Ultraschallsensoren

Die Laufzeitmessung und das sogenannte Doppler-Prinzip (Phasendifferenz-Messung) sind die zwei grundlegenden Messverfahren in der Ultraschall-Durchflussmessung . Die jeweiligen verwendeten Piezoschwinger erzeugen Ultraschallwellen, die schräg zur Strömungsrichtung in die Flüssigkeit eingekoppelt werden.

Die Laufzeitmessung, auch Mitführprinzip genannt, basiert auf dem wechselseitigen Senden und Empfangen von Ultraschallimpulsen in und gegen die Strömungsrichtung. Dabei werden zwei Piezowandler, die sowohl als Sender als auch Empfänger arbeiten, in einer Schallstrecke schräg zur Strömungsrichtung angeordnet. Die Mitführung des Wellenpakets im strömenden Medium (flüssig oder gasförmig) bewirkt eine Überlagerung von Schallausbreitungsgeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit.

Die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt sich proportional zum Kehrwert der Laufzeitdifferenz mit und gegen die Strömung. Beim Doppler-Prinzip wird die Phasen- bzw. Frequenzverschiebung der Ultraschallwellen, die von Flüssigkeitspartikeln gestreut bzw. reflektiert werden, ausgewertet. Die Frequenzverschiebung zwischen abgestrahlter und am gleichen Piezowandler empfangener (reflektierter) Wellenfront ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Für beide Methoden gilt, dass die Effizienz der Messung abhängig von den Durchmessern der Rohre und ihrer Durchlässigkeit gegenüber Schall ist. Sogenannte Clamp-On-Sensoren können störungsfrei nachträglich auf ein bestehendes System aufgebracht werden.

Der Sensor hat keinen Einfluss auf den Mengenfluss und kommt nicht mit den strömenden Materialien in Kontakt. Außerdem gibt es so keinerlei Abnutzungseffekte für die Messeinrichtung. Nachträglich angebrachte Sensoren sind auch ideal für die Überwachung bereits bestehender Systeme, oder die Durchführung zeitlich begrenzter Messungen. Alternativ können die Ultraschallsensoren natürlich auch in den Fluss eingebracht werden. 

Dies ist insbesondere dann nötig, wenn das Wandungsmaterial schlecht schalldurchlässig ist. Die Messgenauigkeit ist der Messung von außen überlegen. PI Ceramic (PIC) ist seit geraumer Zeit als Hersteller kundenspezifisch angepasster Piezokeramiken etabliert. Auch die Piezoelemente, die in großen Stückzahlen zum Bau von Durchflussmessgeräten verwendet werden, stammen von PI Ceramic.

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