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Auswahl von Ultraschall-Gasdurchflussmessumformern: Frequenz, Schallweg, Druck und Temperatur

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Auswahl von Ultraschall-Gasdurchflussmessumformern: Frequenz, Schallweg, Druck und Temperatur

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Die Auswahl eines Gasdurchflussmesswandlers ist eine Aufgabe der Systemauslegung
Die Ultraschall-Gasdurchflussmessung kommt in Gaszählern für Privathaushalte und Gewerbekunden, in industriellen Prozessanlagen, Ventilatoren, Analysegeräten, Verbrennungssystemen sowie bei der Überwachung von Kaminen und Abgaskanälen zum Einsatz. Die Messwandler sind nur ein Teil des Systems. Ihre Eignung hängt vom Gas, dem Durchflussrohr, dem Schallweg, dem Druck, der Temperatur, der Frequenz, der Elektronik, der Kalibrierungsmethode und der Produktionskonsistenz ab.

Ein Messwandler, der in Raumluft auf einem Prüfstand ein starkes Signal erzeugt, bleibt im fertigen Zähler möglicherweise nicht stabil. Rohrgeometrie, Reflektoren, Gaszusammensetzung, Druck, Temperatur, Verunreinigungen, Kabelbelastung und die analoge Vorverstärkerstufe können die Amplitude, die Phase, den Nullabfluss-Offset und die Laufzeitmessung beeinflussen.

So funktioniert die Gasdurchflussmessung mittels Laufzeitmessung
Ein typisches Messgerät verwendet zwei Wandler. Eine Messung erfolgt in Durchflussrichtung, die andere entgegen der Durchflussrichtung. Die stromabwärts wandernde Schallwelle trifft etwas früher ein, während die stromaufwärts wandernde Welle etwas später eintrifft. Die Differenz der Laufzeit steht in Zusammenhang mit der mittleren Gasgeschwindigkeit entlang des Schallwegs. Rohrquerschnitt, Weggeometrie, Kalibrierung und Durchflussprofilkorrektur werden dann zur Berechnung des Volumen- oder Massendurchflusses herangezogen.

Die Zeitdifferenz ist in der Regel wesentlich kleiner als die gesamte Laufzeit. Aus diesem Grund sind Wellenformstabilität, Abstimmung der Messwandler, Zeitauflösung und rauscharme Erfassung von entscheidender Bedeutung. Bei Null-Durchfluss beträgt die ideale Zeitdifferenz Null, doch reale Messwandler und Elektronik führen zu Offsets, die charakterisiert und kompensiert werden müssen.