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Dipl.-Ing. Ulrich Klyne
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Prinzip der Ultraschall-Durchflussmessung nach dem
Laufzeit-Differenz-Verfahren im Fluxus ADM - System

Das Laufzeitdifferenz-Verfahren macht sich die Tatsache zunutze, daß die Ausbreitungs- geschwindigkeit eines Ultraschallschallsignals von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, in dem es sich ausbreitet, abhängig ist.
Ähnlich einem Schwimmer, der gegen den Strom schwimmt, bewegt sich ein Ultraschallsignal entgegen der Flußrichtung des Mediums langsamer als in Flußrichtung.

Abbildung 1
Die beiden am Rohr befestigten Messköpfe des Sensors senden und empfangen quasi gleichzeitig Ultraschallimpulse mit einer Frequenz von bis zu 1.000 Hz durch das Medium in Strömungsrichtung und gegen die Strömungsrichtung.

Bei stehender Strömung sind Schallwege in beiden Richtungen gleich lang und die in µ-Sekunden zu messenden Laufzeiten damit in beiden Richtungen gleich.
Bei vorhandener Strömung werden die Schallwege geringfügig verformt, es ergibt sich eine Laufzeitdifferenz zwischen den beiden Richtungen.

Abbildung 2
Die Laufzeit (transit time) der Schallsignale, die das Medium in Flußrichtung durchlaufen, ist nun kürzer als die Laufzeit der Schallsignale, die es entgegen der Flußrichtung durchlaufen.
Der Laufzeitunterschied Delta t wird gemessen

und erlaubt die Bestimmung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit auf dem vom Schall durchlaufenen Pfad

Abbildung 3
Durch eine Profilkorrektur kann das Flächenmittel der  Strömungsgeschwindigkeit errechnet werden, welches dem Volumenfluß proportional ist.

 

Fazit:
Da Ultraschallwellen auch Festkörper durchdringen, können die Sensoren auf der Aussenwand des Rohres befestigt werden. Die Messung ist daher nichtinvasiv und zur Installation der Sensoren ist kein Eingriff in das System erforderlich.

FLUXUS ADM kann überall dort eingesetzt werden, wo sowohl die Rohrwand als auch
die im Rohr strömende Flüssigkeit schalldurchlassig sind.

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