So vermeiden Sie die negativen Auswirkungen von Luftblasen auf die Ultraschall-Wasserzählermessung während der Installation

Ultraschall-Wasserzähler Messen Sie die Durchflussrate basierend auf der Differenz der Schallwellenausbreitungszeit in einer Flüssigkeit. Sie bieten eine hohe Messgenauigkeit und sind verschleißfrei, wodurch sie häufig in der intelligenten Wasserwirtschaft und Gewerbeabwicklung eingesetzt werden. Allerdings stellen Luftblasen oder Hohlräume in Rohrnetzen ein erhebliches Risiko für die Stabilität und Messgenauigkeit von Ultraschall-Wasserzählern dar. Aufgrund des erheblichen Unterschieds in der akustischen Impedanz zwischen Gas und Flüssigkeit kann das Vorhandensein von Luftblasen die Ausbreitung des Ultraschallsignals erheblich beeinträchtigen und zu Messverzerrungen führen. Daher sind eine professionelle Installation und Systemgestaltung der Schlüssel zur Minimierung der negativen Auswirkungen von Luftblasen.

Der wesentliche Einfluss von Luftblasen auf Ultraschallsignale

Das Funktionsprinzip von Ultraschall-Wasserzählern, ob Laufzeit- oder Doppler-Methode, beruht auf der stabilen Ausbreitung von Ultraschallwellen im Wasser.

Signaldämpfung und -unterbrechung: Luftblasen dämpfen Schallwellen stark. Wenn sich ein Ultraschallstrahl durch ein Rohr ausbreitet, trifft er auf Luftblasen, was zu starker Reflexion und Streuung führt, was zu einem starken Abfall der empfangenen Signalstärke oder sogar zu einer vollständigen Unterbrechung führt, ein Phänomen, das als „Impulsverlust“ bekannt ist. Dies verhindert, dass der elektronische Wandler den Laufzeitunterschied zwischen Auf- und Abströmen genau misst, was direkt zu Messfehlern führt.

Geschwindigkeitsfeldverzerrung: Eine große Anzahl von Blasen kann die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit im Rohr verändern und zu Schwall- oder Schichtströmungen führen, die das Geschwindigkeitsprofil stark verzerren. Ultraschall-Wasserzähler, insbesondere Einpfad-Ausführungen, müssen davon ausgehen, dass das Rohr vollständig gefüllt ist und das Strömungsbild gleichmäßig ist. Diese Verzerrung des Geschwindigkeitsprofils macht den eingebauten Korrekturfaktor ungültig und führt zu systematischen Fehlern.

Messunsicherheit: Bei Laufzeitmessgeräten führt die zufällige Natur der Blasen zu zusätzlichem Rauschen und Unsicherheit, was sich in großen Schwankungen der momentanen Durchflusswerte äußert und möglicherweise sogar die Illusion eines „Rückflusses“ erzeugt.

Auswahl des Installationsorts: Die grundlegende Strategie zur Vermeidung von Blasenansammlungen

Der wirksamste Weg, Blaseninterferenzen zu vermeiden, besteht darin, eine Gasansammlung im Messrohr an der Quelle zu verhindern. Dies erfordert die strikte Einhaltung professioneller Installationsvorschriften für Strömungsmechanik und Ultraschallmessung.

1. Priorisieren Sie Rohre mit niedrigem Niveau oder nach oben gerichteten Leitungen

In einem Rohrnetzsystem neigen Blasen aufgrund des Auftriebs dazu, nach oben zu wandern und sich an hohen Stellen im Rohr anzusammeln.

Hochpunktinstallation vermeiden: Ultraschall-Wasserzähler sollten niemals am höchsten Punkt einer Rohrleitung installiert werden. Hochpunkte sind die Stellen, an denen sich am wahrscheinlichsten Lufteinschlüsse bilden, wo Blasen längere Zeit verbleiben können und einen Hohlraum bilden, der sich über den gesamten Rohrquerschnitt erstreckt und die Messung erheblich beeinträchtigt.

Empfohlen wird ein voll durchströmtes Aufwärtsrohr: Der ideale Einbauort ist ein Tiefpunkt oder ein vertikal nach oben fließender Abschnitt des Rohres. In vertikal nach oben fließenden Abschnitten fließt das Wasser durch das gesamte Rohr, sodass Blasen mit der Strömung schnell nach oben verdrängt werden und sich weniger wahrscheinlich in der Nähe des Wandlers ansammeln.

2. Anforderungen an den geraden Rohrverlauf und Gleichrichterkonfiguration

Während gerade Rohrverläufe in erster Linie für eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeitsverteilung sorgen, wirken sie sich auch positiv auf die Blasenverteilung aus.

Ausreichende gerade Rohrlängen: Vor und nach dem Ultraschall-Wasserzähler müssen ausreichend gerade Rohrlängen eingehalten werden (im Allgemeinen wird empfohlen, die Anforderungen „10D“ und „5D“ zu erfüllen, wobei D den Rohrdurchmesser darstellt). Dies hilft, das Strömungsmuster zu stabilisieren und Wirbel zu reduzieren, die dazu führen können, dass Blasen aus dem Wasser herausgezogen oder in das Wasser hineingezogen werden.

Vorgeschalteter Strömungskonditionierer: Erwägen Sie bei komplexen Rohrleitungsanordnungen die Installation eines speziellen Strömungskonditionierers vor dem Ultraschall-Wasserzähler. Während ein Strömungskonditionierer in erster Linie die Verzerrung der Strömungsgeschwindigkeit beseitigt, können einige Konstruktionen auch dazu beitragen, große Blasen aufzubrechen, sodass diese in kleineren Mengen durch den Dosierbereich gelangen und leichter vom Wasserstrom getragen werden können.

Maßnahmen zur Systemunterstützung und Designoptimierung

Neben der Auswahl des Standorts sind auch das Design auf Systemebene und die unterstützende Ausrüstung von entscheidender Bedeutung, um einen blasenfreien Betrieb des Ultraschall-Wasserzählers sicherzustellen.

1. Installieren Sie ein Entlüftungsventil

Ein zuverlässiges automatisches Entlüftungsventil muss an einem hoch gelegenen Punkt in der Rohrleitung vor oder in der Nähe des Ultraschall-Wasserzählers installiert werden.

Funktion: Das Entlüftungsventil entfernt kontinuierlich und effektiv freie Luft aus dem Rohrnetz. Dies gilt insbesondere beim Einfüllen von Wasser, beim Absperren und Nachfließen des Wassers oder bei Druckschwankungen. Große Mengen eingeschlossener Luft können nur über das Entlüftungsventil schnell entfernt werden, so dass die Rohrleitung vor dem Durchflussmesser gefüllt bleibt.

2. Füll- und Entlüftungsverfahren

Strikte Füll- und Entlüftungsverfahren sind bei der Installation und Inbetriebnahme von Ultraschall-Wasserzählern von entscheidender Bedeutung.

Langsames Füllen: Wenn das Rohrnetz wieder mit Wasser versorgt wird, muss das Wasser langsam gefüllt werden, um einen schnellen Wasserfluss zu vermeiden, der große Mengen Luft mitreißen, Lufteinschlüsse bilden und Wasserschläge verhindern könnte.

Gründliche Entlüftung: Vor der Inbetriebnahme sollte das Rohr durch Öffnen des Entlüftungsventils oder des Ventils am Rohrende vollständig entlüftet werden, bis der Ausfluss stabil und blasenfrei ist.

3. Unterschiede in der Anwendbarkeit zwischen Laufzeit- und Doppler-Methoden

Verschiedene Ultraschalltechnologien reagieren unterschiedlich empfindlich auf Blasen.

Laufzeit: Diese Methode ist äußerst blasenempfindlich und zielt auf die Messung sauberer Flüssigkeiten ab. Eventuelle Blasen gelten als Lärm oder Störung und müssen mit den oben genannten Methoden unbedingt vermieden werden.

Die Doppler-Durchflussmessung basiert auf dem reflektierten Signal von Partikeln oder Blasen in der Flüssigkeit, um die Strömungsgeschwindigkeit zu messen. Daher ist eine moderate Blasenmenge für den Betrieb unerlässlich, aber auch zu hohe oder zu geringe Blasenkonzentrationen können zu Fehlern führen. In der Wassermessindustrie wird die Laufzeitmethode aufgrund ihrer hohen Genauigkeit häufig zur Messung von sauberem Wasser verwendet.