Strömungssensoren: Für eine optimale Überwachung von Strömungsgeschwindigkeiten
Strömungssensoren überwachen die Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten und Gasen. Sie verhindern Schädigungen und Stillstandzeiten bei Unregelmässigkeiten und ermöglichen so einen optimalen Betriebsablauf.
Quelle: https://www.ist-ag.com/
Was sind Strömungssensoren?
Ein Medium mit einer Viskosität, die ein Fliessen zulässt, wird als Fluid bezeichnet. Fluide sind flüssig, gasförmig oder auch ein Gemisch aus beidem. Strömung nennt man die Bewegung eines Fluids. Strömungssensoren ermitteln die Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids an einem bestimmten Messpunkt oder das Strömungsfeld innerhalb einer Ebene bzw. eines Raums. Nach dem altgriechischen Wort für Wind („anemos“) werden Strömungssensoren auch Anemometer genannt. Mögliche zu überwachende Medien sind neben Ölen, Wasser, Kühl- und Schmiermitteln auch Luft, Druckluft und aggressive Medien. Mehr Infos finden Sie hier.
Allgemeine Anwendungsgebiete
In der industriellen Verfahrens- und Anlagentechnik kommen bei einem Grossteil der Anwendungen flüssige oder gasförmige Medien zur Anwendung:
– zur Be- und Entlüftung von Anlagen und Gebäuden
– als Kühl- und Schmiermittel in Maschinen und Aggregaten
Verwendete Sensor-Verfahren
Es gibt eine Reihe einsetzbarer Methoden zur Messung von Strömungen. Diese lassen sich generell in drei Verfahren unterteilen: Weg-Zeit-Messung, auf dem Doppler-Effekt basierte Verfahren sowie sonstige Verfahren.
- Weg-Zeit-Messung ausnutzende Sensoren
Hier wird die benötigte Zeit für einen bestimmten Weg bestimmt. Folgende Verfahren gehören dazu:
Ultraschallströmungssensoren: Ultraschallströmungssensoren bestimmen die Durchflussgeschwindigkeit mithilfe von Ultraschallwellen. Sie kommen bei einer Reihe von technischen Anwendungsgebieten wie im Rohstofftransport (Pipelines, Zapfsäulen), in der Wasserwirtschaft (Zu- und Ablaufmessungen in Klärwerken, Wasserzähler, Kontrolle von Kühl- und Schmiermittelkreisläufen) oder Kühlwassermessungen in Kraftwerken oder Flutwellenprognosen in Gewässern zum Einsatz.
Laser-2-Fokus-Sensoren (L2F): Hier wird die Flugzeit kleiner, im Fluid enthaltener oder beigemischter Partikel zwischen zwei parallel geschalteten, stark fokussierten Laserstrahlen gemessen. Das Verfahren wird vorrangig in der Forschung und Entwicklung (u. a. zur Analyse von Strömungsgeschwindigkeiten in Wärmetauschern, Wasserpumpen, Windkanälen,Dieselmotoren Turbomaschinen oder Windkanälen) angewendet.
Particle-Image-Velocimetrie (PIV): Diese Sensoren fotografieren kurz hintereinander Partikel im Fluid und mitteln anschliessend Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit. Sie kommen in der Klimatechnik, Verfahrenstechnik, Automobilindustrie, aber auch Meteorologie zur Anwendung.
MR-Sensoren: Das Messprinzip ist mit der Magnetresonanztomografie (MRT) vergleichbar. Sie bestimmen die Zeit, die ein Medium benötigt, um eine Messspule von einer bestimmten Länge zu durchlaufen. Diese Sensoren werden bei komplexen Strömungen eingesetzt.
- Auf dem Doppler-Effekt basierende Sensoren
Diese Sensoren nutzen den Doppler-Effekt zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit. Sie ermitteln die Veränderung der Trägerfrequenz einer Welle mithilfe der Reflexion am Medium. Beispiele sind:
Doppler-Ultraschallsensoren: Sie eignen sich zur Strömungsbestimmung in Rohrleitungen und offenen Gerinnen und kommen in der Medizintechnik (Gefässmedizin) und Umweltmesstechnik (Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit fliessender Gewässer) zum Einsatz.
Sodare: Sodare sind akustische Messverfahren zur Bestimmung von Windgeschwindigkeit und -richtung in der Atmosphäre. Sie werden vorrangig in der Windkraftbranche, Luftfahrt, Meteorologie, aber auch beim Fallschirmspringen und der Feuerbekämpfung zur Echtzeitüberwachung von Windverhältnissen eingesetzt.
Weitere auf dem Doppler-Effekt basierende Verfahren sind Lidare, die Laser-Doppler-Anemometrie sowie Phasen-Doppler- Anemometrie.
- Sonstige Sensoren
Thermische Sensoren: Hier wird ein elektrisch leitendes Material (Hitzeelement) aufgeladen und dadurch auf eine bestimmte Temperatur erwärmt. Im Massenstrom wird das Hitzeelement durch die Strömung abgekühlt, wobei die spezifische Abkühlung von Medium und Strömungsgeschwindigkeit abhängig sind. Klassisches Anwendungsgebiet ist die Überwachung von Klima- und Lüftungsanlagen. Aber auch zur Kontrolle und Regulierung von Trocknungs- und Gefriertrocknungsprozessen sowie Lackierprozessen werden sie eingesetzt.
Schlieren- und Schattenverfahren basierte Sensoren: Diese Sensoren visualisieren Strömungen, die durch Temperatur- oder Druckunterschiede innerhalb eines optisch transparenten Mediums hervorgerufen werden (bspw. aufsteigende Heizungsluft). Wichtige Einsatzgebiete sind die Ballistik, Sprüh- und Injektionsvorgänge (bspw. Kraftstoffinjektion) sowie Strömungsmaschinen.
