Transcript Prinzip der Laufzeitmessung
Industrielle Durchflussmesstechnik Ultraschall-ClampOn Durchflussmesser deltawaveC
Industrielle Durchflussmesstechnik Inhalt Übersicht Applikationen Messprinzip Wärmemengenrechnung Zielmärkte Preise Wettbewerb Hands-On Zusammenfassung
Industrielle Durchflussmesstechnik
deltawaveC – Durchflussmessung für gefüllte Flüssigkeitsleitungen
Industrielle Durchflussmesstechnik Anwendungen Übersicht (1) Wasser- / Abwasser Pumpenkontrolle
Industrielle Durchflussmesstechnik Anwendungen Übersicht (1) Heizsysteme Weitere: • Kühl- / Speise- / Trinkwasser • Getränkeindustrie und Pharmazie • Petrochemie • Klimasysteme
Industrielle Durchflussmesstechnik Messprinzip – Ultraschalllaufzeit (1)
Industrielle Durchflussmesstechnik Messprinzip – Ultraschalllaufzeit (2) Piezo Element Ultraschallwandler
Prinzip der Laufzeitmessung
T1 T2 D
v
(
T
2
L T
1
T
T
1 ) 2 2 cos
Q
L
(
T
2
T
1 )
T
1
T
2 2 cos
D
2 4
Industrielle Durchflussmesstechnik Signalausbreitung Montageabstand X Schallgeschwindigkeit vs_tr V2 e.g. 2500m/s)
Prinzip der Laufzeitmessung
V3 e.g. 1480m/s) D > Signal wird an Materialübergängen gebrochen > Montageabstand X abhängig von Schallgeschwindigkeiten d. Materialien -> Montageabstand X wird von deltawaveC-Elektronik berechnet
Industrielle Durchflussmesstechnik Reynolds-Kompensation (1) Re
v
D
Re Reynoldsza hl [-]
v
Mittlere Fließgesch windigkeit [ m ] s
D
Durchmesse Mediumsdic r [m] hte [kg/m3] (dynamisch ) Viskosität kg [ m s ] > Strömungsprofil abhängig von Reynoldszahl -> Einfluss von Reynolds muss kompensiert werden Viskositäten µ (Beispiele): Wasser (25 °C): 0.00089
Öl: 2.9
Industrielle Durchflussmesstechnik Reynolds-Kompensation (2) LaminarFlow Profile (acc. to Pai) v,max in middle of pipe 1.800
1.600
1.400
1.200
1.000
0.800
0.600
0.400
0.200
0.000
0 V( r) / V,max [-] V ( r) / v,mean 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
r / r, pipe [-]
0.7
0.8
0.9
1 1.1
Laminar Strömung Re < 2000 (i.d.R. nur bei hoch-viskosen Medien und/oder sehr geringen Geschw.
Industrielle Durchflussmesstechnik Reynolds-Compensation (3) Turbulent Flow Profile (acc. to Pai) v,max in middle of pipe 1.200
1.000
0.800
0.600
0.400
0.200
0.000
0 V( r) / V,max [-] V ( r) / v,mean 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
r / r, pipe [-]
0.7
0.8
0.9
1 1.1
Turbulente Strömung Re > 8000 [i.d.R. gegeben Bsp.: Wasser 20 °C, v=0.04 m/s -> Re =10,000 ]
Industrielle Durchflussmesstechnik Reynolds-Kompensation (4) Durchflussmessung muss (geringfügig) kompensiert werden
Q
(
T
2
L T
1
T
T
1 ) 2 2 cos
D
2 4
Q
(
T
2
L T
1
T
2 2
T
1 ) cos
D
2 4
k
Re > In deltawaveC wird die Reynoldszahl und der zugehörige Kompensationsfaktor in Abhängigkeit in Abhängigkeit des Mediums und der Fließgeschwindigkeit ermittelt.
(k ≈ 0.94…1 )
Industrielle Durchflussmesstechnik Signalverluste (1) Ultrasonic Transducers Streuung: Richtungsänderung von Signalteilen durch Reflexionen an Gasblasen oder Partikeln. Der Effekt nimmt mit steigender Signalfrequenz zu.
Industrielle Durchflussmesstechnik 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
Industrielle Durchflussmesstechnik 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
Industrielle Durchflussmesstechnik Montage – Z-Montage (1)
Prinzip der Laufzeitmessun g
D Ultraschallwandler
Prinzip der Laufzeitmessung
T1 T2 Ultraschallwandler D
Industrielle Durchflussmesstechnik Montage – Z-Montage (2)
Industrielle Durchflussmesstechnik Montage - V-Montage vs. Z-Montage Einfach, Schnell Halbe Pfadlänge >Höhere Signalstärke Empfohlen für große Rohrleitungen / belastete Medien
Industrielle Durchflussmesstechnik Ultraschallwandler 2 MHz: DN15-DN100 1 MHz: DN100-DN400 500 kHz Höchste Signalstärke DN200-DN6000
Industrielle Durchflussmesstechnik Signalübertragung – Kreuzkorrelation (1) Phasendrehung 180 ° Zeit 3 Phasendrehung 180 ° 2 2
Industrielle Durchflussmesstechnik Signalübertragung – Kreuzkorrelation (2) Reale Signale sind wegen Wandlerträgheit keine echten Rechteckimpulse.
Industrielle Durchflussmesstechnik Signalübertragung – Kreuzkorrelation (3) Sendesignal Referenzsignal Korrelationsmaximum
Industrielle Durchflussmesstechnik Signalübertragung – Kreuzkorrelation (1) -> Durch Kreuzkorrelation eindeutige Signalform > Signalerkennung auch bei „verrauschten“ Signalen möglich -> Stabile Messung unter schwierigen Bedingungen ( Gas- / Partikelbelastung / Umweltrauschen…)
Industrielle Durchflussmesstechnik Signalübertragung – Kreuzkorrelation (5) Einzelpuls Burst 4 Barker 7 (322) > In Abhängigkeit des gewählten Wandlers wird das optimale Signal automatisch ausgewählt
Industrielle Durchflussmesstechnik Einlaufstrecken (1)
v
L
(
T T
1
T
2
T
1 ) 2 2 cos Ultraschallwandler
Prinzip der Laufzeitmessung
D
Industrielle Durchflussmesstechnik Einlaufbedingungen (2)
Industrielle Durchflussmesstechnik Einlaufbedingungen (3) Ultraschallwandler v2 +∆ ∆ v1 D
v
v
1
v
2 2 Durch Mittelwertbildung wird Einfluss von Schrägströmung kompensiert
Industrielle Durchflussmesstechnik Integrierte Wärmemengenmessung (1)
Q Rohr Q
Heizung
Industrielle Durchflussmesstechnik Integrierte Wärmemengenmessung (2)
A
v
c w
(
T hot
T cold
)
A
Querschnit tsfläche [m 2 ]
v
Fließgesch windigkeit [m/s] Wärmeleistung
Dichte
[
kg
/
m
3 ]
c W
spezifisch e Wärme [
kJ
/(
kg
( z .
B
.; c w Wasser (10 C) 4.192
c w Wasser (50 C) 4.181)
K
)
Industrielle Durchflussmesstechnik Integrated Heat Transfer Measurement (3)
A
v
c w
(
T heiss
T kalt
) Wärmeleistung (Wärmestrom) [W, kW] > Kontinuierliches Signal (4…20mA)
Q
dt
> Typischerweise Zähler (Puls) Wärmemenge [J, kWh]
Industrielle Durchflussmesstechnik Messumformer (1) Anzahl Pfade Ausgangssignale Zähler Diagnoseparameter Analoge Ausgänge Digitale Ausgänge Eingänge Schnittstellen Portabel Stationär 1 1 / 2 Durchfluss, Fließgeschwindigkeit, Wärmestrom Volumen, Masse, Wärmemenge Schallgeschwindigkeit, Signalamplitude, SNR, Signalqualität, Signalscan am Gerät möglich 2x 4…20mA 2x 4…20mA 1 x Relais 1/2x Relais 2x PT100 USB 2x PT100 USB
Industrielle Durchflussmesstechnik Messumformer (2) Genauigkeit Messzyklus Dämpfung Bedienung Sprachen Gehäuse Portabel Stationär bis 1% v.M
4 Hz (250ms) (Update des Display / Ausgänge) 1…60 sec (einstellbar) (gleitender Mittelwert) Soft Keys Deutsch, Englisch, Chinesisch Aluminium, PVC PVC
Industrielle Durchflussmesstechnik Messumformer (3) Schutzklasse Display Gewicht Versorgung Betriebstemperatur Datenspeicher Speicherintervall Speicherkapazität Portabel IP 54 320x240,Backlight Stationär IP 67 320x240 Backlight Batterie (Li-Ion) 230VAC 20…60°C 230VAC Alle Ausgangssignale, Zähler und Diagnosewerte einstellbar 1sek…60min Einstellbar über integ. SD-Karte (Standard 1 GB)
Industrielle Durchflussmesstechnik Ultraschallwandler 2 MHz 1 MHz Nennweite 0.5 MHz DN10-DN100 DN40/50-DN400 DN200-DN6000 Material Montage Temperatur PEEK, Aluminium (Montagematerial) Schiene + Ketten 40…150°C Spanngurt 40…80°C (150 °C)
Industrielle Durchflussmesstechnik Hands-On
Industrielle Durchflussmesstechnik deltawaveC vs. Magnetic Flowmeter IDM U = k x B x D x v U: Induzierte Spannung, prop. zum Durchfl.
Prinzip der Laufzeitmessung
K: Kalibrierfaktor D: Elektrodenabstand (=ID) v: Mittlere Fließgeschwindigkeit + Hohe Genauigkeit (0.3% - Prozessunterbrechung / Auftrennen der Rohrleitung Nur elek. keitfähige Flüssigkeiten (VE-Wasser!) - Elektroden empfindlich ggb. Ablagerungen (Magnetit, Sielhaut
Industrielle Durchflussmesstechnik deltawaveC vs. Inline Ultraschall + Höhere Signalstärken - Auftrennen der Rohrleitung notwendig Schwer / aufwändige Montage (größere D) - Prozessunterbrechung Medienberührt (Schmutz, Ablagerungen,)
Industrielle Durchflussmesstechnik deltawaveC vs. Turbinendurchflussmesser
Prinzip der Laufzeitmessung
• Turbinendrehzahl prop. zu Durchfluss • Q = f / K • K: Kalibrierfaktor + Hohe Genauigkeit - Bohrung notwendig - Druckverlust - Bewegte Teile - Empfindlich ggb. Ablagerungen (Lagerbeiwert ändert sich)
Industrielle Durchflussmesstechnik Zielmärkte / Applikationen - Kraftwerke Kühlwasser Speisewasser / Kondensat Fernwärme Prozesswasser ….
Industrielle Durchflussmesstechnik Zielmärkte / Applikationen – Wasser / Abwasser Einlauf- / Auslaufmessungen Überprüfungsmessungen Verbrauchsmessungen / Trinkwasserverteilung Leckagen Klär(dünn)schlamm
Industrielle Durchflussmesstechnik Zielmärkte / Applikationen – Facility Management (Heiß)Wasser Energieoptimierung Leckage
Industrielle Durchflussmesstechnik Zielmärkte / Applikationen – Öl & Gas / Chemie Roh- / Zwischen- / Endprodukte Chemisches Abwasser / Prozesswasser Aggressive, giftige und korrosive Medien Nicht leitfähige Flüssigkeiten Wärmeträger (Thermal Öl)
Industrielle Durchflussmesstechnik Zielmärkte / Applikationen – Getränke / Nahrungsmittel Versorgung ((Heiß(Wasser), Abwasser, Prozesswasser) Energiemessungen Produkte Hygienisch einwandfreie Messungen
Industrielle Durchflussmesstechnik Zielmärkte - Anlagenbau Überwachung hydraulischer Systeme Schmiermittelmessungen (z.B. Getriebe) Pumpenüberwachung
Industrielle Durchflussmesstechnik Zielmärkte / Pharmazie und Halbleiter Berührungsfreie Messung von ultra-reinen Flüssigkeiten
Industrielle Durchflussmesstechnik 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
Industrielle Durchflussmesstechnik 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..
Industrielle Durchflussmesstechnik Weitere Zielmärkte - Diskussion