{"id":2917,"date":"2026-09-29T09:00:00","date_gmt":"2026-09-29T09:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.gasyco.com\/staging\/vortex-flow-meters\/"},"modified":"2026-10-20T14:24:58","modified_gmt":"2026-10-20T14:24:58","slug":"vortex-flow-meters","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.gasyco.com\/en\/vortex-flow-meters\/","title":{"rendered":"Vortex Flow Meters: When an Obstacle Turns Flow into a Frequency"},"content":{"rendered":"\n<p class=\"lead wp-block-paragraph\">In sechs Beitr\u00e4gen hat diese Reihe den Durchfluss \u00fcber W\u00e4rme gemessen, \u00fcber Druckdifferenzen, \u00fcber die Tr\u00e4gheit eines schwingenden Rohrs, durch Z\u00e4hlen von Volumina zwischen Zahnr\u00e4dern und durch Laufzeitmessung von Schall quer durch ein Rohr. Der Wirbeldurchflussmesser setzt absichtlich ein Hindernis in die Str\u00f6mung und z\u00e4hlt, was es abl\u00f6st.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Wer schon einmal einen Draht im Wind singen geh\u00f6rt hat, kennt das Prinzip. Der Draht l\u00f6st abwechselnd auf beiden Seiten Wirbel ab, und ihre Frequenz steigt mit der Windgeschwindigkeit.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Hinter einem Stauk\u00f6rper l\u00f6st die Str\u00f6mung Wirbel mit einer Frequenz ab, die proportional zu ihrer Geschwindigkeit ist.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Eine Anmerkung zum Umfang: Wir setzen diese Technologie nicht ein. Unsere Gasmischer messen und vor allem regeln kleine Durchfl\u00fcsse reiner Gase genau. Ein Wirbelz\u00e4hler braucht eine turbulente Str\u00f6mung und einen Mindestimpuls im Gas, bevor er \u00fcberhaupt ein Signal liefert. Wie dieser Beitrag zeigt, gehen genau bei kleinen Gasdurchfl\u00fcssen und niedrigem Druck beide aus.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"kapitel-1\">Was passiert hinter dem Stauk\u00f6rper?<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Ein Wirbelz\u00e4hler ist ein kurzer Rohrabschnitt mit einem Steg quer durch die Bohrung, meist mit trapez- oder deltaf\u00f6rmigem Querschnitt. An seinen scharfen Kanten l\u00f6st sich die Grenzschicht ab, rollt sich zu einem Wirbel auf und l\u00f6st sich, abwechselnd auf jeder Seite. Stromabw\u00e4rts bildet sich eine regelm\u00e4\u00dfige Doppelreihe gegensinnig drehender Wirbel, die K\u00e1rm\u00e1nsche Wirbelstra\u00dfe.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Abl\u00f6sefrequenz folgt f = St \u00d7 v \/ d, wobei v die Str\u00f6mungsgeschwindigkeit ist, d die Breite des Stauk\u00f6rpers und St die Strouhal-Zahl. Ziel der Konstruktion ist eine K\u00f6rperform, bei der St \u00fcber einen gro\u00dfen Bereich konstant bleibt. Dort ist die Frequenz proportional zur Geschwindigkeit und bei fester Bohrung zum Volumenstrom. Der Hersteller bestimmt diese Konstante durch Kalibrierung und gibt sie als K-Faktor in Impulsen pro Volumeneinheit an.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Frequenzen sind moderat. F\u00fcr Fl\u00fcssigkeiten nennen Anwendungsrichtlinien von Shell und TNO auf Basis von Tests an sechs Fabrikaten 7 bis 100 Hz f\u00fcr DN 50 und 0,5 bis 4 Hz f\u00fcr DN 150.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"kapitel-2\">Warum spielt das Fluid kaum eine Rolle?<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Innerhalb seines linearen Bereichs h\u00e4ngt der K-Faktor von der Geometrie des Messger\u00e4ts ab und nicht vom Fluid.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Hersteller sagen das ausdr\u00fccklich. Ein aktuelles Datenblatt erkl\u00e4rt, dass der K-Faktor oberhalb einer Reynolds-Zahl von 10.000 unabh\u00e4ngig von Geschwindigkeit, Viskosit\u00e4t und Dichte ist \u2013 und davon, ob das Ger\u00e4t Dampf, Gas oder Fl\u00fcssigkeit sieht. Ein mit Wasser kalibriertes Ger\u00e4t kann in eine Dampfleitung.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Was den K-Faktor verschiebt, ist die Geometrie. Erw\u00e4rmt sich der Messk\u00f6rper, dehnen sich Bohrung und Stauk\u00f6rper aus; OIML D 25 gibt die Korrektur als K = K0 \u00d7 [1 \u2212 3\u03b1 \u00d7 (t \u2212 t0)] an, mit \u03b1 als W\u00e4rmeausdehnungskoeffizient. F\u00fcr Edelstahl nennen Shell und TNO \u22120,05 Prozent pro 10 K. Auch die Kanten z\u00e4hlen, denn sie legen fest, wo die Str\u00f6mung abrei\u00dft. Ein Hersteller gibt an, dass seine Ger\u00e4te in der Spezifikation bleiben, solange Verschlei\u00df die Kanten in nicht abrasiven, nicht korrosiven Medien um h\u00f6chstens 1 mm abrundet.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Es gibt keine beweglichen Teile, und der Nullpunkt kann nicht driften: kein Durchfluss, keine Wirbel, keine Impulse. Vort\u00e4uschen l\u00e4sst er sich allerdings. Rohrvibrationen im Stillstand erzeugen ebenfalls Impulse \u2013 daher die Schleichmengenunterdr\u00fcckung in jedem Wirbel-Messumformer.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"kapitel-3\">Wie wird ein Wirbel erkannt \u2013 und was wird eigentlich gemessen?<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Jeder Wirbel hinterl\u00e4sst auf seiner Seite des K\u00f6rpers einen \u00f6rtlichen Unterdruck, sodass K\u00f6rper und Nachlauf eine Wechselkraft erfahren. Piezoelektrische oder kapazitive Sensoren im Stauk\u00f6rper oder in einem Paddel dahinter erfassen sie.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Amplitude dieser Kraft ist nicht proportional zur Geschwindigkeit. Shell und TNO geben sie als S = C \u00d7 \u03c1 \u00d7 v\u00b2 an \u2013 derselbe Staudruck, der die Messblende in unserem zweiten Beitrag antreibt. Die Kraft muss aber nur \u00fcber das Rauschen steigen; der Messwert stammt aus der Frequenz, und die ist linear. So entgeht ein Wirbelz\u00e4hler oberhalb einer Schwelle der Wurzelfalle der Messblende.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Frequenz liefert das Volumen im Betriebszustand. F\u00fcr Masse oder Normvolumen braucht es die Dichte, deshalb werden Wirbelz\u00e4hler f\u00fcr Dampf und Gas oft mit Druck- und Temperaturmessung kombiniert. Manche Ger\u00e4te messen beides an einer Stelle im Messk\u00f6rper.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"kapitel-4\">Wo endet der Messbereich?<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Nach unten gelten zwei getrennte Grenzen, und die h\u00f6here gewinnt.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die erste ist die Reynolds-Zahl und damit die Viskosit\u00e4t. Shell und TNO fanden, dass die Ger\u00e4te unterhalb von Re 5.000 \u00fcberhaupt keinen Durchfluss erkannten, dass die Frequenz zwischen 5.000 und 20.000 nicht linear zum Durchfluss war und dar\u00fcber schon. Das oben erw\u00e4hnte Datenblatt nennt f\u00fcr Gas oberhalb von Re 10.000 unter 1 Prozent vom Messwert und zwischen 5.000 und 10.000 unter 5 Prozent.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die zweite ist die Signalamplitude, und hier kommt die Dichte ins Spiel. Dasselbe Datenblatt nennt in Werkseinstellung eine Mindestgeschwindigkeit von 12 m\/s bei 1 kg\/m\u00b3, skalierend mit 1\/\u221a\u03c1. Nach unserer eigenen Rechnung mit dieser Formel braucht Stickstoff bei Atmosph\u00e4rendruck in einer 15-mm-Bohrung etwa 11 m\/s, rund 120 Liter pro Minute. Die Reynolds-Zahl liegt dort bei etwa 11.000, knapp \u00fcber den 10.000, die dieses Datenblatt verlangt. Nach der strengeren Schwelle von Shell und TNO von 20.000 verschiebt sich die Grenze auf etwa 210 Liter pro Minute. Bei 4 bar absolut halbiert sich die Mindestgeschwindigkeit.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Das Shell-Papier zeigt die Folgen, wenn man das ignoriert. In drei Raffinerieprojekten zwischen 1990 und 1995 mussten 180 von 1.060 Wirbelz\u00e4hlern ersetzt werden. Einige erreichten nur eine Messspanne von 2:1, weil Alarm- und Abschaltwerte unterhalb der Schleichmengenunterdr\u00fcckung lagen. \u00dcberdimensionierte Ger\u00e4te waren eine Hauptursache.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Nach oben begrenzt dasselbe Datenblatt Gas auf unter Mach 0,3. Fl\u00fcssigkeiten sind durch Kavitation begrenzt, da der niedrigste Druck, am Stauk\u00f6rper, \u00fcber dem Dampfdruck bleiben muss. Aus diesem Grund wollen OIML D 25 und Shell Regelventile stromabw\u00e4rts des Messger\u00e4ts.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"kapitel-5\">Warum spielen Vibration und Pulsation eine so gro\u00dfe Rolle?<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Ein Ger\u00e4t, das eine Frequenz z\u00e4hlt, z\u00e4hlt jede Frequenz, die seinen Sensor erreicht. Shell und TNO fanden, dass die meisten Erfassungsprinzipien Rohrvibrationen ab etwa 0,25 g aufnehmen, und dass der Effekt bei geringer Dichte und kleinem Durchfluss w\u00e4chst, wo das Wirbelsignal am schw\u00e4chsten ist.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Str\u00f6mungspulsation ist t\u00fcckischer. In den TNO-Tests rastete die Wirbelstra\u00dfe auf die Pulsation ein, wenn die Abl\u00f6sefrequenz nahe dem Halben, Einfachen, Anderthalbfachen oder Doppelten der Pulsationsfrequenz lag. Die Abl\u00f6sefrequenz folgt dann der Pulsation statt dem Durchfluss. Das kann schon bei Pulsationsamplituden von 3 Prozent passieren. Nur bei Abl\u00f6sefrequenzen \u00fcber dem Vierfachen oder unter der H\u00e4lfte der Pulsationsfrequenz blieb der Fehler innerhalb von 2 Prozent. Typische Quellen sind Kolbenverdichter und -pumpen; die \u00fcbliche Abhilfe ist eine andere Ger\u00e4tegr\u00f6\u00dfe.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"kapitel-6\">Wie viel gerade Rohrstrecke braucht er?<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Der Wirbelz\u00e4hler geh\u00f6rt mit Messblende und Clamp-on-Ultraschall zur profilempfindlichen Gruppe. Shell und TNO ma\u00dfen an 3-Zoll-Ger\u00e4ten Verschiebungen von +0,4 bis +1 Prozent mit einem 90\u00b0-Kr\u00fcmmer 10 Durchmesser stromaufw\u00e4rts und h\u00f6chstens +0,4 Prozent bei 40 Durchmessern. Hersteller verlangen 20 Durchmesser nach einem einfachen Kr\u00fcmmer, 40 nach zwei Kr\u00fcmmern in verschiedenen Ebenen und 50 nach einem Regelventil, oder pauschal 35. Einer weist darauf hin, dass sogar die Ausrichtung des Stauk\u00f6rpers zur Kr\u00fcmmerebene eine Rolle spielt und dass solche Verschiebungen die Wiederholbarkeit normalerweise nicht beeintr\u00e4chtigen, sich also korrigieren lassen.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">St\u00e4rken<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>lineares Frequenzsignal; K-Faktor im linearen Bereich unabh\u00e4ngig vom Fluid<\/li>\n\n\n\n<li>Fl\u00fcssigkeiten, Gase und Dampf mit einer Bauform<\/li>\n\n\n\n<li>keine beweglichen Teile, keine Nullpunktdrift<\/li>\n\n\n\n<li>Wiederholbarkeit von etwa 0,1 Prozent f\u00fcr Gase und 0,2 Prozent f\u00fcr Fl\u00fcssigkeiten (Shell\/TNO)<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Schw\u00e4chen<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>kein Signal unter Re 5.000, nichtlinear bis 10.000 bis 20.000<\/li>\n\n\n\n<li>die Mindestgeschwindigkeit steigt mit sinkender Gasdichte<\/li>\n\n\n\n<li>nimmt Rohrvibrationen auf und rastet auf Str\u00f6mungspulsation ein<\/li>\n\n\n\n<li>lange gerade Einlaufstrecken; drallempfindlich<\/li>\n\n\n\n<li>nur einphasig; OIML D 25 nennt Nassdampf als zu vermeidenden Fall, manche neuere Ger\u00e4te erkennen ihn allerdings<\/li>\n\n\n\n<li>misst Volumen; f\u00fcr Masse sind Druck und Temperatur n\u00f6tig<\/li>\n\n\n\n<li>Druckverlust, bei reduzierten Nennweiten stark ansteigend; Kavitation bei Fl\u00fcssigkeiten<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"kapitel-7\">Bonus: Was ist ein Drallz\u00e4hler?<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Der Drallz\u00e4hler wird oft unter den Wirbelz\u00e4hlern einsortiert, ist aber eine eigene Bauform. Ein fester Leitk\u00f6rper am Einlauf versetzt die gesamte Str\u00f6mung in Rotation. Wo sich die Bohrung wieder erweitert, wird der Wirbelkern in eine sekund\u00e4re Spiralbewegung um die Rohrachse gezwungen, eine Pr\u00e4zession, deren Frequenz proportional zum Durchfluss ist und von einem Piezosensor erfasst wird. Weil das Ger\u00e4t seinen eigenen definierten Drall erzeugt, spielen St\u00f6rungen stromaufw\u00e4rts eine deutlich geringere Rolle. Ein aktuelles Datenblatt eines Drallz\u00e4hlers nennt typische Strecken von 3 Durchmessern vor und 1 nach dem Ger\u00e4t.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"kapitel-8\">Wo steht er im Vergleich zu den anderen Prinzipien?<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Unser roter Faden fragt, von welcher Eigenschaft des Mediums jedes Prinzip abh\u00e4ngt. Der Wirbelz\u00e4hler gibt eine neue Antwort.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Stoffeigenschaften gehen nicht in den Messwert ein, aber sie entscheiden, ob es \u00fcberhaupt einen Messwert gibt.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Viskosit\u00e4t ist der deutlichste Fall. Das laminare Str\u00f6mungselement nutzt sie als Messeffekt, der Zahnradz\u00e4hler bek\u00e4mpft sie als Leckage, und der Clamp-on-Ultraschall l\u00e4sst sie \u00fcber den Profilfaktor wieder herein. Der Wirbelz\u00e4hler nutzt sie als Eintrittsbedingung. Damit sind LFE und Wirbelz\u00e4hler Gegens\u00e4tze: Das eine braucht laminare Str\u00f6mung, das andere turbulente.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Dichte spielt eine Doppelrolle. Sie bestimmt \u00fcber \u03c1v\u00b2 die Signalamplitude, wie das \u0394p der Messblende \u2013 aber nur als Schwelle. Und sie wird wieder gebraucht, um aus Volumen Masse zu machen. Coriolis hat das Muster durchbrochen, indem es Masse ganz ohne Stoffeigenschaft misst. Der Wirbelz\u00e4hler durchbricht es f\u00fcr das Volumen, innerhalb seines Bereichs.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Wirbelz\u00e4hler sind Messger\u00e4te; in einem Regelkreis versorgen sie ein separates Ventil. Und am unteren Ende des Bereichs laufen sie nicht allm\u00e4hlich aus wie ein Wurzelger\u00e4t. Sie werden nichtlinear \u2013 und zeigen dann null.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"kapitel-9\">Fazit<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Der Wirbelz\u00e4hler ist das Arbeitspferd der Prozessindustrie f\u00fcr Dampf und eine starke Option f\u00fcr Gase und Fl\u00fcssigkeiten, wo immer die Str\u00f6mung turbulent, gleichm\u00e4\u00dfig und einphasig ist. Verschlei\u00dfen k\u00f6nnen nur Kanten, und sein K-Faktor \u00fcbersteht einen Wechsel des Fluids. Seine Grenzen liegen in den Bedingungen rundherum: genug Reynolds-Zahl, genug Dichte, eine ruhige Leitung, genug gerade Strecke. Die kleinen Gasdurchfl\u00fcsse in unseren Mischern erf\u00fcllen die ersten beiden oft nicht \u2013 deshalb setzen wir auf thermische Massendurchflussregler.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Put a bar across a pipe, and the flow starts shedding small whirls behind it, first on one side, then on the other. Count the whirls, and you know how fast the flow is. 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