Digital Signal Processing and System Theory

Talk Manuel Haide


maha
Durchflussmessung in offenen Gerinnen mit einem phased-array-Sensor

Date: 07.03.2011, 11:00 h - 11:45 h,
Room: Aquarium

M.Sc. Manuel Haide
FH Ulm


Details



Der hohe Stellenwert einer verlässlichen Durchflussmessung (Volumen- oder Massenstrombestimmung) in der Energie-, Versorgungs- und Verfahrenstechnik ist gekennzeichnet durch die Entwicklung neuer Verfahren, die den klassischen Methoden bezüglich ihrer Messunsicherheit und wirtschaftlichen Effizienz überlegen sind. Von besonderem Interesse sind Ultraschallsysteme, die ohne mechanisch bewegliche Teile und berührungslos den Durchfluss ermitteln.

Man unterscheidet hierbei zwischen Transmissions- und Reflektionsverfahren. Beim Reflektionsverfahren wird die Strömungsgeschwindigkeit indirekt über Verunreinigungen und Luftbläschen im Fluid gemessen, welche sich schlupffrei mit der Strömung fortbewegen. Dabei werden Ultraschallsignale reflektiert und deren Geschwindigkeit über Empfangssignale ausgewertet. Bekannte Verfahren zur Geschwindigkeitsauswertung sind Doppler- und Korrelationsmethoden.

Die Herausforderung neuartiger Ultraschallmesssensoren liegt zum einen in der Erfassung der Strömungsgeschwindigkeiten über den kompletten Gerinnequerschnitt und zum anderen in der Reduzierung von Messfehlern. Beispiele hierfür sind:
  • Messfehler durch inhomogenes Strömungsprofil [1]
  • Messfehler basierend auf Sekundärgeschwindigkeiten von turbulenten Strömungen [2]
  • Messfehler gegeben durch die Ultraschall-Beambreite des Sensors [3]
  • Fehler bei der Integration der Geschwindigkeitsvektoren (vgl. siehe Abb. 1)


Abb. 1: Diskretisierter Gerinnequerschnitt zur Durchflussberechnung

In diesem Vortrag wird ein Sensor-Versuchsmuster mit der Phased-Array Technologie vorgestellt, welcher zukünftig von der Wasseroberfläche einen Großteil des Gerinnequerschnittes ausleuchten wird (siehe Abb. 2).



Abb. 2: Durchflussmessung in offenen Gerinnen

Zudem werden das:
  • Simulationsmodell des Sensors,
  • Hardwarearchitektur des Sensors,
  • Prüfstand zur Vermessung der Richtcharakteristik,
  • Prüfstand zur Verifizierung der Simulationsergebnisse und
  • Prüfstand zur Verifizierung der Simulationsergebnisse und
  • eine Analyse der Messfehler
vorgestellt.

 

Referenzen:
[1] Larrarte, F. et al.: Acoustic Doppler flow-meter: A proposal to characterize their technical parameters. Elsevier Science Ltd, 2008.
[2] Jhang, K.Y., Sato, T.: 3-D Velocity Field Measurement Using Multiple Ultrasonic Plane Detections and High-Oder Correlation Analysis. IEEE Transactions on Ultrasonics, 1991.
[3] Morgenschweis, G.: Hydrometrie, Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen. Springer, 2010.