1.5 Induktive Messverfahren

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04-2122080 Messtechnik / Sensorik (MS1) 49 Bild 42: Schematische Darstellung eines Wirbelstromtachometers: 1 Gehäuse, 2 Eisenrückschlussglocke, 3 Dauermagnet, 4 Glocke aus Leichtmetall, 5 Spiralfeder, 6 Zeiger Bild 43: Schematische Darstellung der Magnetfelder im Wirbelstromtachometer 1.5.3.2 Ursachen von Messabweichungen Da es sich beim Wirbelstromtachometer um ein mechanisch arbeitendes Messgerät handelt, ist es verschleißanfälliger als die anderen beiden oben erwähnten induktiven Messgeräte. Die Anordnung von Spiralfeder und Zeiger stellt dabei den empfindlichsten Teil des Tachometers dar. Starke Vibrationen des Tachometers können zu Eigenschwingungen der Feder führen, was zu schwankenden Drehzahlanzeigen führt. Mechanische Belastung der Feder oder des Zeigers von außen führt meist zu einer systematischen Messabweichung.
50 Messtechnik / Sensorik (MS1) 04-2122080 Starke elektromagnetische Felder führen ebenfalls zu einer Beeinflussung der Messwerte, da das Gleichgewicht zwischen den beiden Drehmomenten gestört wird, indem weitere Ströme in der Glocke induziert werden. Literatur: [Hering et al., 1989] Hering, Ekbert, Rolf Martin, Martin Stohrer, „Physik für Ingenieure“, VDI- Verlag, 3. Auflage, 1989 [Feynman, 1987] Feynman, Richard P., „Vorlesungen über Physik“, Oldenbourg Verlag, München, 1987 1.5.4 Induktiver Durchflusssensor Bei diesem Verfahren zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten wird durch die Wechselwirkung zwischen einer leitfähigen strömenden Flüssigkeit und einem Magnetfeld eine elektrische Spannung erzeugt. Diese liegt meist in der Größenordnung von einigen Millivolt und ist streng proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Mediums. Das Messprinzip lässt sich nur auf leitfähige Flüssigkeiten anwenden. Für Gase ist das Verfahren aufgrund der praktisch nicht vorhandenen Leitfähigkeit ungeeignet. 1.5.4.1 Aufbau Ein induktiver Durchflusssensor besteht hauptsächlich aus einem Elektromagneten, zwei Elektroden und einem elektrisch isolierten Rohr (siehe Bild 44). Bild 44: Schematischer Aufbau eines induktiven Durchflussmessgeräts. Fließt eine Flüssigkeit durch das Rohr, so kann gemäß dem Faradayschen Induktionsgesetz an den zwei Elektroden, die diametral an der Wandung und senkrecht zur Fließrichtung und dem Magnetfeld B angeordnet sind, eine Spannung U abgegriffen werden. Diese Spannung ist für ein rotationssymmetrisches Strömungsprofil und ein homogenes Magnetfeld direkt proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit v (k: Proportionalitätsfaktor): U = k ⋅ B ⋅ D ⋅ v (82) Da sich der Durchfluss Q aus dem Rohrquerschnitt D und der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v ableitet, gilt: 2 πD πD Q = ⋅ v = ⋅U (83) 4 4kB Sowohl für laminare wie auch für turbulente Strömungen ergibt sich eine streng lineare Abhängigkeit der Nutzspannung U von der Strömungsgeschwindigkeit v . Das induktive Durchflussmessverfahren ist also in der Lage, direkt aus dem Durchfluss ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung zu erzeugen. Bei anderen Durchflussmessverfahren erfasst der Messwertaufnehmer zunächst eine mechanische Größe (Differenzdruck, Drehzahl ...). Diese
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