Dosiertechnik

Der Regelkreis in der Dosiertechnik

Man unterscheidet zwei verschiedene Dosierungen, in denen die magnetgekuppelte Zahnradpumpe im Regelkreis betrieben wird: die kontinuierliche und die Batch-Dosierung. Die kontinuierliche Dosierung ist die Stärke der Pumpe. Die pulsationsfreie Förderung einer Flüssigkeit und die direkte Änderung der Förderleistung bei einer Drehzahländerung machen die Einbindung in eine SPS sehr einfach. Um unsere Pumpe für eine Batch-Dosierung einsetzen zu können, muss der Prozess so gestaltet werden, dass die Pumpe mit einem Bypass betrieben wird. Treten Fehler in der Dosierung auf, so liegt es häufig an der Auswahl der Komponenten. Sie sollten für die Dosieraufgabe geeignet und aufeinander abgestimmt sein.

Kontinuierliche Dosierung

In der kontinuierlichen Dosierung wird die Pumpe mit Motor und Drehzahlregelung (z.B. Frequenzumrichter) betrieben. Hinter der Pumpe befindet sich ein Durchflussmesser, der mit einem Regler verbunden ist. Der Regler steuert die Drehzahlregelung. Am Regler wird manuell oder extern (z.B. durch eine SPS) der Sollwert vorgegeben und mit dem Istwert des Durchflussmessers verglichen. Der Regler steuert die Drehzahlregelung solange, bis Soll- und Istwert übereinstimmen.

Batch-Dosierung und Abfüllung

In der Batch-Dosierung wird die Pumpe mit einer vorgegebenen Drehzahl betrieben, die abhängig von der Dauer der Dosierung ist. Hinter der Pumpe befindet sich ein Dreiwege-Ventil, das den Förderstrom entweder für die Dosierung in den Prozess hinein freigibt oder die Flüssigkeit durch einen Bypass in den Vorlagebehälter zurückführt. In der Prozessleitung befindet sich hinter dem Ventil ein Durchflussmesser mit einem Batchcontroller, der über einen Regler mit dem Ventil verbunden ist. Vor Beginn der Dosierung wird die Pumpe angefahren und die Flüssigkeit durch den Bypass gefördert. Um die Dosierung zu starten, schaltet der Regler das Ventil auf die Prozessleitung um. Im Batchcontroller wird die geförderte Menge addiert. Wenn die vorgegebene Menge erreicht ist, schaltet der Regler das Ventil wieder auf den Bypass. Bei dieser Regelung ergibt sich der Gesamtfehler aus dem Fehler der Durchflussmessung, aus der Zeitverzögerung durch die Umschaltung des Ventils und aus dem Nachtropfen der Flüssigkeit am Rohrende. Der Fehler wird minimiert, wenn die Dauer der Dosierung so lang wie möglich ist.

Mess-Systeme aller Art

Die handelsüblichen Durchflussmesser besitzen in der Regel einen Stellbereich der Messung, der kleiner ist als der Förderbereich der magnetgekuppelten GATHER-Zahnradpumpe (bis zu 1:400). Es folgen hier Beispiele von Messsystemen mit Vorzügen und Grenzen.

Massenstrommesser (Stellbereich 1:20)

Die Messung mit einem Massenstrommesser, der in die Rohrleitung eingebaut wird, basiert auf der Massenbeschleunigung. Die Flüssigkeit wird in der Regel durch ein omegaförmiges Rohr geleitet, das in Mikroschwingungen versetzt wird. Die resultierende Kraft (Coriolis-Kraft) wird gemessen und entspricht in Abhängigkeit vom Innendurchmesser des Omegarohres einem Massenstrom. Der Massenstrommesser kann bis hinunter auf 1,0 g/min (ca. 1,0 ml/min) messen. Durch seine Bauweise besitzt der Massenstrommesser einen relativ kleinen Stellbereich, mit steigendem Massenstrom bzw. steigender Viskosität steigt der Druckverlust im Massenstrommesser an.

Waage (Stellbereich offen)

In der Regel wird von einer Waage herunter dosiert. Es ist die exakteste Messmethode mit dem weitesten Stellbereich. Diese Art der Massenstrommessung ist im Laborbereich weit verbreitet. Gleichzeitig ist sie sehr aufwändig (besonders im Ex-Bereich), da Erschütterungen die Messungen verfälschen können.

Volumenstrommesser

Die Volumenstrommessung bringt ähnlich genaue Ergebnisse wie die Massenstrommessung. Dies gilt aber nur unter bestimmten Voraussetzungen: Konstante Temperatur bzw. Dichte und keine Gaseinschlüsse.

MID – Magnetinduktive Durchflussmessung (Stellbereich 1:50)

Der MID ist der vielseitigste Volumenstrommesser. Es muss nur eine Voraussetzung erfüllt sein: Die Flüssigkeit benötigt einen diskreten elektrischen Mindestleitwert.

Zahnradzähler bzw. Ovalradzähler (Stellbereich 1:25)

Der Zahnradzähler findet häufig bei einer hohen Viskosität der Flüssigkeit Verwendung. Beim Anfahren benötigt er eine Mindestgeschwindigkeit der Flüssigkeit, damit die Zahnräder sich bewegen. Der Zahnradzähler ist sehr kostspielig, da er eine individuelle Auswertungselektronik benötigt.

Der aktive Zahnradzähler in der DRIPmatic. Turbinendurchflussmesser (Stellbereich 1:15)

Der Turbinendurchflussmesser ist eine preiswerte Inline-Volumenstrom-Messung. Er ist jedoch nur begrenzt einsatzfähig.

Sonstige Messsysteme

Mit einem Durchflussmesser wird direkt die Förderleistung der Pumpe gemessen. Nachfolgend aufgeführte Messsysteme erfassen die Auswirkung der Fördermenge auf den Prozess. Für die Güte des Prozesses sind dann pH-Wert, Druck oder Temperatur die wichtigen Größen. Sie können direkt durch die Veränderung der Fördermenge beinflusst werden.

pH-Meter – pH-Wert Messung

Beispiel: Durch die Zufuhr von Natronlauge soll ein Abwasserstrom, dessen pH-Wert schwankt, vor der Einleitung ins Klärwerk auf einen konstanten pH-Wert gebracht werden. Die Pumpe muss in solchen Fällen einen Stellbereich von 1:100 und mehr abdecken können, das pH-Meter misst nur die Schwankungen um einen Wert herum.

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