Ultraschall-ClampOn Durchflussmesser deltawaveC

Inhalt Übersicht Applikationen Messprinzip Wärmemengenrechnung Zielmärkte Preise Wettbewerb Hands-On Zusammenfassung

deltawaveC – Durchflussmessung für gefüllte Flüssigkeitsleitungen

Anwendungen - Übersicht (1) Wasser- / Abwasser Pumpenkontrolle

Anwendungen - Übersicht (1) Weitere: Kühl- / Speise- / Trinkwasser Getränkeindustrie und Pharmazie Petrochemie Klimasysteme Heizsysteme

Messprinzip – Ultraschalllaufzeit (1)

Messprinzip – Ultraschalllaufzeit (2) Piezo Element Ultraschallwandler Prinzip der Laufzeitmessung  L T1 T2 D

Signalausbreitung  L D Prinzip der Laufzeitmessung Montageabstand X Schallgeschwindigkeit vs_tr  V2 e.g. 2500m/s) Prinzip der Laufzeitmessung  V3 e.g. 1480m/s) L D -> Signal wird an Materialübergängen gebrochen -> Montageabstand X abhängig von Schallgeschwindigkeiten d. Materialien -> Montageabstand X wird von deltawaveC-Elektronik berechnet

Reynolds-Kompensation (1) Viskositäten µ (Beispiele): Wasser (25°C): 0.00089 Öl: 2.9 Re = v x D / kinematic Viscosity Kinematic Viscosity (m2/s) Laminar flow, sometimes known as streamline flow, occurs when a fluid flows in parallel layers, with no disruption between the layers. In fluid dynamics, laminar flow is a flow regime characterized by high momentum diffusion and low momentum convection. It is the opposite of turbulent flow. In nonscientific terms laminar flow is "smooth," while turbulent flow is "rough." The dimensionless Reynolds number is an important parameter in the equations that describe whether flow conditions lead to laminar or turbulent flow. In the case of flow through a straight pipe with a circular cross-section, Reynolds numbers of less than 2300 are generally considered to be of a laminar type[1]; however, the Reynolds number upon which laminar flows become turbulent is dependent upon the flow geometry. When the Reynolds number is much less than 1, Creeping motion or Stokes flow occurs. This is an extreme case of laminar flow where viscous (friction) effects are much greater than inertial forces. -> Strömungsprofil abhängig von Reynoldszahl -> Einfluss von Reynolds muss kompensiert werden

Reynolds-Kompensation (2) Laminar Strömung Re < 2000 (i.d.R. nur bei hoch-viskosen Medien und/oder sehr geringen Geschw. Re = v x D / kinematic Viscosity Kinematic Viscosity (m2/s) Laminar flow, sometimes known as streamline flow, occurs when a fluid flows in parallel layers, with no disruption between the layers. In fluid dynamics, laminar flow is a flow regime characterized by high momentum diffusion and low momentum convection. It is the opposite of turbulent flow. In nonscientific terms laminar flow is "smooth," while turbulent flow is "rough." The dimensionless Reynolds number is an important parameter in the equations that describe whether flow conditions lead to laminar or turbulent flow. In the case of flow through a straight pipe with a circular cross-section, Reynolds numbers of less than 2300 are generally considered to be of a laminar type[1]; however, the Reynolds number upon which laminar flows become turbulent is dependent upon the flow geometry. When the Reynolds number is much less than 1, Creeping motion or Stokes flow occurs. This is an extreme case of laminar flow where viscous (friction) effects are much greater than inertial forces.

Reynolds-Compensation (3) Turbulente Strömung Re > 8000 [i.d.R. gegeben Bsp.: Wasser 20°C, v=0.04 m/s -> Re =10,000 ]

Reynolds-Kompensation (4) Durchflussmessung muss (geringfügig) kompensiert werden -> In deltawaveC wird die Reynoldszahl und der zugehörige Kompensationsfaktor in Abhängigkeit in Abhängigkeit des Mediums und der Fließgeschwindigkeit ermittelt. (k ≈ 0.94…1 )

Signalverluste (1) Ultrasonic Transducers Scattering Prinzip der Laufzeitmessung Streuung: Richtungsänderung von Signalteilen durch Reflexionen an Gasblasen oder Partikeln. Der Effekt nimmt mit steigender Signalfrequenz zu.

Signalverluste (2) Ultraschallwandler Absorption Absorbtion: Umwandlung von akustischer Energie zu Wärme durch Reibung zwischen Wassermolekülen (Kompression und Ausdehnung durch US-Signal). Absorbtionsverluste steigen quadratisch zur Signalfrequenz

Signalverluste (3) Ultraschallwandler Prinzip der Laufzeitmessung Absorption Scattering -> Beide Effekte nehmen exponentiell zu mit steigender Pfadlänge -> Unterschiedliche Wandler / Montagearten verfügbar um optimale Signalübertragung zu garantieren

Montage – Z-Montage (1) T1 L  D T2 Prinzip der Laufzeitmessung Ultraschallwandler Prinzip der Laufzeitmessung T1 L  D T2 Ultraschallwandler

Montage – Z-Montage (2)

Montage - V-Montage vs. Z-Montage Einfach, Schnell Halbe Pfadlänge ->Höhere Signalstärke Empfohlen für große Rohrleitungen / belastete Medien

Ultraschallwandler 500 kHz 2 MHz: DN15-DN100 Höchste Signalstärke

Signalübertragung – Kreuzkorrelation (1) Phasendrehung 180° Zeit Phasendrehung 180° 3 2 2

Signalübertragung – Kreuzkorrelation (2) Reale Signale sind wegen Wandlerträgheit keine echten Rechteckimpulse.

Signalübertragung – Kreuzkorrelation (3) Sendesignal Referenzsignal Korrelationsmaximum

Signalübertragung – Kreuzkorrelation (1) -> Durch Kreuzkorrelation eindeutige Signalform -> Signalerkennung auch bei „verrauschten“ Signalen möglich -> Stabile Messung unter schwierigen Bedingungen ( Gas- / Partikelbelastung / Umweltrauschen…)

Signalübertragung – Kreuzkorrelation (5) Einzelpuls Burst 4 Barker 7 (322) -> In Abhängigkeit des gewählten Wandlers wird das optimale Signal automatisch ausgewählt

Einlaufstrecken (1) L  D +∆ Ultraschallwandler Prinzip der Laufzeitmessung +∆ L  D

Einlaufbedingungen (2)

Einlaufbedingungen (3) Ultraschallwandler -∆ +∆ D v1 v2 Durch Mittelwertbildung wird Einfluss von Schrägströmung kompensiert

Integrierte Wärmemengenmessung (1) PT100 Temperatur T_kalt PT100 T_heiss Q Q Rohr Heizung

Integrierte Wärmemengenmessung (2) Wärmeleistung

Integrated Heat Transfer Measurement (3) Wärmeleistung (Wärmestrom) [W, kW] -> Kontinuierliches Signal (4…20mA) Wärmemenge [J, kWh] -> Typischerweise Zähler (Puls)

Messumformer (1) Portabel Stationär Anzahl Pfade 1 1 / 2 Ausgangssignale Durchfluss, Fließgeschwindigkeit, Wärmestrom Zähler Volumen, Masse, Wärmemenge Diagnoseparameter Schallgeschwindigkeit, Signalamplitude, SNR, Signalqualität, Signalscan am Gerät möglich Analoge Ausgänge 2x 4…20mA Digitale Ausgänge 1 x Relais 1/2x Relais Eingänge 2x PT100 Schnittstellen USB

Messumformer (2) Portabel Stationär Genauigkeit bis 1% v.M Messzyklus 4 Hz (250ms) (Update des Display / Ausgänge) Dämpfung 1…60 sec (einstellbar) (gleitender Mittelwert) Bedienung Soft Keys Sprachen Deutsch, Englisch, Chinesisch Gehäuse Aluminium, PVC PVC

Messumformer (3) Portabel Stationär Schutzklasse IP 54 IP 67 Display 320x240,Backlight 320x240 Backlight Gewicht Versorgung Batterie (Li-Ion) 230VAC Betriebstemperatur -20…60°C Datenspeicher Alle Ausgangssignale, Zähler und Diagnosewerte Speicherintervall einstellbar 1sek…60min Speicherkapazität Einstellbar über integ. SD-Karte (Standard 1 GB)

Ultraschallwandler 2 MHz 1 MHz 0.5 MHz Nennweite DN10-DN100 Material PEEK, Aluminium (Montagematerial) Montage Schiene + Ketten Spanngurt Temperatur -40…150°C -40…80°C (150°C)

Hands-On

deltawaveC vs. Magnetic Flowmeter IDM U = k x B x D x v U: Induzierte Spannung, prop. zum Durchfl. K: Kalibrierfaktor D: Elektrodenabstand (=ID) v: Mittlere Fließgeschwindigkeit Prinzip der Laufzeitmessung + Hohe Genauigkeit (0.3% - Prozessunterbrechung / Auftrennen der Rohrleitung - Nur elek. keitfähige Flüssigkeiten (VE-Wasser!) Elektroden empfindlich ggb. Ablagerungen (Magnetit, Sielhaut

deltawaveC vs. Inline Ultraschall + Höhere Signalstärken + Definierter Messquerschnitt - Auftrennen der Rohrleitung notwendig Schwer / aufwändige Montage (größere D) Prozessunterbrechung Medienberührt (Schmutz, Ablagerungen,) Prinzip der Laufzeitmessung

deltawaveC vs. Turbinendurchflussmesser + Hohe Genauigkeit Bohrung notwendig Druckverlust Bewegte Teile Empfindlich ggb. Ablagerungen (Lagerbeiwert ändert sich) Prinzip der Laufzeitmessung Turbinendrehzahl prop. zu Durchfluss Q = f / K K: Kalibrierfaktor

Zielmärkte / Applikationen - Kraftwerke Kühlwasser Speisewasser / Kondensat Fernwärme Prozesswasser ….

Zielmärkte / Applikationen – Wasser / Abwasser Einlauf- / Auslaufmessungen Überprüfungsmessungen Verbrauchsmessungen / Trinkwasserverteilung Leckagen Klär(dünn)schlamm

Zielmärkte / Applikationen – Facility Management (Heiß)Wasser Energieoptimierung Leckage

Zielmärkte / Applikationen – Öl & Gas / Chemie Roh- / Zwischen- / Endprodukte Chemisches Abwasser / Prozesswasser Aggressive, giftige und korrosive Medien Nicht-leitfähige Flüssigkeiten Wärmeträger (Thermal Öl)

Zielmärkte / Applikationen – Getränke / Nahrungsmittel Versorgung ((Heiß(Wasser), Abwasser, Prozesswasser) Energiemessungen Produkte Hygienisch einwandfreie Messungen

Zielmärkte - Anlagenbau Überwachung hydraulischer Systeme Schmiermittelmessungen (z.B. Getriebe) Pumpenüberwachung

Zielmärkte / Pharmazie und Halbleiter Berührungsfreie Messung von ultra-reinen Flüssigkeiten

Kundennutzen (1) Hohe Messgenauigkeit (bis 1%) Unabhängig von Druck- und Temperaturänderungen Einfache Montage (Minuten) Berührungsfreie Messung -> hygienisch einwandfreie Messungen Vor-ab Überprüfung an Messstelle möglich Integrierte Wärmemengenmessung

Kundennutzen (2) 100% Anlagenverfügbarkeit (Montage unter Betrieb) Kein Druckverlust, Keine Blockage Leckage-sicher, keine Rohrleitungsschwächung Druckresistent, Kein Aufpreis für HD-Anwendungen Wartungsfrei, keine Wartung z.B. wegen Abrasion, Verschmutzung, etc..

Weitere Zielmärkte - Diskussion