¶ Durchflusssensor
Durchflusssensoren sind Messgeräte zur Ermittlung abgegebener Volumina oder Massen pro Zeiteinheit. Man spricht von Volumen- oder Massenströmen [2]. Mit ihnen kann auch der Durchfluss von Spritzmitteln oder Gülle bestimmt werden.
¶ Beschreibung
Durchflussmessungen sind vor allem 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
Volumen-/ Massenstrommessungen sind mit Volumenzählern und Durchflussmessgeräten möglich, wobei bei den Durchflussmessern wiederum Volumenstrom- und Massenstrommessgeräte zu unterscheiden sind (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 Volumen zwischen Gehäuse und dem rotierenden Objekt ist hierbei bekannt und proportional zur Fließgeschwindigkeit des Mediums. Auch der Durchmesser des Bauteils ist bekannt. Dadurch kann der Volumenstrom ermittelt werden [2].
Dieses Messprinzip geht jedoch häufig mit Druckverlusten einher. Bei höherwertigen Geräten werden zur Vermeidung derartiger Messfehler 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 Bestandteile eines Mediums 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 passend zum Volumenbedarf des Gerätes gewählt wird. Beim vom Hersteller angegebenen Nenn-Volumenstroms müssen in der Praxis mindestens 90% davon erreicht werden. Nur unter dieser Voraussetzung kann davon ausgegangen werden, dass die größten Düsen des Gerätes beim vom Hersteller angegebenen 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 Volumenbedarf des Geräts 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 der von einer Düse geförderte Volumenstrom abhängig von der Dichte des Stoffs. Nachfolgende Darstellung zeigt den Umrechnungsfaktor (Abb. 4).
¶ Anwendungsbereich
¶ 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
¶ weiterführende Quellen
- T. Meinel “Sätechnik”
- M. Krebs et al. "Entwicklung eines Direkteinspeisungssystems ohne Verzögerungszeiten zur Pflanzenschutzmittelapplikation
¶ Autoren*innen
Michael Wagner, Technische Zentralstelle Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinhessen-Nahe-Hunsrück (TZ DLR-RNH)