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FLUXUS F502TE
3
Grundlagen
Bei der Ultraschall-Durchflussmessung wird die Strömungsgeschwindigkeit des in einem Rohr fließenden Fluids be-
stimmt. Weitere Messgrößen werden von der Strömungsgeschwindigkeit und, falls erforderlich, zusätzlichen Messgrößen
abgeleitet.
3.1
Messprinzip
Die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids wird mit dem Ultraschall-Laufzeitdifferenz-Korrelationsverfahren bestimmt.
3.1.1
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.
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. 2300), 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.
Schallgeschwindigkeit c
Die Geschwindigkeit, mit der sich der Schall ausbreitet. Die Schallgeschwindigkeit hängt von den mechanischen Eigen-
schaften des Fluids oder Rohrmaterials ab. Bei Rohrmaterialien und anderen Festkörpern wird zwischen der longitudina-
len und der transversalen Schallgeschwindigkeit unterschieden. Für die Schallgeschwindigkeit einiger Fluide und Rohr-
materialien siehe Anhang C.
Strömungsgeschwindigkeit v
Mittelwert aller Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids über der Rohrquerschnittsfläche.
Akustischer Kalibrierfaktor k
c
k
=
----------- -
a
sin
Der akustische Kalibrierfaktor k
und dem Einstrahlwinkel ergibt. Der Ausbreitungswinkel im angrenzenden Fluid oder Rohrmaterial ergibt sich nach dem
Brechungsgesetz:
c
c
c
k
=
=
=
----------- -
----------- -
---------- -
a
sin
sin
sin
Strömungsmechanischer Kalibrierfaktor k
Mit dem strömungsmechanischen Kalibrierfaktor k
mungsgeschwindigkeit auf den Wert der Strömungsgeschwindigkeit über der gesamten Rohrquerschnittsfläche umge-
rechnet. Bei einem voll ausgebildeten Strömungsprofil hängt der strömungsmechanische Kalibrierfaktor nur von der Rey-
noldszahl und der Rauigkeit der Rohrinnenwand ab. Der strömungsmechanische Kalibrierfaktor wird vom Messumformer
für jede Messung neu berechnet.
·
Volumenstrom
V
·
V
= v · A
Das Volumen des Fluids, das in einer bestimmten Zeit durch das Rohr fließt. Der Volumenstrom ergibt sich aus dem Pro-
dukt der Strömungsgeschwindigkeit v und der Rohrquerschnittsfläche A.
UMFLUXUS_F502TEV1-5DE, 2020-05-29
a
ist ein Sensorparameter, der sich aus der Schallgeschwindigkeit c innerhalb des Sensors
a
Re
wird der im Bereich des Schallstrahls gemessene Wert der Strö-
Re
3 Grundlagen
3.1 Messprinzip
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