In dieser Arbeit wird die Anwendung des Piezo-Sensors in der Prozessmesstechnik anhand eines Wirbelfrequenzmessgerätes betrachtet. Mit Hilfe dieses Assignments soll es dem Leser im Nachgang möglich sein, die Grundlagen eines Piezos sowie die Funktion eines Wirbelfrequenzzählers zu verstehen.
Gerade in der heutigen Zeit, in der Umweltschutz, Produktqualität und vor allem Produktivität im Unternehmen eine immer größer werdende Rolle spielen, ist es enorm wichtig, seine Prozesse genaustens im Blick zu haben. Eine der wichtigsten Kenngrößen hierfür ist der Durchfluss. Eine der weitverbreitetsten Durchflussmessgeräte ist das Wirbelfrequenzmessgerät.
I. Inhaltsverzeichnis
I. Inhaltsverzeichnis
II. Abbildungsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Ziel dieser Arbeit
1.3 Aufbau dieser Arbeit
2. Grundlagen
2.1 Geschichte und die Physikalische Prinzipien des Piezo-Sensors
2.2 Grundlagen zum Wirbelfrequenzzähler
2.2.1 Die Reynoldszahl
2.2.2 Karmansche Wirbelstraße
2.2.3 Strouhalzahl
3. Wirbelfrequenzzähler
3.1 Grundlegender Aufbau
3.2 Detaillierte Erklärung der Funktion anhand des Krohne OPTISWIRL 4200
3.2.1 Funktionsprinzip des OPTISWIRL 4200 C
3.3 Unterschiede/Vergleich verschiedener Hersteller
3.3.1 Funktionsprinzip des Wirbelfrequenzzählers der Firma Höntzsch
3.3.2 Gegenüberstellung der technischen Daten
4. Zusammenfassung und Reflexion
4.1 Zusammenfassung
4.2 Fazit / kritische Reflexion
III. Literaturverzeichnis
II. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: piezoelektrischer Effekt
Abbildung 2: Strömungsarten
Abbildung 3: Karmansche Wirbelstraße
Abbildung 4: prinzipieller Aufbau eines Wirbelzählers
Abbildung 5: Staukörperquerschnitte
Abbildung 6: Funktionsprinzip
Abbildung 7: Funktionsprinzip der Firma Höntzsch a: Staukörper b: Ultraschallsensoren
Abbildung 8: Gegenüberstellung - Vergleich anhand des Fluids Gas
Anmerkung der Redaktion: Einige Abbildungen wurden aus urheberrechtlichen Gründen entfernt.
1. Einleitung
1.1 Problemstellung
Gerade in der heutigen Zeit, in der Umweltschutz, Produktqualität und vor allem Produktivität im Unternehmen eine immer größer werdende Rolle spielt ist es enorm wichtig seine Prozesse genaustens im Blick zu haben. Eine der wichtigsten Kenngrößen hierfür ist der Durchfluss. Eine der weitverbreitetsten Durchflussmessgeräte ist das Wirbelfrequenzmessgerät.
1.2 Ziel dieser Arbeit
In dieser Arbeit wird die Anwendung des Piezo-Sensors in der Prozessmesstechnik anhand eines Wirbelfrequenzmessgerätes betrachtet. Mit Hilfe dieses Assignments soll es dem Leser im Nachgang möglich sein die Grundlagen eines Piezos sowie die Funktion eines Wirbelfrequenzzählers zu verstehen.
1.3 Aufbau dieser Arbeit
Im Kapitel 2 dieser Arbeit wird zunächst auf die notwendigen Grundlagen eingegangen um das Prinzip des Piezos sowie des Wirbelzählers zu verstehen. Hierbei spielen der piezoelektrische Effekt, die Reynoldszahl, Karmansche Wirbelstraße sowie die Strouhalzahl eine wichtige Rolle. Im Kapitel 3 wird nun speziell die Funktion des Wirbelfrequenzzähler erläutert. Anhand des Messgerätes des Firma Krohne wird das Messprinzip sowie die Rolle des Piezo-Sensors erklärt. Unter dem Punkt 3.3 wird dann noch einmal der Unterschied beziehungsweise der Vergleich mit einem weiteren Hersteller gezogen. Das letzte Kapitel enthält nun noch die Zusammenfassung sowie die kritische Reflexion zu dieser Arbeit.
2. Grundlagen
2.1 Geschichte und die Physikalische Prinzipien des Piezo-Sensors
Das Wort „Piezo“ stammt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie Druck. Im Jahre 1880 wurde von den Brüdern Jacques und Pierre Curieder Piezoeffekt erstmals wissenschaftlich beschrieben und erklärt.1
Dieser Effekt tritt bei allen Ferroelektrika und in Festkörpern auf, die eine nicht zentrosymmetrische Kristallstruktur aufweisen2 und beschreibt einen physikalischen Zusammenhang zwischen einer mechanischen Kraft und elektrischer Ladung.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: piezoelektrischer Effekt3
Abbildung 1 links zeigt einen unbelasteten Kristall, wodurchdie Ladungen gleichmäßig verteilt sind und sich die negativen wie auch positiv geladenen Ionen gegenseitig aufheben. Durch Zufuhr einer mechanischen Kraft (Abbildung 1 rechts)verschieben sich die Ionen wodurch eine elektrische Spannung entsteht.
2.2 Grundlagen zum Wirbelfrequenzzähler
Wie bereits erwähnt sind Wirbelzähler universell einsetzbar für Flüssigkeiten, Gase und Dampf. Das grundsätzliche Messprinzip beruht darauf, dass nach Hindernissen in einer Strömung Verwirbelungen entstehen.4 Damit im Kapitel 3 dieses Messverfahren genauer beschrieben werden kann müssen zuvor noch die Reynoldszahl sowie die Karmansche Wirbelstraße genauer erläutert werden.
2.2.1 Die Reynoldszahl
Die Reynoldszahl wird in der Strömungslehre zur Bestimmung der Strömungsart verwendet und ist nach dem Physiker Osborne Reynolds benannt. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen zwei verschiedenen Strömungsarten.5
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Strömungsarten6
Die Strömungsart ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit. Bei einer laminaren Strömung verlaufen die Stromlinien nahezu parallel zueinander, es entstehtdeshalb eine sehr geringe Reibung. Bei der turbulenten Strömung hingegen bewegen sich die Teilchen chaotisch und stoßen daher oft zusammen - dadurch ist hier eine große Reibung vorhanden.
[...]
1 Vgl. Janocha (2013)
2 Vgl. Tränkler/Reindl (2018) S.57
3 Universität Bern (2015)
4 Vgl. Endress+Hauser (a)
5 Vgl. Maschinenbau-Wissen (2009)
6 Vgl. Ingenieurkurse