In neun Beiträgen hat diese Reihe Sensoren vorgestellt, die direkt im Gas sitzen, Sensoren, die durch eine Stahlwand hindurch messen, und einen, der das Medium nie berührt. Datenblätter verkürzen das auf ein Wort, „wetted“, auf Deutsch benetzt oder medienberührt, und meinen damit zwei verschiedene Dinge: die Werkstoffe, die mit dem Medium in Kontakt stehen, und das Sensorelement selbst.
Jedes Inline-Messgerät hat medienberührte Teile. Die nützlichere Frage lautet, ob das Element, das aus dem Durchfluss ein Signal macht, das Medium berührt, hinter einer Wand sitzt oder ganz außerhalb der Leitung bleibt.
Ein benetzter Sensor gewinnt Geschwindigkeit und Empfindlichkeit und bezahlt dafür damit, dem Medium ausgesetzt zu sein.
Was gewinnt ein benetzter Sensor, und was riskiert er?
Ein Heizer auf einem Chip, eine Druckmembran oder das Paddel eines Wirbelsensors stehen in direktem Kontakt mit dem Medium und koppeln ohne Umweg daran an. Ein aktueller thermischer Regler mit Sensorchip im Gasweg nennt eine Ansprechzeit von 50 Millisekunden und die volle Genauigkeit weniger als eine Sekunde nach dem Einschalten.
Der Preis ist, dass der Sensor dem Medium ausgesetzt ist. Jeder Werkstoff des Sensors muss dem Medium standhalten, und bei diesem Chip sind das Silizium, Glas und Epoxid, abgedichtet mit Elastomer-O-Ringen. Korrosion, Kondensat und Ablagerungen wirken direkt auf den Messwandler und verschieben sein Signal. Dasselbe Datenblatt begrenzt den Betriebsdruck auf 11 bar absolut. Bei sauberen, trockenen Gasen und moderatem Druck fällt das kaum ins Gewicht. Bei korrosiven Medien oder hohem Druck entscheidet es die Auswahl.
Was bringt eine Wand dazwischen?
Beim Kapillarsensor strömt das Gas durch ein Edelstahlröhrchen mit 0,2 bis 1 Millimeter Außendurchmesser, Heiz- und Temperaturelemente sitzen außen darauf. Beim Coriolis-Messgerät sitzen Erreger und Schwingungsaufnehmer außerhalb des Messrohrs. Zahnradzähler erfassen die vorbeilaufenden Zähne durch die Gehäusewand, und Schwebekörper-Durchflussmesser mit Metallkonus übertragen die Position des Schwebekörpers per Magnet auf einen außenliegenden Zeiger.
Der Gewinn ist eine kurze Liste medienberührter Werkstoffe und eine druckfeste Wand. Eine Kapillarregler-Baureihe hat medienberührte Teile aus Edelstahl 316L, Dichtungen bis hin zu Perfluorelastomer, eine metallgedichtete Ausführung für hochreine Gase und Druckstufen bis 400 bar. Im Sauergasbetrieb legt ISO 15156 die Anforderungen an metallische Werkstoffe fest, die H₂S ausgesetzt sind – bei einem Messgerät also an jedes medienberührte Teil. Manche Wirbelzähler-Bauformen kapseln den Sensor so, dass er sich tauschen lässt, ohne die Prozessdichtung zu öffnen.
Die Wand kostet Zeit. Beim thermischen Sensor muss die Wärme durch sie hindurch ins Gas und wieder zurück, und dasselbe Kapillar-Datenblatt verlangt für optimale Genauigkeit 30 Minuten Aufwärmzeit. Und bei jeder Bauform schützt die Wand nur den Messwandler.
Den Sensor aus dem Medium zu holen, holt das Medium nicht aus der Messung.
Eine enge Kapillare verstopft trotzdem, deshalb verlangen Hersteller einen vorgeschalteten Filter. Beim Coriolis-Gerät ist die medienberührte Wand selbst das Messelement. Ablagerungen darauf verschieben den Nullpunkt. Und weil das Rohr dauernd schwingt, warnt ein Korrosionsleitfaden, dass lokale Korrosion Ermüdungsrisse auslösen kann. Der Rohrwerkstoff kann also nicht einfach dem der übrigen Leitung folgen.
Und wenn gar nichts das Medium berührt?
Clamp-on-Ultraschall ist das einzige Prinzip dieser Reihe ohne ein einziges medienberührtes Teil: kein Druckverlust, kein Leckpfad, keine Werkstofffrage, und es lässt sich an einer laufenden Anlage anbringen. Dafür wird die Rohrleitung Teil des Messgeräts. Ihr Durchmesser, ihre Wand und Ablagerungen gehen ins Ergebnis ein, und bei Gas gelangt deutlich weniger als ein Zehntausendstel der Schallenergie über eine Grenzfläche zwischen Stahl und Luft.
Wo gehören die Prinzipien dieser Reihe hin?
Sensorelement im Medium:
- Thermisch, benetzter Chip im Bypass (Beitrag 1)
- Thermisch, Sensor im Hauptstrom oder Einstecksonde (1)
- LFE, Messblende, Venturi und Staurohr, über die Membran des Drucktransmitters (2, 3)
- Kritische Düse, über ihre Druck- und Temperatursensoren (3)
- Wirbelzähler, wenn der Sensor in der Strömung sitzt; manche Bauformen kapseln ihn hinter einer Wand (7)
Sensor hinter einer medienberührten Wand:
- Thermisch, Kapillare mit außenliegenden Wicklungen (1)
- Coriolis (4)
- Zahnradzähler (5)
- Schwebekörper-Durchflussmesser, abgelesen durch Glas oder per Magnet (9)
Nichts medienberührt:
- Clamp-on-Ultraschall (6)
Was setzen wir ein, und warum?
Unsere Gasmischer nutzen beide Arten thermischer Regler. Für unkritische Gase bei niedrigem Druck setzen wir Regler mit benetztem Sensorchip ein, weil Geschwindigkeit und Empfindlichkeit zählen und das Gas dem Chip nicht schadet. Für aggressive oder korrosive Gase und für höhere Drücke setzen wir Kapillarregler mit ihrer Edelstahlwand ein. Unsere SIL-Sicherheitsüberwachung SGC stützt sich auf Coriolis-Geräte, die die Masse direkt messen.
Fazit
Benetzt oder nicht ist eine Abwägung zwischen Geschwindigkeit und Beständigkeit, und Medium und Druck entscheiden, welche Seite gewinnt. Nur Clamp-on hält das Messgerät ganz aus dem Prozess heraus – um den Preis, dass die Rohrleitung in die Messung einzieht.
