Sensoren für Ultraschall-Durchflussmessgeräte

Die Ultraschallmessung umfasst eine Vielzahl von Modellen und Ausführungen von Durchflussmessgeräten. Der Begriff „Ultraschall“ definiert die Art der Durchflussmessgeräte nicht eindeutig. Ultraschall bedeutet lediglich, dass der Durchfluss mithilfe von Ultraschall gemessen wird. Der tatsächliche Durchfluss wird mit einer von drei grundlegend unterschiedlichen Methoden gemessen:

• Laufzeitdifferenzverfahren (Time-of-Flight)
• Dopplerverfahren
• Kreuzkorrelationsverfahren

Das am häufigsten angewandte und genaueste Verfahren ist das Laufzeitdifferenzverfahren. Es kann für Flüssigkeiten, Gase, kryogene Anwendungen (einschließlich LNG) und Hochtemperaturanwendungen genutzt werden.

Heutzutage sind verschiedene Ultraschallsensortypen für die direkte Installation am Rohr oder vorinstalliert in einem Messrohr erhältlich. Die Sensoren können in drei Untergruppen unterteilt werden:

• Clamp On-Sensoren
• Einstecksensoren
• Inline-Sensoren

Schallwellen können Materialien durchdringen, ohne Schaden anzurichten. Medizinische Anwendungen, Materialprüfungen und Durchflussmessungen machen sich diese Eigenschaft zunutze. Was die Durchflussmessung betrifft, bedeutet dies, dass sich der Sensor außerhalb des Rohrs befinden kann und nicht unbedingt mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen muss. Auf diese Weise montierte Geräte werden üblicherweise als „Clamp-on“-Sensoren bezeichnet (Abbildung 1). Clamp-On-Sensoren nutzen die Eigenschaft von Ultraschallwellen immer durch die Mitte des Rohrs zu verlaufen.

Sensoren, die in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit kommen, werden als Einsteck- oder benetzte Sensoren bezeichnet. Sie werden auch mit Mulitpfadlaufzeitmessern verwendet, bei denen die Schallwege von der Mittelebene des Rohrs versetzt sind. Ein Beispiel hierfür sind Doppelpfadsysteme (Abbildung 3). Multipfadsysteme bieten eine bessere Linearität und sind weniger anfällig für Störungen im Strömungsprofil. Einige Hersteller bieten auch Einstecksensoren an, die im laufenden Betrieb angeschlossen werden können.

Vorgefertigte Messrohre (siehe Abbildung 3) sind eine ideale Lösung, wenn im Labor ermittelte Messgenauigkeiten direkt vor Ort genutzt werden sollen. Ein Inline-Sensor besteht aus einem vorgefertigten Messrohr mit vorinstallierten Einführsensoren, die benetzt oder von der Flüssigkeit isoliert betrieben werden können. Konfigurationen wie diese verwenden in der Regel Inline-Sensoren mit einem Multipfadsystem, das aus zwei, drei, vier oder mehr Sensorpaaren besteht.