¶ Durchflusssensor
Durchflusssensoren sind Messgeräte zur Ermittlung der abgegebenen Volumina oder Massen pro Zeiteinheit. Man spricht von Volumen- oder Massenströmen [2]. Mit Ihnen kann der Durchfluss von Spritzmitteln oder Gülle bestimmt werden.
¶ Beschreibung
Durchflussmessungen sind in der Fahrzeugtechnik für folgende Medien interessant [2]:
- Kraftstoff
- Öl
- Kühlmittel
- Luft und Abgas
In der Landwirtschaft sind Durchflussmessungen bei der Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln, Wirtschaftsdüngern oder anderen Flüssigkeiten relevant. Hier gewinnt die Messung immer mehr an Bedeutung, da sie z.B. bei der Inhaltsstoffbestimmung mit Sensoren (siehe NIRS) die Fließgeschwindigkeit misst [5].
Grundsätzlich wird als Messeinheit der Massenstrom [kg/h] dem Volumenstrom [m3/h] bevorzugt, da dieser nicht von Temperatur und Druck abhängig ist [2].
¶ Messverfahren
Die vielen Messverfahren teilen sich in Volumenzähler und Durchflussgeräte auf. Die Durchflussmesser spalten sich wiederum in Volumenstrom- und Massenstrommessgeräte (Abb. 1) [2].
Die notwendigen Messungen dazu erfolgen nach Messeinrichtung der Richtlinie 3-2.0 des Julius Kühne-Instituts (JKI). Sollten Angaben über den Nenn-Volumenstrom nicht vorhanden sein, wird der Gerätebedarf aus dem maximal abgegebenen Volumen der Düsen bei Betriebsdruck oder üblichem Praxisdruck ermittelt [1].
Sollte die Pumpe zusätzlich ein hydraulisches Behälterrührwerk versorgen, gilt ein zusätzlicher Volumenstrom.
Bei der Wahl von Anbietern zu Durchflussmengenmessern sind unter anderem Produkte der Firmen POLMAC, ARAG, Lechler oder TeeJet zu nennen. Preislich unterscheiden sich die Messprinzipien zwischen günstigeren Produkten mit Flügelrad und teureren auf elektromagnetischer Basis.
¶ Flügelrad Messprinzip
Das Flügelrad zählt zu den Volumenzählern (Abb. 2) und wird eher bei niedrigen Anforderungen zur Messgenauigkeit genutzt [2]. Bei den Volumenzählern wird der Durchfluss durch zwei Kammern bestimmt. Das bekannte Volumen zwischen Gehäuse und dem rotierenden Objekt ist bekannt und proportional zur Fließgeschwindigkeit des Mediums. Der Durchmesser des Bauteils ist bekannt. Daraus wird der Volumenstrom ermittelt [2].
Dieses Messprinzip geht häufig mit Druckverlusten einher. Bei hochwertigeren Geräten werden zur Vermeidung die Anfangs- und Enddrücke gemessen. Mittels Motor werden Zahnräder/Kolben so gedreht, dass die Druckdifferenzen ausgeglichen werden [2].
¶ Magnetisch-Induktive Durchflussmessung (MID)
Mittels MID können alle elektrisch leitfähigen Medien erfasst werden. Bei diesem Prinzip ist der elektrische Leiter die Flüssigkeit, während die Rohrwände Nicht-Leiter aus Kunststoff sind. Senkrecht zur Fließrichtung wird ein Magnetfeld angelegt, indem ein Strom an die Spulen angelegt wird. Eine Elektrode zwischen den Spulen misst die entstehende Spannung. Die hergeleitete Formel zur Berechnung des Volumenstroms lautet [3]:
¶ Richtlinien zum Volumenstrom an Feldspritzen
Grundsätzlich gilt für alle Geräte, dass der Volumenstrom der Pumpe den Bedarf des Gerätes abdeckt. Beim vom Hersteller angegebenen Nenn-Volumenstroms müssen in der Praxis mindestens 90% davon erreicht werden. Gleichzeitig wird damit erreicht, dass die größten Düsen des Gerätes beim vom Hersteller maximalen Arbeitsdruck arbeiten können [1].
Die notwendigen Messungen dazu erfolgen nach Messeinrichtung der Richtlinie 3-2.0 des Julius Kühne-Instituts (JKI). Sollten Angaben über den Nenn-Volumenstrom nicht vorhanden sein, wird der Gerätebedarf aus dem maximal abgegebenen Volumen der Düsen bei Betriebsdruck oder üblichem Praxisdruck ermittelt [1].
Sollte die Pumpe zusätzlich ein hydraulisches Behälterrührwerk versorgen, gilt ein zusätzlicher Volumenstrom (Abb. 3).
Neben den eigentlichen Volumenstrom beim Ausbringen ist zu beachten, dass dieser sich mit dem Druck der Düse (abhängig von der Weite der Öffnung) ändert [6]:
Zusätzlich ist ein geförderter Volumenstrom der Düse abhängig von der Dichte. Nachfolgende Darstellung zeigt den Umrechungsfaktor (Abb. 4).
¶ Anwendungsbereich
(hier folgen passende Praxisbeispiele)
¶ Quellen
- Merkmale für Spritz- und Sprühgeräte für Flächenkulturen (Geräteart 1) (überarbeitet nach JKI RiLi 3-1.0 Merkmale für die Kontrolle von in Gebrauch befindlichen Pflanzenschutzgeräten) - Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen
- Fahrzeugmesstechnik: D. Goßlau
- 10. Durchflusssensoren - Aus dem Buch Sensor-Technologien: M. Wolff
- Durchflussmesser - Serie 800: TeeJet
- Nährstoffgehalte in Gülle online mit Sensoren bestimme DLG-Kompakt 8/2019: U. Rubenschuh & F. Volz
- Grundlagen der Düsentechnik: Lechler
¶ Wissenschaftliche Publikationen
- Sätechnik: T. Meinel
- Entwicklung eines Direkteinspeisungssystems ohne Verzögerungszeiten zur Pflanzenschutzmittelapplikation: M. Krebs et al.
¶ Autoren*innen
Michael Wagner, Technische Zentralstelle Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinhessen-Nahe-Hunsrück (TZ DLR-RNH)