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
Prinzip der Laufzeitmessung
T1
L D
Messprinzip – Ultraschalllaufzeit (2)
Ultraschallwandler
T2
cos221
)12(
TT
TTLv
4cos221
)12( 2D
TT
TTLQ
Piezo Element
Industrielle Durchflussmesstechnik
Signalausbreitung
Prinzip der Laufzeitmessung
L D
vs_tr
V2 e.g. 2500m/s)
Montageabstand X
-> Signal wird an Materialübergängen gebrochen -> Montageabstand X abhängig von Schallgeschwindigkeiten d. Materialien-> Montageabstand X wird von deltawaveC-Elektronik berechnet
Schallgeschwindigkeit
V3 e.g. 1480m/s)
Industrielle Durchflussmesstechnik
Reynolds-Kompensation (1)
Viskositäten µ (Beispiele):
Wasser (25°C): 0.00089
Öl: 2.9
]sm
kg[ Viskosität )(dynamisch
[kg/m3] hteMediumsdic
[m]r Durchmesse
]s
m[ windigkeitFließgesch Mittlere
[-] hlReynoldsza Re
Re
D
v
Dv
-> Strömungsprofil abhängig von Reynoldszahl
-> Einfluss von Reynolds muss kompensiert werden
Industrielle Durchflussmesstechnik
Reynolds-Kompensation (2)
Laminar Strömung
Re < 2000
(i.d.R. nur bei hoch-viskosen Medien und/oder sehr geringen Geschw.
LaminarFlow Profile (acc. to Pai)v,max in middle of pipe
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1
r / r, pipe [-]
v(r
) / v
,ma
x [
-]
V( r) / V,max [-]
V ( r) / v,mean
Industrielle Durchflussmesstechnik
Reynolds-Compensation (3)Turbulent Flow Profile (acc. to Pai)
v,max in middle of pipe
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1
r / r, pipe [-]
v(r)
/ v,
max
[-]
V( r) / V,max [-]
V ( r) / v,mean
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
-> In deltawaveC wird die Reynoldszahl und der zugehörige Kompensationsfaktor in Abhängigkeit in Abhängigkeit des Mediums und der Fließgeschwindigkeit ermittelt.
(k ≈ 0.94…1 )
4cos221
)12( 2D
TT
TTLQ Re
2
4cos221
)12(k
D
TT
TTLQ
Industrielle Durchflussmesstechnik
Prinzip der Laufzeitmessung
Signalverluste (1)
Ultrasonic Transducers
Streuung: Richtungsänderung von Signalteilen durch Reflexionen an Gasblasen oder Partikeln. Der Effekt nimmt mit steigender Signalfrequenz zu.
Scattering
Industrielle Durchflussmesstechnik
Signalverluste (2)
Ultraschallwandler
Absorbtion: Umwandlung von akustischer Energie zu Wärme durch Reibungzwischen Wassermolekülen (Kompression und Ausdehnung durch US-Signal). Absorbtionsverluste steigen quadratisch zur Signalfrequenz
Absorption
Industrielle Durchflussmesstechnik
Prinzip der Laufzeitmessung
Signalverluste (3)
Ultraschallwandler
-> Beide Effekte nehmen exponentiell zu mit steigender Pfadlänge
-> Unterschiedliche Wandler / Montagearten verfügbar um optimale Signalübertragung zu garantieren
AbsorptionScattering
Industrielle Durchflussmesstechnik
Prinzip der Laufzeitmessung
T1
LD
Montage – Z-Montage (1)
Ultraschallwandler
T2
Prinzip der LaufzeitmessungL
D
Ultraschallwandler
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)
Zeit
3 2 2
Phasendrehung 180°
Phasendrehung 180°
Industrielle Durchflussmesstechnik
Signalübertragung – Kreuzkorrelation (2)
Reale Signale sind wegen Wandlerträgheit keine echten Rechteckimpulse.
Industrielle Durchflussmesstechnik
Signalübertragung – Kreuzkorrelation (3)
ReferenzsignalSendesignal
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
Prinzip der Laufzeitmessung
L
D
Einlaufstrecken (1)
Ultraschallwandler
cos221
)12(
TT
TTLv
+∆
Industrielle Durchflussmesstechnik
Einlaufbedingungen (2)
Industrielle Durchflussmesstechnik
v1D
Einlaufbedingungen (3)
Ultraschallwandler
+∆ -∆
221 vv
v
v2
Durch Mittelwertbildung wird Einfluss von Schrägströmung kompensiert
Industrielle Durchflussmesstechnik
Integrierte Wärmemengenmessung (1)
Q
Rohr
Heizung
PT100 T_heiss
PT100 Temperatur T_kaltQ
Industrielle Durchflussmesstechnik
Integrierte Wärmemengenmessung (2)
4.181) C)(50 Wasser c
4.192 C)(10 Wasser c .;.z(
)/([ Wärmeespezifisch
]/[
[m/s] windigkeitFließgesch
][m tsflächeQuerschnit
)(
w
w
3
2
B
KkgkJc
mkgDichte
v
A
TTcvAQ
W
coldhotw
Wärmeleistung
Industrielle Durchflussmesstechnik
Integrated Heat Transfer Measurement (3)
dtQQ
TTcvAQ kaltheissw
)( Wärmeleistung (Wärmestrom) [W, kW]
Wärmemenge [J, kWh]
-> Kontinuierliches Signal (4…20mA)
-> Typischerweise Zähler (Puls)
Industrielle Durchflussmesstechnik
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 2x 4…20mA
Digitale Ausgänge 1 x Relais 1/2x Relais
Eingänge 2x PT100 2x PT100
Schnittstellen USB USB
Industrielle Durchflussmesstechnik
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
Industrielle Durchflussmesstechnik
Messumformer (3)Portabel Stationär
Schutzklasse IP 54 IP 67
Display 320x240,Backlight 320x240 Backlight
Gewicht
Versorgung Batterie (Li-Ion)230VAC
230VAC
Betriebstemperatur -20…60°C
Datenspeicher Alle Ausgangssignale, Zähler und Diagnosewerte
Speicherintervall einstellbar 1sek…60min
Speicherkapazität Einstellbar über integ. SD-Karte (Standard 1 GB)
Industrielle Durchflussmesstechnik
Ultraschallwandler
2 MHz 1 MHz 0.5 MHz
Nennweite DN10-DN100 DN40/50-DN400 DN200-DN6000
Material PEEK, Aluminium (Montagematerial)
Montage Schiene + Ketten Spanngurt
Temperatur -40…150°C -40…80°C (150°C)
Industrielle Durchflussmesstechnik
Hands-On
Industrielle Durchflussmesstechnik
Prinzip der Laufzeitmessung
deltawaveC vs. Magnetic Flowmeter IDM
+ Hohe Genauigkeit (0.3%
- Prozessunterbrechung / Auftrennen der Rohrleitung
- Nur elek. keitfähige Flüssigkeiten (VE-Wasser!)
- Elektroden empfindlich ggb. Ablagerungen (Magnetit, Sielhaut
U = k x B x D x v
U: Induzierte Spannung, prop. zum Durchfl.
K: Kalibrierfaktor
D: Elektrodenabstand (=ID)
v: Mittlere Fließgeschwindigkeit
Industrielle Durchflussmesstechnik
Prinzip der Laufzeitmessung
deltawaveC vs. Inline Ultraschall
+ Höhere Signalstärken
+ Definierter Messquerschnitt
- Auftrennen der Rohrleitung notwendig
- Schwer / aufwändige Montage (größere D)
- Prozessunterbrechung
- Medienberührt (Schmutz, Ablagerungen,)
Industrielle Durchflussmesstechnik
Prinzip der Laufzeitmessung
deltawaveC vs. Turbinendurchflussmesser
+ Hohe Genauigkeit- Bohrung notwendig- Druckverlust- Bewegte Teile- Empfindlich ggb. Ablagerungen (Lagerbeiwert ändert sich)
• Turbinendrehzahl prop. zu Durchfluss• Q = f / K• K: Kalibrierfaktor
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