optimierung und lösung von technischen abläufen durch ...elektronischen, binären sensoren zur...

Optimierung und Lösung von technischen Abläufen

durch Sensorik, Kommunikations- und Steuerungssysteme

Schulungsunterlagen

Strömungssensoren

2- Strömungssensoren -

Schulungsunterlagen Strömungssensoren, V1.5 Hinweis zur Gewährleistung: Sämtliche auf diesem Datenträger veröffentlichten Daten sind geistiges Eigentum der ifm bzw. wurden uns teilwei-se von Kunden oder Lieferanten zur exklusiven Nutzung überlassen. Wir weisen ausdrücklich darauf hin, dass jedwede Verwertung (insbesondere Vervielfältigung, Verbreitung und Ausstellung) sowie Bearbeitung oder Umges-taltung nur nach vorheriger schriftlicher Zustimmung durch ifm zulässig ist. Diese Schulungsunterlagen wurden unter Beachtung der größtmöglichen Sorgfalt erstellt. Gleichwohl kann keine Garantie für die Richtigkeit und Vollständigkeit des Inhalts übernommen werden. Da sich Fehler trotz intensiver Bemühungen nie vollständig vermeiden lassen, sind wir für Hinweise jederzeit dank-bar. ifm electronic gmbh, Abteilung VTD-STV, Teichstr. 4, 45127 Essen, Tel.: 0201/2422-0, Internet: www.ifm.com


Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 5

1.1 Sensoren im industriellen Fertigungsprozess 5 1.2 Verschiedene Sensoren 5 1.3 Überwachte Größen 5

2 Physikalische Prinzipien und Verfahren zur Strömungsüberwachung 6

2.1 Einsatzbereiche 6 2.2 Verschiedene Verfahren 6 2.3 Mechanische Meßsysteme 8 2.4 Eigenschaften verschiedener Verfahren 8

3 Elektronische Strömungssensoren 9

3.1 Vorteile der elektronischen Strömungswächter 9 3.2 Arbeitsweise der Strömungssensoren 9

3.2.1 Funktionsprinzip 9 3.2.2 Aufbau des Sensors 11

3.3 Eigenschaften der Sensoren 13 3.4 ifm-Strömungswächter 14

3.4.1 Sensoren für Anschluß an Auswerteelektronik 15 3.4.2 Strömungswächter „compact” 16 3.4.3 Luftstromwächter 19

4 Hinweise für den praktischen Einsatz 20

4.1 Überwachung unterschiedlicher Medien 20 4.2 Gehäuseauswahl 20 4.3 Geräte für den Ex-Bereich 21 4.4 Übersicht der Geräteeigenschaften 22 4.5 Verschiedene Eigenschaften der Strömungssensoren 23

4.5.1 Reproduzierbarkeit 23 4.5.2 Schalthysterese 23 4.5.3 Bereitschaftsverzögerungszeit 24 4.5.4 Ansprechzeit 24 4.5.5 Ablagerungen an der Sensorspitze 25 4.5.6 Überwachen von niedrigen Strömungen 25

5 Montagehinweise 26

5.1 Allgemeine Hinweise zum Einbau in Rohrsystemen 26 5.1.1 Einsatz in senkrechten Rohren (Steigrohren) 27 5.1.2 Einsatz in waagerechten Rohren 27

5.2 Montagehilfen für die SIx-Familie 27 5.3 Montagehilfen für die Luftstromwächter (SLx) 29 5.4 Elektrische Anschlüsse 30

5.4.1 Elektrischer Anschluß SFx-Familie 30


5.4.2 Elektrischer Anschluß SCx-Familie 32 5.4.3 Elektrischer Anschluß SAx-Familie 33 5.4.4 Elektrischer Anschluß SIx-Familie 33 5.4.5 Elektrischer Anschluß SLx-Familie 34

6 Einstellhinweise 34

6.1 Einstellhinweise Strömungswächter „compact” (SCx) 34 6.2 Strömungssensor SFx mit Auswerteelektronik VS0200 und VS0200ex 35

6.2.1 Auswerteelektronik VS 0200 mit Temperaturüberwachung 36 6.2.2 Auswerteelektronik VS 0200 mit Leitungsüberwachung 36

6.3 Strömungssensor STx und Auswerteelektronik VS0100ex 36 6.4 Einstellhinweise Strömungswächter „compact” (SIx) 37

6.4.1 Automatischer Abgleich (Learn- bzw. Teachmode) 38 6.4.2 Abgleich auf Unterschreitung der Strömungsgeschwindigkeit 39 6.4.3 Abgleich auf Überschreitung der Strömungsgeschwindigkeit 39 6.4.4 Strömungsschwankungen 40 6.4.5 Besonderheiten beim Gerät SI1010 41

6.5 Einstellhinweise Luftstromwächter (SLx) 42

7 Typische Einsatzgebiete 43

7.1 Strömungssensoren allgemein 43 7.2 Anwendungsbereiche des Luftstromwächters 44 7.3 ifm - Pluspunkte 44

8 Applikationsbeispiele 45

9 Anhang 47

9.1 Kleines technisches Lexikon 47 9.2 Typenschlüssel 50 9.3 Strömungswächter für den Einsatz im Ex-Bereich der Zonen 0 und 1 51 9.4 ifm-Auswerteelektroniken 55


1 Einleitung

1.1 Sensoren im industriellen Fertigungsprozess In automatisierten Fertigungsprozessen werden elektronische Sensoren zur Überwachung von Grenzwerten eingesetzt. Hohe Zuverlässigkeit, lan-ge Lebensdauer und leichte Adaptierbarkeit an elektronische Steuerungen, machen ihren Einsatz anstelle von mechanischen Geräten rentabler. Bei vielen Prozessen, Maschinen und Anlagen sind störungsfreier Betrieb und einheitliche Prozessergebnisse wesentlich vom gleichmäßigen Zufluss von flüssigen und gasförmigen Medien abhängig. Diese Tatsache erfordert den Einsatz von speziellen Sensoren, die in der Lage sind, kritische Ver-änderungen der Strömung oder Ausfälle zu erkennen und über geeignete Auswerteeinheiten weiterzuleiten. Für diese Überwachungsaufgaben kommen mechanisch oder elektronisch arbeitende Verfahren in Frage. Da eine hohe Zuverlässigkeit auch unter schwierigen Einsatzbedingungen ein wesentliches Merkmal guter Senso-ren für die Produktionstechnik ist, soll sich der folgende Text auf die ver-schiedenen Funktionsweisen elektronisch arbeitender Sensoren konzent-rieren. Auch die elektronisch arbeitenden Systeme lassen sich aufspalten; in so genannte messwertbildende Sensoren zur Erfüllung meist regelungstech-nischer Aufgaben und einer in der Praxis stark überwiegenden Gruppe zur Überwachung einer vorgegebenen Mindest- oder Höchstströmungsmenge. Hier ist das Einsatzgebiet von binär arbeitenden Sensoren, die den physi-kalischen Messwert am Ort des Entstehens in ein binäres elektrisches Sig-nal umwandeln und an die Steuerung, die ebenfalls binär arbeitet, schnell und störsicher überträgt. Die folgende Übersicht der gebräuchlichsten hier-bei angewandten Arbeitsweisen zeigt die Vielzahl der Verfahren, ihre Funktionsweise und Möglichkeiten auf.

1.2 Verschiedene Sensoren Man unterscheidet zwei Gruppen: Sensoren, die proportional zur physikalischen Messgröße einen analogen

Spannungs- oder Stromwert liefern und Sensoren, die das Über- und Un-terschreiten eines Wertes durch ein binäres Ausgangssignal anzeigen (High oder Low bzw. Ein oder Aus) In Automatisierungsprozessen werden vorwiegend Sensoren eingesetzt, die Größen auf Grenzwertüber- und -unterschreitung überwachen; also Sensoren mit binärem Ausgangssignal, sprich: binäre Sensoren

1.3 Überwachte Größen • Abstände • Drehzahlen • Drehrichtungen • Temperaturen • Durchflüsse • Drücke


2 Physikalische Prinzipien und Verfahren zur Strö-mungsüberwachung

2.1 Einsatzbereiche Allgemein Neben den induktiven efectoren, die zur Abtastung elektrisch leitender

Materialien eingesetzt werden, und den kapazitiven efectoren, die metalli-sche und nichtmetallische Stoffe, Flüssigkeiten und Stäube erfassen, liefert die ifm spezielle Sensoren zur Überwachung von Strömungen - die so ge-nannten Strömungssensoren. Sie werden eingesetzt zur Strömungsüber-wachung in flüssigen, staub-, granulat- oder gasförmigen Medien. Dazu können so verschiedene Einsatzfälle gehören wie die Überwachung einer Trinkwasserleitung oder einer Kühlwasserversorgung, einer Rohrlei-tung, in der Säure oder Öl transportiert wird, die Überwachung von Füll-ständen in Vorratsbehältern für Mehl oder Granulat, bis hin zur Überwa-chung von Luftströmung in Belüftungs- und Klimasystemen. Für die unterschiedlichen Einsatzgebiete werden Geräte mit unterschiedlichen Druckfestigkeiten und Gehäusen aus unempfindlichen Materialien, u.a. auch für den Einsatz in aggressiven Medien geliefert.

2.2 Verschiedene Verfahren Zur elektronischen Strömungsüberwachung existieren verschiedene Ver-fahren, die im Folgenden näher erklärt werden.

Coriolis - Verfahren Wird ein strömendes Medium senkrecht zur Strömungsrichtung beschleu-nigt, so entsteht eine Kraft, die so genannte Coriolis - Kraft. Diese Kraft ist sehr klein und kann unabhängig von den Stoffparametern gemessen wer-den.

Doppler - Verfahren Wird eine Welle von einem sich bewegenden Gegenstand reflektiert, so beobachtet man eine geringfügige Frequenzänderung der zurücklaufenden Welle, deren Größe der Relativgeschwindigkeit des Gegenstandes direkt proportional ist. Dieser Doppler - Effekt kann sowohl bei Ultraschall - als auch bei elektro-magnetischen Wellen (Millimeterwellen, Licht) beobachtet werden. Ge-messen wird die Partikelgeschwindigkeit von Streukörpern im Medium; die lokale Strömungsgeschwindigkeit wird also nur indirekt erfasst. Kalorimetrisches Verfahren

(Wärmetransportverfahren) Einem geheizten Sensorelement wird durch das vorbeiströmende Medium Energie entzogen, es wird dadurch gekühlt. Aus der Menge der so entzo-genen Wärmeenergie kann auf den lokalen Massefluss am Sensor ge-schlossen werden. Dieses Verfahren misst damit den Massestrom, wobei allerdings einige Stoffparameter, wie die Wärmeleitfähigkeit des Mediums in die Messung eingehen.

Kreuzkorrelations -Verfahren Dieses Verfahren geht davon aus, dass zwei gleichartige Sensoren im festen Abstand voneinander eine sich von Volumenelement zu Volumen-element zufällig ändernde physikalische Eigenschaft des Mediums (Tem-peratur, Dichte, Transparenz, Radioaktivität usw.) messen. Werden die gewonnenen Messsignale miteinander verglichen (korreliert), dann kann aus der Laufzeit zwischen beiden die mittlere Strömungsgeschwindigkeit gewonnen werden.´ Wenn kein natürlich schwankender Parameter im Messmedium vorhanden ist, kann ein solcher von außen durch Impfung mit radioaktiven Stoffen o-der Salzlösungen, durch zyklisches Heizen oder ähnliches aufgeprägt wer-den.


Wirkdruck - Verfahren Nach dem Gesetz von Bernoulli kann aus der bei einer Querschnittsveren-gung (hervorgerufen durch Blenden oder Venturi - Rohre) in einem Rohr auftretenden Druckdifferenz auf den Durchfluss geschlossen werden. Allerdings gehen dabei Strömungsgeschwindigkeit und Dichte des Medi-ums gleichzeitig in die Messung ein, so dass dieses Verfahren nicht ein-deutig als Strömungs- oder Massedurchfluss- Messung bezeichnet werden kann. Darüber hinaus ist es von einer Reihe weiterer Eigenschaften des Mediums abhängig: Der Kompressibilität, dem Geschwindigkeitsprofil und dem Übergang von laminarer in turbulente Strömung.

S1

A1

P1 V1

V1

S2

A2

P2 V2

V2

V

Abbildung 1 Wirkdruck - Verfahren

Ultraschall -Laufzeitverfahren Eine Schallwelle, die in einem strömenden Medium entgegen der Strö-mungsrichtung läuft, braucht für eine vorgegebene Strecke eine geringfü-gige längere Laufzeit als eine Schallwelle, die mit der Strömungsrichtung läuft. Die Laufzeitdifferenz ist proportional zur mittleren Strömungsge-schwindigkeit.

Empfänger E1und Sender S2

D

B

Sender S1 undEmpfänger E2A

β

Abbildung 2 Ultraschall -Laufzeitverfahren

Laufzeitverfahren mit Laserlicht Es wird Laserlicht über ein optisches System durch das Rohr geführt. Die dabei auftretende Laufzeitveränderung wird ausgewertet.

Medium

Fotozelle

Blende

Prisma

Laser

Abbildung 3 Laufzeitverfahren mit Laser

Wirbel - Verfahren Dieses Verfahren zur Bestimmung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit

basiert auf dem Phänomen der Kármánschen Wirbelstraße. Wird ein Kör-per von einem Medium (Gas oder Flüssigkeit) angeströmt, so entstehen hinter ihm Wirbel, deren Frequenz bei geeigneter Anordnung proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist.

Magnetisch - induktives Verfahren Strömt eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit durch ein Magnetfeld, so er-zeugt sie eine elektrische Spannung, die senkrecht zur Strömungsrichtung abgegriffen werden kann. Aufgrund des Faradayschen Gesetzes ist die Spannung direkt proportional der mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Mediums.


Elektrode

B

Q

B

D

z

x

Qy

x

U

v

Abbildung 4 Magnetisch - induktives Verfahren

2.3 Mechanische Meßsysteme Im Gegensatz zu den zuvor erläuterten elektronischen Messverfahren sind In der Industrie besonders die mechanischen Messmittel noch weit verbrei-tet. Das sind z.B. Flügelräder, Paddelschalter, Schwebekörper, Schwing-körper und dergleichen. Diese Geräte können vielfach durch die ifm-Strömungssensoren ersetzt werden.

Mech. Klappen- oder Paddelschalter Ein bewegliches Paddel wird ins Rohr eingesetzt. An dessen Achse kann ein mechanischer Kontakt montiert werden. Bei vorhandener Strömung wird dieser Kontakt geschlossen.

Abbildung 5 Paddelschalter

Schwebekörper Häufig sind auch Schwebekörperdurchflussmeßsysteme im Einsatz. Ein Schwebekörper wird in einem Rohr angesaugt oder angehoben. Die er-reichte Höhe ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit. Durch ein Fenster im Rohr kann mit Hilfe einer Skala der Wert abgelesen werden. Soll nur ein Grenzwert gemeldet werden, so kann ein im Schwebekörper integrierter Magnet mit einem magnetischen Näherungsschalter von außen her erfasst werden.

Abbildung 6 Schwebekörper

2.4 Eigenschaften verschiedener Verfahren In der folgenden Tabelle sind die verschiedenen Verfahren unter ausge-wählten Kriterien gegenüberstellt. Es zeigt sich, dass sich für den Bau von elektronischen, binären Sensoren zur Strömungsüberwachung das kalori-metrische Verfahren am besten eignet.

Mess- geeignet für Druck- Größe der apparativer Verfahren größe Gase Flüssigkeiten Zweiphasen verlust Meßstrecke Aufwand magnetisch induk-tiv

v ja

bedingt

nein

klein

mittel

Wirbel v ja ja mittel mittel mittel US-Laufzeit v weniger gut ja nein groß mittel


Doppler v ja ja weniger gut nein mittel mittel Kreuzkorrelation v ja ja ja gering groß groß Wirkdruck v, qm ja ja groß klein mittel Coriolis qm bedingt ja weniger gut klein groß groß kalorimetrisch qm ja ja bedingt gering klein klein

Abbildung 7 Geeignete Verfahren

3 Elektronische Strömungssensoren

All diese zuvor beschriebenen Verfahren sind jedoch entweder zu unvoll-kommen und störanfällig (z. B. Paddel oder Schauglas) oder technisch zu aufwendig (Doppler Effekt oder magnetisch-induktiv). Daher entschied sich die ifm, ein technisches Verfahren zu nutzen, das nach dem kalorimetri-schen Prinzip arbeitet und eine elektronische Auswertung ermöglicht.

3.1 Vorteile der elektronischen Strömungswächter Gegenüber mechanischen Systemen bieten elektronische Strömungs-wächter entscheidende Vorteile: • weitestgehende Wartungsfreiheit • lageunabhängiger Einbau • kleine Bauformen • hohe Schutzart durch voll gekapselte Gehäuse • hohe Druckfestigkeit • kein Verschleiß • resistent gegen aggressive Medien durch Edelstahlgehäuse • für alle Medien geeignet • elektronische Auswertesignale

3.2 Arbeitsweise der Strömungssensoren

3.2.1 Funktionsprinzip

kalorimetrischen Prinzip ifm-Strömungssensoren arbeiten nach dem kalorimetrischen Prinzip (Wärmetransportverfahren). Hierbei wird das Medium durch eine Wärme-quelle an einer Stelle erhitzt. Der Abtransport der Wärme durch das strö-mende Medium wird durch einen temperaturabhängigen Widerstand er-fasst.

keine Strömung Strömung vorhanden

Abbildung 8 Wärmeverteilung

Die ifm setzt in ihren Strömungssensoren temperaturabhängige Bauteile als Messwertaufnehmer ein. Der Widerstand dieser Halbleiterbauelemente wird bei steigender Temperatur größer (Positive Temperature Coefficient). Der Kennlinienverlauf ist in der Zeichnung unten dargestellt.


Rmin.

1800

1400

1200

1000

800

-25 0 25 50 75 100

Temperatur/°C

Wid

erst

and

R/

600

Rmax.

1600

Abbildung 9 Kennlinie der temperaturabhängigen Bauelemente

Setzt man einen temperaturabhängigen Widerstand in ein Rohr ein, durch das ein Medium fließt, so kann die Spannungsänderung des direkt mit ei-nem konstanten Strom versorgten Bauteils als Hinweis für eine vorhande-ne Strömung ausgewertet werden. Fließt direkt am Widerstand ein Medium vorbei, so wird ein Teil der erzeug-ten Wärmeenergie abtransportiert. Fließt kein Medium, wird nur wenig E-nergie vom Medium aufgenommen, der Widerstand ist wärmer und hat damit auch einen anderen, höheren elektrischen Widerstandswert. Elektronisch können die folgenden Zustände ausgewertet werden: · größerer Widerstand - Medium strömt nicht · kleinerer Widerstand - Medium strömt

RT

direkt geheiztRT = RHRT Temperaturabhängiger WiderstandRH Heizwiderstand

Abbildung 10 Direkt beheizter Messwiderstand

Eine verbesserte Auswertung lässt sich erreichen, wenn ein temperaturab-hängiger Widerstand nicht direkt durch einen Stromfluss geheizt wird, son-dern indirekt durch einen externen Heizwiderstand in seiner unmittelbaren Umgebung. Jetzt lässt sich die Widerstandsänderung bei Temperaturände-rung durch das Medium ohne störenden Heizstrom auswerten.

RT

indirekt geheizt

RH

Abbildung 11 Indirekt beheizter Messwiderstand

Temperaturkompensation Zu Fehlern bei der Auswertung kann es kommen, wenn die Widerstands-änderung nicht durch die Strömung, sondern durch eine Temperaturände-rung im Medium hervorgerufen wird. Um diese störenden Randerschei-nungen zu unterdrücken, wird ein zweites, genau gleiches Bauelement zur Temperaturkompensation eingesetzt.


Dieser Widerstand ist so in die Sensorspitze eingebaut, dass die Erwär-mung durch das Medium erfolgt und nicht durch den Heizwiderstand. Er arbeitet dann als eine Art Thermometer und kann somit die durch Tempe-raturschwankungen des Mediums hervorgerufenen Widerstandsänderun-gen des ersten Messwertaufnehmers kompensieren.

RT

indirekt geheizt

RH

mit KompensationswiderstandRT2

Abbildung 12 Indirekt beheizter Messwiderstand und Temperaturkompen-

sation

3.2.2 Aufbau des Sensors

In den beiden folgenden Zeichnungen wird der technische Aufbau von Sensoren dargestellt, die nach diesem Verfahren arbeiten. Zu erkennen sind zwei Heizwiderstände zur Erwärmung des Messwiderstandes und des Mediums an der Sensorspitze. Der erste temperaturabhängige Widerstand befindet sich zwischen den Heizwiderständen. Ein zweites Bauteil ist seitlich so angeordnet, dass es nur die Mediumtem-peratur erfasst. Es dient zur Kompensation der Temperaturschwankungen im Medium. Die Montage der Bauelemente erfolgt in der Art, dass eine ge-genseitige thermische Beeinflussung nahezu ausgeschlossen ist.

Heizwiderstand

Meßwiderstand

Heizwiderstand

Meßwiderstand

TrägerLeiterfilm

gießharzfreier Raum

Abbildung 13 Aufbau der Sensorspitze

Die Sensorspitze wird durch Heizwiderstände erhitzt. Befindet sich das zu erfassende Medium in Ruhe, wird die erzeugte Wärme gleichmäßig von der Spitze ins Medium abgegeben, d. h. bei beiden Messelementen stellt sich ein bestimmter Widerstandswert ein. Ist jedoch eine Bewegung des Mediums vorhanden, wird die erzeugte Wärme durch das Medium abge-führt. Die Sensorspitze kühlt ab und es ändert sich der Widerstandswert des ers-ten Messelementes. Wie in Abbildung 13, zu erkennen ist, ist das zweite Messelement seitlich in der Spitze integriert. Die Temperatur in diesem Be-reich wird nur durch das Medium selbst beeinflusst. Der Wert des zweiten Messelementes bleibt also gleich, solange die Temperatur des Mediums konstant bleibt. Die quantitative Veränderung des Widerstandes ist in erster Linie vom Me-dium selbst und von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig (siehe Abbildung 16). Die Messung der Geschwindigkeit wird also indirekt über die Temperaturmessung realisiert.


Die Widerstandsänderung im Sensor steht als nichtlineares Analogsignal zur Verfügung und kann in der nachgeschalteten Auswerteelektronik ver-arbeitet werden.

Verstärker

+UB

U

0V

R1 R2

RT1 RT2RH

Sensor Abbildung 14 Sensor mit externer Auswertung

Widerstandsbrücke Die Auswertung der Widerstandsänderungen in den Messwertaufnehmern geschieht mit Hilfe einer Wheatstoneschen Brückenschaltung. Zwischen den beiden Zweigen einer Widerstandsbrücke (A und B) wird die Span-nung gemessen. Ist hier die Spannung = 0 Volt, so ist der Widerstand des einen Zweiges (A) genau gleich dem Widerstand des anderen Zweiges (B). Strömt das Medium, so verändert sich der Widerstand des einen Zweiges durch den Abtransport der Wärmeenergie am direkt beheizten Bauelement und die Brücke wird verstimmt. Zwischen den Brückenzweigen ist eine Spannung messbar, die sich mit der Strömungsgeschwindigkeit ändert. Leider ist dieses Signal nicht direkt proportional zur Strömungsgeschwin-digkeit, sondern folgt einer Kurve die durch die nichtlinearen Messwider-stände hervorgerufen wird. Trotzdem eröffnet dieses Signal die Möglich-keit, Sensoren mit unterschiedlichen, d.h. mit binären oder analogen Ausgangssignalen anzubieten. Die einfachste Form ist, das Signal auf einen Grenzwert zu überwachen und die Meldung: “Strömung vorhanden” oder “Strömung nicht vorhanden” in Form eines binären Ausgangssignals auszugeben. Komplizierter wird es, wenn ein standardisiertes Analogsignal angeboten werden soll. Durch das nichtlineare Sensorsignal ist der Einsatz von Mikroprozessoren not-wendig, die die Linearisierung der Kennlinie vornehmen und 0..10 V- oder 4..20 mA-Analogsignale zu Verfügung stellen. Die Einstellungen der Geräte, bzw. die Schaltpunkte lassen sich teils mit Potentiometern oder bei den Mikroprozessorgeräten durch Drucktaster einstellen.

Signalaus-wertung

Strömung

Signalaus-wertung

Temperatur

AD

Strömungs-sensor

4

5

6

7

8

Eingangs-filter

Poti StrömungSchalter Flüssig/Gas

Tendenz-Anzeige

Analog-Digitalwandler

StrömungRelais

RelaisTemperatur

Poti Temperatur

20 °C 80 °C

Netzteil

RelaisausgangStrömungs-überwachung

RelaisausgangTemperatur-überwachung

16

15

14

13

12

11

10

9

LEDrot

LEDgelb

Netz230 V AC

Abbildung 15 Blockbild VS0200

Auswahl der Messelemente Die Funktionsweise des zuvor beschriebenen Systems ist nur so gut, wie es gelingt zwei Halbleiter für den Sensor zu finden, die über den gesamten Temperaturbereich den annähernd gleichen Kennlinienverlauf besitzen, denn bei Temperaturänderungen im Medium müssen sich beide Brücken-zweige absolut gleich verhalten, um die Brücke nicht durch auseinander-driftende Widerstandswerte zu dejustieren.


Damit ist gewährleistet, dass die Geräte sicher zwischen “Strömung vor-handen” und “keine Strömung” unterscheiden können. Auch bei sich ver-ändernder Mediumtemperatur werden beide Bauelemente proportional ihre Widerstandswerte ändern, das ungeheizte Element kompensiert die Ände-rung der Brückenschaltung, die durch die Temperaturänderung des Medi-ums sonst eintreten würde. So bleibt der Sensor auch bei Einsatzbedingungen, bei denen sich die Temperatur des Mediums ändert, ohne Nacheinstellung funktionsfähig. Abhängig vom Gerätetype sind die Temperaturgradienten bis zu 300 K/min definiert.

3.3 Eigenschaften der Sensoren Bei den ifm-Strömungssensoren handelt es sich um Geräte mit binären oder analogen Ausgangssignalen. Eine Messung des Volumendurchflus-ses (= Volumenstrom durch Zeiteinheit) ist mit bestimmten analogen Gerä-ten möglich. Abhängig vom Gerätetype werden Geräte mit analogem Aus-gang, sowie mit einem oder zwei Schaltpunkten angeboten.

Physikalische Einflüsse Neben den Temperaturänderungen, die in gewissem Maße kompensierbar sind, wirken noch verschiedene andere Parameter auf die Größe des Wärmetransports an der Sensorspitze und damit auf die Änderung der Brückenspannung ein.

Diese können nicht alle exakt bestimmt und stabil gehalten werden kön-nen. Die Abbildung zeigt die Abhängigkeit des Meßergebnisses von ver-schiedenen Größen: Im oberen Bereich sind die Einflüsse auf das Meßer-gebnis durch den Fühler, im unteren Bereich die Einflüsse durch das Medium dargestellt.

Gemessene Strömungs-

geschwindigkeit (v)

Elektrische Linearitäts-bedingung R1 = R2

Meßfühler-Geometrie

Wärme-ÄquivalentbedingungW1 x Q1 = W2 x Q2

Reynoldszahl

Viskosität

Dichte

Homogenität

Wärmeleitfähigkeit

Abbildung 16 Einflüsse auf das Sensorsignal

Da das Sensorsignal stark durch diese Einflüsse bestimmt wird, ist die Ab-leitung eines analogen Ausgangssignals nur dadurch möglich, dass ein Mikroprozessor den jeweiligen Ausgangswert in Abhängigkeit von der Sensorspannung berechnet, also eine Linearisierung vornimmt. Die Vergleichsdaten sind in einem Speicher im Gerät abgelegt. Da bei an-sonsten gleichen Bedingungen für jedes Medium eigene Daten im Spei-cher abgelegt werden müßten, sind im Augenblick nur Geräte für den Einsatzfall in Wasser verfügbar. Es sind durch Speicheränderungen auch Geräte für den Einsatz in Öl oder Gas denkbar.

Arbeitsbereich Im folgenden Diagramm erkennt man den typischen Spannungsverlauf an der Brückendiagonalen des Sensors, in Abhängigkeit von der sich ändern-der Strömungsgeschwindigkeit. Es wird deutlich, dass es sich nicht um ei-ne lineare Veränderung handelt. Besonders gut reagieren wird der Sensor in einem Bereich, in dem die Spannungsdifferenz relativ groß ist, die Kurve also steil ansteigt.


Ein für den Sensor günstiger Arbeitsbereich liegt bei einer Strömungsge-schwindigkeit zwischen 3 und 60 cm/s (bezogen auf Wasser). Da zur Aus-wertung an der Brückendiagonalen eine deutliche Spannungsänderung zwingend notwendig ist, gibt es eine Strömungsgeschwindigkeit oberhalb derer der Kurvenverlauf für eine saubere Auswertung zu flach wird. Diese maximale Strömungsgeschwindigkeit beträgt bei flüssigen Medien 3 m/s und bei Gasen ca. 30 m/s.

V [cm/s]

20 40 60 80 1000 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

U [m

V]

5

0

13

-5

Schaltschwelle

Abbildung 17 Sensorsignal abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit

Das folgende Diagramm verdeutlicht die Abhängigkeit der Strömungsge-schwindigkeit von Rohrdurchmesser und Volumendurchfluß. Es zeigt, bei welchen Verhältnissen der für die Auswertung günstige Bereich zwischen 3 und 60 cm/s eingehalten wird. Und es gibt Hilfestellung auf die Frage, wie eine Anlage geplant werden muß bzw. wie groß Rohrleitungen bei gegebenem Volumendurchfluß sein müssen, damit die ifm-Strömungswächter eingesetzt werden können.

Volumendurchfluß qv

0,001

0,01

0,1

1,0

10

0,01 0,1 1,0 10 102 103

ms

DN 800

DN 500

DN 300

DN 150

DN 80

DN 50

DN 25

DN 15

Str

ömun

gsge

schw

indi

gkei

t v

0,1 1,0 10 104 103

ls

hm3

Abbildung 18 Abhängigkeit zwischen Rohrdurchmesser, Strömungsge-

schwindigkeit und Volumendurchfluß

3.4 ifm-Strömungswächter ifm-Technik Seit 1983 ist die ifm electronic mit elektronischen Strömungswächtern am

Markt präsent. Auf Grund notwendiger Überarbeitungen und Verbesserun-gen der technischen Eigenschaften, werden die zuerst als Handelsware angebotenen Geräte seit 1988 selbst produziert. Und zwar auf der Grund-lage der bekannten, mit SMD-Bauteilen bestückten Filmtechnik.

Hoher Qualitätsstandard Ein hoher Qualitätsstandard, lange Lebensdauer, universelle Einsatzmög-lichkeiten und eine einfache Bedienung der Geräte haben von je her alle Aktivitäten in dieser Produktgruppe bestimmt. Durch den Einsatz der ifm-Filmtechnologie wird die Basis für die gleich-bleibende Qualität der Geräte gelegt. Eine Vielzahl von Tests und Prüfungen während der Produktion stellt die einwandfreie Funktion des Endproduktes sicher.

Gerätesysteme ifm bietet unterschiedliche Gerätesysteme an:


5-Leiter-Strömungssensoren mit getrennter Auswertung, umschaltbar für gasförmige oder flüssige Medien, sowie für Standardanwendungen und Anwendungen im Ex-Bereich Standardcompactströmungswächter mit einem binären Ausgang. Sensor und Auswerteelektronik befinden in einem Gehäuse Analogströmungswächter mit 4..20mA Ausgangssignal oder zwei binären Ausgängen Compact-Strömungswächter mit Tastenbedienung und Selbstlernmodus (Teach mode). Compactströmungswächter mit kurzen Reaktionszeiten und unterschied-lichsten Prozeßadaptern Luftstromwächter, die speziell für den Einsatz in Klimatisierungsanlagen entwickelt wurden. Auch hier sind Sensor und Auswerteeinheit in einem Gerät vereint. Im Ausgang befindet sich ein Relais (potentialfreier Aus-gang)

Abbildung 19 Verschiedene Bauformen

3.4.1 Sensoren für Anschluß an Auswerteelektronik

ifm bietet Sensoren für den Einsatz in unterschiedlichste Medien an. Das Sensorgehäuse ist konstruktionsbedingt eine zylindrische einteilige Kapsel, meist aus Edelstahl (V2A / V4A), aber auch aus PTFE oder Titan. Es ist mit industrieüblichen Dichtflächen und gebräuchlichen Prozeßanschlüssen versehen. Z.B. 1/2 Zoll (G½), 1/4 Zoll (G¼) oder M12 x 1, aber auch für den Einsatz in Hygienebereichen wurden spezielle Adapter entwickelt. Im Inneren der Fühlerspitze sind die beiden Heizwiderstände und die bei-den temperaturabhängigen Widerstände untergebracht. Die industrietauglichen Gehäusematerialien ermöglichen den Einsatz in fast allen flüssigen und gasförmigen Medien. Sensoren für den Anschluß an Auswerteelektroniken sind als Kabelgeräte und als Steckergeräte lieferbar. Die Kabellänge zwischen Sensor und Auswertung sollte wegen extern eingekoppelter Störungen 100m nicht ü-berschreiten (bei 4 x 0,5 mm² Kabel). Die Sensorleitungen sollten getrennt von Steuerleitungssträngen verlegt werden.

Externe Auswerteeinheit Zu jedem Sensor gehört die entsprechende Auswerteelektronik, die ent-weder im Sensor selbst mit untergebracht ist oder in einem externen Ge-häuse geliefert wird. Die externe Auswerteeinheit VS 0200 im Klemm-schienengehäuse kann auf eine Normschiene aufgesetzt werden. Es gibt Ausführungen für 230 V AC, 110 V AC oder 24 V DC Betriebsspannung. Sie ist auch als 19-Zoll-Steckkarte mit Anschlußmöglichkeit für 1 und 2 Sensoren lieferbar.

VS0200 Leistungsmerkmale Die Auswerteeinheit VS 0200 wurde mit verschiedenen Leistungsmerkma-len ausgestattet. Zur optischen Funktionsanzeige werden 11 LEDs einge-setzt. Zur Einstellung des Schaltpunktes, kann über einen Schiebeschalter eine Bereichswahl für den Einsatz des Sensors in gasförmigen oder flüssi-gen Medien vorgenommen werden. Der Feinabgleich erfolgt mit Hilfe eines Potentiometers. Das Ausgangssig-nal wird über ein Relais mit Wechselkontakt nach außen geführt. Das Re-lais ist bei Strömung angezogen.


1 2 3 4 5 6 7 8

Temp. / temp. Strömung / flow

1 Flüssig / liquid2 Gas / gas

ifm electronicD 45127 Essen

20

40 60

80°C

1 2

– +

230 V ACBestell-Nr. / order no.: SN 0101VS 0200


Relais /relay

Relais /relay

– +

9 10 11 12 13 14 15 16

Funktions-anzeige

Abbildung 20 Frontscheibe VS0200

VS200-Optionen Die Auswerteelektronik VS 0200 ist mit verschiedenen Optionen erhältlich. Zum einen kann eine Leitungsüberwachung auf Kurzschluß und Unterbre-chung gewählt werden, zum anderen ist eine Temperaturüberwachung er-hältlich. Diese Optionen stehen nicht gemeinsam zur Verfügung.

Leitungsüberwachung Bei der Option “Leitungsüberwachung” wird die Anschlußleitung zur Aus-werteelektronik auf Leitungsbruch und Kurzschluß überwacht. Der Fehler-fall wird durch eine zusätzliche Leuchtdiode angezeigt. Gleichzeitig steht nach außen über ein zusätzliches Relais ein potentialfreier Wechselkontakt zur Verfügung. Das Relais ist angezogen, solange kein Fehler vorliegt.

Temperaturüberwachung Soll neben einer Strömung auch die Temperatur eines Mediums überwacht werden, so kann die Option “Temperaturüberwachung” gewählt werden. Mit Hilfe eines Potentiometers kann der zu überwachende Wert eingestellt werden, bei der eine Überschreitung der Temperatur angezeigt werden soll. Die Wiederholgenauigkeit des Schaltpunktes liegt bei +4K. Die Überschrei-tung des eingestellten Wertes, signalisiert eine rote LED und ein zusätzli-ches Relais zieht an. Nach außen steht hier wieder ein Wechselkontakt zur Verfügung.

3.4.2 Strömungswächter „compact”

Muß die Strömungsüberwachung an unzugänglichen Stellen in der Anlage erfolgen, so ist eine Trennung zwischen Sensor und Auswerteeinheit sinn-voll. Der Sensor wird am Meßort montiert und die Auswerteeinheit mit den Bedienungselementen befindet sich im Schaltschrank. Soll das Gerät aber in einem Bereich arbeiten der zugänglich ist, hat der Einsatz eines kompakten Systems, d.h. Sensor und Auswertung sind ge-meinsam in einem Gehäuse untergebracht, entscheidende Vorteile: • geringerer Montageaufwand • weniger Platzbedarf • Vorortanzeige des Meßwertes • Vorortabgleich des Schaltpunktes • niedrigerer Preis

Gerätefamilie SCx Die erste Generation der Strömungswächter “compact” wurde für die Ü-berwachung flüssiger Medien konzipiert. Sensor und Elektronik befinden sich in einem Gehäuse. Die Auswerteelektronik ist mit dem Sensor me-chanisch verbunden, der Abgleich erfolgt also direkt am Gerät. Mit Hilfe der 11 Leuchtdioden und nur einem Potentiometer ist der Abgleich des Systems leicht möglich. Die Geräte können direkt am strömenden Me-dium auf den speziellen Einsatzfall eingestellt werden. So sind die Geräte für viele Überwachungsaufgaben einsetzbar.


Abbildung 21 Die erste Generation der Strömungswächter „compact"

Der elektrische Anschluß des Strömungswächters „compact” ist als 3-Leiter ausgeführt. Der Betriebsspannungsbereich beträgt 20 bis 36 V DC. Es sind Kabel- und Steckergeräte erhältlich. Der kontaktlose Schaltausgang ist mit 400 mA belastbar kurzschluß-, über-last- und verpolungsfest. Die Sensorgröße beträgt M 12 x 1, G 1/4 oder G 1/2. Es sind aber auch NPT-Gewinde und spezielle Prozeßanschlüsse, auch für den Hygienebereich verfügbar

Analoges Ausgangssignal Wie unter „Eigenschaften der Sensoren“ bereits beschrieben, eignet sich das kalorimetrische Prinzip durch das nichtlineare Meßsignal nur bedingt für den Bau von Sensoren mit analogem Ausgang. Soll dieses Prinzip trotzdem benutzt werden, so sind spezielle Bedingungen beim Einsatz des Gerätes einzuhalten: • spezifiziert für ein Medium (z.B. Wasser) • spezielle Einbauvorschriften • nur bestimmte Rohrdurchmesser • Mediumsgeschwindigkeit liegt zw. 0..150cm/sec sowie grundlegende Veränderungen in der Konstruktion der Senorspitze und in der Elektronik vorzunehmen: • kleine Massen zum Wärmetransport zum Messwiderstand • hoher Temperaturgradient • Korrekturwerte zur Kurvenlinearisierung sind in einem EEPROM ge-

speichert • Mikroprozessor berechnet in Abhängigkeit vom Meßsignal den ent-

sprechenden Ausgangswert • analoges Display (z.B. Bargraph oder 7-Segment) Werden diese Bedingungen eingehalten, steht ein Meßsignal zur Verfü-gung, das der integrierte Mikroprozessor als Grundlage für das lineare Ausgangssignal nutzen kann. Vergleichswerte stehen ihm dazu in einer mediumabhängigen Tabelle zur Verfügung, die in einem Speicher (EEPROM) abgelegt ist.

Gerätefamilie SIx Bei der neuesten Geräteentwicklung im Bereich der ifm-Strömungssensoren wurde besonderen Wert auf kurze Reaktionszeiten und hohe Temperaturgradienten gelegt. Hinzu kam die Forderung, die A-daption von vielen Prozeßanschlüssen zu realisieren. So wurde neben einer neuen Elektronik auch eine neue Mechanik konzi-piert. Ein Wächtersystem besteht hierbei immer aus einem Sensor mit E-lektronik und einem Adapter. Bei der Entwicklung des neuen Systems wur-de eine Symbiose geschaffen aus den Erfahrungen, die man mit dem Strömungssensor „Compact“ und dem System „Analog“ gemacht hat. D.h. • kurze Reaktionszeiten • schnelle Temperaturkompensation


• Tastenbedienung und Bargraph- bzw. Segmentanzeige • Selbstlernfunktion (Teachmode) • Abschlußmöglichkeit der Adapter aus den Produktgruppen "Druck"

und "Temperatur" (ifm-M0-Adapter) • besonders kurze Ein- und Ausschaltzeiten beim SI1010 (<2sek.) Zur einfache Einstellung wurde eine Zwei-Tastenbedienung gewählt. Un-terstützt wird die Einstellung durch einen Teachmodus, der einen automa-tischen Systemabgleich, d.h. Anpassung an die minimale und maximale Strömungsgeschwindigkeit, ermöglicht. Und es entstanden zwei mechanische Adaptersysteme. Zum einen für Standardanwendungen wie Kühl- oder Schmiermittelüberwachung in Ma-schinen mit variablem Anschluß für z.B. M12-, G½ oder G¼-Gewinde, aber auch für NPT und PT-Gewinde.

M0-Adapter Zum anderen wurde von ifm für den Hygienebereich ein eigener Adapte-ranschluß spezifiziert, dem M0-Adapter, der den Hygienevorschriften nach EHEDG (european hygenic equipment design group) bzw. 3A-Standard entspricht und die jeweiligen Adapter für den Einsatz in Molkereien, Braue-reien usw. aufnehmen kann. Somit kann der Kunde jetzt seine Lagerhaltung in soweit optimieren, dass er nur noch einen Sensortyp mit verschiedenen Adaptern nutzt. Zumal die-se Adapter auch in der Druck- und Temperatursensorik Verwendung fin-den.

1 2 3

⎩ ⎨ ⎧�

A: Sensorspitze; 1: Rohranschluß (T-Stück); 2: Gewindeadapter; 3: Überwurfmutter

M18x1,5

Abbildung 22 Strömungswächter Bauform SI mit Adapter

Gerätettype SI1010 In manchen Applikationen werden Strömungssensoren mit besonders kur-zen Ein- und Ausschaltzeiten benötigt. Durch die Erweiterung der SI-Technologie konnte dies erreicht werden. Für die Heizleistung wurde eine Regelung eingeführt, dadurch sind die Abschaltzeiten kürzer. Schnelleres Einschalten des Gerätes wurde durch die Einführung eines zusätzlichen Triggerpunktes geschaffen. Dieser Punkt kann zwischen dem Low-Flow-Wert und dem Wert für den Schaltpunkt eingestellt werden. Erreicht die Strömungsgeschwindigkeit den Triggerpunkt, wird der Aus-gang geschaltet. Innerhalb einer angemessenen Zeit (ca. 1 Sek.) muß die Strömungsgeschwindigkeit anschließend den Schaltpunkt erreichen, an-sonsten wird der Ausgang wieder abgeschaltet.

Anwendung SI1010 Anwendung findet dieses Gerät hauptsächlich in Werkzeugmaschinen. Mit dem Heranfahren des Werkzeugspindel an das zu bearbeitende Werkstück kann bereits begonnen werden, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Kühl-Schmiermittels den Wert des Triggerpunktes erreicht hat. Mit einem Standardgerät (z.B. SI1000) müßte die Strömungsgeschwindig-keit erst den Wert des Schaltpunktes erreicht haben, bevor die Spindel in Gang gesetzt werden könnte. Der Bearbeitungsprozeß wird also um die Zeit beschleunigt, die die Strömung benötigt, ihre Geschwindigkeit vom Triggerpunkt auf den Schaltpunkt zu erhöhen.


Nicht für das Medium Luft Das Gerät arbeitet mit einer geregelten Heizleistung. Aus diesem Grund kann es nicht in Luft betrieben werden. Die Gefahr, dass eine Überhitzung durch einen Hitzestau in der Spitze entstehen würde, wäre zu groß, da die Abgabe der Wärmeenergie ins Medium Luft wesentlich geringer ist, als in ein flüssiges Medium.

3.4.3 Luftstromwächter

Der Luftstromwächter ist ein Strömungswächter für den Bereich Lüftungs- und Klimatechnik. Er überwacht Luftströmungen in Lüftungsschächten von Klimaanlagen. Bei der Entwicklung des Gerätes wurde besonderen Wert auf eine einfa-che Handhabung gelegt. Das zeigt sich z.B. auch in der Integration eines Relais in den Ausgang, so dass ein potentialfreier Kontakt, wie bei mecha-nischen Schaltern zur Verfügung steht. Somit bleibt die Adaptierung an die Folgeschaltung identisch.

Ausführung Die Geräte werden als Wechselspannungsversion mit 230 VAC, 110 VAC und 24 VAC sowie als Gleichspannungsversion mit 24 VDC geliefert. Die Hülse und der Sensorkopf bestehen aus dem widerstandsfähigen Kunst-stoff Pocan; die Sensorspitze ist mit Kunststoff vergossen. Die in der Hülse untergebrachte Elektronik ist nicht vergossen. Zur besse-ren Wärmeübertragung sind die beiden PTCs auf zwei Metallflächen aus Titan aufgebracht, die bündig mit dem Sensorkopf abschließen. Die Auswerteelektronik und das Ausgangsrelais sind auf einem Träger montiert und in der Hülse fixiert. Angeschlossen wird der Sensor über 4 Leiter: 2 Leiter für die Spannungsversorgung und 2 Leiter für den potential-freien Relaiskontakt.

140133

40

54

32

9,44,4

23 Abbildung 23 Maßzeichnung Luftstromwächter

Merkmale des Luftstromwächters • Sensor, Auswerteelektronik und Ausgangsrelais sind in einem Gehäu-

se untergebracht • Sensorkopf ist aerodynamisch geformt • Formgebung des Sensors verhindert weitestgehend Ablagerungen

und Verschmutzungen • Sensorelemente sind gegen mechanische Zerstörung geschützt • Schutzart IP67 • Ein Potentiometer und zwei LEDs zur leichten Justierung • Markierung für lagerichtigen Einbau • Befestigungsschelle aus Crastin mit Gummidichtung • Einfache Fixierung des Luftstromwächters durch Klemmschraubung,

Einbauschelle wird mitgeliefert • Verschiedene Anschlußspannungsvarianten:

230VAC/110VAC/24VAC/24VDC • Relais-Schaltausgang Schließer 3A/250 V AC • Relais ist bei Strömung angezogen • Einstellpotentiometer 15 Gang • Anlaufüberbrückung 60 Sekunden • Schutzisolation • Umgebungsbereich -10 °C bis +50 °C


• Druckfestigkeit 1 bar • Einstellbereich 1m/s bis 10m/s in Luft • Ansprechzeit ist 3s bis 60s • Temperaturgradient max. 5k/min

Relais

Relaisausgang

LEDrot

Sensor

EinstellungSchaltpunkt

LEDgrün

Referenz

Timer

Verstärker Schaltlogik

Gleich-richter

Netz230 V AC, 110 V AC24 V DC

Regler

Heizwiderstand

Abbildung 24 Blockbild Luftstromwächter

4 Hinweise für den praktischen Einsatz

4.1 Überwachung unterschiedlicher Medien Um möglichst jeden Anwender zufriedenstellen zu können, sind bei der ifm die unterschiedlichsten Sensoren entwickelt worden: Geräte mit verschie-denen Gewindedurchmessern und Prozeßadaptionen, Geräte für bestimm-te Temperatur- und Druckbereiche oder auch Geräte für den Einsatz in ag-gressiven Medien. Die Standardgeräte sind geeignet für Mediumtemperaturen zwischen -25 °C und +80 °C. Für höhere Temperaturen sind Sensoren mit einem Tem-peraturbereich von 0 °C bis +120 °C erhältlich. Diese sind mit einem hoch-temperaturbeständigen Kabel ausgestattet. Beim Luftstromwächter darf die Temperatur zwischen -10°C und +50°C betragen. Bei unter Druck stehen-den Systemen sollte man beachten, dass die Standardsensoren mit Me-tallhülse einem Druck von bis zu 300bar standhalten.

Aggressive Medien Für aggressive Medien empfiehlt sich der Einsatz von Sensoren aus Titan. Diese Geräte weisen die Eigenschaften der Standardgeräte auf. Also, eine Druckfestigkeit bis 300 bar und eine Temperaturkompensation von 300K pro Minute. Darüber hinaus bieten sie aber auch eine gute Beständigkeit gegen aggressive Medien. Diese Geräte sollen auf Dauer die Typen mit PTFE-Gehäusen ablösen, denn durch die schlechtere Wärmeleitfähigkeit gegenüber Metall zeigen diese schlechtere technische Daten. Z.B. liegen die typischen Ansprech-zeiten auf Veränderungen der Strömung bei 2-20 Sekunden und die größte Temperaturänderung darf 7 K pro Minute nicht überschreiten. Auch die Druckfestigkeit von lediglich 5 bar ist im Vergleich sehr niedrig.

4.2 Gehäuseauswahl Aufschluß darüber, welcher Sensorwerkstoff für bestimmte Medien einge-setzt werden kann, gibt das verwendete Rohrmaterial. Der Sensor sollte mindestens aus dem gleichen oder aus besserem Material wie das Rohr selbst bestehen. Soll mit den Sensoren aggressive Medien abgefragt werden, ist zu beach-ten, dass die Wandungen der Rohre meist dicker sind als die Wandungen des Sensors und somit eine Beschädigung des Sensor eher zu erwarten ist, als bei dem Rohr selbst. Eine weitere Möglichkeit das passende Sensormaterial auszuwählen, ist der Blick auf die elektrochemische Spannungsreihe. Es sollte ein Metall-paar mit möglichst geringem Potentialunterschied ausgesucht werden.


Spannungsreihe einiger chemischer Elemente (Metalle) und ihre Normal-spannungen gegen die Normal-Wasserstoffelektrode (Konzentration 1 mol Ionen / Liter):

Elektrische Spannungsreihe Elektrode Spannung in Volt Zink (Zn) - 0,762 Eisen (Fe) - 0,44 Nickel (Ni) - 0,25 Wasserstoff (H2) ± 0 Kupfer (Cu) + 0,345 Silber (Ag) + 0,80 Gold (Au) + 1,5

4.3 Geräte für den Ex-Bereich Auch für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen bietet die ifm spezielle Strömungssensoren an. Es handelt sich um Ganzmetallsensoren in V4A (1.4571) für den Einsatz in Zone 0 und Zone 1 (Definition, siehe Anhang), mit einem Druckbereich bis 30 bar und um Kunststoffsensoren in PTFE für die Zone 1 mit einer Druckfestigkeit bis max. 5 bar. Die Geräte sind durch das blaues Kabel leicht von den Standardsensoren zu unterscheiden. Für die Zone 1 stehen allerdings auch Steckergeräte mit M12-US-Stecker zur Verfügung. Zu diesen Sensoren wird eine spezielle Auswerteeinheit VS0200ex angeboten.

VS0200ex Die spezielle Auswerteelektronik VS0200ex hat die Zulassung der PTB (Physikalisch technische Bundesanstalt) und ist durch ein blaues Typen-schild und eine blaue Klemmenleiste auf der Sensorseite kenntlich ge-macht. Die Einheit wird mit einer Konformitätsbescheinigung der PTB ausgeliefert. In der Kombination (Sensor mit blauem Kabel und spezieller Elektronik VS0200ex) darf der Sensor in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1 eingebaut werden. Die Montage der Auswerteelektronik muß außerhalb des explosionsgefährdeten Bereiches erfolgen.

Sensor Zone 0 Für den Einsatz in Zone 0 wurden spezielle Sensoren entwickelt. Sie zeichnen sich durch einen besonderen mechanischen Aufbau aus. Bei der Gerätemontage ist darauf zu achten, dass nur die Sensorspitze in den Be-reich Zone 0 ragen darf. Das Sensorgehäuse und das Kabel kann sich in Zone 1 oder höher befinden und die Auswertung ist außerhalb dieser Zo-nen im Schaltschrank einzubauen. Der Sensor darf nur mit der speziellen Auswertung VS0200ex kombiniert werden.

VS 0200 Ex i

Zone 0 Zone 1oder Zone 2

Außerhalb desEx-Bereichs

Dichtung

Abbildung 25 Einbau Strömungssensor Ex-Zone 0


4.4 Übersicht der Geräteeigenschaften Die folgenden Tabellen zeigen verschiedene Sensortypen der ifm aufgeteilt nach Gerätefamilien und geordnet nach Werkstoffen, Druckbereichen, Me-diumtemperaturen, Einsatzfälle und Art der Auswertungen.

Standard aggressive Medien

Hochtemperatur-Bereich

Zone 0 Zone 1

Gehäusewerkstoff

V2A(1.4305) V4A(1.4571)

PTFE V4A(1.4571) V4A(1.4571) V4A(1.4571)PTFE

Prozeßanschluß M12, G¼,G½, Schneidring T-Verschraubung

M12, G¼, G½ M12, G¼,G½, Schneidring T-Verschraubung

M12, G¼, G½ M12, G¼, G½

Druckbereich 30bar 5bar 30bar, 300bar 30bar 30bar, 5bar Medium flüssig, gasför-

mig flüssig, gas-förmig

flüssig, gasförmig flüssig, gasförmig flüssig, gas-förmig

Mediumtemperatur -25...+80°C -25...+80°C -25...+80°C -20..+60°C -25...+80°C

Abbildung 26 Bauform SFx (Standardsensor für externe Auswertung)

Standard Gehäusewerkstoff Elektronik

PBTP

Gehäusewerkstoff Sensor

V2A(1.4305) V4A(1.4571)

Prozeßanschluß M12, G¼,G½, Schneidring T-Verschraubung

Druckbereich 30bar Mediumtemperatur -25...+80°C Besonderheit

Abbildung 27 Bauform SCx (Standardcompakt)

Standard (cm/s) Standard (cm/s) Standard (l/min) Standard (l/min) Gehäusewerkstoff Elektronik

PBTP PBTP PBTP PBTP


V4A(1.4571) V4A(1.4571) V4A(1.4571) V4A(1.4571)

Prozeßanschluß M16x1,5 M16x1,5 T-Verschraubung T-Verschraubung Druckbereich 30bar 30bar 30bar 30bar Medium Wasser Wasser Wasser Wasser Mediumtemperatur 0...+80°C 0...+80°C 0...+80°C 0...+80°C Ausgang 4..20mA 2xPNP no/no 4..20mA 2xPNP no/no Besonderheit Rohr ø 40-100mm Rohr ø 40-100mm für 10l, 20l oder 40l für 10l, 20l oder 40l

Abbildung 28 Bauform SAx (Kompakt mit Analogausgang)

Standard aggressive Medien schnellschaltend Hygienebereich Gehäusewerkstoff Elektronik

PBTP/PC PBTP/PC PBTP/PC PBTP/PC


V4A(1.4404) Titan V4A(1.4404) V4A(1.4404)

Prozeßanschluß M18x1,5 M18x1,5 M18x1,5 M0-Adapter Druckbereich 300bar 300bar 300bar 300bar Medium flüssig, gasförmig flüssig, gasförmig flüssig flüssig, gasförmig Mediumtemperatur -25...+80°C -25...+80°C -25...+80°C -25...+120°C* Ausgang 1xPNP prog. no/nc 1xPNP prog. no/nc 1xPNP prog. no/nc 1xPNP prog. no/nc


Zertifiziert 3A Geprüft EHEDG Besonderheit Teachmode Teachmode Teachmode Teachmode

* max. 1Std. bei 60°C Umgebungstemperatur

Abbildung 29 Bauform SIx (Kompakt mit verschiedenen Adaptern)

Standard Gehäusewerkstoff Elektronik

Pocan

Sensorfläche Titan Prozeßanschluß spez. Adapter Druckbereich 1bar Medium Luft Mediumtemperatur -10...+50°C Ausgang potentialfreier Relaiskontakt

Abbildung 30 Bauform SLx (Luftstromwächter)

4.5 Verschiedene Eigenschaften der Strömungssensoren

4.5.1 Reproduzierbarkeit

Bei binären Sensoren spielt, im Gegensatz zu meßwertbildenden Senso-ren, die Linearität der Kennlinie eine untergeordnete Rolle, da als Informa-tion lediglich die Überschreitung oder Unterschreitung eines Grenzwertes ausgegeben wird.

Wiederholgenauigkeit Wichtig für binäre Sensoren ist, dass die einmal eingestellte, zu überwa-chende Größe, auch beim wiederholten Überschreiten das Schaltsignal immer bei dem gleichen Wert liegt.

Reproduzierbarkeit Die Abweichung der Strömungsgeschwindigkeit von der eingestellten Grenzgeschwindigkeit beim wiederholten Auslösen des Schaltsignals (Schaltpunkt), bei sonst gleichen Randbedingungen (zum Beispiel Tempe-ratur), nennt man Reproduzierbarkeit. Die Abweichungen des Schaltpunktes von der Grenzgeschwindigkeit über längere Zeit wird Langzeitstabilität des Schaltpunktes genannt. Eine gute Langzeitstabilität ist für den Anwender deswegen von Bedeutung, weil da-durch die Zeit bestimmt wird, nach der eine Überprüfung des eingestellten Schaltpunktes vorgenommen werden muß. Bezogen auf die zu überwachende Grenzgeschwindigkeit erhält man beim kalorimetrischen Verfahren die größte Stabilität im Bereich kleiner Strö-mungsgeschwindigkeiten. Dieses resultiert aus der dort gemessenen, sehr viel steileren Spannungskennlinie (siehe Abbildung 17).

4.5.2 Schalthysterese

Die gleiche Änderung der elektrisch eingestellten Schaltschwelle entspricht im unteren Geschwindigkeitsbereich einer wesentlich kleineren Änderung der Strömungsgeschwindigkeit als im oberen Bereich. Deutlich wird das an der für zwei Arbeitspunkte eingezeichneten Schalthysterese in der folgen-den Abbildung. Aber auch Verzerrungen in der Kennlinie des Sensors, die durch Änderung der Umgebungsbedingungen oder Verschmutzung verursacht werden können (Übergang von Kennlinie a zu Kennlinie b), wirken sich im unteren Geschwindigkeitsbereich geringer aus. Das ist auch der Grund, weshalb eine Einstellung der Grenzgeschwindigkeit unterhalb von 60 cm/s für Was-ser empfohlen wird.


a

1

H

H

0

1

2

L

O

0 1

OG2

UG2

OG1

UG1

umax

vmax

u

v

Abbildung 31 Hysterese

4.5.3 Bereitschaftsverzögerungszeit

Nach dem Anlegen der Betriebsspannung muß sich die interne Span-nungsversorgung stabilisieren und die Elektronik ihr thermisches Gleich-gewicht erreicht haben. Die Zeit, die verstreicht, bis diese elektrischen und thermischen Ausgleichsvorgänge abgeschlossen sind und das strömungs-abhängige Ausgangssignal sichergestellt ist, wird Bereitschaftsverzöge-rungszeit genannt und kann bis zu 30 Sekunden betragen. Während dieser Zeit ist der Ausgang geschaltet bzw. das Ausgangsrelais ist angezogen. Dieser Zustand ist bei der Überwachungsaufgabe mit zu berücksichtigen. Auf diese Weise ist es zum Beispiel möglich, einen Pro-zeß gemeinsam mit der Versorgung für den Strömungswächter zu starten, ohne dass der Ausgang des Strömungswächters den Prozeß während der Bereitsschafts-verzögerungszeit wieder abschaltet.

4.5.4 Ansprechzeit

Wird ein Strömungswächter von Wasser umströmt, so gehören zu jeder Strömungsgeschwindigkeit bestimmte Abkühlverhältnisse und eine zuge-ordnete Übertemperatur des beheizten Temperaturfühlers. Nach einer sprunghaften Änderung der Strömungsgeschwindigkeit kann sich die Tem-peratur im Sensor nicht sprunghaft ändern. Mit der Kapselung des Sensors ist eine thermische Trägheit verbunden, die dazu führt, dass das Sensorausgangssignal erst verzögert auf die neu-en Bedingungen anspricht. Die Ansprechzeit ist die Zeit, die zwischen dem sprunghaften Anstieg des Durchflusses über den eingestellten Schaltpunkt hinaus bis zum Schalten des Ausgangs vergeht. Diese hängt ab von den Abkühlbedingungen vor und nach der Änderung des Durchflusses und damit auch vom eingestellten Schaltpunkt. Sie liegt üblicherweise zwischen 1 s und 10 s. Die Ansprechzeit kann in Verbindung mit der Hysterese dazu genutzt werden, auch stark schwan-kende Durchflüsse oder sogar periodisch unterbrochene Durchflüsse auf einen eingestellten Mittelwert hin zu überwachen.


4.5.5 Ablagerungen an der Sensorspitze

Bei einigen Anwendungen kommt es zu Ablagerungen am Sensor. Sie können die Funktion des Strömungswächters beeinträchtigen. Durch ihre schlechte Wärmeleitfähigkeit können die Ablagerungen die Abkühlung des beheizten Temperaturfühlers behindern. Das führt dann zu einer Verzer-rung der Kennlinie und damit zu einer Verschiebung der Schaltpunkte. Durch die Wärmekapazität der Ablagerungen wird die wirksame Wärme-kapazität des Sensors vergrößert und damit die Reaktion auf Änderungen der Strömung verlangsamt. Bereitschaftsverzögerung und Ansprechzeit wachsen in diesem Fall an. Einige Hersteller fertigen zweigeteilte Sensoren, bei denen sich die Meß-fühler in verschiedenen Spitzen befinden. Hierbei kann es jedoch leichter geschehen, dass eine Fühlerspitze mechanisch beschädigt wird oder ver-schmutzt. Auch ist es viel schneller möglich, dass Teile aus dem Medium zwischen den beiden Spitzen hängenbleiben. Weiterhin kann es bei solchen Zwei-stift-Sonden durch die Wärmeleitfähigkeit von Ablagerungen zu einer Wärmebrücke zwischen den beiden Stiften und damit zwischen dem be-heizten Temperaturfühler und dem Referenzfühler kommen. Schaltpunkt-drift ist hier die Folge. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass die bei niedrigeren Geschwin-digkeiten sehr steile Kennlinie dafür sorgt, dass sich dort Änderungen in den Abkühlverhältnissen (zum Beispiel durch Verschmutzung) wesentlich geringer auf die Schaltpunktdrift auswirken als im oberen, flachen Teil der Kennlinie. Liegt der eingestellte Schaltpunkt im unteren Geschwindigkeitsbereich - für Wasser zum Beispiel bei 20 cm/s -, so kann über lange Zeit mit stabilen Ergebnissen gerechnet werden. Bei Verschmutzung kann das erforderliche Wartungsintervall für die Reinigung in diesem Fall größer gewählt werden. Läßt sich eine Verschmutzung oder ein Belag der Sensorspitze nicht ver-meiden, so ist unter Umständen eine periodisch durchgeführte Reinigung erforderlich, deren Zeitabstände dem Problem angepaßt werden. Hierbei ist die Auswirkung der Ablagerungen auf Schaltpunktdrift, Ansprechzeit und Bereitschaftsverzögerungszeit zu berücksichtigen. Besonders bei den analogen Sensoren SAx werden die Ausgangssignale dadurch verfälscht, dass sich das im Wasser befindliche Kalk auf der Sen-sorspitze absetzt. Mit einem weichen Tuch läßt sich die Ablagerung leicht entfernen. Hartnäckigere Ablagerung können mit handelsüblichen Essig-reinigern entfernt werden.

4.5.6 Überwachen von niedrigen Strömungen

Für das Erkennen von Strömungen bei besonders geringem Volumenfluß (d.h. die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr ist viel geringer als 3 cm/sec) wird ein besonderer Adapter (Flow-Adapter) eingesetzt, der durch seine spezielle Konstruktion im Innern das sichere Überwachen von sehr gerin-gen Durchflußmengen garantiert. Er ist erhältlich für alle Sensorbauformen mit M12-Gewinde und zum Teil auch mit G¼-Gewinde. Somit können Durchflußmengen von 2 ml/min bis zu 50 ml/min noch überwacht werden (Werte bezogen auf Wasser).


7

26

3527,5

G8

1

10 5,3

Abbildung 32 Maßzeichnung Flow-Adapter

Die Flow-Adapter können für die Gerätefamilien SFx, SCx und SIx glei-chermaßen benutzt werden. Für den Einsatz in verschiedenen Applikatio-nen stehen unterschiedliche Gehäusewerkstoffe zur Verfügung. Material Gewindebohrung ALCM Mg Pb (3.1645) schwarz eloxiert M12 V4A (1.4571) M12 PVDF M12, G¼

Abbildung 33 Verschiedene Flow-Adapter

Grundsätzlich sind die Adapter zugelassen für flüssige und gasförmige Medien. Zur Abdichtung ist der beiliegende O-Ring zu verwenden. Daraus ergibt sich eine Druckfestigkeit von 3 bar. Soll eine höhere Druckfestigkeit bis 30 bar erreicht werden (bei Kunststoff max. 5 bar), so ist der Sensor mit Loc-tite 683 einzukleben. Zu beachten ist, dass sich bei Verwendung von Flow-Adaptern die An-sprechzeiten verlängern. Das resultiert aus der großen zusätzlichen Masse an der Sensorspitze und aus dem sehr kleinen Durchfluss. Daraus ergibt sich auch, dass große Temperaturdifferenzen zwischen Umgebung und Medium vermieden werden sollten. Besser ist ein gleiches Temperaturni-veau.

5 Montagehinweise

5.1 Allgemeine Hinweise zum Einbau in Rohrsystemen Um Fehlfunktionen des Sensors durch Verwirbelungen oder Turbulenzen im Medium zu vermeiden, sollte das Gerät in einem Mindestabstand von 3 mal Rohrdurchmesser vor und 5 mal Rohrdurchmesser nach Krümmun-gen, Ventilen o. a. eingebaut werden.

nicht einbauen ca. 5 mal Rohrdurchmesser nachder letzten Biegung (Knick, Ventil, Verengung...)und 3 mal Rohrdurchmesser vor der nächsten Biegung(Knick, Ventil, Verengung...)

Einbau möglichst von unten

Gut geeignete Einbauzonen für den Sensor

nicht in sog.Fallrohren

Abbildung 34 Einbauabstände zu Störgrößen im Rohr


5.1.1 Einsatz in senkrechten Rohren (Steigrohren)

Bei senkrecht verlaufenden Rohren empfiehlt sich die Montage dort, wo der Medienfluß von unten nach oben erfolgt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Sensorspitze immer vom Medium umströmt wird und das Meßer-gebnis nicht durch Strömungsabriß oder Verwirbelungen, die in einem Fall-rohr auftreten können, verfälscht wird.

5.1.2 Einsatz in waagerechten Rohren

Bei waagerecht verlegten Rohren sollte die Montage, wie in der Zeichnung unten dargestellt, im Bereich 45° von der waagerechten Achse gesehen, vorgenommen werden. Der Luftstromwächter wird stets von der Seite mon-tiert.

Dichtung

15

Montagemaß M 12 x 1, G 1/4

315° 45°

135°225°

Montagemaß G 1/2L= 23 mm für Strömungswächter compactL= 33 mm für Strömungssensor

Dichtung

L

Abbildung 35 Einbaulage in waagerechten und senkrechten Rohren

5.2 Montagehilfen für die SIx-Familie Die mechanische Entwicklung der SIx-Familie folgt dem Trend der ifm Druck- und Temperatursensoren: möglichst nur ein Geräte für verschie-denste Applikationen. Die jeweiligen mechanischen Besonderheiten der Prozeßanschlüsse wer-den über zusätzliche, anschraubbare Adapter realisiert. Im ersten Schritt hieß das also, Definition einer oder mehrerer mechanischer Schnittstellen. Bei den SIx-Geräten hat man sich auf zwei Schnittstellen beschränkt. SI1000-Familie Die SI10xx haben jeweils eine Überwurfmutter mit M18x1,5mm Innengewinde. Die Geräte können in Verbindung mit den A-daptern M12, ½ und ¼ Zoll die Standardgeräte "compact" ersetzen. Mit Hil-fe eines speziellen Adapters auf M26x1,5mm, ist auch die Benutzung des T-Stücks mit L18 Abzweig möglich (siehe auch Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.).


M12x1 G 41

Anschluß an handelsübliche Einschweißmuffen

Anschluß an T-Verschraubung E 40079-E 40083

G 21

SI 1000/1010

L18

Abbildung 36 Verschiedene Adapter für Bauform SI1000

SI2000-Familie Jede Applikation erfordert spezielle Geräteeigenschaften. Besonders bei der Produktion von Nahrungsmitteln, werden sehr hohe mechanische Merkmale im Bezug auf Dichtigkeit und Materialbeständigkeit benötigt. Hinzu kommt, dass an den Teilen der Geräte, die direkt mit der Nahrung in Berührung kommen, keine Öffnungen, Spalten oder Nischen vorhanden sein dürfen, in denen sich Verunreinigungen absetzen und Bakteriennester bilden könnten. Geräte mit der EHEDG-Prüfung und mit der 3A-Zertifizierung erfüllen diese Forderungen. Sie werden speziell auf dieser Eigenschaften hin untersucht. Die ifm SI2000-Geräte wurden speziell auf diese Einsatzfälle hin entwickelt und besitzen sowohl die EHEDG-Prüfung, als auch die 3A-Zertifizierung. Als mechanische Schnittstelle wurde der ifm-M0-Anschluß gewählt. Da dieser Anschluß auch bei den Druck- und Temparatursensoren zum Ein-satz kommt, stehen bereits unterschiedlichste Adapter zur Verfügung. Hier nur einige zur Auswahl: Clamp

Abbildung 37: Rohrverschraubung

Abbildung 38: Varivent (Trademark Tuchenhagen)


Abbildung 39 Eine Auswahl verschiedener M0-Adapter

5.3 Montagehilfen für die Luftstromwächter (SLx) Wegen der stromlinienförmigen Gestaltung der Sensorspitze und der An-ordnung des PTCs, ist es notwendig, dass die Geräte in der vorgeschrie-benen Weise eingebaut werden; hierbei hilft eine Markierung am Stopfen des Luftstromwächters. Allgemein sollten die Geräte immer so eingesetzt werden, dass die gesam-te Sensorspitze in das Medium hineinragt und umströmt wird.

min. 32 mm max. 120 mm Abbildung 40 Einbauvorschrift Luftstromwächter

Eintauchtiefe (a) beim Luftstromwächter: min. 32mm, max 120mm Für den Einbau des Luftstromwächters wird eine Befestigungsschelle mit-geliefert. Sie wird auf den Luftkanal montiert. Durch die Klemmschraube an der Seite der Schelle, kann der Sensor schnell montiert und demontiert werden.

140133

40

54

32

9,44,4

23 Abbildung 41 Maßzeichnung Luftstromwächter

Auch der Luftstromwächter arbeitet nach dem kalorimetrischen Prinzip. Die beiden PTCs sind gegenüberliegend in der Sensorspitze angebracht. Für den lagerichtigen Einbau ist es wichtig zu wissen, welcher der PTCs be-heizt wird. In waagerecht verlaufenden Kanälen muß dieser nach oben zeigen. Von Außen wurde das durch eine Marke am Anschlußstopfen kenntlich gemacht.


Markierung

Poti

LED’s

Abbildung 42 Anschlußstopfen des Luftstromwächters

Die Marke zeigt immer in Flußrichtung der Strömung. Bei waagerecht ver-laufenden Kanälen wird das Gerät so gedreht, dass die Marke oberhalb des Kabelausgangs steht. Bei senkrecht verlaufenden Kanälen befindet sie sich rechts oder links neben dem Kabel.

LED´sPOTI

Markierungspfeil

LED´s

POTI

Markierungs-pfeil

Abbildung 43 Position der Markierung beim Luftstromwächter

5.4 Elektrische Anschlüsse

5.4.1 Elektrischer Anschluß SFx-Familie

Bei den Geräten der SFx-Familie sind Sensor und Auswertung getrennt. Die Auswerteelektronik kann für verschiedene Betriebsspannungsbereich geliefert werden:

VS0200 (schmale Bauform)

VS0200 (Standard-Bauform)

VS0200 (EURO-Karte 4TE/3HE)

VS0200 Ex i (Standard-Bauform)

VS0200 Ex i (EURO-Karte 4TE/3HE)

24 V DC x x x x x 110 V AC x 230 V AC x x x

Die elektrischen Verbindungen richten sich nach den Bauformen:

6BU5WH

12A

1BK 2BN 3GY

10 11 Abbildung 44 VS0200 (schmale Bauform)

Versorgungsspannung Pin 10 L+; Pin 11 L-

Halbleiterausgang (pnp) Pin 12 Ausgang; Pin11 L-


Sensorleitungen Pin 1 bk (schwarz) Pin 2 bn (braun) Pin 3 gy (grau) Pin 4 wh (weiß) Pin 5 bu (blau)

1 2 3 4 5 6 7 8


1 Flüssig / liquid2 Gas / gas

ifm electronicD 45127 Essen

20

40 60

80°C

1 2

– +

230 V ACBestell-Nr. / order no.: SN 0101VS 0200


Relais /relay

Relais /relay

– +

9 10 11 12 13 14 15 16

Funktions-anzeige

Abbildung 45 VS0200 (Standard-Bauform)

R212345678

910111213141516

2

1

4

3

5

R1

L1

WH

BU

BN

BK

GY N

L+

L-AC DC

Abbildung 46 Kontaktbelegung VS0200 (Standard-Bauform)

Versorgungsspannung Pin 15 L+DC (L1)AC Pin 16 L- DC (N) AC

Ausgang Strömungsüberwachnung (Wechsler) Pin 14 Ausgang Pin 15 Schließer Pin 13 Öffner

Ausgang Leitungs- oder Temperaturüberwachnung (Wechsler) Pin 11 Ausgang Pin 9 Schließer Pin 10 Öffner

Sensorleitungen Pin 4 wh (weiß) • Pin 5 bu (blau) • Pin 6 bn (braun) • Pin 7 bk (schwarz) • Pin 8 gy (grau)

flüssiggasförmig

flüssiggasförmig

SchalterBereichswahl

Abbildung 47 VS0200 Euro-Karte


d b z

2468101214161820222426283032

R1 (K1)

R2 (K2)

z10

WH

BU

BN

BK

GY

z2

z4

z6

z8

b10

WH

BU

BN

BK

GY

b2

b4

b6

b8

z12/b12

z14/b14

b18

b20

z18

b30

b32

z30

R2 (K1)

b22

b24

z22

R1 (K2)

b26

b28

z26

Abbildung 48 Kontaktbelegung VS0200 Euro-Karte

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15

VS 0200 Exi 110V AC, ±10%, 47...63 HzBestell-Nr./order no.: SN 0112

ifm electronic gmbhD 45127 Essen

Leitungsüberw.wire mon.Relais/relay

16

Steuerkreis/eigensichercontrol circuit:PTB Nr.: Ex-94.C.2030 XSerien Nr.:P-1,41WUo-15,8VEEx ia II C:La-350µHCa-57nF

Ik-228mA

EEx ib II C:La-350µHCa-477nF

[EEx ia] II C

EEx ia II C bzw. EEx ib II C

Strömung/flow

Relais/relay

1 Flüssig/ liquid2 Gas/gas

1 2

Abbildung 49 VS0200 Ex i

Gegenüber der Bauform VS0200 sind die Pin-Belegungen anders:

Versorgungsspannung Pin 15 L+DC (L1)AC Pin 16 L- DC (N) AC

Schutzleiter Pin 14 PE(AC)

Ausgang Strömungsüberwachnung (Wechsler) • Pin 11 Ausgang • Pin 9 Schließer • Pin 10 Öffner • Ausgang Leitungs- oder Temperaturüberwachnung (Wechsler) • Pin 13 Ausgang • Pin 12 Schließer

Sensorleitungen • Pin 4 wh (weiß) • Pin 5 bu (blau) • Pin 6 bn (braun) • Pin 7 bk (schwarz) • Pin 8 gy (grau)

5.4.2 Elektrischer Anschluß SCx-Familie

Die Standard-Bauform „compact“ steht als Kabel- und Steckergerät zur Verfügung. Die Öffner/Schließer-Programmierung erfolgt durch Umpolen der Beriebsspannung.


BN

BK

BU

L+

L BN

BK

BU L+

L

L+

L

1

3

/2 4

L+

L1

3

/2 4

Abbildung 50 Anschlußbelegung Standard-Bauform „compact“

5.4.3 Elektrischer Anschluß SAx-Familie

Die Geräte der Kompakt-Bauform SAx werden mit M12-US-Stecker gelie-fert. Da zu dieser Gerätefamilie Sensoren mit analogen oder binären Aus-gängen gehören, ist besonders auf die Steckerbelegung zu achten.

L+

L3 BU

BK

1 BN

/2 4

Abbildung 51 Anschlußbelegung Bauform SAx mit analogem Stromaus-

gang (4..20mA)

L

L+

3 BU

2 WH

4 BK

1 BN

S2 S1

Abbildung 52 Anschlußbelegung Bauform SAx mit zwei binären Schaltaus-

gängen

5.4.4 Elektrischer Anschluß SIx-Familie

Die Geräte der Bauform SI stehen z.Zt. nur als Stecker-Geräte und als PNP-Typen zu Verfügung. Die Öffner/Schließer-Programmierung erfolgt durch Umpolen der Beriebsspannung. Der „learn mode“ kann auch über die weiße Anschlußleitung (Pin 2) aktiviert werden.

3

1

42

P

L+

2

1

4

3

L-

P

L+

2

3

4

1

L-WH

BU

BK

BN

WH

BN

BK

BU

Abbildung 53 Anschlußbelegung SIx mit NPN-Ausgang


P

L+

2

1

4

3

L-

P

L+

2

3

4

1

L-3

1

42

WH

BU

BK

BN

WH

BN

BK

BU

Abbildung 54 Anschlußbelegung SIx mit PNP-Ausgang

5.4.5 Elektrischer Anschluß SLx-Familie

Der Luftstromwächter enthält als einziges Gerät der kompakten Bauformen ein Relais im Ausgang und wird nur als Kabelgerät geliefert.

BN

WH

BU

BK

L1

N

L+

L Abbildung 55 Anschlußbelegung des Luftstromwächters

6 Einstellhinweise

Nachdem die Geräte den Einsatzfällen entsprechend ausgewählt worden sind, kann mit dem Einbau begonnen werden. Wichtig ist dabei, dass die, für die verschiedenen Systeme existierenden Einbauvorschriften beachtet werden. Besonders bei den Analogsystemen ist auf die Vorzugslage zu achten. Nach dem Einschalten der Strömung stellt sich eine stabile Strömung im Rohr nach ca 1-2min ein. Danach kann mit den jeweiligen elektrischen Einstellungen begonnen werden

6.1 Einstellhinweise Strömungswächter „compact” (SCx) Der Strömungswächter wird gemäß den Montagehinweisen in den Strö-mungsweg eingebaut. Die Strömung eingeschaltet, das Gerät elektrisch angeschlossen und die Betriebsspannung angelegt.

Öffner/Schließer-Programmierung Zuvor muß entschieden werden, welche Ausgangsfunktion gewünscht wird. Durch Vertauschen der Versorgungsspannungsleitungen kann das Gerät vom Öffner zum Schließer und umgekehrt programmiert werden.

Bereitschaftsverzögerungszeit Nach dem Anlegen der Betriebsspannung ist der Ausgang für ca. 20 Se-kunden je nach Programmierung: beim Schließer durchgeschaltet beim Öffner nicht durchgeschaltet Dies ist unabhängig vom Strömungszustand. Nach Ablauf dieser Bereit-schaftsverzögerungszeit kann mit dem Schaltpunktabgleich begonnen werden. Hierbei bedeutet: Rechtsdrehen des Einstellpotentiometers “größere Empfindlichkeit”


Linksdrehen des Einstellpotentiometers “geringe Empfindlichkeit”. Hinweis zur Funktionsanzeige:

Eine der roten LED leuchtet: Kein oder zu geringer Abgleich auf die Strö-mungsgeschwindigkeit.

Die gelbe LED: Ausgang ist durchgeschaltet. (Schaltzustandsanzeige)

Eine der grünen LED leuchtet: Abgleich auf die jeweilige Strömung ist er-folgt.

Betriebsreserve Die Position der rot oder grün aufleuchtenden LEDs geben Aufschluß über den Abgleichzustand. Je weiter die grün aufleuchtende LED von der gel-ben LED (Schaltzustandsanzeige) entfernt ist, um so sicherer ist der Ab-gleich bei z. B. Strömungs- bzw. Temperaturschwankungen. Einstellbeispiele Strömungswächter “compact” (SC) Schließerfunktion :

geringe Schwankungen zulässig

große Schwankungen zulässig Öffnerfunktion :

geringe Schwankungen zulässig

große Schwankungen zulässig.

6.2 Strömungssensor SFx mit Auswerteelektronik VS0200 und VS0200ex

Den Strömungssensor gemäß den Montagehinweisen in den Strömungs-weg einbauen und elektrisch mit der Auswerteelektronik VS0200 bzw. VS0200ex verbinden. Die Strömung einschalten und Betriebsspannung an-legen. Die Art des Ausgangssignals (Schließer- oder Öffnerfunktion) kann durch das Wechslerrelais am Ausgang gewählt werden.

Bereitschaftsverzögerungszeit Nach Anlegen der Betriebsspannung wird die Bereitschaftsverzögerungs-zeit aktiviert. In dieser Zeit ist der Ausgang für ca. 30 Sekunden durchge-schaltet, d.h., das Ausgangsrelais ist angezogen. Dies ist unabhängig vom Strömungszustand.

Wahl des Mediums Die Einstellung mit Hilfe der 11 LEDs erfolgt gleich der Beschreibung des Strömungswächters „Compact“ (SC). Zuvor ist jedoch die Empfindlichkeit zu bestimmen. Es können zwei Schalterpositionen gewählt werden: Schalterstellung I - flüssiges Medium Schalterstellung II - gasförmiges Medium Nachdem die Wahl des Mediums erfolgt ist, kann mit dem Abgleich, wie unter „Compact“ (SC) beschrieben, begonnen werden.


6.2.1 Auswerteelektronik VS 0200 mit Temperaturüberwachung

Temperaturüberwachung Die Auswerteelektronik VS0200 wird optional auch mit Temperaturüberwa-chung geliefert. Die Einstellung erfolgt über ein Potentiometer. Der zu ü-berwachende Temperaturwert kann zwischen 20°C und 80°C eingestellt werden. Beim Überschreiten dieses Wertes zieht das zusätzliche Wechslerrelais an und eine rote LED leuchtet. Die eingestellte Temperatur ist auf 4 °C repro-duzierbar.

6.2.2 Auswerteelektronik VS 0200 mit Leitungsüberwachung

Leitungsüberwachung Wird der VS0200 mit Leitungsüberwachung eingesetzt, sind keine zusätzli-chen Einstellmaßnahmen notwendig. Das Fehlersignal wird durch ein zu-sätzliches Wechslerrelais und einer roten LED angezeigt. Bei Kurzschluß oder Leitungsbruch der Sensorleitung fällt das Relais ab und die LED leuchtet.

6.3 Strömungssensor STx und Auswerteelektronik VS0100ex

Die Auswerteelektroniken VS0100 und VS0100ex mit den zugehörigen Vierleiter-Sensoren sind bereits seit längerem durch die Systeme VS0200 bzw. VS0200ex mit den Fünfleiter-Sensoren abgelöst worden. Da diese Geräte jedoch noch vielfach im Einsatz sind, wird hier die Geräteeinstel-lung nochmals beschrieben. Die Strömungssensoren gemäß den Montagehinweisen in den Strö-mungsweg einbauen, die Auswerteelektronik anschließen und Betriebs-spannung anlegen. Nach Anlegen der Betriebsspannung signalisiert die Auswerteelektronik den Zustand “Strömung vorhanden” (LED leuchtet, Ausgangsrelais ange-zogen) und geht nach max. 30 Sekunden in den Zustand “Strömung nicht vorhanden” (LED erlischt, Ausgangsrelais abgefallen) über. Der Strömungswächter (Sensor und Auswerteelektronik) ist nun betriebs-bereit. Die Strömung wird eingeschaltet, und der Abgleich auf das Medium kann vorgenommen werden. Hinweis: Während des Abgleichs muß gewährleistet sein, dass Strö-mungsgeschwindigkeit und Temperatur des Mediums konstant bleiben. Zum Abgleich:

Schaltzustandsanzeige leuchtet nicht Medium strömt, Potentiometer “FEIN” soweit nach links drehen bis LED leuchtet; anschließend Potentiometer “FEIN” nach rechts drehen bis LED erlischt. Der Schaltpunkt für die vorhandene Strömungsgeschwindigkeit ist nun eingegrenzt. Der Abgleich auf die Strömungsgeschwindigkeit erfolgt nun durch erneutes Linksdrehen des Potentiometers “FEIN” bis die LED leuchtet.

Schaltzustandsanzeige leuchtet Medium strömt, Potentiometer “FEIN” nach rechts drehen bis LED erlischt. Der Abgleich auf die Strömungsgeschwindigkeit erfolgt nun durch Links-drehen des Potentiometers “FEIN” bis die LED leuchtet. Ist dieser Abgleich nicht mit dem Potentiometer “FEIN” zu erreichen (z. B. bei Luftströmungen), so muß mit dem Potentiometer “GROB” (Entfernen der Abdeckkappe) ein nach dem zuvor beschriebenen Ablauf ein entspre-chender Vorabgleich vorgenommen werden. Anschließend erfolgt der Ab-gleich wieder mit dem Potentiometer “FEIN”.


Empfindlichkeit verringern Das Gerät ist nun so abgeglichen, dass schon bei geringem Abfall der Strömungsgeschwindigkeit die Meldung “Strömung nicht vorhanden” (LED aus, Relais abgefallen) erfolgt. Betriebsbedingte Strömungsschwankungen oder große Temperaturverän-derungen des Mediums erfordern können eine weitere Verschiebung des Abgleichs zum sicheren Schaltbereich hin erfordern, damit nicht jede Än-derung zur Signalisierung “Strömung nicht vorhanden” (LED aus) des Strömungswächters führt. Hierzu muß das Potentiometer so weit nach links gedreht werden, dass bei der betriebsmäßig zulässigen kleinsten Strömungsgeschwindigkeit noch sicher “Strömung vorhanden” signalisiert wird. Die Störmeldung durch den Strömungswächter erfolgt dann erst bei Unterschreiten dieser Strömungs-geschwindigkeit.

Abgleich mit einem Voltmeter Bei besonders schwierigen Einstellvorgängen (z. B. kleine Strömungsge-schwindigkeit, Temperatursprünge des Mediums) oder zur Kontrolle des Abgleichs kann ein Digitalvoltmeter für Gleichspannung angeschlossen werden. Der Anschluß erfolgt an den Klemmen 5 und 6 der Auswerteelektronik (“+” des Digitalvoltmeters an Klemme 6). Der Abgleich kann jetzt als Span-nungswert im mV-Bereich überprüft werden. Gemessen wird hierbei direkt die Spannung über der Diagonale der Widerstandsbrückenschaltung. Die Auswerteelektronik hat eine fest eingestellte Schaltschwelle im Bereich von ca. + 5 mV bis + 6 mV. Unterhalb von dieser Schwelle zeigt die Aus-werteelektronik “Strömung vorhanden” (LED leuchtet) an, oberhalb wird “Strömung nicht vorhanden” (LED aus) signalisiert. Beim Abgleichvorgang kann nun anhand der Schwellenspannung abgele-sen werden, um welchen Betrag die Einstellung unterhalb oder oberhalb der Schaltschwelle liegt (+ 5 mV bis + 6 mV, LED leuchtet, + 5 mV bis + 6 mV, LED erlischt). Die Spannungsdifferenz zwischen Strömung vorhanden und nicht vorhanden sollte mindestens 15 mV betragen.

6.4 Einstellhinweise Strömungswächter „compact” (SIx) Mikroprozessoren eröffnen neue Möglichkeiten. So auch in der Bedienung von Strömungssensoren. Leuchtdioden und Potentiometer, werden durch Bargraph-Anzeigen, Siebensegment-Displays und Tastenbedienung er-setzt. Hinzu kommt der automatische Bereichsabgleich, der so genannte Teachmode. Bevor mit dem Abgleich des Gerätes begonnen wird, sollten die folgenden Punkte beachtet werden:

Voraussetzungen vor dem Abgleich Da die verschiedenen Eigenschaften des Mediums den Messwert des Ge-rätes beeinflussen, darf der SIx nur im eingebauten Zustand Vorort einge-stellt werden. Er ist universell einsetztbar und besitzt daher keine Vorein-stellungen oder Kompensations-Faktoren. Der SIx darf nur mit einem 4-adrigen Kabel betrieben werden. Wird fälsch-licherweise ein 3-adriges Kabel mit einer Brücke zwischen PIN 2 und 4 verwendet, löst das Einschalten der Endstufe die Fernprogrammierung (Teachmode) aus. Bevor das Gerät eingestellt wird, sollte es betriebswarm sein. Je nach Um-gebungstemperatur dauert das ca. 5min nach dem Anlegen der Betriebs-spannung.


Jeder Teachvorgang muß bei stabilisierter Strömung durchgeführt werden. Es wird eine Wartezeit von ca. 1-2 Minuten empfohlen. Der Teach-Vorgang kann durch Betätigung der LEARN/SET-Taste, aber auch durch Anlegen von +UB an PIN 4 des Gerätesteckers (weiße Leitung an der Kabeldose) aktiviert werden.

6.4.1 Automatischer Abgleich (Learn- bzw. Teachmode)

Der Abgleich beginnt immer mit dem Einlesen des Wertes für die höhere Strömungsgeschwindigkeit. Dabei wird auch der Wert für niedrigere Strö-mungsgeschwindigkeit verändert. Die Einstellung für die niedrigere Strö-mungsgeschwindigkeit kann optional im Anschluß daran vorgenommen werden.

MODE /ENTER

2 4 6 8

LEARN /SET

10 3 5 7 9

LO HIFLOW RATE

Abbildung 56 LED-Display und Programmiertasten bei Bauform SIx

Hi-Teach Im Rohrsystem muß die höhere Strömungsgeschwindigkeit (Nennströ-mung) eingestellt sein. Anschließend wird die rechte Taste (LEARN/SET) so lange betätigt, bis die ersten LEDs der Bargraph-Anzeige zu leuchten beginnen.

HI

2 4 6 810 3 5 7 9

LO

Abbildung 57 LEDs schalten ein von links nach rechts (Hi-Flow)

Bevor alle LEDs eingeschaltet sind, muß die Taste wieder losgelassen werden. Das Gerät misst jetzt die aktuelle Strömungsgeschwindigkeit und ordnet diese dem Wert für hohe Strömung (Hi-Flow) zu.

Low-Teach Der Abgleich für Hi-Flow muß zuvor erfolgt sein. Im Rohrsystem muß die minimale Strömung eingestellt sein oder die Strömung ist gänzlich abge-stellt. Anschließend wird die rechte Taste (LEARN/SET) so lange betätigt, bis die Bargraph-Anzeige wieder erloschen ist, nachdem alle LEDs ge-leuchtet haben und bereits die ersten LEDs wieder zu leuchten beginnen; diesmal jedoch ab LED 9.

2 410 3 5

LO HI

6 7 8 9

Abbildung 58 LEDs schalten ein von rechts nach links (Low-Flow)

Bevor alle LEDs wieder alle in umgekehrter Richtung eingeschaltet sind, muß die Taste losgelassen werden. Das Gerät misst die aktuelle Strö-mungsgeschwindigkeit und ordnet diese dem Wert für niedrige Strömung (Low-Flow) zu.


6.4.2 Abgleich auf Unterschreitung der Strömungsgeschwindig-keit

Das System ist nun so abgeglichen, dass die Unterschreitung der Nenn-strömung überwacht wird. Der Schaltpunkt ist bereits während der Produk-tion auf die siebte Leuchtdiode programmiert worden. D.h. bei Nennströ-mung ist diese LED eingeschaltet.

Fehlerfall Vermindert sich im Fehlerfall die Strömungsgeschwindigkeit, d.h. die LEDs erlöschen nacheinander, wird unterhalb der siebten LED der Ausgang ab-geschaltet und somit der Fehler signalisiert. Soll für den Fehlerfall ein akti-ves Ausgangssignal zu Verfügung stehen, kann durch Umpolen der Ver-sorgungsleitungen die Schließer- zur Öffnerfunktion programmiert werden.

6.4.3 Abgleich auf Überschreitung der Strömungsgeschwindig-keit

Der Abgleich auf Überschreitung der Strömungsgeschwindigkeit beginnt mit dem zweimaligen Betätigen der MODE/ENTER-Taste.

2x

Abbildung 59 Abgleich der Maximalströmung starten

Anschließend wird die LEARN/SET-Taste gedrückt gehalten, bis nach ca. 5sec. die LED-Anzeige zu laufen beginnt. D.h., LED für LED wird einge-schaltet. Bevor alle LEDs leuchten, muß die Taste wieder losgelassen werden. Nach max. 5 sec. leuchten alle LEDs. Durch wiederholtes Drücken der LEARN/SET-Taste kann nun der maximale Anzeigewert für Nennströ-mung zwischen LED 5 und LED 9 festgelegt werden.

Dauer, nach ca. 5sec. takten

Abbildung 60 Maximalströmung einstellen

Z.B. LED 6 wird angewählt: bei Nennströmung leuchten dann im Betriebs-modus LED 0 bis 6. Nach kurzem Bestätigen mit der MODE/ENTER-Taste wird der neue Wert übernommen.


bestätigen

Abbildung 61 Wert der eingestellten Maximalströmung übernehmen

Fehlerfall Erhöht sich im Fehlerfall die Strömungsgeschwindigkeit, d.h. die LEDs 7 bis 9 leuchten nacheinander, wird ab der siebten LED der Ausgang einge-schaltet und somit der Fehler signalisiert.

6.4.4 Strömungsschwankungen

Einstellen des Schaltpunktes Bei größeren Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit kann es vor-kommen, dass der voreingestellte Schaltpunkt auf der siebten LED zu na-he an der Nennströmung liegt. Jedes, auch nur kurzfristige Unter- bzw. Überschreiten der Strömungsgeschwindigkeit (je nachdem was überwacht wird) erzeugt also eine Fehlermeldung. Ist das nicht erwünscht, so ist das Gerät unempfindlicher einzustellen. D.h., der Schaltpunkt muß bei Unterschreiten der Strömungsgeschwindigkeit in Richtung LED 0 und bei Überschreitung in Richtung LED 9 verstellt wer-den. Schaltpunkteinstellung

1x

Abbildung 62 Schaltpunkt anzeigen

Nach dem Betätigen der MODE/ENTER-Taste befindet sich das Gerät im Programmiermodus und es wird im Display der aktuelle Schaltpunkt mittels roter LEDs signalisiert.

2 4 6 810 3 5 7 9

LO HI

Abbildung 63 Anzeige des aktuellen Schaltpunktes

Die stetig leuchtende LED zeigt den groben Wert für den Schaltpunkt, die blinkende LED zeigt den feinen Wert.


Dauer/takten

Abbildung 64 Schaltpunkt einstellen

Mit Hilfe der LEARN/SET-Taste kann jetzt der gewünschte Schaltpunkt programmiert werden. Hält man die Taste dauerhaft gedrückt, läuft die blinkende LED in der Anzeige nach etwa 5sec vom Schaltpunkt aus nach rechts. Nach der 9.LED beginnt der Durchlauf wieder bei LED 0. Die stetig leuchtende LED wird um einen Wert höher gesetzt. Auch diese beginnt nach der LED 9 wieder bei LED 0. Wird der Schalt-punkt nahezu erreicht, kann eine Feineinstellung durch Takten der LEARN/SET-Taste erfolgen. Der Wert für den neuen Schaltpunkt wird durch kurze Betätigung der MODE/ENTER-Taste übernommen und das Gerät geht in den Betriebs-modus zurück

bestätigen

Abbildung 65 Bestätigung des Eingabewertes

6.4.5 Besonderheiten beim Gerät SI1010

Beim SI1010 werden die kurzen Einschaltzeiten durch Programmierung ei-nes Triggerpunktes erreicht. Dieser Punkt liegt zwischen Low-Flow und dem Schaltpunkt. Überschreitet die Strömungsgeschwindigkeit den Wert des Triggerpunktes, wird der Ausgang geschaltet. In weniger als 1 Sekunde muß dann die Strömung den Wert des program-mierten Schaltpunktes erreicht haben, ansonsten wird der Ausgang wieder abgeschaltet. Ebenfalls abgeschaltet wird, wenn der Strömungswert inner-halb dieser Zeit unter den Hysteresewert des Schaltpunktes fällt.

Triggerpunkteinstellung Zur Einstellung des Triggerpunktes muß die MODE/ENTER-Taste zweimal betätigt werden.


2x

Abbildung 66 Anwahl des Triggerpunktes

So wie bereits beim Schaltpunkt erläutert, kann auch der Wert für den Triggerpunkt eingestellt werden. Dazu muß erst die LEARN/SET-Taste länger als 5 sek. gedrückt werden. Durch anschließendes Halten oder Tak-ten der Taste wird der gewünschte Wert erreicht. Der Triggerpunkt kann nicht oberhalb des Schaltpunkts programmiert werden.

bestätigen

Abbildung 67 Bestätigung des Triggerwertes

Nach dem Betätigen der MODE/ENTER-Taste wird der neue Wert über-nommen und das Gerät befindet sich wieder im Betriebsmodus. Im Display wird durch die linke rote LED der Triggerpunkt und durch die rechte rote LED der Schaltpunkt signalisiert. Überschreitet die aktuelle Strömungsge-schwindigkeit die programmierten Punkte, wechselt die rote Farbe nach orange.

6.5 Einstellhinweise Luftstromwächter (SLx) Gerät nach Anleitung in den Luftstromweg einbauen und nach Anschluß-schema verdrahten. Zu beachten ist der potentialfreie Kontakt des Aus-gangsrelais. Nach dem Anlegen der Betriebsspannung wird die Anlaufüberbrückung für mindestens 60 Sekunden wirksam. Während dieser Zeit leuchten beide LEDs (rot/grün) ist das Ausgangsrelais angezogen, d.h. der Kontakt ist geschlossen Nach Ablauf der 60 Sekunden kann der Abgleich des Gerätes vorgenom-men werden. Dazu ist die Strömung einzuschalten. Während der Einrich-tung muß gewährleistet sein, dass Strömungsgeschwindigkeit und Tempe-ratur des Mediums konstant sind. Leuchtet die rote LED: Potentiometer nach rechts drehen, bis die rote LED erlischt und die grüne LED aufleuchtet. Sollte die grüne LED leuchten: zuerst das Potentiometer nach links verstellen, bis diese erlischt und die rote LED leuchtet. Dann das Potentiometer soweit nach rechts verstellen, bis die rote LED er-lischt und die grüne LED leuchtet.


Nun ist das Relais angezogen und der Kontakt geschlossen, d.h. der Luft-stromwächter ist auf die vorhandene Luftströmung abgeglichen. Anschließend die Strömung wieder abschalten und prüfen, ob jetzt nur die rote LED leuchtet und das Relais abgefallen ist. Durch Verdrehen des Potentiometers nach rechts, kann der Schaltpunkt in Richtung unempfindlicher gegen Strömungsschwankungen verstellt wer-den.

LED grün

LED rot

Abbildung 68 Funktionsanzeige bei dem Luftstromwächter (SLx)

7 Typische Einsatzgebiete

7.1 Strömungssensoren allgemein • Überwachung und Kontrolle an Dosieranlagen • Kontrolle von Ventilstellungen allgemein • Zulauf- und Ventilstellungskontrolle an Vorratsbehältern von Mehr-

farbdruckmaschinen • Steuerung der Pumpleistung bei Druckerhöhungsanlagen für die

Wasserversorgung • Optimierung der zentralen Mischwasserregelung • Steuerung von flüssigen Produktionsgütern bei Abfüllvorgängen • Sicherstellung der Leimzufuhr bei der Spanplattenherstellung • Überwachung der Ventilatorfunktion für die Luftkühlung großer Schalt-

schränke und Thyristorsätze • Überwachung der Lagerkühlung an Generatoren in Wasserkraftwer-

ken • Lagerkühlung von Turbinen in Kraftwerken allgemein • Kühlung des Ofenmantels von Härtereien • Spulenkühlung bei Induktionsöfen • Überwachung der Kühlflüssigkeit für die Kühlung von Schneid-,

Schleif-, Fräs- und Bohrwerkzeugen • Kühlwasserüberwachung der Zangen und Transformatoren von

Schweißrobotern (Automobilindustrie) • Überwachung der Kühlschlangen von Reaktionskolonnen auf Durch-

fluss bzw. Kalkablagerungen in der Chemie-Industrie • Ölkreislaufüberwachung bei Umspanntransformatoren • Kühlmittelüberwachung an Glasschmelzöfen • Kühlwasserüberwachung von Kompressoren im Ex-Bereich,

Zone 1 • Kontrolle der Speisewasserpumpe auf Funktion bei Dampfkesselanla-

gen • Schutz vor Trockenlauf bei großen Schneckenförderpumpen in Klär-

anlagen


• Trockenlaufschutz an Pumpen bei der Förderung von Rohöl • Überwachung der Ausströmung von Schutzgas an Schutzgas-

schweißautomaten • Erfassen von Leckagen an Behältern • Schmiermittelkontrolle von Lagern und Getrieben an Rotationsdruck-

maschinen • Filter- und Ventilatorkontrolle bei großen Klimaanlagen

7.2 Anwendungsbereiche des Luftstromwächters Der Luftstromwächter wurde konzipiert für die Erfassung und Signalisie-rung sich ändernder Luftströmungen innerhalb angegebener Grenzen. Der Luftstromwächter ist ein binärer Sensor, d.h. er signalisiert Strömung vor-handen bzw. nicht vorhanden. Bei Einsatz in anderen gasförmigen Medien sind Beständigkeit und Eig-nung von Fall zu Fall zu überprüfen. Einsatzschwerpunkte werden Anlagen für die Klimatisierung und für Be- und Entlüftung sein. Der ifm Luftstrom-wächter bildet hier eine interessante Alternative zu Windfahnenschaltern und Druckdosen. ifm-Luftstromwächter werden eingesetzt in Klimaanlagen zur Funktionskontrolle von Gebläse und Lüfter Überwachung der Klappenstellung für Luftverteilung Filterzustandskontrolle Luftstromüberwachung an Heizregistern weiterhin in Be- und Entlüftungseinrichtungen zur Funktionskontrolle von Gebläse und Lüfter, Abluftüberwachung von Ar-beitsplätzen Schaltschrankbelüftung Kühlluftüberwachung von Thyristorsteuerungen Luftmengenüberwachung fremdbelüfteter Motoren und Anlagenteile Filterzustandskontrolle Garagenbelüftung Überwachung von pneumatischen Fördereinrichtungen

7.3 ifm - Pluspunkte Folgende Merkmale machen die ifm Strömungswächter so sicher und er-folgreich: • Vollelektronische Überwachung ohne bewegliche mechanische Teile -

kein Verschleißteil. • Einteilige, gekapselte, druckfeste Sensoren aus Edelstahl oder Teflon

mit nur einem Fühlerstift. • Industrieübliche Sensorbauformen mit Adaptionen G 1/4, G 1/2 und M

12 x 1, NPT, Ermeto usw. oder auch M0-Gewinde für spezielle Adap-ter für den Einsatz in Lebensmittelapplikationen.

• Einsatz in fast allen flüssigen oder gasförmigen Medien im großen Temperaturbereich -25°C bis +120°C.

• Einstellbar für Strömungen von 3 cm/s bis 20 m/sec. • Große Schaltpunktstabilität bei Temperaturschwankungen des Medi-

ums. • Geräte mit einer Zulassung für den Ex-Bereich der Zone 0 und 1. • Auswerteelektroniken entweder direkt am Sensor oder im genormten

Klemmschienengehäuse, sowie im Euro-Kartenformat.


• Hohe Schutzart IP67 (auch bei Steckergeräten) • Bei VS0200 und VS0200ex erfolgt die genaue Einstellung des Schalt-

punktes über Spindelpotentiometer, die 11-stellige LED-Funktionsanzeige mit Betriebssicherheitsanzeige ermöglicht ein schnelles und einfaches Einstellen auf den jeweiligen Einsatzfall.

• Die SIx- und SAx-Programmierung wird mit Hilfe von Drucktasten LED- bzw. Siebensegment-Anzeige realisiert.

• Beim SIx kann der Abgleich automatisch erfolgen, durch einen Teachmode, d.h. automatisches Erfassen der minimalen und maxima-len Strömungsgeschwindigkeit (Low-Flow, Hi-Flow) und optimaler Ab-gleich auf die jeweiligen Prozeßdaten.

• Öl-, Wasser und temperaturbeständige Zuleitungen. • Option Temperaturüberwachung. • Option Leitungsüberwachung auf Bruch und Kurzschluß. • elektronisches Schloß (SIx).

8 Applikationsbeispiele

Abbildung 69 Schema einer zweistufigen Druckerhöhungsanlage mit nach-

einander zuschaltbaren Pumpen

Abbildung 70 Überwachung der Kühlmittelversorgung beim Hoch-

geschwindigkeits - Schleifen


Abbildung 71 Materialfluß-Überwachung in einer Abfüllanlage

Abbildung 72 Luftströmungs-Überwachung in einer Klimaanlage

Abbildung 73 Überwachung der Be- und Entlüftung in einem geschlosse-

nen chemischen Fertigungsprozess


Abbildung 74 Kühlkreislaufüberwachung bei der Stromerzeugung mit Die-

selaggregat und Elektrogenerator

Abbildung 75 Be- und Entlüftungsüberwachung in einer Lackierzelle im

Fahrzeugbau

Abbildung 76 Kühlkreislaufüberwachung an einer Schweißvorrichtung im

Fahrzeugbau

9 Anhang

9.1 Kleines technisches Lexikon Ansprechzeit Unter Ansprechzeit versteht man die Zeit, die der Strömungswächter im

abgeglichenen Zustand benötigt, um Strömung bzw. Strömungsstillstand zu erkennen und zu signalisieren.

Bereitschaftsverzögerungszeit Die Bereitschaftsverzögerungszeit ist die definierte Zeit, die zwischen An-legen der Betriebsspannung und Ausgabe des ersten strömungsabhängi-gen Schaltsignals vergeht.


Betriebsspannung Die Nennbetriebsspannung ist ein Spannungswert, für den ein elektrisches Betriebsmittel ausgelegt ist. Der Betriebsspannungsbereich gibt an, inner-halb welcher Grenzwerte die Funktion des Gerätes gewährleistet ist. Bei Gleichspannungsgeräten ist darauf zu achten, dass die Restwelligkeit der Betriebsspannung in den Grenzwerten mit eingeschlossen ist.

Dichte ist die in einem bestimmten Volumen enthaltene Masse. Sie ist besonders bei Gasen druck- und temperaturabhängig.

Druckbereich Durch die mechanische Konstruktion der Sensorgehäuse sind Strömungs-wächter in verschiedenen Druckbereichen (bis 5 bar, bis 30 bar oder bis 300 bar) einsetzbar.

Einstellbereich Die Strömungswächter können innerhalb der angegebenen Einstellberei-che über ein Einstellpotentiometer oder durch Tatsenprogrammierung auf jeden Schaltpunkt abgeglichen werden. Die größte Einstellempfindlichkeit wird im Bereich von 3cm/s bis 60 cm/s (bei flüssigen Medien) erreicht. Bei speziellen Anwendungen kann durch Anpassung des Rohrquerschnittes dieser Bereich vorgegeben werden. Der Rohrquerschnitt kann nach dem Verhältnis

Rohrquerschnitt m Volumenstrom m sStrömungsgeschwindigkeit m s

( ) ( / )( / )

23

=

bestimmt werden.

Homogenität Allgemeine Bezeichnung für gleichartig; in sich einheitlich. Laminar Eine Strömung ist dann laminar, wenn ihre verschieden schnellen Schich-

ten ohne Wirbelbildung übereinandergleiten (Gegensatz turbulent). M0-Adapter Von der ifm spezifiziertes Gewinde an Strömungs-, Druck- und Tempera-

tursensoren zur Aufnahme von Adaptern für die Anpassung an unter-schiedlichste Prozeßanschlüsse in der Food-Industrie

Mediumtemperatur Die Mediumtemperatur gibt an, bis zu welcher Temperatur des Mediums (Temperatur außen an der Sensorspitze) ein Strömungswächter eingesetzt werden kann.

Öffnerfunktion Ruhestromprinzip: Medium strömt nicht = Ausgang durchgeschaltet; Medi-um strömt = Ausgang gesperrt.

Programmierung Bei dem Strömungswächter „compact” kann die Ausgangsfunktion Schlie-ßer / Öffner durch Wahl der Anschlußbelegung programmiert werden.

Reynoldssche Zahl Die Reynoldssche Zahl dient zum Vergleich des Strömungsverhaltens bzw. der auftretenden Strömungskräfte an geometrisch gleich geformten um-strömten Körpern verschiedener Größen bei verschiedenen Strömungsge-schwindigkeiten.

Schließerfunktion Arbeitsstromprinzip: Medium strömt = Ausgang durchgeschaltet; Medium strömt nicht = Ausgang gesperrt.

Schutzart IP 67 Vollständiger Schutz gegen Berühren unter Spannung stehender Teile, Schutz beim Eintauchen, unter festgelegten Bedingungen: 1m Wassertiefe und 30 Minuten Dauer.

Schutzklasse Schutzisolation gegen Berührung nach VDE 0106, Teil 1a Spannungsabfall Der Spannungsabfall wird über dem durchgeschalteten Strömungswächter

bei maximaler Strombelastung gemessen. EN 50 008 - 025, 036, 038. Stromaufnahme bei 3-Leiter-Geräten Stromaufnahme ist der Eigenstromverbrauch des Strömungswächters im

gesperrten Zustand. Über dem Ausgangstransistor fließt bei gesperrtem Ausgang ein Leckstrom von ca. 0,1 mA.

Strombelastbarkeit/Dauer ist der Strom, mit dem Strömungswächter im Dauerbetrieb belastet werden können. Geräte mit Kurzschlußschutz sind gleichzeitig überlastfest und verpolungssicher. Im Falle eines Kurzschlusses wird der Endtransistor so-fort gesperrt. Nach Aufheben des Kurzschlusses ist das Gerät wieder be-triebsbereit.

Strombelastbarkeit/Kurzzeit ist der Höchstwert des Stromes, der für eine bestimmte Zeit im Einschalt-moment fließen darf, ohne den Strömungswächter zu zerstören.


Temperaturgradient Der Temperaturgradient gibt die für den Strömungswächter zulässige Temperaturschwankung des Mediums pro Zeiteinheit an. Z. B. 15 Grad Kelvin pro Minute: 15 K / min. bei den SF-,SC-Bauformen; bei SA ist der Gradient mit min. 200K/min definiert und bei SI mit über 300K/min.

Temperaturklasse T4 Nach VDE 0165, Punkt 2.3, Tabelle 1. Einteilung der Betriebsmittel nach der zulässigen Oberflächentemperatur.

Umgebungstemperatur Die Umgebungstemperatur gibt an, bis zu welchen Temperaturen Strö-mungswächter eingesetzt werden können.

Viskosität gibt den Grad der Zähigkeit eines Stoffes an. Sie fällt bei Flüssigkeiten mit steigender Temperatur, steigt bei Gasen mit zunehmender Temperatur und ist druckabhängig.

Wärmeäquivalent ist die einer Wärmeenergieeinheit entsprechende mechanische und elekt-rische Energie: 1kcal=4,1855Joule

Wärmeleitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Stoffes zur Wärmeleitung. Sie ist besonders groß bei den meisten Metallen und besonders schlecht bei Holz, Glas, Kunststoffen und Gasen.


9.2 Typenschlüssel Stelle Bezeichnung Inhalt 1, 2 Sensorprinzip ST = Strömungssensor 4-pol und Bauform SF = Strömungssensor 5-pol SL = Luftstromwächter SC = Strömungswächter compact SA = Strömungswächter analog SI = Strömungswächter improved 3 Gewindeart D = Dichtkegelverschraubung E = Schneidringverschraubung G = ohne Gewinde K = kegeliges Rohrgewinde M = metrisches Gewinde N = NPT-Gewinde R = Rohrgewinde S = Sägegewinde 4,5 Gewindegröße (M) 08 = metrisches Gewinde M8 x 1 und Durchmesser (M) 12 = metrisches Gewinde M12 x 1 (M) 16 = metrisches Gewinde M16 x 1,5 14 = 1/4" 12 = 1/2" 38 = 3/8" (G) 18 = Glatte Hülse, ∅ 18mm (G) 20 = Glatte Hülse, ∅ 20mm (G) 23 = Glatte Hülse, ∅ 23mm (S) 30 = Sägegewinde S30x2 6 Temperaturbereich A = -25°C bis +80°C B = 0°C bis 80°C C = -10°C bis +50°C Z = 0°C bis +120°C X = Sonderbereich 7 Druckbereich A = 5 bar B = 30 bar C = PB 64 bar D = 300 bar E = 1 bar X = Sonderbereich 8 Werkstoff Sensor A = V2A B = V4A C = PTFE (Teflon) D = V4A vernickelt E = Pocan H = Hastelloy T = Titan X = Sonderwerkstoff

Abbildung 77 Typenschlüssel 1

9,10 Ausführung E0 = Ex-Zone 0


Strömungssensor E1 = Ex-Zone 1 9 Ausgangsfunktion A = Schließerfunktion bei Dreileiter NPN Schaltausgänge Öffnerfunktion bei Dreileiter PNP Relais ist bei Strömung angezogen B = Öffnerfunktion bei Dreileiter NPN Schließerfunktion bei Dreileiter PNP Relais ist bei Strömung abgefallen C = Antivalenter Ausgang F = Ausgangsfunktion programmierbar 9 Ausgangsfunktion D = Analogausgang Analog-Geräte 1 = analog 4 ... 20mA 2 = analog 0 ... 20 mA 3 = analog 0 ... 5 V 4 = analog 0 - 10 V G = 2 Schaltpunkte / Schließer H = 2 Schaltpunkte / Öffner I = 2 Schaltpunkte / Schließer + Öffner K = analog 4 ... 20mA + Schließer L = analog 4 ... 20mA + Öffner M = analog 0 ... 20mA + Schließer N = analog 0 ... 20mA + Öffner O = analog 0 ... 5V + Schließer P = analog 0 ... 5V + Öffner Q = analog 0 ... 10V + Schließer R = analog 0 ... 10V + Öffner 10 Ausgangssystem B = Halbleiterausgang bei AC- und AC/DC-Geräten N = Halbleiterausgang minusschaltend P = Halbleiterausgang positivschaltend R = Halbleiterausgang plus- oder minusschaltend K = Relaisausgang 0 = Ohne Schaltfunktion 11 Kurzschlußschutz K = mit Kurzschlußschutz O = ohne Kurzschlußschutz 12 Anschlußspannung A = Alternativ Gleich- oder Wechselspannung (AC / DC) G = Gleichspannung (DC) W = Wechselspannung (AC) 13 Schrägstrich 14 Einsatzbereich W = Wasser Analog-Geräte O = Öl L = Luft 14 Optionen Steckverbindungen, Sonderkabellängen usw.

Abbildung 78 Typenschlüssel 2

9.3 Strömungswächter für den Einsatz im Ex-Bereich der Zonen 0 und 1

Allgemeine Informationen zum Explosionsschutz Wann besteht Explosionsgefahr?


Eine Explosionsgefahr ist immer dann gegeben, wenn sich ein brennbarer Stoff in Form von Gas, Nebel oder Dampf in einem bestimmten Mi-schungsverhältnis mit Luftsauerstoff befindet. Weiterhin besteht eine Explosionsgefahr, wenn ein Staub-Luftgemisch in entsprechender Konzentration vorliegt. Zur Zündung dieser Gemische reicht dann in der Regel eine geringe Zündenergie, zum Beispiel in Form eines Funken, aus. Schutzmaßnahmen Zur Vermeidung der Zündung einer explosionsfähigen Atmosphäre müs-sen entsprechende Schutzmaßnahmen getroffen werden, die in europäi-schen Normen und Richtlinien festgelegt sind. Grundsätzlich wird zwischen zwei Arten des Explosionsschutzes unter-schieden:

Primärer Ex-Schutz Ziel des primären Ex-Schutzes ist die Vermeidung einer explosionsfähi-gen Atmosphäre, zum Beispiel durch Reduzierung der Stoffkonzentration bzw. Begrenzung der gefährlichen Stoffmenge.

Sekundärer Ex-Schutz Ziel des sekundären Ex-Schutz ist es, dort wo im Prozeß oder Verfahren eine explosionsfähige Atmosphäre nicht vermieden werden kann, Schutz-maßnahmen zu ergreifen, die das Auftreten wirksamer Zündquellen (zum Beispiel heiße Oberflächen, hohe Spannungen und Ströme) verhindert. Diese sekundären Ex-Schutzmaßnahmen müssen für alle elektrischen Ein-richtungen (zum Beispiel Motoren, Aggregate usw.), die eine Zündquelle darstellen können, getroffen werden, wenn sie im Bereich der explosions-fähigen Atmosphäre betrieben werden. Das gleiche gilt aber auch für elektrische Meß- und Regeleinrichtungen, die für die Messung oder Regelung in Prozessen oder Anlagen mit explo-sionsgefährlicher Atmosphäre eingesetzt werden.

Zündschutzarten Die Maßnahmen zur Vermeidung von Zündquellen sind in verschiedene Zündschutzarten nach DIN EN 50014 eingeteilt:

Zündschutzart Anwendungs-bereich

Explosions-gruppe

Temperaturklasse

Symbol EEx

Überdruckkapselung Ölkapselung druckfeste Kapselung Sandkapselung Erhöhte Sicherheit Vergußkapselung Ei-gensicherheit nicht funkend

p o d q e i m n

Schlagwetterschutz Explosionsschutz

I II

Grenzspaltweite Mindestzündstrom-verhältnis

>0,9mm/>0,8 0,5-0,9mm/0,45-0,8 <05,mm/<0,45

A B C

Größte Oberflächen-temperatur

450°C T1 300°C T2 200°C T3 135°C T4


100°C T5 80°C T6

Eigensicherheit Für Geräte und Einrichtungen im Bereich der Meß-, Steuer- und Regel-

technik hat sich allgemein die Zündschutzart Eigensicherheit ‚i‘ durchge-setzt. Im Gegensatz zu den anderen Zündschutzarten bezieht sich die Schutzart Eigensicherheit nicht auf Schutz durch Gehäuse und deren Ausführungen, sondern nur auf Stromkreise. Wird die Energie in einem Stromkreis auf so kleine Werte gehalten, dass sie die Mindestzündenergie der explosiven Atmosphäre nicht erreicht, kann von diesem Stromkreis weder im norma-len Betrieb, sowie im Störfall eine Zündung erfolgen.

Kategorien ‚ia‘ und ‚ib‘ Geräte oder Einrichtungen mit eigensicheren Stromkreisen werden zusätz-lich noch in die Kategorien ‚ia‘ und ‚ib‘ eingeteilt. Für die Kategorie ‚ia‘ gilt, dass elektrische Betriebsmittel im Normalbetrieb oder bei Auftreten von zwei Fehlern keine Zündung verursachen dürfen. Für die Kategorie ‚ib‘ gilt, dass bei Auftreten von einem Fehler keine Zün-dung erfolgen darf.

Explosionsgruppen I und II Explosionsfähige Gemische werden in Explosionsgruppen eingeteilt. Hier-bei gilt für brennbare Gase und Staub-/Luftgemische die Gruppe I und be-handelt nur Bereiche, in denen “schlagende Wetter” auftreten können (für grubengasführende Bergwerke). Brennbare Gase, Stäube, Dämpfe und Nebel werden in die Gruppe II ein-geordnet und sie gilt somit für alle anderen Ex-Bereiche. Für die Gruppe II ist eine weitere Unterteilung nach der Zünddurchschlag-fähigkeit in die Bereiche A; B; C vorgenommen worden. Die Gruppe II C stellt hierbei die höchsten Anforderungen an das elektri-sche Betriebsmittel.

Gerätekatogorien Die Geräte sind in Kategorien 1, 2 und 3 eingeteilt (siehe Tabelle) Für die Explosionsgruppe II gilt Geräte-

sicherheit Geräte- kategorie Zone Gas Zone Staub

sehr hoch 1 0 20 hoch 2 1 21

22 leitfähiger Staub normal 3 2 22 nicht leitfähiger Staub

Temperaturklassen Brennbare Gase, Stäube, Dämpfe und Nebel sind nach ihren Zündtempe-

raturen, die eingesetzten Betriebsmittel nach Temperaturklassen, T1 bis T6, eingeteilt. Die Temperaturklasse gibt eine höchstzulässige Oberflächentemperatur des Betriebsmittels an (zum Beispiel T4 – 135 °C). Das heißt, dass das Betriebsmittel der entsprechenden Temperaturklassen nur in solchen explosionsfähigen Gemischen eingesetzt werden darf, des-sen Zündtemperatur höher als die Oberflächentemperatur des Betriebsmit-tels ist.

Einteilung der Zonen Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer gefährlichen explosionsfähi-gen Atmosphäre sowie deren zeitliches Vorhandensein in einem Bereich ist ausschlaggebend für die Einstufung des Bereiches in seine Gefähr-dung. Die Unterteilung der Gefährdungsbereiche wird in Zonen vorgenommen.

Zonen 20, 21, 22 allgemein Für die Bereiche, die durch Staub-/Luftgemisch explosionsgefährdet sind, gelten die neuen Einteilungen in Zonen 20, 21 und 22.


Zonen 0, 1, 2 allgemein Für brennbare Gase, Dämpfe und Nebel hat die Einteilung in die Zonen 0, 1, 2 Gültigkeit.

Zonen M und G Im medizinischen Bereich erfolgt die Einteilung in die Zonen M und G.

Bedingungen der Zonen Die Einteilung in Zonen gilt grundsätzlich nur unter atmosphärischen Be-dingungen, d.h. bei einen Druck von 0,8 bis 1,1bar.

Zonen 0 und 20 Umfaßt Bereiche, in denen eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre ständig oder langzeitig vorhanden ist. Als Bereiche der Zone 0 sind definiert: das Innere von Behältern das Innere von Rohrleitungen das Innere von Apparaturen. Grundsätzlich liegt dort nur dann die Zone 0 vor, wenn das “Innere” nicht ständig mit einer brennbaren Flüssigkeit gefüllt ist, das heißt, wenn durch Vorhandensein von Luftsauerstoff sich ein explosionsfähiges Gemisch bil-den kann.

Zonen 1 und 21 Umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, dass eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich vorhanden ist. Als Bereiche der Zone 1 sind definiert: die “nähere” Umgebung von Zone 0 die “nähere” Umgebung von Beschickungsöffnungen die “nähere” Umgebung von Füll- und Entleerungseinrichtungen der “nähere” Bereich von Stopfbuchsen, zum Beispiel an Pumpen Auffangräume von Tankanlagen. Werden brennbare Flüssigkeiten in Räumen gelagert, so sind be-stimmte Bereiche der Räume ganz oder teilweise Zone 1 oder Zone 2.

Zonen 2 und 22 Umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, dass eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre nur selten und dann auch nur kurzzeitig vor-handen ist, man redet auch von abnormalen Betriebsbedingungen. Die Zone 2 ist die nähere Umgebung der Zone 1. Entsprechend dieser Zoneneinteilung werden an die dort verwendeten An-lagen, Geräte oder Einrichtungen unterschiedliche Anforderungen in bezug auf die Schutzmaßnahmen gestellt. Ist die Schutzmaßnahme für den Einsatz in Zone 0 erfüllt, kann der Einsatz auch in Zone 1 und Zone 2 erfolgen.

Kennzeichnung der Betriebsmittel Normalerweise gil für ifm-Geräte EEx ia II C T6 1 2 3 4 5 6 7 8

1 : Kennzeichung (Ex steht in einer 6-eckigen Raute), für das elektrische Be-triebsmittel liegt eine Konformitätsbescheinigung einer EG-Prüfstelle vor

2 E: nach Europanorm gebautes Betriebsmittel 3 Ex: explosionsgeschütztes Betriebsmittel 4 i: eigensicheres Betriebsmittel

andere Möglichkeiten des Explosionsschutzes sind: d = druckfeste Kapselung

5 a: doppelte Sicherheit (bei Auftreten von 2 Fehlern gleichzeitig im Bertriebs-mittel darf keine Zündung ausgelöst werden) b = einfache Sicherheit (bei Auftreten von 1 Fehler im Bertriebsmittel darf keine Zündung ausgelöst werden)

6 II: Das Betriebsmittel darf in allen explosionsgefährdeten Bereichen außer schlagwettergefährdete Grubenbauer eingesetzt werden (dies wäre I)


7 C: Mindestzündstrom-Verhältnis (MIC) Unterteilung in Gruppen A, B oder C je nach der Zündfähigkeit des explo-siven Gemisches

8 T6: max. 85 ° C Oberflächentemperatur des Betriebsmittels

Beispiele Eigensichere Geräte, sind Betriebsmittel, in denen alle Stromkreise eigen-sicher sind. Sie sind über einen oder meherer Stromkreise an andere Stromkreise angeschlossen. Für sie müssen Prüf-bescheinigungen vorlie-gen. Z.B.

EEx ib II B T5 Geräte, die selbst explosionsgeschützt sind und deshalb in explosionsge-färdeten Bereichen installiert werden dürfen. Zur Kennzeichnung steht das Zeichen ia bzw. ib in eckigen Klammern:

EEx d [ib] II B T5 Geräte, die selbst nicht explosionsgeschützt sind, tragen das Zeichen EEx ia oder EEx ib in eckigen Klammern:

[EEx ib] II B T5 Zulassung der ifm-Strömungswächter

Konformitätsbescheinigung Mit Ausstellung der Konformitätsbescheinigung durch die PTB-Braunschweig erweitert sich das Programm der Produktgruppe 300 um die bauartzugelassenen Strömungssensoren der Baureihe SF/Ex i und den Auswerteelektroniken der Baureihe VS0200/Ex i (wird zu-künftig ersetzt durch VS2000/Ex i) für den Einsatz im Ex-Bereich der Zone 0. Die Sensoren sind in der Zündschutzart “Eigensicherheit i” ausgeführt und können in Zone 0 von Rohrleitungen und Behälter der Explosionsgruppen II A, II B und II C eingesetzt werden. Die Strömungssensoren tragen die Kennzeichnung EEx ia IIC T4.

Auswerteelektronik Die Auswerteelektronik (Klemmschienengehäuse und Euro-Karte) ist in der Zündschutzart “Eigensicherheit i” ausgeführt und trägt die Kennzeichnung EEx ia/ib IIC. Die Auswerteelektronik muß in jedem Fall außerhalb des Ex-Bereiches montiert werden. Bei Einrichtung oder Betrieb der Geräte im Ex-Bereich sind die geltenden Vorschriften über die Errichtung von elektrischen Anlagen in explosionsge-fährdeten Bereichen zu beachten. Mit Erteilung der Konformitätsbescheinigung kann die ifm electronic Strö-mungswächter anbieten, die in der höchsten Gefahrenklasse des Ex-Bereiches der Gruppe II eingesetzt werden können. Ebenso können diese Strömungswächter auch für den Einsatz im Bereich der Zone 1 und der Zone 2 verwendet werden.

9.4 ifm-Auswerteelektroniken Konstruktive Merkmale

Ausführung Klemmschienengehäuse Eurokarte (für Anschluß von einem Sensor).


Zur Auswertung elektrischer Signale sowie galvanischer Trennung von ei-gensicheren und nicht eigensicheren Stromkreisen. Zündschutzart “Eigensicherheit i” EEx ia/ib IIC. Anschlußspannungs-Varianten Klemmschienengehäuse 24 V AC, 110 V AC, 230 V AC, 24 V DC (z. Zt. auch noch 120 V AC, 200 V AC, 240 V AC) Eurokarte 24 V DC

Funktion Strömungsüberwachung gasförmig/flüssig umschaltbar, Schaltpunkt ein-stellbar Leitungsüberwachung Sensor-Auswerteelektronik (Drahtbruch und Kurzschluß). Nach der Beseitigung des Fehlers sind die Geräte wieder be-triebsbereit.

Ausgänge Relais Strömungsüberwachung Relais Leitungsüberwachung (Ruhestromprinzip)

Wirkungsweise Strömungsüberwachung wie bisher Leitungsüberwachung Bei Leitungsfehler fällt Relais Drahtbruch und Relais Strömung ab

LED Drahtbruch leuchtet LED Strömung wechselt von grün auf rot. Die maximale Umgebungstemperatur darf 60 °C betragen. Die Auswerteelektronik ist außerhalb des Ex-Bereiches zu montieren.

E N D E

optimierung und lösung von technischen abläufen durch ...elektronischen, binären sensoren zur...

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