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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Ultraschall-Durchflussmesser sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 10 Hersteller von Ultraschall-Durchflussmesser und deren Firmenranking.
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Ein Ultraschall-Durchflussmesser ist ein Durchflussmesser, der akustische Schwingungen nutzt, die durch Ultraschallwellen verursacht werden und der sich durch eine berührungslose Messung mit dem zu messenden Objekt auszeichnet.
Es gibt zwei Verfahren: das Laufzeitdifferenzverfahren und das Dopplerverfahren. Ultraschall-Durchflussmesser haben einen einfachen Aufbau ohne Druckverlust, da es keine Hindernisse im Rohr gibt. Sie sind weniger störanfällig, haben einen großen Messbereich, werden nicht von der Dichte oder Viskosität der Flüssigkeit beeinflusst und haben eine hohe Genauigkeit.
Ultraschall-Durchflussmesser sind auch Clamp-On-Geräte, d. h. sie können außerhalb des Rohrs montiert werden und korrosive Flüssigkeiten messen, ohne dass der Sensor korrodiert.
Ultraschall-Durchflussmesser werden zur Messung der Durchflussmenge von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen in Rohrleitungen eingesetzt. Insbesondere werden sie häufig zur Kontrolle des Durchflusses von Flüssigkeiten in Wasseraufbereitungsanlagen und Fabriken eingesetzt.
Bei den Ultraschall-Durchflussmessern kann die Laufzeitdifferenzmethode keine Messgenauigkeit gewährleisten, wenn Feststoffe oder Blasen beigemischt sind. Daher werden sie zur Messung von Flüssigkeiten mit hohem Reinheitsgrad eingesetzt, beispielsweise zur Kontrolle der Durchflussmenge von Chemikalien in Halbleiteranlagen. Die Doppler-Methode hingegen nutzt Feststoffe und Blasen in der Flüssigkeit zur Messung des Durchflusses und wird daher zur Messung des Durchflusses von suspendierten Flüssigkeiten, z. B. Schlamm und Abwasser, eingesetzt.
Bei Ultraschall-Durchflussmessern, sowohl bei der Laufzeit- als auch bei der Doppler-Methode, handelt es sich um Clamp-On-Geräte, die an der Außenseite der Rohrleitung angebracht und wieder abgenommen werden und Ultraschallwellen von außerhalb der Rohrleitung senden und empfangen. Dies bedeutet, dass es keine Hindernisse in den Rohrleitungen gibt, der Druckverlust gleich Null ist und die einfache Struktur störungsresistent und unbeeinflusst von der Dichte und Viskosität der Flüssigkeit ist. Da keine Sensoren oder andere Komponenten in den Rohrleitungen angebracht werden müssen, können auch korrosive Flüssigkeiten gemessen werden, ohne dass die Komponenten korrodieren.
Ultraschall-Durchflussmesser gibt es als Ausbreitungszeitdifferential-Ultraschall-Durchflussmesser und Ultraschall-Durchflussmesser nach dem Doppler-Verfahren, die jeweils unterschiedlich aufgebaut sind:
Ausbreitungszeit-Ultraschall-Durchflussmesser werden auch als Laufzeit-Ultraschall-Durchflussmesser bezeichnet. Ausbreitungszeit-Ultraschall-Durchflussmesser sind heute der häufigste Typ von Ultraschall-Durchflussmessern. Sie sind so konfiguriert, dass sie Ultraschallwellen diagonal durch das Fluid von stromaufwärts nach stromabwärts (vorwärts) und umgekehrt (rückwärts) im Rohr senden und empfangen.
Wenn sich die Flüssigkeit nicht bewegt, ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen bei der Übertragung in Vorwärtsrichtung die gleiche wie bei der Übertragung in Rückwärtsrichtung. Wenn sich die Flüssigkeit jedoch bewegt, ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des in Vorwärtsrichtung gesendeten Ultraschalls die Geschwindigkeit plus die Geschwindigkeit der Flüssigkeit.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der in umgekehrter Richtung gesendeten Ultraschallwellen ist dagegen die Ausbreitungsgeschwindigkeit minus der Geschwindigkeit der Flüssigkeit. Mit anderen Worten, bei Ausbreitungszeit-Ultraschall-Durchflussmesser wird aus dieser Geschwindigkeitsdifferenz die Geschwindigkeit des Fluids berechnet, woraus sich der Durchfluss ergibt.
Aufgrund dieses Aufbaus und Prinzips sind Ausbreitungszeit-Ultraschall-Durchflussmesser sehr genau bei der Messung von Durchflussmengen. Befinden sich jedoch Feststoffe oder Blasen in der Flüssigkeit, kann die Messgenauigkeit nicht aufrechterhalten werden und eine Messung ist nicht möglich.
Ultraschall-Durchflussmesser nutzen den Doppler-Effekt aus. Der Doppler-Effekt wird durch das Phänomen charakterisiert, dass der Ton einer Krankenwagensirene bei Annäherung und Entfernung unterschiedlich gehört wird. Dieses Phänomen tritt auf, weil sich die scheinbare Wellenlänge der Schallwellen ändert, wenn sich die Schallquelle auf den Beobachter zubewegt und von ihm wegbewegt.
Bei Ultraschall-Durchflussmesser nach dem Doppler-Verfahren werden Ultraschallwellen in die im Rohr fließende Flüssigkeit eingestrahlt, die von den Körnern und Blasen in der Flüssigkeit reflektiert werden. Die Ultraschallwellen werden dann mit einer Wellenlänge (Frequenz) empfangen, die durch die Reflexionen an den Körnern und Blasen verschoben ist. Da die Frequenzänderung der Ultraschallwellen in einem linearen Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit steht, kann die Durchflussmenge aus der Strömungsgeschwindigkeit berechnet werden.
Bei der Messung von Gas- und Flüssigkeitsdurchflüssen mit einem Ausbreitungszeit-Ultraschall-Durchflussmesser werden die Messwerte durch die Geschwindigkeitsverteilung im System beeinflusst, so dass die Anströmung des Durchflussmessers gleichgerichtet werden muss. Insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit kann es vor dem Messgerät und im System zu Kavitation kommen. Wenn Kavitation auftritt, können leicht Luftblasen entstehen oder in die Flüssigkeit gemischt werden, die mit einem Ultraschall-Durchflussmesser mit Laufzeitunterschied nicht genau gemessen werden können.
Eine Gegenmaßnahme gegen diese Luftblasen ist der Einbau eines Gas-Flüssigkeits-Trennbehälters vor dem Gerät. Dies erfordert jedoch Änderungen an der vorhandenen Ausrüstung, und die Kosten sind ein Nachteil. In den letzten Jahren wurden daher Ultraschall-Durchflussmesser entwickelt, deren Funktion darin besteht, die Durchflussmenge zu messen, indem die Daten aus dem Durchgang von Luftblasen gelöscht werden.
Es gibt volumetrische Durchflussmesser, Turbinendurchflussmesser und Durchflusszellen-Durchflussmesser, die alle den Einbau eines Messfühlers in die Rohrleitung erfordern, um die Durchflussmenge der Flüssigkeit in der Rohrleitung zu messen. Bei neuen Anlagen kann die Position des Durchflussmessers bereits in der Planungsphase festgelegt werden und die Spezifikationen können endgültig festgelegt werden.
Bei bestehenden Anlagen gibt es jedoch viele Fälle, in denen Änderungen an den Rohrleitungen erforderlich sind und die Anlage abgeschaltet wird. Der Einbau eines Differenzdruck- oder Turbinendurchflussmessers in eine bestehende Anlage erfordert zum Beispiel das Durchtrennen der Rohrleitungen.
Die Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmesser haben jedoch den Vorteil, dass sie keine Arbeiten an den Rohrleitungen erfordern und problemlos in bestehende Anlagen eingebaut werden können.
*einschließlich Lieferanten etc.
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Rangliste in Deutschland
Ableitungsmethode| Rang | Unternehmen | Aktie lecken |
|---|---|---|
| 1 | Sysmatec | 15.4% |
| 2 | PI Ceramic GmbH | 15.4% |
| 3 | Montar Messtechnik | 11.5% |
| 4 | SONOTEC GmbH | 11.5% |
| 5 | KOBOLD Messring GmbH | 11.5% |
| 6 | Endress+Hauser Group Services AG | 11.5% |
| 7 | WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG | 11.5% |
| 8 | H. Hermann Ehlers GmbH | 3.8% |
| 9 | Bronkhorst Deutschland Nord GmbH | 3.8% |
| 10 | Siemens AG | 3.8% |
Ableitungsmethode
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