Bronkhorst

Handhabung niedriger Durchflüsse – Teil 2

17. August 2021 Allard Overmeen

Tipps zur Auswahl des richtigen Durchflussmessers

Im ersten Teil dieser Blogreihe haben wir darüber berichtet, dass bei (extrem) niedrigen Durchflüssen schon minimale Prozessstörungen oder schwankende Umgebungsbedingungen erhebliche Auswirkungen auf die Durchflussstabilität haben können. Im zweiten Teil der Blogreihe möchten wir Anwendern von Flüssigkeitssystemen mit niedrigen Durchflüssen dabei unterstützen, die Stabilität und Leistung ihres Systems zu optimieren. Wir geben Ihnen Tipps und Empfehlungen zur Dimensionierung, zur Wahl des richtigen Materials und zu den besten Praktiken, die alle auf den von Bronkhorst High-Tech im Laufe der Jahre gesammelten Erfahrungen beruhen.

Das Kernstück eines Flüssigkeitssystems mit einem niedrigen Durchfluss ist zweifellos der Flüssigkeitsmesser/-regler. Die Entscheidung, welcher Instrumententyp für eine Anwendung mit niedrigem Durchfluss am besten geeignet ist, hängt von den Anforderungen an die Präzision und Stabilität ab. Schwankende Umgebungsbedingungen oder spezifische Anforderungen des Mediums, die nur schwer zu steuern sind, können ebenfalls eine bedeutende Rolle bei der Auswahl des besten Instrumentes spielen.

Blogreihe: Tipps zur Auswahl des richtigen Durchflussmessers

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Wie wählen Sie den richtigen Flüssigkeitsdurchflussmesser oder Flüssigkeitsdurchflussregler?

Das Produktsortiment von Bronkhorst umfasst verschiedene thermische Durchflussmesser sowie Coriolis-Durchflussgeräte, die speziell für Anwendungen mit (extrem) niedrigen Durchflüssen vorgesehen sind. Durch die unterschiedlichen Funktionsprinzipien thermischer Durchflussmesser und der Coriolis-Instrumente sind diese für unterschiedliche Anwendungen, Anforderungen und Bedingungen geeignet. Bei einem thermischen Massendurchflussgerät wird ein konstanter Temperaturunterschied zwischen zwei Positionen entlang eines (Kapillar-)Röhrchens erzeugt. Wenn eine Flüssigkeit durch dieses Röhrchen fließt, ist die Leistung zur Aufrechterhaltung des Temperaturunterschieds proportional zur Massendurchflussmenge.

Lesen Sie mehr über das Funktionsprinzip thermischer Massendurchflussmesser.

Das Coriolis-Messprinzip basiert darauf, dass der Sensor, durch den das Medium fließt, konstant schwingt. Das durchfließende Medium bewirkt eine Änderung der Auslenkung in Abhängigkeit von der Masse. Diese Änderung der Auslenkung ermöglicht so eine direkte Messung des Massendurchflusses durch das Röhrchen. Hinzu kommt, dass die daraus resultierende Änderung der Schwingungsfrequenz des (gefüllten) Röhrchens proportional zur Dichte des Mediums steht.

Lesen Sie mehr über das Coriolis- Massendurchflussmessprinzip.

Coriolis-basierende versus thermisch-basierende Flüssigkeitsdurchflussmesser

Im Allgemeinen kann man sagen, dass ein Coriolis-Durchflussmesser/ Durchflussregler ...

  • in Situationen, in denen absolute Präzision und Durchflussstabilität eine entscheidende Rolle spielen, gute Ergebnisse erzielt;
  • langfristige Stabilität sowie eine geringfügige thermische Empfindlichkeit aufweist;
  • eine gute Wahl ist, wenn zusätzlich zum Durchfluss auch die Dichte des Mediums gemessen oder überwacht werden muss;
  • für Flüssigkeitsgemische mit unbekannten Eigenschaften geeignet ist (d. h. medienunabhängig);
  • eine leichte Empfänglichkeit für Schwingungen um die Resonanzfrequenz herum aufweist, welche den Einsatz von Dämpfungsmaßnahmen erfordern.

Blogreihe mini cori flow ML120
Coriolis Durchflussmesser, Serie mini CORI-FLOW ML120 in einer Installation

Dem steht gegenüber, dass ein thermischer Durchflussmesser/ Durchflussregler ...

  • aus wirtschaftlicher Sicht günstiger ist, wenn die zu messenden oder regelnden Flüssigkeiten keiner Schwankungen der Temperatur unterliegen und die Grenzflächenthermodynamik hinreichend bekannt ist.
  • gute Ergebnisse erzielt, wenn die Reproduzierbarkeit wichtiger ist als die Präzision;
  • eine Spezifikation der Dichte, Viskosität, Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität erfordert;
  • im Allgemeinen nur einen relativ leichten Druckabfall verursacht, was dazu beitragen kann, den Durchfluss auch dann stabil zu halten, wenn die Flüssigkeit eine geraume Menge gelöster Gase enthält.

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Tipps und Tricks

Angesichts der oben genannten Aspekte können die folgenden Tipps im Hinblick auf niedrige Durchflüsse hilfreich sein:

Tipp 1: Wählen Sie einen Flüssigkeitsmesser oder -regler aus, der für Ihren Prozess und Umgebungsbedingungen geeignet ist

Auf der Webseite von Bronkhorst finden Sie ein Tool für die Produktauswahl, das Ihnen dabei hilft, auf der Grundlage bestimmter Parameter wie der maximalen Durchflussrate (Masse oder Volumen), dem Betriebsdruck und der Betriebstemperatur den richtigen Durchflussmesser oder Durchflussregler für niedrige Durchflüsse auszuwählen. Thermische Instrumente wie die μ-FLOW- und LIQUI-FLOW-Geräte können Flüssigkeiten bis zu 2 g/h bzw. 0,25 bis 5 g/h im niedrigsten Bereich steuern. Die Coriolis-Massendurchflussmesser mini CORI-FLOW ML120 haben eine maximale Durchflussrate von 200 g/h, können aber auch auf einfache Weise bis auf eine minimale Durchflussrate von 5 g/h reduziert werden, ohne an relativer Genauigkeit einzubüßen. Eine Mindestdurchflussrate von 50 mg/h ist ebenfalls möglich.

Tipp 2: Sorgen Sie für einen stabilen (Eingangs-)Druck im Flüssigkeitssystem

Ein hoher stabiler Eingangsdruck ist bei Durchflussreglern eine wichtige Voraussetzung, um bei niedrigen Durchflüssen eine stabile Durchflussrate zu gewährleisten. Um dies zu erreichen, stehen zwei gängige Methoden zur Auswahl: der Einsatz eines Druckbehälters, in dem die Flüssigkeit mit Gas unter Druck gesetzt wird, oder eine Pumpe. In Teil 3 und 4 dieser Blogreihe erhalten Sie dazu weitere Hintergrundinformationen.

Blogseries ES-FLOW liquid flow

Tipp 3: Bei Einsatz eines Druckbehälters sollte der Einschluss bzw. die Löslichkeit des verwendeten Gases in der Flüssigkeit auf ein Mindestmaß reduziert werden

Lufteinschlüsse oder andere Gasbläschen, die in der Flüssigkeit aufgelöst sind oder mit dem Durchfluss einhergehen, haben einen negativen Einfluss auf die Durchflussstabilität. Daher gilt:

  • Wenn Gas eingesetzt wird, um die Flüssigkeit unter Druck zu setzen, sollte durch Verwendung einer Membran verhindert werden, dass das Gas direkt mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt.
  • Alternativ dazu kann – wenn das Gas dennoch direkt mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt – ein Gas mit einer geringen Löslichkeit verwendet werden, um die Flüssigkeit unter Druck zu setzen, wie beispielsweise Helium oder Stickstoff. Auf die Flüssigkeit sollte möglichst wenig Druck ausgeübt werden. Daneben sollten Druckabfälle im gesamten Flüssigkeitssystem auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Dies hängt selbstverständlich auch vom Arbeitsdruck der Anwendung ab. Als letzte Maßnahme kann ein Entgaser eingesetzt werden (siehe Teil 3), um die Flüssigkeit vom Gas zu befreien.

Tipp 4: Für die präzise Steuerung niedriger Durchflüsse ist ein Piezoventil gut geeignet

Die kurze Ansprechzeit, das geringe Innenvolumen und die niedrige Wärmeerzeugung von Piezoventilen sind insbesondere dann von Vorteil, wenn mit Gas gearbeitet wird, um Flüssigkeiten unter Druck zu setzen. Für einen Betriebsdruck von über 5 bar sind Magnetventile eine gute Alternative. Das Messgerät des Durchflussreglers sollte vorzugsweise zwischen dem Ventil und dem Prozess installiert werden.

Tipp 5: Das Innenvolumen zwischen Durchflussregler und dem Verfahren sollte möglichst gering sein

Auf diese Weise können Füllzeiten minimiert und externe Störungen begrenzt werden. Daher gilt:

  • Die Röhrchen innerhalb des Flüssigkeitssystems sollten möglichst kurz sein und einen geringen Durchmesser haben.
  • Feste Rohre, beispielsweise aus Edelstahl, sind gegenüber flexiblen Schläuchen zu bevorzugen.
  • Totvolumen in Schleifen und Ventilen, wo Lufteinschlüsse auftreten, sollten nach Möglichkeit vermieden werden. Die Geräte der Baureihen μ-FLOW und mini CORI-FLOW ML120 verfügen jeweils über durchgängige Kapillare mit einem begrenzten Totvolumen.

Tipp 6: Das System sollte vor dem Betrieb gesäubert werden

Zunächst sollten alle Instrumente angeschlossen und dann vor Beginn der Messung gesäubert werden. Die Flüssigkeits-Instrumente von Bronkhorst verfügen daher über einen Purge-Anschluss.

In den nächsten Ausgaben unserer Blogreihe werden wir näher auf Zuläufe für niedrige Durchflussraten eingehen, bei denen ein Druckbehälter oder eine Pumpe zum Einsatz kommt, und weitere Hintergrundinformationen darüber geben, wie man externe Bedingungen steuern kann. Schließlich ist die Wahl eines guten Durchflussreglers wichtig, doch ebenso wichtig ist auch das Verständnis, wie das Anwendungsverfahren dadurch beeinflusst wird.

Blog series skid solution an dosing for solar panels flow control

Es bleibt spannend! In Teil 3 befassen wir uns mit dem benötigten Vordruck für Ihren Prozess.

Wie in diesem Blog beschrieben, ist ein hoher stabiler Eingangsdruck bei Durchflussreglern eine wichtige Voraussetzung für eine stabile Durchflussrate, auch bei einem niedrigen Durchfluss. Im 3. Teil werden wir Tipps dazu geben, wie ein stabiler Eingangsdruck bei Flüssigkeitssystemen gewährleistet werden kann. Mehr darüber erfahren Sie in unserem Blog, der im März erscheint!

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