Elektronische flowmeters
Elektronische flowmeters maken gebruik van meetmethodes waarvoor geen bewegende delen nodig zijn. Dat maakt ze veel minder slijtagegevoelig dan mechanische flowmeters. Een elektronische flowmeter is dan ook vrijwel onderhoudsvrij en behoudt ook op lange termijn zijn nauwkeurigheid. Een elektronische flowmeter bestaat uit een meetbuis of opnemer volgens één van de hieronder vermelde meetprincipes. Een meetwaardeomvormer met elektronica versterkt de opgenomen meetwaarden en vertaalt deze naar een display en uitgangen.
We onderscheiden twee soorten elektronische flowmeters:
Elektronische flowmeters mét obstructie in de leiding
- Calorimetrische flowmeters
- Vortex flowmeters
- Drukverschil flowmeters
Elektronische flowmeters zonder obstructie in de leiding
- Elektromagnetische flowmeters
- Ultrasone flowmeters
De meetwaardeomvormer is leverbaar met of zonder display en kan op de meetbuis worden gemonteerd (compacte uitvoering), maar ook op afstand worden geplaatst (gescheiden uitvoering). Welk type flowmeter u kiest, hangt af van uw applicatie.
Elektronische flowmeters zijn zeer breed toepasbaar: ze kunnen zowel debiet als verbruik meten, zijn leverbaar voor kleine tot zeer grote leidingdiameters, kunnen soms in twee richtingen meten en kunnen desgewenst voorzien in elektronische communicatie (zoals HART-protocol en Veldbus-systemen). Bovendien zijn elektronische flowmeters bestand tegen zeer lage én hoge temperaturen, hoge drukken, agressieve, viskeuze en vervuilde media én media met vaste delen. Ook zijn er elektronische flowmeters leverbaar in explosieveilige uitvoeringen (gecertificeerd onder ATEX of IEC-EX). Voor de voedingsmiddelenindustrie zijn elektronische flowmeters beschikbaar met diverse mogelijke sanitaire aansluitingen en goedkeuren voor voedingsmiddelen.
Calorimetrische flowmeters
Calorimetrische flowmeters – ook bekend als thermische flowmeters – meten de snelheid van een medium. Ze hebben geen bewegende delen en kunnen worden toegepast voor het meten en bewaken van waterige vloeistoffen, lucht, gassen en dunne olie.
Kenmerken en voordelen
- Elektronica is met hars afgegoten: opnemer is zeer robuust en trilling- en schokbestendig
- Geen bewegende delen: minimale slijtage
- Toepasbaar voor het meten en bewaken van waterige vloeistoffen, lucht, gassen en dunne olie.
Volgens het calorimetrische meetprincipe vindt een gedefinieerde warmteoverdracht plaats van het langs een opnemer stromende medium naar in de opnemer geïntegreerde temperatuurafhankelijke weerstanden. Op de kop van deze zeer compacte opnemer – die nagenoeg geen obstructie in de leiding veroorzaakt – bevinden zich twee temperatuursensoren. Hiervan wordt er een op een constante temperatuur gehouden, terwijl de andere wordt afgekoeld door de snelheid van het langsstromende medium. De meting wordt op deze wijze gereduceerd tot het meten van het temperatuurverschil tussen de twee temperatuursensoren.
Op deze manier wordt tevens voorzien in een compensatie voor de invloed van een veranderende mediumtemperatuur. Er ontstaat immers een directe relatie tussen dit temperatuurverschil en de stroomsnelheid van het langsstromende medium. De stroomsnelheid kan vervolgens met behulp van elektronische signaalverwerking worden omgerekend naar een flow. Het meetsignaal wordt daarbij lineair omgezet in een analoog uitgangssignaal en/of in een contactuitgang. Bij gassen is dit lastiger, omdat het ingenomen volume sterk afhankelijk is van de druk.
Nauwkeurigheid
Het calorimetrische meetprincipe onderscheidt zich van alle andere meetprincipes door de aanzienlijk betere nauwkeurigheid bij lage doorstromingssnelheden. Calorimetrische flowmeters meten echter de snelheid van het medium ter plaatse van de sensorkop , terwijl er bij vloeistoffen sprake kan zijn van verschillende stromingsprofielen in de leiding. De sensorkop moet daarom zodanig in de leiding worden gemonteerd dat deze de gemiddelde snelheid van het medium meet. De nauwkeurigheid van calorimetrische flowmeters bedraagt 5% van het meetbereik.
Uitvoeringen
Omdat de warmteoverdracht van vloeistoffen – zoals water en olie – anders verloopt dan die van lucht en andere gasvormige media, zijn calorimetrische flowmeters leverbaar met de volgende typen sensoren:
Flow-captor meter of schakelaar
- Geschikt voor water of olie
- Maximale flow: ≤ 3 m/s
Flow-captor schakelaar
- Geschikt voor water of olie
- Maximale flow: ≤ 3 m/s
Vent-captor
- Geschikt voor lucht en andere gasvormige media
- Maximale flow: ≤ 30 m/s
Montage
Calorimetrische flowmeters worden in een sok of – bij kunststof leidingsystemen – in een aanboorzadel in de leiding gemonteerd met de opnemer op de juiste diepte. Voor kleine diameters zijn inline uitvoeringen leverbaar. In luchtkanalen bij lage druk, wordt de vent-captor met de meegeleverde montageflens gemonteerd.
Elektronica
Keuze uit:
- Analoge uitgang (4-20 mA)
- Bij schakelende uitgangen: vrij instelbaar elektronisch contact
(type PNP, NPN of thyristor)
Vortex flowmeters
Vortex flowmeters zijn speciaal ontworpen voor gebouwbeheer- en utiliteitstoepassingen. Door de intelligente software en de (meestal) geïntegreerde temperatuur en druk compensatie kan een vortex flowmeter als warmtemeter direct in de aanvoerleiding op een externe temperatuur- en druksensor in de terugloopleiding worden aangesloten. Een vortex flowmeter werkt op het principe dat achter een obstructie in een stromend medium wervelingen (vortexen) ontstaan en bevat dan ook een zogeheten bluff-body: een stomp obstakel dat kunstmatig vortexen opwekt. De vortexen ontstaan afwisselend links en rechts van de bluff-body en worden gedetecteerd door een achter de bluff-body gemonteerde sensor. Het aantal vortexen per tijdseenheid – de vortexfrequentie – is evenredig aan de doorstroomsnelheid.
Ten behoeve van automatische druk- en temperatuurcompensatie is de vortex flowmeter standaard voorzien van een geïntegreerde rekenunit met onder meer (pers)lucht- en stoomtabellen. Hierdoor zijn verstoorde meetresultaten als gevolg van dichtheidsveranderingen door fluctuaties in druk en/of temperatuur volledig uitgesloten. Kortom: ook bij fluctuerende drukken en temperaturen worden de volumetrische flow en de massaflow van geleidende en niet-geleidende vloeistoffen, gassen en stoom zeer nauwkeurig en betrouwbaar bepaald. De combinatie van drie metingen (flow, temperatuur en druk) biedt bovendien als voordeel dat er slechts één in plaats van drie sensoren hoeven te worden geplaatst. Dit levert bij installatie een aanzienlijke kostenbesparing op.
Vortex flowmeters worden onder meer toegepast voor energiemetingen bij stoom, heet water en gassen, maar kunnen ook worden ingezet in laagviskeuze vloeistoffen. Is de doorstroomsnelheid echter te laag, dan wordt de vortexproductie zo klein dat de meetnauwkeurigheid sterk afneemt. Er is dus altijd een zekere mediumsnelheid nodig om goed te functioneren. Dit betekent dat kleine hoeveelheden niet gemeten worden.
Drukverschil flowmeters
Het oudste meetprincipe om te bepalen hoeveel vloeistof of gas zich door een leiding verplaatst is gebaseerd op de wet van Bernoulli en maakt gebruik van een meetflens of pitotbuis in combinatie met een verschildrukopnemer. Deze wet geeft aan dat een verhoging van de snelheid leidt tot een verlaging van de druk. Doordat de doorstroomsnelheid ter plaatse van een obstructie in de doorlaat zal verhogen, wordt de druk na de obstructie dus verlaagd. Zo’n obstructie wordt vaak gecreëerd door een meetflens – ook bekend als ’orifice plate’ – volgens DIN19205 of ANSI19205(B) in de leiding te plaatsen. Het gemeten drukverschil verandert kwadratisch met de flow.
Om gassen en stoom in massa (kg) te meten, moet de meting worden gecompenseerd voor wisselende drukken en temperaturen. Deze verrekening vindt plaats met behulp van een flowcomputer of direct via een PLC of een DCS. De locatie in de leiding waar de obstructie wordt gemonteerd, is belangrijk voor de nauwkeurigheid van de meting. Datzelfde geldt voor de plaatsing van de temperatuuropnemer en de drukopnemer ten behoeve van de dichtheidscompensatie. De verschildruktransmitter wordt doorgaans via meetleidingen met een 3- of 5-weg kranenblok, twee condensaatvaten en twee proceskranen met de opnemer verbonden.
Voordeel en kenmerk
Een gekalibreerde meetflens geeft een betrouwbare meting. Echter doordat de flow evenredig is met wortel uit het drukverschil, is de effectieve turndown gering (ca 5:1)
Elektromagnetische flowmeters
Elektromagnetische flowmeters (EMF) worden ook wel Magnetisch Inductieve Doorstromingsmeters (MID) genoemd. Het meetprincipe werkt op basis van de wet van Faraday. Deze wet stelt dat er een inductiespanning ontstaat wanneer een geleidende kern door een magnetisch veld beweegt en dat de snelheid van de bewegende kern de hoogte van de inductiespanning bepaalt.
Bij de elektromagnetische flowmeter wordt een magnetisch veld opgewekt door twee elektrische spoelen in een meetbuis De bewegende kern is in dit geval een stromende elektrisch geleidende vloeistof, zoals water. De inductiespanning wordt gemeten door twee geïsoleerd gemonteerde elektroden en verandert – nagenoeg onafhankelijk van het snelheidsprofiel – proportioneel met de flowsnelheid. Dit meetprincipe is niet geschikt voor gassen, maar uitsluitend toepasbaar bij waterige vloeistoffen met een minimale elektrische geleidbaarheid, zoals:
- Drinkwater, proceswater en afvalwater
- Voedingsmiddelen
- Vloeistoffen waarin bacteriegroei moet worden voorkomen
- Zuiveringsslib en slurries
- Vloeistoffen met een hoog aandeel vaste delen
De flowmeting werkt onafhankelijk van druk, temperatuur, dichtheid, viscositeit en de mate van elektrische geleidbaarheid van de vloeistof.
Voordelen
De elektromagnetische flowmeter is leverbaar in een brede maatrange (DN2,5 t/m DN3000) en daarmee geschikt voor meting van zeer kleine tot zeer grote hoeveelheden. Doordat de meetbuis geen bewegende delen bevat, is de elektromagnetische flowmeter ook zeer geschikt voor vervuilde media en media met vaste delen. Dankzij de volledig vrije doorlaat en het ontbreken van bewegende delen is het drukverlies bovendien zeer laag en blijft het onderhoud tot een minimum beperkt. De prijs/prestatieverhouding is bovendien zeer gunstig. Mede hierdoor wordt dit meetprincipe vaak als eerste toegepast.
Andere uitvoeringen
- Met meetbuis: leverbaar in low-budget uitvoering die als ‘wafer’-type tussen flenzen kan worden geklemd
- Zonder meetbuis: leverbaar als compact uitgevoerde flowmeter die radiaal in een inlassok op een (kunststof) leiding kan worden gemonteerd
- Chemisch resistente uitvoering met voeringen van PFA of PTFE en electroden van roestvaststaal of Hastelloy
- Sanitaire procesaansluitingen t.b.v. voedingsmiddelen en pharmaceutische toepassingen.
Ultrasone flowmeters
Ultrasone flowmeters zijn zeer nauwkeurige elektronische flowmeters die de snelheid van schone vloeistoffen en gasvormige media kunnen meten door middel van geluidspulsen. De flowmeter bevat een meetbuis met één of meerdere zenders en ontvangers voor geluid. De ultrasone akoestische signalen worden schuin door de meetbuis naar de andere kant van de meetbuis gezonden: één geluidspuls met de mediumstroom mee en één puls tegen de mediumstroom in. Het signaal met de stromingsrichting mee is sneller dan het signaal tegen de stromingsrichting in. Het tijdsverschil tussen beide signalen geeft het basissignaal voor de stromingssnelheid en wordt elektronisch gemeten en omgezet naar een flowwaarde. Om de nauwkeurigheid verder te verhogen, worden vaak meerdere kanalen (zenders en ontvangers) toegepast.
Ook deze flowmeting werkt onafhankelijk van druk, temperatuur, dichtheid, viscositeit en de mate van elektrische geleidbaarheid van de vloeistof. Hierdoor kunnen ultrasone flowmeters ook worden toegepast in situaties waar de elektromagnetische flowmeter niet toepasbaar is, zoals media op oliebasis. Ze zijn bovendien toepasbaar voor flowmeting van gassen, al is het dan wel noodzakelijk om ook de druk en de temperatuur te meten. Wél zijn ultrasone flowmeters gevoelig voor vaste deeltjes in het medium.
Voordelen
Door het ontbreken van bewegende delen is het drukverlies zeer laag en blijft het onderhoud tot een minimum beperkt. Bij vloeistoffen is het bovendien mogelijk om gebruiksvriendelijk door de leiding heen te meten met een zogenaamde ‘clamp-on’ versie.
Mechanische drukmeters
Wij helpen u graag verder
Nieuws en cases
Altijd op de hoogte met het laatste nieuws en onze case studies.
