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Überblick

Es ist häufig notwendig, die Menge Fluid zu bestimmen, die durch einen gegebenen Bereich strömt, beispielsweise bei der Einschätzung des Sauerstoffstroms durch eine Sauerstoffmaske oder der Berechnung einer Flüssigkeit, die durch ein Abflusssystem fließt. Wir können die Rate des Fluidstroms anhand verschiedener Werte wie Masse, Geschwindigkeit oder Volumen festhalten. Dieser Artikel beleuchtet verschiedene Arten, den Volumenstrom von Fluiden zu messen.

Messen des Volumenstroms

Die üblichste Art, die Rate des Volumenstroms zu erfassen, ist ein Durchflussmessgerät für Volumenstrom. Wir betrachten die Unterschiede zwischen diesen Messgeräten und die Faktoren, die bei der Wahl berücksichtigt werden müssen.

Durchflussmessgeräte verfügen je nach Funktion über unterschiedliche Funktionen. Die Umwelt, für die die Messgeräte gedacht sind, ist einer der Anhaltspunkte. Hochleistungsdurchflussmessgeräte sind für korrosive Flüssigkeiten und für harte Umgebungsbedingungen wie extreme Temperaturen und Druck gedacht. Ihre Komponenten, die direkt in Kontakt mit dem Fluid stehen, werden aus Material hergestellt, die diesen Bedingungen standhalten, und die so geformt sind, das Verschleiß verringert wird. Sicherzustellen, dass der Fühler nicht in Berührung mit dem Fluid gerät, ist ebenfalls eine Möglichkeit, die Lebensdauer eines solchen Durchflussmessers zu verlängern. Die Viskosität der Fluids ist ebenfalls wichtig. Einige Messgeräte funktionieren nur innerhalb einer bestimmten Viskositätsbandbreite. Andere Messgeräte funktionieren gut, wenn der Fluss des Fluids stoßweise auftritt.

Eine weitere zu berücksichtigende Funktion ist die Genauigkeit des Durchflussmessgeräts. Einige Einsatzgebiete erfordern eine hohe Präzision und geringe Fehlerraten, etwa 1 % oder weniger. Die Luft- und Raumfahrtbranche benötigt zum Beispiel einen hohen Genauigkeitsgrad. Andere Branchen sind andererseits weniger anspruchsvoll und ziehen andere Vorteile gegenüber der Genauigkeit vor, etwa einen geringeren Preis.

Darüber hinaus weisen Messgeräte eventuell eine geringst- oder höchstmögliche Durchflussrate sowie eine voreingestellte Bandbreite zwischen diesen Grenzen auf, für die sie sich einsetzen lassen. Wenn man ein solches Messgerät hat, ist es wichtig, diese Werte für das System, in dem es genutzt wird, einzuschätzen. Man sollte auch daran denken, dass einige Durchflussmessgeräte beim Einsatz einen merklichen Druckabfall verursachen können. Nutzt man solche Messgeräte, muss man wissen, wie viel Druckabfall das System toleriert.

Zwei der üblichsten Messgeräte für den Volumenstrom sind Laminar- und Verdrängungsmessgeräte (Positive Displacement, PD). Nachfolgend stellen wir ihre Arbeitsweise dar.

Laminarmessgeräte

Wenn eine Flüssigkeit durch einen begrenzten Raum fließt, etwa durch einen Kanal oder ein Rohr, kann es auf zwei Arten fließen. Eine Möglichkeit ist ein wirbelnder oder turbulenter Strom, bei dem sich die Teilchen in der Flüssigkeit chaotisch bewegen. Die andere Art ist eine laminare Strömung, bei der sich die Teilchen parallel zueinander bewegen. Tatsächlich bedeutet eine laminare Strömung nicht, dass jedes einzelne Teilchen sich parallel zu allen anderen Teilchen verhält. Es bedeutet, dass Schichten in der Flüssigkeit sich parallel zu anderen Schichten bewegen. In der Illustration ist der Strom in den Abschnitten 1 und 3 des Rohrs turbulent, während der Strom im mittleren Abschnitt 2 laminar bzw. wirbelfrei ist.

Ein Laminarmessgerät verfügt über einen Filter, den Strömungskanal, der einem Gitter ähnelt. Dies ist in der Illustration mit der Nummer 2 markiert. Wenn das Fluid in den Strömungskanal eintritt, wird seine turbulente Bewegung in dem Kanal zu einem laminaren Strom. Verlässt das Fluid den Kanal, wird der Strom wieder turbulent. Der Druck im Strömungskanal sinkt im Vergleich zu außerhalb des Kanals. Das Ausmaß des Druckabfalls hängt von dem Massendurchfluss des Fluids ab. Daher kann der Volumenstrom durch Messen des Druckunterschieds des Fluids in und außerhalb des Kanals bestimmt werden, wie in der Illustration, wo der Druck am Eingang und am Ausgang des Strömungskanals gemessen wird.

Verdrängungsmessgeräte

Verdrängungsmessgeräte verfügen über eine Sammelkammer, durch die das Fluid geleitet wird. Wenn die Kapazität der Kammer ausgeschöpft ist, wird das Fluid kurz eingeschlossen und dann freigegeben. Um die Durchflussrate zu messen, nimmt man entweder die Zeit, die benötigt wurde, um die Sammelkammer zu füllen, oder die Häufigkeit, wie oft eine Kammer in einem bestimmten Zeitraum gefüllt werden konnte. Wir können den Volumenstrom anhand dieser Daten berechnen, da der Inhalt der Kammer immer gleich und bekannt ist. Je schneller oder je häufiger die Kammer in einem bestimmten Zeitraum gefüllt wird, desto höher ist der Volumenstrom.

Das Einziehen des Fluids in die Kammer und dessen Einschluss kann anhand von rotierenden Mechanismen zum Beispiel bei Drehzylindern, Getrieben, Kolben und oszillierenden oder schwankenden Scheiben erfolgen. Die Nutation ist eine besondere Art der Rotation, bei der Oszillation und Rotation um eine Achse kombiniert sind. Um sich eine schwankende Scheibe vorzustellen, kann man sich zwei Arten von Bewegung in den Bildern 1 und 2 der Illustration kombiniert vorstellen. Bild 3 stellt diese kombinierte Bewegung dar.

Verdrängungsmessgeräte werden häufiger bei Flüssigkeiten genutzt. In einigen Fällen können sie jedoch auch zur Messung der Durchflussrate von Gasen eingesetzt werden. Sie funktionieren nicht so gut, wenn die Flüssigkeit Gasblasen enthält, da die Messung des Gesamtvolumens das Volumen dieser Blasen beinhaltet, obwohl die Gasblasen nicht zur Flüssigkeit gehören. Das Entfernen dieser Blasen ist eine Lösung des Problems.

Verdrängungsmessgeräte können leicht verstopfen, daher sollte man vermeiden, dass die Flüssigkeiten ungelöste Partikel enthalten. Die Konstruktionsweise der Verdrängungsmessgeräte erlaubt eine sofortige Reaktion des Messgeräts auf den Strom eines Fluids. Daher können diese Messgeräte in Bereichen genutzt werden, wo der Volumenstrom unterbrochen ist. Ein häufiges Einsatzgebiet für Verdrängungsmessgeräte ist das Messen des Wasserverbrauchs. Sie sind in der Regel in Privathäusern zu finden, damit Wasserwerke den Verbrauch der Ansässigen nachhalten können.

Weitere Informationen

Dieser Artikel wurde von Kateryna Yuri verfasst.

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Hydraulik – Flüssigkeiten

Die Hydraulik ist ein Gebiet angewandter Wissenschaft und Technik, die sich mit mechanischen Eigenschaften von Flüssigkeiten befasst. Die Hydraulik konzentriert sich auf den technischen Nutzen der Eigenschaften von Flüssigkeit. In der Fluidtechnik wird die Hydraulik zur Erzeugung, Steuerung und Übertragung von Leistung durch den Einsatz von unter Druck stehenden Flüssigkeiten genutzt. Fluidmechanik ist der Zweig in der Physik, bei dem Flüssigkeiten und die auf sie einwirkenden Kräfte untersucht werden. Fluidmechanik kann in Fluidstatik, die Lehre von ruhenden Flüssigkeiten, Fluidkinematik, die Lehre von sich bewegenden Flüssigkeiten, und Fluiddynamik, die Lehre der Auswirkung von Kraft auf Flüssigkeitsbewegung, unterteilt werden.

Volumenstrom

In der Physik und Technik, insbesondere der Strömungsmechanik und Hydrometrie, ist der Volumenstrom (auch Durchflussrate) das Volumen eines Fluids (Flüssigkeit oder Gas), das durch pro Zeiteinheit eine bestimmte Oberfläche strömt.

Die Einheit lautet im internationalen Einheitensystem (Système International d'Unités, SI) m³ · s⁻¹ (Kubikmeter pro Sekunde). Bei den US Customary Units und British Imperial Units wird der Volumenstrom häufig mit Kubikfuß pro Sekunde (ft³/s) angegeben.

Den Umrechner für Volumenstrom nutzen:

Dieses Online-Tool zur Umrechnung von Einheiten ermöglicht die schnelle und genaue Umrechnung vieler Messeinheiten von einem System zu einem anderen. Die Seite für die Einheitenumrechnung ist eine Lösung für Techniker, Übersetzer und alle, die mit Mengen arbeiten, die in unterschiedlichen Einheiten angegeben werden können.

Sie können dieses Online-Tool zur Umrechnung verwenden, um zwischen mehreren Hundert Einheiten (einschließlich metrischer, britischer und amerikanischer) in 76 Kategorien oder mehreren Tausend Paaren umzurechnen. Beispiele der Kategorien sind Beschleunigung, Fläche, Elektrizität, Energie, Kraft, Länge, Licht, Masse, Massenfluss, Dichte, spezifisches Volumen, Leistung, Druck, Belastung, Temperatur, Zeit, Drehkraft, Geschwindigkeit, Viskosität, Volumen und Kapazität und Volumenstrom.
Hinweis: Ganzzahlen (Zahlen ohne Dezimalzeichen oder Exponentennotation) werden bis zu 15 Ziffern als genau erachtet. Die maximale Anzahl Ziffern nach dem Dezimalzeichen ist 10 Ziffern.

Bei diesem Umrechner wird die E-Notation verwendet, um Zahlen darzustellen, die zu klein oder zu groß sind. Die E-Notation ist ein alternatives Format der wissenschaftlichen Notation a · 10^x. Zum Beispiel: 1.103.000 = 1,103 · 10⁶ = 1,103E+6. Hier stellt E (gleich Exponent) “· 10^” dar, das heißt “multipliziert mit zehn potenziert mit”. Die E-Notation wird häufig bei Taschenrechnern und von Wissenschaftlern, Mathematikern und Ingenieuren verwendet.

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