Die intelligente Korrektur der Fehlerverschiebungen eines Ultraschall-Zählers bei gestörter Zuströmung

In der vorliegenden Arbeit wird eine in Hinsicht auf den praktischen Einsatz in der industriellen Messtechnik weiterentwickelte Methode vorgestellt, die infolge gestörter Zuströmung auftretenden Fehlerverschiebungen eines Durchflussmessers intelligent zu korrigieren. Installationen (Bögen, Armaturen, etc.) in Rohrleitungen generieren Störungen in Form von Sekundärströmungen und Verzerrungen des axialen Strömungsprofils. Da Durchflussmesser im Allgemeinen auf ungestörte Strömungen kalibriert werden, führen diese Störungen zn einer Fehlerverschiebung. Die Idee der intelligenten Korrektur besteht darin, Informationen über die gestörte Zuströmung zu sammeln (Signalaufnahme), diese zu charakterisieren (ModelIierung der Strömungsstörungen) und auf dieser Grundlage den Durchflussmesser zn korrigieren (Bestimmung eines Korrekturfaktors). Die erste Arbeit zn diesem Thema stammt von Wildemann (2ooo). Sein Konzept zeigte jedoch in Hinsicht auf die Realisierung für den praktischen Einsatz in der industriellen Messtechnik einige Nachteile. Insbesondere die Form der von ihm gewählten Signalaufnahme erwies sich für den praktischen Einsatz als ungeeignet, da hierfür eine robuste Signalaufnahme und eine einfache Messtechnik gefordert wird. Als neue Form der Signalaufuahme wird in der vorliegenden Arbeit der Verlauf des Drallwinkels über dem Umfang im wandnahen Bereich der Rohrströmung bestimmt. Zur Messung des Drallwinkels wurde eine neue Sonde entwickelt, welche in der Lage ist, durch zwei Differenzdruckmessungen den Anströmwinkel und die Anströmgeschwindigkeit in einer zweidimensionalen Strömung zu bestimmen. Entwicklung und Erprobung dieser Sonde werden in der Arbeit ausführlich beschrieben. Durch die Realisierung eines Sondenflansches kann der Drallwinkel zeitgleich an acht gleichmäßig über dem Umfang verteilten Messpunkten aufgenommen werden. Im Rahmen der Messdatenerfassung und -auswertung werden Kennzahlen bestimmt, welche die Stärke oder Lage einzelner Störungsformen beschreiben. Mit einer expliziten, gerätespezifischen Korrekturfunktion wird aus diesen Kennzahlen ein Korrekturfaktor für den Durchflussmesser berechnet. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der intelligenten Korrektur eines Ultraschall-Zählers. Für das neue, an den praktischen Einsatz angepasste Konzept, welches sich über alle drei Bestandteile der intelligenten Korrektur - Signalaufnahme, ModelIierung der Strömung und Bestimmung des Korrekturfaktors - erstreckt und detailliert in der vorliegenden Arbeit beschrieben wird, kann eine erfolgreiche Korrektur des untersuchten Ultraschall-Zählers für zwei unterschiedliche Installationen gezeigt werden. Durch die Ausführungsform in Flanschbauweise, die robuste Signalerfassung und die preiswerte Messtechnik eignet sich das Gesamtsystem auch für den praktischen Einsatz.