Magnetisch induktiver Durchflussmesser bauen???

[hendrik87]

Hallo

Aus Interesse, wie man die Durchflussgemenge von Gülle/Jauche in einem Rohr (150er) messen kann, bin ich auf einem magnetischen induktiven Durchflussmesser gestoßen. (Funktionsweise: http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetisch_Induktiver_Durchflussmesser)
http://www.der-brunnen.de/wasser/wasserzaehler/wz9.jpg
(c) www.der-brunnen.de

Leider kosten solche Teile je nach Größe zwischen 1.500 und 3.000€.
Hat von euch jemand schon mal sowas versucht zu bauen? Von der Funktion her schaut es recht leicht aus und bei mir würde eine Fehlerquote von 5-10% ausreichen.

Hab jetzt nicht unbedingt vor sowas zu bauen, aber es beschäftigt mich schon die letzten Tage.

Gruß Hendrik

[Besserwessi]

Sieht gar nicht so kompliziert aus. Der Elektromagent wird aber wohl nicht ganz wenig Strom brauchen. Da braucht man dann eine passende Stromquelle und ...
Da kommen dann schon ein paar Teile zusammen, und die Stromaufnahme wird wohl auch eher hoch sein. Zusammen mit eher kleinen Stückzahlen kann da schon so ein Preis rauskommen. Machbar sollte das aber auch mit Hobbymitteln schon sein. Das komplizierteste sollten die Elektroden und der Magent sein.

[user529]

vl solltest du von DC auf AC (getacktet?) magnet wechseln (einfache zu verstärken), und später das signal demodulieren (um die strömungsrichtung zu erfassen) zudem glaube ich dass gülle relativ aggresiv auf alles reagiert und so schnell als glavanisches element an deinen elektroden arbeitet und DC ströme erzeugt die stören.

als elektroden würde ich gold oder platin vorschlagen. gold ist relativ einfach zu bekommen, platin ist aber doch noch um ein stück besser.

stromquelle sollte kein problem sein, nehme an dass das teil auf einem tracktor oder stationär zum einsatz kommen soll.

wenn du willst helf ich dir bei den magneten, hab noch den ein oder endern km draht herumliegen, da sollte sich passendes finden lassen.

mfg clemens

[oberallgeier]

Gold und Platin lieb ich sehr. Aber bei IDM sind die Elektroden vorzugsweise (blos) aus Hastelloy. Das dürfte bei Gülle beständig sein.

[Besserwessi]

Wenn man mit AC magnetfeld mißt, würde ich auch einen Edelstahl vorschlagen, denn es reicht dann auch schon eine Kapazitive Kopplung. Besonders wenn man mal richtig reinigen muss ist so eine Gold oder Platinschicht auch schnell weg.

[hendrik87]

Dankeschön erstmal für eure Antworten.

Ich werde es wohl mal als erstes an einem 1" bis 1 1/2" Wasserleitung ausprobieren. Die Elektroden mach ich aus Edelstahl und bei den Spulen schau ich erstmal, ob ich was finde.
Eigentlich will ich erstmal nur schauen, ob es klappt und dann größer/optimaler bauen. Leider bin ich auch nur am Wochenende zuhause (wo ich meine Bastelwerkstatt habe), daher kann es sich noch etwas hinziehen.

[oberallgeier]

Hi, hendrik87,

toll finde ich, dass Du Dich an dieses (für mich) etwas undurchsichtige Gebiet der MHD wagst. Die Physik dahinter finde ich wirklich cool. Auch deutlich abseits der "normalen" Elektronik.


... 1" bis 1 1/2" Wasserleitung ausprobieren ...Ist ja schon reichlich dick. Wenn ich denke, dass ich flüssigkeitsdurchströmte Rohre üblicherweise auslege mit 1 - 4 m/s . . . Du kannst da bei ner 30er Leitung (Di = 30 mm) mit 1,2 m/s schon 3m³/h durchlassen. Bei SEHR bescheidenem Druckverlust. Das ist etwa die maximale Ergiebigkeit einer guten Hauswasserleitung. Gülleleitungen sind wesentlich größer, weil sie teilweise sehr langfaserige Partikel >>völlig störungsfrei<< verdauen müssen. Und das fängt ebenerst bei bestimmten Mindest-Innendurchmessern an.

[user529]

@oberallgeier:darf ich fragen was du beruflich machst weil du da recht viel ahnung zu haben scheinst?

mfg clemens

[oberallgeier]

Hi, hendrik87,

hast Du schon mal Ultraschall-Durchflussmesser überlegt? Da bist Du sozusagen "fein raus" - aus der korrosiven Brühe. Zumal möglicherweise trotz guten Rührens die elektrolytischen Eigenschaften der Brühe schwanken könnten. Dann müsstest Du möglicherweise nachjustieren. Ich weiß aber nicht, ob unterschiedlich konzentrierte Feststoffbeimengungen die US-Messung stören.

Viel Erfolg.


... fragen was du beruflich machst weil du da recht viel ahnung ...Danke erstmal. Das hat ja nun nix mit einem Beruf zu tun. Ich kenne Leute, die "das" beruflich machen und kaum Ahnung haben. Ich interessiere mich aber für manche Dinge und halte die Augen offen. Ausserdem gibts um mich herum einige grössere Güllespeicher *ggggg*. Und ich hatte schon einige IDM´s (MID`s) verbaut.


... ahnung zu haben scheinst? ...Der Schein trügt doch manchmal *gggg* nicht wahr?

[user529]

miet "augen offen halten" meinst du wohl alles zerlegen und untersuchen was dir in die finger kommt und nicht unmittelbar wieder gebraucht wird?^^
( https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?p=402283#402283 )

der fasermist in der brühe sollte die us messung nicht stören, da sie ja in beide richtungen ausgeführt wird und sich so die schallgeschwindigkeit herausrechnet.

[oberallgeier]

Hallo user529,


... "augen offen halten" meinst du wohl alles zerlegen und untersuchen was dir in die finger kommt und nicht unmittelbar wieder gebraucht wird? ...Alle Achtung - was für ein Gedächtnis *ggggg*. Die Antwort ist ein klares JEIN. Denn manchmal mach ich das auch, wenn oder weil die Dinge unmittelbar wieder gebraucht werden. Ausserdem (sieh das bitte nicht als Überheblichkeit an) - wenn man eine bestimmte Anzahl Dinge untersucht hat, dann bildet man (bilde ich) sich ein, dass man nicht mehr ALLES zerlegen muss. Und nach dem Zusammenbau sollte es zumindest nicht schlechter sein.


der fasermist in der brühe sollte die us messung nicht stören, da sie ja in beide richtungen ausgeführt wird und sich so die schallgeschwindigkeit herausrechnet.Das stimmt ja schon. Aber Du kennst das Problem, dass der Schall sich im Wald vor lauter Bäumen verliert (denn es stimmt eindeutig nicht, dass es so aus dem Wald herausschallt wie es hineinruft - die Bäume dämpfen ziemlich). Jedenfalls ist die Eindringtiefe von Ultraschall in Suspensionen recht gering (hatte ich mal getestet). In Gülle ist allerdings nur ein geringer Faseranteil und der Feststoffanteil ist auch nicht sehr hoch. Ich habe zu Dämpfung in Gülle keine Werte. Meine Warnung war nur so ein Gefühl *brrrrrr*.

[Thoralf]

Wollt auch grad sagen, daß es sich hier um einen magneto-hydrodynamischen Generator handelt.
Vielleicht köbnnte man die nötigen Lorenzkräfte mit einem Kobalt-Samarium-Magneten o.ä. mit großen Koerzitivkräften aufbauen.
Als elektroden würde ich als einfachstes alte Batteriekohlen nehmen. Billig, chemisch inert sollten die sich eignen. Es könnte höchsten zur Bildung einer Wasserstoffelektrode kommen und die Meßspannung reduziert sich dadurch. Aber ich würde vermuten, daß man unter der Zersetzungsspannung bleibt und zum anderen der H2 weggespült wird.

Meiner Schätzung nach sollte man aber keine große Meßgenauigkeit erwarten. Außerdem gibt es einen ziemlich großen Temperatureinfluß.

[oberallgeier]

Hei,


... magneto-hydrodynamischen Generator ... Meßgenauigkeit ... Temperatureinfluß.Wenn ich mir die relativ großen Steuer- und Auswerteelektroniken der MID´s (oder MHD´s oder IDM´s ...) ansehe, kann ich nur zustimmen. Ärgerlich finde ich auch, dass man die Teile öfters justieren/kalibrieren muss. Der Verlauf der Leitfähigkeit von Gülle über den Jahresgang (verschiedene Futterzusammensetzung ! ! !) und in Abhängigkeit von der Temperatur wird wohl reichlich schwanken.

[Besserwessi]

Im Prinzip sollte der Messwert von der Leitfähigkeit unabhängig sein, denn es wird die Magneteischen Kraft durch die Elektrische Kompensiert. Es ist dabei also egal wie viele und Weche Ionen in der Lösung sind.

Für eine Genaue Messung wird man allerdings ein Moduliertes Magnetfeld nehmen müssen, sonst hat man wohl zu viele Probleme mit Elektrochemischen Spannungen. Die Signalspannung sollte sich schließliech wie typische Hallspannungen im mV bereich bewegen.
Einen Abgleich sollte es eigentliche eher weniger brauchen, zumindestens wenn man das Magnetfeld mit mißt. Wenn man eine homogenes Magnetfeld hinkriegt könnte man eventuell sogar ganz ohne Kalibrierung auskommen, also sogar die Empfindlichkeit rein rechnerrisch bestimmen. Das einzige was die Sache da kompliziert macht ist die ungleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit.

Ich habe zwar noch keinen solchen Durchflußmesser gesehn, aber etwas Elektronik gehört sicher mit dazu. Wegen der Leistung für dem Elektromagneten wird das wohl auch nicht ganz klein zu kriegen sein.

[oberallgeier]

@all,

es gibt hier im Downloadcenter (http://www.krohne.de/Sensor_OPTIFLUX_1000__Magnetisch-induktive_Durchflussmessgeraete.6439.0.html), siehe im Link rechts oben, jede Menge Informationen (Datasheet, Manual etc. - - auch in Deutsch *gggg*). Aber das ist nur EINER der möglichen Hersteller, über den ich jetzt in der Eile gestolpert bin.

[GeoBot]

Besserwessi : "Moduliertes Magnetfeld nehmen müssen, sonst hat
man wohl zu viele Probleme mit Elektrochemischen Spannungen"

Ja ein Wechselfeld ist sehr von Vorteil. Zu den elektrochemischen
kommen möglicherweise auch noch Thermospannungen die größer
als die Messspannung sind. Werden die durch das Wechselfeld auch
eliminiert?

Weiterhin sind die Beiträge (dU) zum Messsignal (dU) der einzelnen
Flächenelemente (dA) über den Rohrquerschnitt (A) nicht konstant.
D.h. die Geschwindigkeit in der Nähe der Elektroden geht stärker in
die Messspannung ein als die Geschwindigkeit in der Mitte des Rohres.

Deshalb versucht man das Produkt aus Beitrag zum Messsignal eines
Flächenelements und der Fäldstärke in diesem Flächenelement über
der Rohrqerschnit konstant zu bekommen. Sprich die Spulenform ist
zu optimieren. Erreicht man dies, sollte man eine Spannung, die der
gemittelten Strömungsgeschwindigkeit über den Rohrquerschnitt
entspricht erhalten.

[Thoralf]

Man müßte mal kalkulieren, wie hoch die Spannungen eigentlich werden können. Liegen diese im Milivoltbereich, dann spielen Elektrolyseerscheinungen keine Rolle (bildet sich auch keine Wasserstoffelektrode), was ein Wechselfeld unnötig macht.
Dadurch reduziert sich der Aufwand.

Die Ionenkonzentation spielt m.E. doch eine große Rolle aber eher indirekt.
Betrachten wir mal den Fall eines unbelasteten MHD. Dann laden die zu den Elektroden wandernden Ionen einen Kondensator - gebildet aus den Elektroden und der Gülle als Dielektrikum - auf und zwar umso schneller, ja mehr Ionen vorhanden sind.

Wird dieser Kondensator belastet, fließt ein Strom und der Kondensator entläd sich ja nach Belastungswiderstand (auch bedingt duch den nicht unendlichen Isolationswiderstand. Es bisldet sich ein Spannungsteiler aus dem Meßwiderstand und der Ionenquelle. Diese Ionenquelle ist niederohmig bei hohem Ionenstrom und hochohmig bei kleiner Ionenzahl. Die gemessene Spannung ist direkt proportional.
Durch den Stromfluß und der sie beeinflussenden Viskosität kommt auch der Temperatureinfluß zustande. Die temperaturabhängige Dissoziation spielt sicher auch eine Rolle.

Der Temperatureinfluß wird durch ein magn. Wechselfeld nicht verbessert. Er ist dann eben auf die Meßwechselspannung aufmoduliert.

Falls man sich so einen Sensor mal leistet, kann man das mittels einer Salzlösung, die man viskos macht, sicher sehr einfach testen.

[Besserwessi]

Das Wechselfeld wird auch mögliche Thermspannungen und Verstärkeroffsets eleminieren. Dafür hat man aber etwas die Gefahr von Induktionsspannung. Die Frequenz der Magnetfeldes wird wohl auch eher niedrig liegen, wohl eher unter 50 Hz als darüber.

Das Problem mit den unterschiedlichen Beiträgen vom Rand und der Mitte ist nicht so wesentlich. Schlecht ist das vor allem wenn man die Empfindlichkeit wirklich rein rechnerisch bestimmen will. Ansonsten sollte es reichen für ein Laminare Strömung zu sorgen, sodass man immer das gleiche Geschwindigkeitsprofil hat. Dann sollte die Signalspannung immer linear von der Geschwindigkeit abhängen.

Die Ionen konzentration sollte nur ehr wenig Einfluß habe, denn außer dem winzigen Stromfluß zu den Meßverstärkern und zum Umladen der Elektroden Kapatzitäten sollte da kein Strom fließen. Selbst bei reinem Wasser sollte die Leitfähigkeit dafür schon reichen. Selbst in desistiliertem Wasser können sich elektrische Felder nicht lange halten, die Leitfähigkeit dominiert also recht schnell über das dielektrische Verhalten.

Im wesenlichen kommt es idealieseirt zu einer Kompensation von elektischer und magneter Kraft und die ist für alle Ionen gleich und unabhängig von der Konzenration und Art der Ionen. Probleme könnte es aber geben wenn die Leitfähigkeit nicht gleichmäßig über den Querschnitt ist, denn durch die ortabhängige Geschwindigkeit fleißt eine eher kleiner Ausgleichsstrom.

Die Viskosität sollte auch keine Rolle spielen, solange die Strömung laminar bleibt, denn es wird primär die Geschwindigkeit gemessen. Kleine Fehler könnte es geben wenn man größere Temperaturgradienten hat (z.B. wenn der Sensor wesentlich kälter oder wärmer als die Flüssigkeit ist): dann kann sich das Strömingsprofil etwas ändern.