Eingriffsfreie Durchflussmessung von Prozessgas mit Ultraschall

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Hans-Georg Linsner ist die Zuverlässigkeit seiner Ansprechpartner nahezu ebenso wichtig wie die Zuverlässigkeit der Messgeräte, die über den ordentlichen Betrieb der Anlage wachen. In Heinrich Brucks hat er solch einen verlässlichen Partner. Der Ingenieur betreut für Flexim das Vertriebsgebiet West und hat insbesondere auf den Erdgasspeichern an der deutsch-holländischen Grenze schon viele Ultraschallmesssysteme Fluxus G zur Clamp-On-Durchflussmessung von Gasen installiert und in Betrieb genommen. Trotz der zunehmenden Routine ist für Heinrich Brucks die eingriffsfreie Gasdurchflussmessung noch immer etwas Besonderes. „Die Ultraschall-Clamp-On-Technik ist zur Gasdurchflussmessung ganz sicher ein außerordentlich elegantes und vorteilhaftes Verfahren“, meint der Flexim-Vertriebsingenieur und ergänzt: „Trivial ist die eingriffsfreie Gasdurchflussmessung freilich nicht.“

Anspruchsvolle Akustik

Die Herausforderung liegt in den schwierigen akustischen Verhältnissen. Wie bei der Durchflussmessung von Flüssigkeiten messen die Ultraschallmesssysteme Fluxus G auch den Gasdurchfluss nach dem Laufzeitdifferenzverfahren. Die auf dem Rohr aufgespannten Schallwandler senden und empfangen Ultraschallsignale, die in und gegen die Strömungsrichtung in das Rohr eingestrahlt werden. Aus der gemessenen Laufzeitdifferenz und der Messstellengeometrie ergibt sich die Strömungsgeschwindigkeit. Im Unterschied zur kinderleichten Clamp-On-Durchflussmessung von Flüssigkeiten dringt bei der Gasmessung nur ein Teil des Schalls überhaupt in das zu messende Medium ein. „Der Anteil der ins Gas transmittierten Schallenergie wird von den akustischen Kennimpedanzen des Gases und der Rohrwand bestimmt“, erklärt Dr. Bernhard Funck, der am Flexim-Firmensitz in Berlin maßgeblich die Entwicklung auf dem Gebiet der Ultraschallgasdurchflussmessung vorantreibt: „Es wird um so mehr Schall von einem Medium in das andere übertragen, je näher die jeweiligen akustischen Kennimpedanzen beieinander liegen.

Bei Normaldruck bedeutet dies ein Verhältnis der Schallkennimpedanzen von Stahlrohrwänden und Gasen von etwa 30 000, d.h. nur ein Bruchteil der eingestrahlten Energie kommt überhaupt im Gas an.“ Der Rest des erzeugten Schalls verbleibt in der Rohrwand und wirkt dort als Störschall. Zur Trennung von Nutz- und Störsignal übernimmt der Messumformer gewissermaßen die Rolle des digitalen Aschenputtels. Da mit steigendem Druck auch die Dichte des Gases zunimmt und seine akustische Impedanz sich an die der Rohrwand annähert, gelingt die Einkopplung des Ultraschallsignals bei hohen Drücken wesentlich besser.

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