Transitzeit-Arbeitsprinzip
Messprinzip:
Das Laufzeitkorrelationsprinzip nutzt die Tatsache, dass die Laufzeit eines Ultraschallsignals von der Strömungsgeschwindigkeit des Trägermediums abhängt. Ähnlich wie ein Schwimmer, der sich durch einen fließenden Fluss bewegt, breitet sich ein Ultraschallsignal stromaufwärts langsamer aus als stromabwärts.
UnserTF1100 Ultraschall-DurchflussmesserArbeiten nach diesem Transitzeitprinzip:
Vf = Kdt/TL
Wo:
VcFlow-Geschwindigkeit
K: Konstante
dt: Zeitdifferenz
TL: Durchschnittliche Transitzeit
Wenn der Durchflussmesser arbeitet, senden und empfangen die beiden Wandler Ultraschallsignale, die durch einen Mehrstrahlwandler verstärkt werden und sich zunächst stromabwärts und dann stromaufwärts ausbreiten. Da sich Ultraschall stromabwärts schneller ausbreitet als stromaufwärts, ergibt sich eine Laufzeitdifferenz (dt). Bei ruhender Strömung ist die Laufzeitdifferenz (dt) null. Kennt man die Laufzeiten stromabwärts und stromaufwärts, lässt sich die Laufzeitdifferenz und anschließend die Strömungsgeschwindigkeit (Vf) mithilfe der folgenden Formel berechnen.
V-Methode
W-Methode
Z-Methode
Funktionsprinzip des Doppler-Verfahrens
DerDF6100Der Serien-Durchflussmesser arbeitet, indem er Ultraschallwellen von seinem Sendewandler aussendet. Diese Schallwellen werden von in der Flüssigkeit suspendierten Schallreflektoren reflektiert und vom Empfangswandler erfasst. Bewegen sich die Schallreflektoren im Schallweg, werden die reflektierten Schallwellen mit einer Frequenzverschiebung (Doppler-Frequenz) gegenüber der Sendefrequenz reflektiert. Diese Frequenzverschiebung ist direkt proportional zur Geschwindigkeit der sich bewegenden Partikel oder Blasen. Das Gerät interpretiert diese Frequenzverschiebung und wandelt sie in verschiedene, vom Benutzer definierte Maßeinheiten um.
Es müssen Partikel vorhanden sein, die groß genug sind, um eine longitudinale Reflexion zu verursachen – Partikel, die größer als 100 Mikrometer sind.
Bei der Installation der Messumformer muss am Installationsort ausreichend gerade Rohrlänge stromaufwärts und stromabwärts vorhanden sein. Üblicherweise werden stromaufwärts 10D und stromabwärts 5D gerade Rohrlänge benötigt, wobei D der Rohrdurchmesser ist.
Funktionsprinzip der Flächengeschwindigkeit
DOF6000Serienmäßige Durchflussmesser für offene Gerinne nutzen die Doppler-Sonographie im kontinuierlichen Modus zur Messung der Wassergeschwindigkeit. Dabei wird ein Ultraschallsignal in den Wasserstrom ausgesendet, und die von im Wasser suspendierten Partikeln zurückgeworfenen Echos (Reflexionen) werden empfangen und analysiert, um die Dopplerverschiebung (Geschwindigkeit) zu ermitteln. Die Aussendung erfolgt kontinuierlich und gleichzeitig mit dem Empfang des zurückkehrenden Signals.
Während eines Messzyklus sendet Ultraflow QSD 6537 ein kontinuierliches Signal aus und misst die von Streukörpern entlang des gesamten Strahls reflektierten Signale. Daraus wird eine mittlere Geschwindigkeit berechnet, die an geeigneten Standorten mit der Strömungsgeschwindigkeit in einem Kanal in Beziehung gesetzt werden kann.
Der Empfänger im Instrument erfasst reflektierte Signale, die anschließend mithilfe digitaler Signalverarbeitungstechniken analysiert werden.
Wassertiefenmessung – Ultraschall
Zur Tiefenmessung nutzt das Ultraflow QSD 6537 die Laufzeitmessung (Time-of-Flight, ToF). Dabei wird ein Ultraschallimpuls zur Wasseroberfläche ausgesendet und die Laufzeit des Echos bis zum Empfang durch das Gerät gemessen. Die Entfernung (Wassertiefe) ist proportional zur Laufzeit und zur Schallgeschwindigkeit im Wasser (korrigiert für Temperatur und Dichte).
Die maximale Ultraschall-Tiefenmessung ist auf 5 m begrenzt.
Wassertiefenmessung – Druck
Standorte, an denen das Wasser große Mengen an Ablagerungen oder Luftblasen enthält, sind möglicherweise ungeeignet für die Ultraschall-Tiefenmessung. An solchen Standorten ist die Druckmessung zur Bestimmung der Wassertiefe besser geeignet.
Die druckbasierte Tiefenmessung kann auch an Orten eingesetzt werden, an denen das Instrument nicht auf dem Boden des Strömungskanals aufgestellt oder horizontal montiert werden kann.
Das Ultraflow QSD 6537 ist mit einem Absolutdrucksensor mit einer Messgenauigkeit von 2 bar ausgestattet. Der Sensor befindet sich an der Unterseite des Geräts und verwendet ein temperaturkompensiertes digitales Druckmesselement.
Bei Verwendung von Tiefendrucksensoren führen atmosphärische Druckschwankungen zu Fehlern in der angezeigten Tiefe. Diese werden korrigiert, indem der atmosphärische Druck vom gemessenen Tiefendruck subtrahiert wird. Hierfür ist ein barometrischer Drucksensor erforderlich. Der Calculator DOF6000 verfügt über ein integriertes Druckkompensationsmodul, das die atmosphärischen Druckschwankungen automatisch ausgleicht und so eine präzise Tiefenmessung gewährleistet. Dadurch kann der Ultraflow QSD 6537 die tatsächliche Wassertiefe (den tatsächlichen Wasserdruck) anstelle von barometrischem Druck plus Wassersäule anzeigen.
Temperatur
Zur Messung der Wassertemperatur wird ein Halbleiter-Temperatursensor verwendet. Die Schallgeschwindigkeit und die Leitfähigkeit von Wasser hängen von der Temperatur ab. Das Gerät nutzt die gemessene Temperatur, um diese Schwankung automatisch auszugleichen.
Elektrische Leitfähigkeit (EC)
Das Ultraflow QSD 6537 ist mit der Fähigkeit zur Messung der Wasserleitfähigkeit ausgestattet. Die Messung erfolgt mittels einer linearen Vier-Elektroden-Konfiguration. Dabei wird ein kleiner Strom durch das Wasser geleitet und die dadurch erzeugte Spannung gemessen. Aus diesen Werten berechnet das Gerät die unkorrigierte Rohleitfähigkeit.