Industrielle Durchflussmesstechnik Ultraschall-ClampOn Durchflussmesser deltawaveC

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