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3 Grundlagen
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Grundlagen
Bei der Ultraschall-Durchflussmessung wird die Strömungsgeschwindigkeit des in einem Rohr fließenden Fluids be-
stimmt. Weitere Messgrößen (z.B. Volumenstrom, Massenstrom) werden von der Strömungsgeschwindigkeit und, falls er-
forderlich, zusätzlichen Messgrößen abgeleitet.
3.1
Messsystem
Das Messsystem besteht aus dem Messumformer, den Ultraschallsensoren mit den Sensorkabeln und dem Rohr, an dem
gemessen wird.
Die Ultraschallsensoren werden außen am Rohr befestigt. Ultraschallsignale werden von den Sensoren durch das Fluid
gesendet und wieder empfangen. Der Messumformer steuert den Messzyklus, eliminiert die Störsignale und wertet die
Nutzsignale aus. Die Messwerte können vom Messumformer angezeigt, verrechnet und ausgegeben werden.
3.2
Messprinzip
Die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids wird im TransitTime-Modus mit dem Ultraschall-Laufzeitdifferenz-Korrelations-
verfahren bestimmt (siehe Abschnitt 3.2.2). Bei Messungen mit einem hohen Gas- oder Feststoffanteil kann der Mess-
umformer in den NoiseTrek-Modus umschalten (siehe Abschnitt 3.2.3).
3.2.1
Begriffe
Strömungsprofil
Verteilung der Strömungsgeschwindigkeiten über der Rohrquerschnittsfläche. Für eine optimale Messung muss das Strö-
mungsprofil voll ausgebildet und axialsymmetrisch sein. Die Form des Strömungsprofils hängt davon ab, ob eine Strö-
mung laminar oder turbulent ist, und wird stark von den Bedingungen am Einlauf der Messstelle beeinflusst (siehe
Kapitel 5).
Reynoldszahl Re
Kennzahl zur Beschreibung des Turbulenzverhaltens eines Fluids im Rohr. Die Reynoldszahl Re setzt sich zusammen
aus der Strömungsgeschwindigkeit, der kinematischen Viskosität des Fluids und dem Rohrinnendurchmesser.
Wenn die Reynoldszahl einen kritischen Wert überschreitet (bei Strömungen im Rohr in der Regel ca. 2 300), findet ein
Übergang von einer laminaren zu einer turbulenten Strömung statt.
Laminare Strömung
Eine Strömung, in der keine Turbulenzen auftreten. Es findet keine Vermischung der nebeneinander fließenden Schichten
des Fluids statt.
Turbulente Strömung
Eine Strömung, in der Turbulenzen (Verwirbelungen des Fluids) auftreten. In technischen Anwendungen sind Strömungen
innerhalb eines Rohrs fast immer turbulent.
Übergangsbereich
Eine Strömung, die teilweise laminar und teilweise turbulent ist.
Laufzeitdifferenz Δt
Differenz der Laufzeiten der Signale. Beim TransitTime-Verfahren wird die Laufzeitdifferenz der Signale in und entgegen
der Flussrichtung gemessen, beim NoiseTrek-Verfahren die Laufzeitdifferenz des Signals vom Sensor zum Partikel und
vom Partikel zum Sensor. Aus der Laufzeitdifferenz wird die Strömungsgeschwindigkeit des im Rohr fließenden Fluids er-
mittelt (siehe Abb. 3.2, Abb. 3.3 und Abb. 3.4).
UMFLUXUS_F808_809V1-2-1DE, 2019-08-23
Messumformer
Abb. 3.1: Beispiel für einen Messaufbau
Sensoren
Rohr
FLUXUS F808, F809
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