FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Kolloquium: Thomas-Markus Haite Matr.-Nr.: 384624 Studiengang: Simulation und Experimentaltechnik Thema: Strömungsmesstechnik Folie 1

Volumen- und Massenstrom / Strömungsgeschwindigkeit FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Die Strömungsmesstechnik ist ein sehr breites Feld. Eine Unterteilung kann wie folgt vorgenommen werden. Volumenmessung  Massenmessung  Durchflussmessung  Druckmessung  Temperaturmessung  Viskosimetrie  Visualisierung von Strömungen  Wandschubmessungen Volumen- und Massenstrom / Strömungsgeschwindigkeit Folie 2

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Elementaren Druckbezeichnungen können anhand der Bernoulli-Gleichung gut veranschaulicht werden. psta statischer Druck (Wirkdruck bei Differenzbildung) pdyn dynamischer Druck (hydrodynamischen Druck, Fließdruck, kinetische Druck, Staudruck) phyd hydrostatischer Druck (Schweredruck) Folie 3

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Die Bernoulli-Gleichung ist einer der wichtigsten und meist angewandten Sätze der Strömungslehre und drückt zugleich den Energiesatz für Flüssigkeiten aus. U potentielle Energie v²/2 kinetische Energie P Druckenergie Folie 4

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FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Die Pitot-Rohr-Sonde (engl. pitot tube) benannt nach Henri Pitot misst den Gesamtdruck pges in einem Strömungsfeld und gehört somit zu den Gesamtdrucksonden. Pitot-Rohr u∞ Manometer pges Folie 6

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Druckmessbohrung zur Bestimmung des statischen Drucks psta (Wanddrucks) an Strömungskörpern. u∞ Wanddruckbohrung Druckschlauch Manometer psta Folie 7

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Kombiniert man ein Pitot-Rohr mit einer Druckmessbohrung lässt sich durch Differenzbildung der dynamischen Druck und damit die Strömungsgeschwindigkeit berechnen u∞ pges psta Folie 8

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite psta u∞ Fehler Verlauf des statischen Drucks an einer statischen Drucksonde psta Eine geeignete Anbringung der Halterung korrigiert den Fehler u∞ Quelle: Schade H., Strömungslehre Folie 9

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Kombination eines Pitot-Rohrs und einer statischen Rohrsonde erhält man eine Staudrucksonde (Differenzdrucksonde). Prandtl-Rohr pges psta Pitot-Rohr-Sonde pges statische Rohrsonde psta Folie 10

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Aufbau Prandtl-Rohr pges psta Quelle: http://www.bosch-motorsport.de/pdf/sensors/differential_pressure/Pitottube_OD.pdf Folie 11

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Anwendungen Drucksonden Curtiss JN-4 1922 Renault R25 2005 Quelle: http://history.nasa.gov/SP-4305/p73b.jpg Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/4/43/Renault_R25_%282005%29_ Fernando_Alonso.jpg Folie 12

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Wirkdruckverfahren mit Drosselgeräten Mit dem Wirkdruckverfahren werden über einer Querschnittsverengung die Druckdifferenz Δ psta der so genannte Wirkdruck gemessen. øD ød u1 u2 psta1 psta2 Wirkdruck Δ psta = psta1 - psta2 Aus dem Wirkdruck berechnet sich die Strömungsgeschwindigkeit wie folgt. Folie 13

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Bernoulli-Gleichung u1 u2 psta1 psta2 Folie 14

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Kontinuitätsgleichung øD ød u1 u2 Folie 15

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite øD ød u1 u2 psta1 psta2 Folie 16

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Der Einfluss von Einschnürung, Reibung, Ablösung und Rauigkeit wird über den Durchflusskoeffizienten C korrigiert. Die Kompressibilität des Fluids berücksichtigt man mit der Expansionszahl ε Quelle: Bohl W., Strömungslehre Druckverlauf an einem Drosselgerät Folie 17

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Klassisches Venturi-Rohr Einlaufzylinder Einlaufkonus zylindrisches Halsteil Diffusor Bohrung für psta1 Bohrung für psta2 Quelle: Bohl W., Strömungslehre Folie 18

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Magnetisch Induktiver Durchflussmesser (MID) hohe Bandbreite der Nennweiten von DN 2 bis DN 3000 Nach DIN EN ISO 6708 bezeichnet DN (Diameter Nominal) den Innendurchmesser in Millimeter. Folie 19

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite magnetische Induktion, Magnetfeldlinien Bei der magnetischen Induktion B (auch magnetische Flussdichte genannt) handelt es sich um eine Feldgröße. Sie dient zur Beschreibung der Stärke und der Richtung eines Magnetfeldes. Die magnetischen Induktion B hat die SI-Einheit Tesla (T). praktische Darstellung von B-Linien Der B-Linien-Vektor zeigt aus der Zeichenebene heraus. Der B-Linien-Vektor zeigt in die Zeichenebene hinein. Folie 20

Faradaysche Induktionsgesetz FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Faradaysche Induktionsgesetz Der Physiker Michael Faraday versuchte 1831 das Prinzip „Strom erzeugt Magnetfeld“ umzukehren in „Magnetfeld erzeugt Strom“. induzierte Spannung {uind} = V Leiterlänge {l} = m Geschwindigkeit Leiter {v} = m/s magnetische Flussdichte {B} = T Uind B-Linien Leiter Länge des Leiters Bewegung des Leiters v Folie 21

FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Eine elektrisch leitende Flüssigkeit entspricht dem Leiter (dem Draht) in Faradays Experiment. induzierte Spannung {uind} = V Elektrodenabstand (Rohrdurchmesser) {d} = m mittlere Strömungsgeschwindigkeit {v} = m/s magnetische Flussdichte {B} = T B-Linien Messelektrode elektrisch isolierend ausgekleidetes Rohr d leitende Flüssigkeit v Bewegung der Flüssigkeit Folie 22

räumliche Schnittdarstellung FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite räumliche Schnittdarstellung Magnetspulen B v E B v E Messelektrode elektrisch isolierend ausgekleidetes Rohr Uind Messspannung Folie 23

Prozessbedingte Vorzüge Prozessbedingte Nachteile FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Prozessbedingte Vorzüge durch das glatte Messrohr ist der Druckverlust vernachlässigbar klein die aufzunehmende Messgröße ist die induzierte Spannung wartungs- und verschleißfrei Dichte, Viskosität und Temperatur der Flüssigkeit haben keinen Einfluss Prozessbedingte Nachteile elektrisch leitende Flüssigkeiten werden vorausgesetzt eine Teilfüllung/Lufteinschlüsse verursachen Messfehler Interferenzen mit anderen Magnetfeldern Folie 24

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit FH D Fachhochschule Düsseldorf WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Folie 25