel wirkende Impulskraft  ist proportional zum Massenstrom  und zur mittleren Geschwindigkeit  der Strömung: .

Ist die Strömungsgeschwindigkeit bekannt - was eher selten der Fall ist - genügt eine einzige Kraftmessung zur Ermittlung des Massenstromes. Im Normalfall ist sie nicht bekannt und es ergibt sich eine Gleichung mit zwei Unbekannten. Dieses Problem lässt sich lösen, indem entweder eine kontrollierte Relativbewegung zwischen der Strömung und dem Target erzeugt oder eine kontrollierte Injektion eines zusätzlichen Massenstromes durchgeführt wird. Für die Bestimmung des Massenstromes sind jetzt lediglich zwei Kraftmessungen erforderlich.

Ein erster mit einfachsten Mitteln hergestellter Prototyp zeigte zwar erkennbar die Messbarkeit von Massenstromänderungen, er zeigte aber auch deutlich verbesserungswürdige Punkte auf. Mit Berücksichtigung dieser Erkenntnisse werden nach Realisierung eines zweiten stark verbesserten Prototypen vielversprechende Messergebnisse erwartet.

Ansprechpartner:

H. Többen, FB 1.5, AG 1.53, E-Mail: helmut.toebben@ptb.de