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.
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 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 Abb. 8 dargestellt: Piezoelektrische Elemente
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
Rohrachse 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 m³/h) wird eine Konstruktion mit einem dreieckigen Schallweg verwendet, sodass
p
Durchflussänderungen über den 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. 8: Signalwege im MULTICAL® 403. Ultraschallsignale werden von den Ultraschallwandlern abhängig von der
Konstruktion über 2 oder 4 Reflektoren gesendet. Für kleine Zähler (q
hinreichend. Zur Erfassung der Durchflussänderungen entlang des Rohrdurchmessers (das Durchflussprofil) im
Durchflusssensor wird in größeren Zählern (q
Konstruktionen verändern sich die Laufzeiten für das Signal in Richtung des Durchflusses und entgegen dem
Durchfluss.
Kamstrup A/S · Technische Beschreibung · 5512-1690_F1_DE_08.2019
Unsere Erfahrungen
0,6...2,5 m³/h) wird eine Konstruktion mit einem Schallweg verwendet, der parallel mit der
p
0,6...2,5 m³/h
Parallel
aus wiederholten
3,5...15 m³/h) ein dreieckiger Schallweg verwendet. In beiden
p
Zuverlässigkeitstests,
q 3,5...15 m³/h
p
Dreieck
0,6...2,5 m³/h) ist ein paralleler Schallweg
p
MULTICAL® 403
die auf der
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