Ein Ultraschall-Durchflussmesser ist ein Durchflussmesser, der Ultraschallwellen in die Flüssigkeit im Rohr aussendet und den Durchfluss anhand der Laufzeitdifferenz misst. Er erzeugt Ultraschallwellen schräg zur Strömungsrichtung des Fluids und kann damit gemessen werden. Normalerweise werden viele Arten von Sensoren auf beiden Seiten des Rohrs installiert, aber neuerdings werden die vom Rohr reflektierten Ultraschallwellen direkt von einem Detektor gemessen. Traditionell haben Ultraschall-Durchflussmessgeräte den Vorteil, dass kein Fluiddruckverlust und keine mechanischen Antriebsteile auch bei größeren Rohrdurchmessern vorhanden sind, was aufgrund des einfachen Detektionsprinzips Kosten reduzieren kann. Da das Clip-On-Verfahren zudem nicht in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit in der Rohrleitung kommt, kann ein Einmischen von Verunreinigungen verhindert werden und Bauarbeiten wie das Durchtrennen der Rohrleitung entfallen.
Prinzip des Ultraschall-Durchflussmessers
Es gibt verschiedene Methoden von Ultraschall-Durchflussmessern, aber der Schwerpunkt in der Produktionsstätte liegt derzeit auf der Laufzeitmethode. Wie oben erwähnt, breiten Ultraschall-Durchflussmesser Ultraschallwellen diagonal zum Flüssigkeitsstrom aus. Wenn im Rohr kein Flüssigkeitsstrom vorhanden ist, breiten sich die Ultraschallwellen einfach zwischen den beiden Detektoren aus. Fließt die Flüssigkeit jedoch in die gleiche Richtung wie die Ultraschallwellen, werden die Ultraschallwellen in der Flüssigkeit beschleunigt, wodurch ihre Geschwindigkeit erhöht und somit die Zeit bis zum Erreichen des Detektors verkürzt wird. Wenn die Flüssigkeit und die Ultraschallwellen umgekehrt in entgegengesetzte Richtungen fließen, dauert es länger, bis die Ultraschallwellen den Detektor erreichen. Da die Zeitänderung der den Detektor erreichenden Ultraschallwelle mit der Strömungsrichtung und -geschwindigkeit der Flüssigkeit variiert, wird die Strömungsrate unter Berücksichtigung dieser Änderung berechnet. Darüber hinaus ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen langsamer als die von elektromagnetischen Wellen, sodass dieses Merkmal sehr hervorsticht. Deshalb werden bei diesem Durchflussmessverfahren Ultraschallwellen verwendet.
Merkmale von Ultraschall-Durchflussmessern
Obwohl Ultraschall-Durchflussmesser viele Vorteile haben, haben sie auch Nachteile.
Vorteile von Ultraschall-Durchflussmessern
1. Da kein mechanischer Antrieb vorhanden ist, entsteht kein Druckverlust.
Ultraschall-Durchflussmesser übertragen nur Ultraschallwellen zwischen Flüssigkeiten, sodass kein Druckverlust auftritt. Ohne bewegliche Teile sind Ultraschall-Durchflussmesser weniger störanfällig.
2. Wenn die Klemmmethode angewendet wird, besteht keine Notwendigkeit für Konstruktionen wie Rohrschneiden.
Da der Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmesser nur außen an der Rohrleitung montiert wird, entfallen Baumaßnahmen wie das Durchtrennen der Rohrleitung. Da außerdem kein direkter Kontakt besteht, kann das Eindringen von Fremdkörpern verhindert werden.
Nachteile von Ultraschall-Durchflussmessern
Es wird leicht durch Fremdkörper oder Luftblasen in der Flüssigkeit beeinträchtigt.
Fremdkörper oder Luftblasen in der Flüssigkeit sind die schlimmsten Feinde der Messung. Wenn die Durchflussrate der Flüssigkeit zunimmt, tritt Kavitation auf (ein Phänomen, bei dem Luftblasen entstehen und aufgrund eines Druckunterschieds während der Strömung in kurzer Zeit verschwinden), was die Messung erschwert. In diesem Fall müssen Sie einen Gasabscheider (Separator) verwenden, um Luftblasen zu entfernen, oder einen anderen Durchflussmessertyp in Betracht ziehen.
2. Benötigt gerades Rohr.
Da gerade Rohre den Flüssigkeitsfluss stabilisieren, ist sowohl auf der stromaufwärtigen als auch auf der stromabwärtigen Seite des Durchflussmessers eine Mindestlänge gerader Rohre erforderlich. Grundsätzlich wird die Länge L eines geraden Rohres durch den Rohrdurchmesser D ausgedrückt als beispielsweise L=5D (5-facher Rohrdurchmesser). Grundsätzlich erfordern Ultraschall-Durchflussmesser, dass das Fluid in einem stationären Zustand fließt. Daher müssen gerade Rohrstrecken länger sein als andere Arten von Durchflussmessern. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Verfügbarkeit von Modellen für große Messbereiche oder große Rohrdurchmesser.
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