imported>Sokonbud: form

2024-12-02T22:44:11Z

form

Neue Seite

Die '''Messblende''' ist als Bestandteil einer '''Blenden[[messstrecke]]''' ein [[Durchflusssensor|Sensor]], mit dem der [[Volumenstrom|Durchfluss]] einer [[Rohrleitung]] nach dem [[Differenzdruck]]-Verfahren gemessen werden kann. Zur Messung selbst ist ein Differenz-[[Druckmessgerät]] sowie die Kenntnis der [[Stoffeigenschaft|Stoffwerte]] ([[Viskosität]], [[Dichte]] und [[Isentropenexponent]]) erforderlich. Das ganze ist ein System zur [[Durchflussmessung]] nach dem Wirkdruckverfahren. Die Einzelheiten sind in der Norm ISO 5167-1 und -2:2003 (früher DIN 1952) sowie für Sonderanwendungen in der VDI 2041 definiert.

== Funktion ==
[[Datei:Messblende.png|mini|Schema einer Blendenmessstrecke mit Eckdruckentnahme nach DIN EN ISO 5167-2]]
Der gleichförmige Durchfluss eines [[Fluid]]s in einer [[Rohrleitung]] wird durch die Blende eingeschnürt (Querschnittsverengung), sodass sich an dieser Stelle die Geschwindigkeit erhöht ([[Kontinuitätsgleichung]]). Die Zunahme der Geschwindigkeit an der Einschnürstelle bewirkt entsprechend der [[Bernoulli-Gleichung|bernoullischen Energiegleichung]] eine Verringerung des [[Hydrostatischer Druck|statischen Druckes]]. Die dabei entstehende Druckdifferenz wird als Wirkdruck bezeichnet und ist ein Maß für den Durchfluss (Volumen- oder [[Massenstrom]]).

Die wesentlichen Merkmale einer Normblende sind eine scharfe Einlaufkante, eine [[konzentrisch]]e Anordnung der [[Bohrung]] sowie eine zylindrische Bohrung von definierter Länge. Der mögliche [[Messbereich]] (Min/Max) liegt bei 1 zu 10; bei Durchflussmessungen für kaufmännische [[Abrechnung]]en ({{enS|fiscal metering}}) wird nur ein Bereich von 1 zu 3 verwendet. Die Durchflussmessung mit einer Messblende bzw. einer Blendenmessstrecke ist [[Eichung|eich]]<nowiki />fähig, muss aber nicht [[Kalibrierung|kalibriert]] werden. Entsprechen die Geräte den hohen geometrischen Anforderungen der ISO 5167, so kann aus der Geometrie des Drosselelementes, den jeweiligen Stoffwerten des Fluids und dem Wirkdruck über das Drosselelement der Durchfluss berechnet werden. Dabei werden Genauigkeiten bis zu ±0,2 % erreicht. Die jeweilige [[Messabweichung]] wird primär durch den jeweiligen Fehler der Differenzdruckmessung bestimmt, da der Durchfluss [[proportional]] der [[Quadratwurzel]] aus dem Differenzdruck ist. Bei höheren Genauigkeitsanforderungen ist ebenfalls der Einfluss der [[Temperatur]] und der [[Dichte]]<nowiki />änderung des Fluids zu berücksichtigen.

Entscheidenden Einfluss auf die Messgenauigkeit haben weiterhin die Ein- und Auslaufstrecken, die in der ISO 5167 detailliert beschrieben sind. Der hier geforderte störungsfreie Strömungsverlauf (mit einer Länge von 6- bis zu 44-mal dem Rohrinnendurchmesser) steht häufig mit dem zur Verfügung stehenden Platzangebot in Konflikt. Infolge der erhöhten [[Reibung]] hat eine Blendenmessstrecke einen höheren Druckverlust (bleibenden Differenzdruck) als andere Durchflussmessgeräte. Dieser hängt ab von den [[Stoffeigenschaft|Fluideigenschaften]] sowie vom Durchmesserverhältnis <math>\beta</math> und ist kleiner als der Wirkdruck, beträgt jedoch üblicherweise mindestens 40 %. Bevorzugt werden Messblenden daher vor allem zur Kalibrierung von Volumenstrommessgeräten und in Prüfeinrichtungen eingesetzt.

== Anwendung ==
[[Datei:Messblende ISO5167.JPG|mini|Beispiel einer Blendenmessstrecke mit Aluminiumblendenkörper]]
Die Blendenmessung wird aktuell aufgrund ihrer hohen [[Messgenauigkeit]] bei geringer Störanfälligkeit in verschiedenen Bereichen zur Durchflussmessung von [[Fluid]]en angewandt, z. B. bei
* Durchflussmessungen, die Basis einer [[Abrechnung]] sind
* Messungen von Fluiden mit sehr hohen Temperaturen (z. B. in [[Kraftwerk]]en)
* Kalibrierungen von [[Durchflusssensor|Volumenstrommessgeräten]]
* [[Prüfstand|Prüfständen]], die sehr hohe Anforderungen an die Messgenauigkeit des Volumenstromes stellen
* [[Ventilator]]-Prüfständen nach DIN 24163 sowie nach DIN EN ISO 5801.
Aus Gründen der [[Energieeffizienz]] (vergleichsweise hoher bleibender [[Druckverlust]]) ist die Verwendung von Messblenden bei [[Gebäudetechnik|gebäude-]] und [[Verfahrenstechnik|verfahrenstechnischen]] Anlagen in den vergangenen Jahren jedoch deutlich zurückgegangen.

== Kenngrößen für die Berechnung ==
Die mathematischen Grundlagen liefert die [[Strömungslehre]], insbesondere die [[Bernoulli-Gleichung]]. Nach dieser Grundlage wurden [[Durchflusskoeffizient]]en [[empirisch]] ermittelt. Nach dem [[Ähnlichkeitstheorie|Ähnlichkeitsgesetz]] ([[Reynolds-Zahl]]) sind diese Durchflusskoeffizienten allgemein gültig und lassen sich so auf die konkrete Installation übertragen. Aufgrund der geometrischen Einschränkungen der Norm ISO 5167 ist die Volumenstrommessung für [[Luft]] mit Blendenmessstrecken üblicherweise im Bereich zwischen 11 m³/h und 100.000 m³/h möglich. Die untere Grenze wird durch die Forderung der Norm gebildet, dass der Rohrinnendurchmesser nicht kleiner als 50 mm und die kleinste zulässige Reynolds-Zahl-bezogen auf den Rohrinnendurchmesser oberhalb 5.000 liegen muss. Die kleinste zulässige Reynolds-Zahl ist abhängig von dem gewählten Durchmesserverhältniss <math>\beta</math> der Gestaltung der Druckentnahmen für den Wirkdruck (nach Norm ist diese als Eckdruckentnahme, als Flanschdruckentnahme und als ''D-''; ''D/2'' Druckentnahme möglich).

* ''D'' Innendurchmesser der Rohrleitung bei Betriebstemperatur
* ''d'' Innendurchmesser der Blende bei Betriebstemperatur
* <math>\beta</math> Durchmesserverhältnis (<math>\beta = d / D</math>)
* ''Re'' Reynolds-Zahl bezogen auf den Rohrinnendurchmesser
* <math>C</math> Durchflusskoeffizient (<math>C = f (\beta, Re)</math>)
** Für die softwarebasierte Berechnung wurden verschiedene Näherungsgleichungen entwickelt. Beispielhaft ist hier für eine Blendenmessstrecke mit Eckdruckentnahme und einem Rohrinnendurchmesser größer 71,12 mm die nachstehende [[Reader-Harris/Gallagher-Gleichung]]<ref>{{Literatur |Autor=M. J. Reader-Harris |Titel=The equation for the expansibility factor for orifice plates. In Proc. of FLOMEKO 98, Lund, Sweden |Datum=June 1998 |Seiten=209-214}}</ref> dargestellt, die auch Bestandteil der ISO 5167-2 ist. <math>C = 0{,}5961 + 0{,}0261\cdot\beta^2 - 0{,}216\cdot\beta^8 + 0{,}000521\cdot (10^6 \cdot\beta / Re)^{0{,}7} + (0{,}0188 + 0{,}0063 \cdot (19000 \cdot\beta / Re)^{0{,}8})\cdot \beta^{3{,}5} \cdot (10^6 / Re)^{0{,}3}</math>
** Für Blendenmessstrecken mit einem Rohrinnendurchmesser zwischen 50 mm und 71,12 mm, sowie für Alternativen zur Eckdruckentnahme, ist die hier dargestellte Gleichung mit weiteren Koeffizienten zu erweitern, die z. B. in der internationalen Norm ISO 5167-2 dargestellt sind.
* <math>\kappa</math> [[Isentropenexponent]] (für Gase)
* <math>\epsilon</math> [[Expansionszahl]] (nur für kompressible Medien, für inkompressible Medien ist <math>\epsilon=1</math>)
* <math>p_1</math> Plusdruck (Absolutdruck vor der Blende)
* <math>\rho_1</math> Dichte des Fluids vor der Blende bei Betriebstemperatur
* <math>\Delta p</math> Wirkdruck (<math>\Delta p = p_1 - p_2 </math>)
* <math>q_m</math> Massedurchfluss <math>q_m = \frac {C}{\sqrt{1 - \beta^4}} \cdot \epsilon \cdot \frac {\pi}{4} \cdot d^2 \cdot \sqrt{2 \cdot \Delta p \cdot \rho_1} </math>
* <math>q_V</math> Volumendurchfluss <math>q_V = q_m / \rho_1 </math>

== Literatur ==
* DIN EN ISO 5167-1:2004 ''Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten in voll durchströmten Leitungen mit Kreisquerschnitt'' Teil 1: ''Allgemeine Grundlagen und Anforderungen''
* DIN EN ISO 5167-2:2004 ''Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten in voll durchströmten Leitungen mit Kreisquerschnitt'' Teil 2: ''Blenden''

== Weblinks ==
* [https://www.ilkdresden.de/iso5167/ Softwaretool Durchfluss-Berechnung nach ISO 5167.] ilkdresden.de

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Fluidelement]]
[[Kategorie:Dimensionales Messgerät]]

Messblende - Versionsgeschichte

imported>Sokonbud: form