Ovalrad-Durchflussmesser – Messprinzip, Einsatzgebiete und Auswahl

Der Ovalrad-Durchflussmesser ist ein volumetrischer Durchflussmesser zur präzisen Messung des Volumenstroms von Flüssigkeiten. Das Messprinzip des Ovalrad-Durchflussmessers basiert auf der mechanischen Verdrängung definierter Flüssigkeitsvolumina. Deshalb wird er auch als Verdrängungsdurchflussmesser bezeichnet.
Er eignet sich besonders für viskose Medien wie Öle, Schmierstoffe, Harze und Pasten.
Das Messwerk besteht aus zwei speziell geformten Ovalzahnrädern, die durch das durchströmende Medium in Drehung versetzt werden. Bei jeder Umdrehung wird ein definiertes Flüssigkeitsvolumen vom Einlass zum Auslass des Durchflussmessers transportiert.
Ovalrad-Durchflussmesser werden in zahlreichen Bereichen eingesetzt, unter anderem in der Petrochemie, der chemischen Industrie, der Lebensmittelindustrie sowie im Maschinen- und Anlagenbau. Sie eignen sich insbesondere für Anwendungen, bei denen Flüssigkeiten präzise erfasst, überwacht oder dosiert werden müssen.
Zu den wesentlichen Vorteilen des Ovalrad-Durchflussmessers zählen die hohe Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit sowie die weitgehende Unabhängigkeit des Messprinzips von der Viskosität und Dichte. Es sind keine langen Ein- und Auslaufstrecken zur Beruhigung des Strömungsprofils erforderlich. Dadurch lässt sich ein Ovalrad-Durchflussmesser auch bei beengten Platzverhältnissen kompakt in Rohrleitungssysteme integrieren.

Messprinzip eines Ovalrad-Durchflussmessers

Das Messwerk eines Ovalrad-Durchflussmessers besteht aus zwei ineinandergreifenden Ovalrädern, die sich innerhalb eines präzise gefertigten Messraums drehen. Durch den Druck des einströmenden Mediums werden die Ovalräder in Drehung versetzt. Dabei entstehen zwischen den Ovalrädern und dem Messgehäuse definierte Messkammern.
Während sich die Ovalräder drehen, wird das Medium in diesen abgeschlossenen Messkammern vom Einlass zum Auslass des Ovalrad-Durchflussmessers transportiert. Bei jeder Umdrehung wird dabei ein nahezu konstantes, definiertes Flüssigkeitsvolumen verdrängt und zum Auslass gefördert.

In die Ovalräder sind Magnete integriert. Mit ihrer Hilfe wird die Drehbewegung berührungslos auf einen außerhalb des Messgehäuses angeordneten Sensor, beispielsweise einen Hallsensor oder Reedschalter, übertragen. Jede Drehbewegung erzeugt dabei ein entsprechendes elektrisches Impulssignal.
Die Anzahl der Umdrehungen der Ovalräder ist direkt proportional zum durchgesetzten Flüssigkeitsvolumen. Durch die Erfassung der Drehbewegung können daher sowohl das Gesamtvolumen als auch der daraus berechnete Volumenstrom bestimmt werden.In einer nachgeschalteten Auswerteelektronik werden die erzeugten Impulse zur Bestimmung des Volumenstroms ausgewertet oder zur Ermittlung der insgesamt durchgesetzten Flüssigkeitsmenge aufsummiert.
Für einen stromunabhängigen Betrieb sind einige Ovalrad-Durchflussmesser mit einem mechanischen Zählwerk ausgestattet. Dabei wird die Drehbewegung der Ovalräder über ein Zahnradgetriebe auf eine mechanische Anzeige übertragen, an der die insgesamt gemessene Flüssigkeitsmenge direkt abgelesen werden kann.


Das Messprinzip eines Ovalrad-Durchflussmessers lässt sich in vier Schritten erklären:

• Einströmen des Mediums
  Die Flüssigkeit gelangt über den Einlass in den Messraum
• Drehung der Ovalräder
  Der Druck des Mediums versetzt die beiden Ovalräder in eine definierte Drehbewegung.
• Transport des Messvolumens
  Die zwischen den Ovalrädern und Gehäuse eingeschlossenen Flüssigkeitsvolumina werden zum Auslass transportiert.
• Ausströmen
  Das gemessene Flüssigkeitsvolumen wird auf der Ausgangsseite wieder freigegeben.

Bei jeder Drehung der Ovalräder wird somit ein nahezu konstantes Messvolumen durch den Durchflussmesser transportiert. Die Anzahl der Umdrehungen ist deshalb direkt proportional zum durchgesetzten Volumen:
$$V=n·V_{\mathrm{m}}$$
Dabei gilt:
V = gemessenes Gesamtvolumen
n = Anzahl der Umdrehungen der Ovalräder
V_m = definiertes Volumen pro Umdrehung
Aus dem gemessenen Volumen und der benötigten Zeit lässt sich anschließend der Volumenstrom berechnen:
$$Q_{\mathrm{V}}=\frac{V}{t}$$
Dabei gilt:
Q_V = Volumen Durchfluss
V = gemessenes Gesamtvolumen
t = Zeit
Der Ovalrad-Durchflussmesser misst damit grundsätzlich das Volumen, während aus der zeitlichen Änderung des Volumens der Volumenstrom bestimmt wird.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• Hohe Messgenauigkeit
• Gute Wiederholbarkeit der Messung
• Direkte volumetrische Messung
• Besonders gut für (hoch) viskose Flüssigkeiten geeignet
• Unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums
• Größtenteils unabhängig von der Dichte und Viskosität des Mediums
• Keine definiertes Strömungsprofil erforderlich,
  dadurch kurze Ein- und Auslaufstrecken möglich
• Kompakte Bauweise
• Bidirektionale Messung in beide Fließrichtungen möglich (Sonderbauform)

Nachteile

• Hoher Druckverlust
  insbesondere bei hohen Durchflussmengen
• Empfindlichkeit gegenüber Schmutz- und Feststoffpartikeln
• Mechanischer Verschleiß
  der beweglichen Messwerksteile
• Größere Messabweichungen
  bei sehr dünnflüssigen Medien und kleinen Durchflussmengen durch interne Leckage
• Nicht für alle Medien geeignet
  insbesondere bei abrasiven oder feststoffbeladenen Flüssigkeiten

Einsatzgebiete

• Öl- und Schmierstofftechnik
  präzise Messung von Schmierölen, Hydraulikölen und anderen viskosen Flüssigkeiten
• Petrochemische Industrie
  Messung von Kraftstoffen, Mineralölen und anderen Kohlenwasserstoffen.
• Chemische Industrie
  Dosierung und Mengenmessung von flüssigen Chemikalien, Harzen und anderen Prozessmedien
• Lebensmittel- und Getränkeindustrie
  Messung und Dosierung von Ölen, Sirupen, Fetten und anderen flüssigen Produkten.
• Abfüll- und Dosieranlagen
  präzise Erfassung definierter Flüssigkeitsmengen bei Abfüll-, Misch- und Dosierprozessen