Messung der Luftströmung über Staudruck (Wirkdruck)

Prinzip der Strömungsmessung über den Staudruck, Wirkdruck

Sowohl unsere Staurohr (auch Pitotrohr, Prandtlsonde, Prandtlrohr) wie auch Messblenden arbeiten gemäß den Grundlagen der Fluiddynamik auf Basis der praktischen Anwendung der Bernoullischen Gleichungen. Beide Typen von Staudrucksonden (Wirkdruckgeber) machen sich das Prinzip zu nutze, dass sich die strömende Luft vor einem Hindernis staut und somit ein Überdruck entsteht. Die Staurohre und Messblenden messen einmal diesen sogenannten dynamischen Druck gegen die Strömungrichtung und einmal den normalen, statischen Druck rechtwinklig zur Strömungsrichtung. Der Differenzdruck dieser beiden ist der sogenannte Staudruck oder Wirkdruck, aus dem sich die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom berechnen läßt.

Aufbau und Funktionsprinzip des Staurohres

Die Staurohröffnung nimmt den Gesamtdruck auf und leitet ihn an Anschluss (a) des Differenzdruckmessgeräts weiter. Der reine statische Druck wird über seitliche Löcher aufgenommen und dem Anschluss (b) weitergeleitet. Der daraus resultierende Differenzdruck ist der strömungsabhängige dynamische Druck. Dieser wird ausgewertet und angezeigt. Als mobile Auswertegeräte empfehlen wir unsere KIMO Handmessgeräte der Serie MP120, MP210 und AMI310. Für die stationäre Messung empfehlen wir unsere Differenzdruckmessumformer der Serie CP210 und C310. Wir bieten je nach Anwendung und Medium Staurohre Typ L mit und ohne Thermoelement zur Temperaturkompensation der Strömungsmessung, Staurohre Typ S für verunreinigte Medien (z.B. Staub), gerade Staurohre, steckbare Staurohre, Teleskopstaurohre und Funkstaurohre in unterschiedlichen Längen an. Eine Gesamtübersicht finden Sie in der Rubrik Staurohre / Wirkdrucksonden.

Aufbau und Funktionsprinzip der Messblende

Die Strömungsmesslanzen Typ DEBIMO sind preiswerte Volumenstromaufnehmer für die dauerhafte Installation in runden oder rechteckigen Strömungskanälen. DEBIMO Strömungsmesslanzen eignen sich hervorragend zur Strömungs- und Volumenstrommessung. Auf den Aluminiumprofilen sind Bohrungen angebracht (s. Abb. rechts), die zur Aufnahme des Gesamtdruckes (a) und des statischen Druckes (b) dienen. Der gemessene sogenannte dynamische Druck P ergibt sich wie folgt: a-b= P . Der dynamische Druck P lässt sich mit einem Differenzdrucksensor messen und auswerten. Die Druckaufnahmelöcher sind so angebracht, dass ein optimaler Volumenstrommittelwert erzielt wird. Wir bieten Staudruck-Messblenden einzeln oder als Messkreuze im Verbinder zur Direktmontage vor Ort.

Formel für Geschwindigkeit

Formel für Volumenstrom

P = a - b = dynamischer Druck in Pascal
v = Strömungsgeschwindigkeit in m/s
s = K-Faktor DEBIMO = 0,816
Q = Volumenstrom in m³/h
A = Fläche/Querschnitt des Kanals in m²
= Luftdichte in kg/m³ bei +21°C Umgebung = 1,204 kg/m³

Formel für Luftdichte in Abhängigkeit von der Temperatur

= Luftdichte (kg/m³)
pa = Luftdruck (Pa) (Normzustand = 101300 Pa)
Ri = Gaskonstante (bei Luft = 287 (J / kg • K))
T = Temperatur = 273 + t (K)
t = Bezugstemperatur (°C)

Luftdruck in Bezug auf Höhe NN

Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Staudrucks (dynamischer Druck) über Staurohr

Die beiden Diagramme unten stellen das Verhältnis vom dynamischen Druck (Staudruck über einem Prandt'l Staurohr) zur Strömungsgeschwindigkeit grafisch dar. Bei den Diagrammen wurde zugrunde gelegt, dass das Staurohr einen Korrekturfaktor von 1,0015 hat. Bei sich ändernder Temperatur verschiebt sich die Strömungskurve entsprechend der Grafiken unten.

Niedrige Strömungsgeschwindigkeiten

Hohe Strömungsgeschwindigkeiten

Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Staudrucks (dynamischer Druck) über Messblende

Das Diagramm unten zeigt das Verhalten von Staudruck zur Strömungsgeschwindigkeit, gemessen mit unseren DEBIMO Messlanzen. Folgende Bedingungen liegen zugrunde: ›› DEBIMO mit K-Faktor 0,816
›› Medium: Luft bei 0 mNN
›› Mediumstemperatur: -20 °C, +22 °C und +150 °C (siehe Graphen)

Strömungsmessungen bei großen Querschnittsflächen

Bei der Messung von Strömungsgeschwindigkeit und Volumenstrom über eine große Querschnittsfläche müssen mehrere Messungen, über die Fläche gleichmäßig verteilt, gemacht werden. Der Durchschnitt so ermittelter Messwerte ergibt die mittlere Strömungsgeschwindigkeit bzw. den mittleren Volumenstrom über die Fläche. Die einzelnen Messwerte können durchaus stark voneinander abweichen. Allgemein kann man feststellen, dass die Genauigkeit der Gesamtmessung mit der Anzahl der Messpunkte steigt. Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit bzw. der mittlere Volumenstrom ergeben sich durch Teilung der Summe aller Messwerte durch deren Anzahl. Daher empfielht es sich bei runden Strömungskanälen nach der Log-Linear- und bei rechteckigen Strömungskanälen nach der Log Tchebycheff Methode vorzugehen. Somit wird ein möglichst gemitteltes und somit genaues Messergebnis erzielt. Für stationäre Strömungsmessung empfehlen wir unsere DEBIMO Strömungsmessblenden. Log Linaer Regel für Netzpunkte auf 3 Diagonallinien in einem runden Strömungskanal und Log Tchebycheff Regel für Messpunkte in einem rechteckigen Strömungskanal:

In dem Artikel Messung von verwirbelten Luftströmungen finden Sie Informationen zu empfohlenen Einlauf- und Auslaufstrecken vor und hinter einem Messpunkt, sowie Tips, wie Sie trotz turbulenter Strömungen dennoch eine erfolgreiche Messung realisieren.