Durchflusssensor; Messverfahren; Signalweg Und Durchflussberechnung - Kamstrup Multical 403 Technische Beschreibung

8 Durchflusssensor

Seit mehr als 25 Jahren hat sich die Ultraschallmessung als das genaueste und langzeitstabilste Messverfahren für die
Wärmemessung erwiesen. Unsere Erfahrungen aus wiederholten Zuverlässigkeitstests, die auf der Langzeitprüfanlage von
Kamstrup A/S und im Rahmen des AGFW-Wärmezähler-Prüfprogrammes in Deutschland durchgeführt wurden, als auch aus
den installierten Ultraschallzählern haben die Langzeitstabilität der Kamstrup Ultraschallzähler nachgewiesen (siehe z. B. den
Bericht über die Stichprobenprüfung von Durchflusssensoren, Kamstrup A/S, Dok.-Nr.: 5811-060).
8 .1

Messverfahren

Es gibt zwei bedeutende Verfahren in der Ultraschallmessung: Das Laufzeitdifferenzverfahren und das Doppler-Verfahren.
Das Doppler-Verfahren basiert auf der Frequenzverschiebung, die dann auftritt, wenn Schall von einem bewegten Partikel
reflektiert wird. Man hört diesen Effekt, wenn ein Auto vorbei fährt. Die Tonhöhe (die Frequenz) nimmt ab, nachdem das Auto
vorbeigefahren ist.
Das im Zähler MULTICAL® 403 verwendete Laufzeitverfahren nutzt die Tatsache aus, dass es für ein Ultraschallsignal, das
entgegen der Durchflussrichtung gesendet wird, länger dauert, vom Sender zum Empfänger zu gelangen, als für ein Signal,
das in Durchflussrichtung gesendet wird.
Zum Senden und Empfangen eines Ultraschallsignals wird ein piezoelektrisches Element verwendet. Die Dicke dieses
Elements ändert sich, wenn es einem elektrischen Feld (Spannung) ausgesetzt wird, und das Element wirkt deshalb als
Ultraschallsender. Wenn das Element einer mechanischen Einwirkung ausgesetzt wird, erzeugt es dementsprechend eine
elektrische Spannung und funktioniert deshalb als Ultraschallempfänger.
8 .2

Signalweg und Durchflussberechnung

Die wesentlichen Elemente des Signalwegs im MULTICAL® 403 sind in
senden und empfangen das Ultraschallsignal, das in das Messrohr und weiter zum Empfänger reflektiert wird. Auf Grund der
Überlagerung der Geschwindigkeiten des Wassers und des Schallsignals breitet sich der Ultraschall in Durchflussrichtung
schneller aus als entgegen dem Durchfluss. Wie die unten stehenden Berechnungen beweisen, ist die mittlere
Durchflussgeschwindigkeit direkt proportional zu der Laufzeitdifferenz aus den Ultraschallsignalen, die in oder entgegen dem
Durchfluss gesendet wurden.
Für die kleinen Zähler (q
p
verläuft. Die ausgesendeten Schallwellen erfassen in diesen Zählern den Rohrquerschnitt ziemlich gut und deshalb ist
das Messsignal hinreichend stabil für Durchflussänderungen über den Rohrdurchmesser. In den größeren Zählern (q
3,5...15 m /h) wird eine Konstruktion mit einem dreieckigen Schallweg verwendet, sodass Durchflussänderungen über den
3
Rohrdurchmesser auch in diesen Zählern erfasst werden. Das Messsignal ergibt sich hier aus einer Linienintegration entlang
des Schallwegs, wodurch mögliche Asymmetrien im Durchflussprofil des Zählers hiermit ausgeglichen werden.
q
p
Abb. 13: Signalwege im MULTICAL® 403. Ultraschallsignale werden von den Ultraschallwandlern abhängig von der Konstruktion
über 2 oder 4 Reflektoren gesendet. Für kleine Zähler (q
der Durchflussänderungen entlang des Rohrdurchmessers (das Durchflussprofil) im Durchflusssensor wird in größeren Zählern
(q 3,5...15 m /h) ein dreieckiger Schallweg verwendet. In beiden Konstruktionen verändern sich die Laufzeiten für das Signal in
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p
Kamstrup A/S • FILE100000168_D_DE_03.2026
0,6...2,5 m /h) wird eine Konstruktion mit einem Schallweg verwendet, der parallel mit der Rohrachse
3
0,6...2,5 m /h
3
Parallel
Richtung des Durchflusses und entgegen dem Durchfluss.
Abb. 13: dargestellt: Piezoelektrische Elemente
0,6...2,5 m /h) ist ein paralleler Schallweg hinreichend. Zur Erfassung
3
p
MULTICAL® 403
q 3,5...15 m /h
3
p
Dreieck
p
89