Meßblende

Steckblende mit Einbaubeispiel

Mit einer Messblende wird die Strömung in einer Rohrleitung gedrosselt, wodurch vor und nach der Blende eine Druckdifferenz entsteht, womit der Durchfluss ermittelt werden kann. Dabei ist die Messblende selbst eine Scheibe mit einer konzentrischen Bohrung.

Zur Messung selbst ist ein Differenzdruckmessgerät erforderlich. Das ganze System gehört zur Durchflussmessung nach dem Wirkdruckverfahren.

Die mathematischen Grundlagen liefert die Strömungslehre, insbesondere das Bernoulli-Gesetz.

Nach dieser Grundlage wurden Durchflusskoeffizienten empirisch ermittelt und in Normen veröffentlicht. Nach dem Ähnlichkeitsgesetz (Reynolds-Zahl) sind diese Durchflusskoeffizienten allgemein gültig und lassen sich so auf die konkrete Installation übertragen.

Der Durchfluss ist proportional der Wurzel aus dem Differenzdruck.

Der mögliche Messbereich (Min / Max) liegt bei 1 zu 10. Bei Durchflussmessungen für kaufmännische Abrechnungen (fiscal metering) wird nur ein Bereich von 1 zu 3 verwendet.

Durchflußmessungen mit Messblende sind eichfähig, müssen aber nicht aufwändig kalibriert werden. Es werden Genauigkeiten bis zu +/- 0,2% erreicht. Meistens liegt die Genauigkeit im Bereich von 5%. Hierfür müssen die Vorschriften für die Mindestmaße der Ein- und Auslaufstrecken eingehalten werden. Der hier geforderte störungsfreie Strömungsverlauf steht häufig mit dem zur Verfügung stehenden Platzangebot in Konflikt.

Druckverhältnisse Wirkdruckverfahren im Rohr

Ändert sich Temperatur und/oder Dichte des Mediums, dann sind Kompensationen notwendig.

Der Druck des Mediums kehrt nach der Drosselstelle annähernd auf den alten Wert zurück. Der sogenannte bleibende Differenzdruck ist kleiner als der für die Messung zur Verfügung stehende Differenzdruck.

Die Einzelheiten sind in der Norm ISO 5167 (vormals DIN 1952) festgelegt.

Kenngrößen für die Berechnung

• D Innendurchmesser der Rohrleitung bei Betriebstemperatur
• d Innendurchmesser der Blende bei Betriebstemperatur
• A_D Rohrleitungsquerschnitt bei Betriebstemperatur
• A_d Öffnungsquerschnitt der Blende bei Betriebstemperatur
• β Durchmesserverhältnis (β = d / D)
• m Flächenverhältnis der Strömungsquerschnitte (m = β², wird auch als Kontraktionszahl bezeichnet)
• Re Reynoldszahl
• C Durchflusskoeffizient (C = f(β,Re)) Hierfür sind computergeeignete Formeln entwickelt worden. ISO 5167-1 (1998) gibt für Eckdruckentahme nachstehende Formel (Reader-Harris/Gallangher Gleichung) an: $C = 0,5961 + 0,0261\cdot\beta^2 - 0,216\cdot\beta^8 + 0,000521\cdot \beta^{2,5} \cdot (10^6 \cdot\beta / Re)^{0,7} ...$

$+ (0,0188 + 0,0063 \cdot (19000 \cdot\beta / Re)^{0,8})\cdot \beta^{3,5} \cdot (10^6 / Re)^{0,3}$

• κ Isotropenexponent (für Gase)
• ε Expansionszahl (nur für kompressible Medien)

$\epsilon = 1 - (0,41 + 0,35\cdot\beta^4) \cdot \Delta_p /(\kappa \cdot p_1)$

• p₁ Plusdruck (Absolutdruck vor der Blende)
• p₂ Minusdruck (Absolutdruck nach der Blende)
• ρ₁ Dichte des Mediums vor der Blende bei Betriebstemperatur
• Δ_p Differenzdruck (Δ_p = p₁ − p₂)
• q_M Massedurchfluss $q_M = \frac C \sqrt{1 - \beta^4} \cdot \epsilon \cdot A_d \cdot \sqrt{2 \cdot \Delta_p \cdot \rho_1}$
• q_V Volumendurchfluss $q_V = \frac C \sqrt{1 - \beta^4} \cdot \epsilon \cdot A_d \cdot \sqrt{2 \cdot \Delta_p / \rho_1}$
• $\sqrt{1 - \beta^4}$ dieser Ausdruck wird auch als velocity of approach factor (auf deutsch in etwa Einschnürfaktor) bezeichnet.
• $\frac C \sqrt{1 - \beta^4} = \alpha$ das ist die in DIN 1952 noch verwendete Durchflusszahl. Hierfür lieferte VDI 2040 eine computergerechte Formel.