Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag

Volume 87 Issue 1 - Durchflussmesstechnik / Gastherausgeber: Stefan J. Rupitsch

Issue of tm - Technisches Messen

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Contents
Journal Overview

Editorial

December 17, 2019

Durchflussmesstechnik

Stefan J. Rupitsch

Page range: 1-2

Beiträge Themenschwerpunkt

December 4, 2019

Effect of an asymmetric flow disturber on an ultrasonic flowmeter

Panagiotis Papathanasiou, Beat Kissling, Vivek Kumar, Adrian Rohner, Oliver Berberig, Michal Bezdek

Page range: 3-17

Abstract

An ultrasonic flowmeter used in custody-transfer heat metering applications is subject to several test applications for approval. A flow disturbance test with an asymmetric swirl generator upstream of the device is performed to evaluate its accuracy with and without the swirl generator. This standard asymmetric swirl generator is designed to reproduce the behaviour of applications in the field, such as an out of plane 90° double bend. To assess the compliance of the already approved device (Endress+Hauser Prosonic Flow E Heat) for heat metering applications with the standard asymmetric swirl generator, extensive Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are performed. The steady and transient CFD simulations are carried out on a High-Performance Computer (HPC) for several volume flows. With the developed automated simulation method, a virtual calibration of the device takes place. The calibration curves for the cases of a straight pipe, and an asymmetric flow disturber mounted upstream of the flowmeter are attained from experiments and simulations. The agreement of experiments and simulations is discussed and physical insight for the behaviour of the flow disturber and the flowmeter is gained.

Open Access December 13, 2019

Segmental orifice plates and the emulation of the 90°-bend

Martin Straka, Christian Koglin, Thomas Eichler

Page range: 18-31

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Abstract

The 90 ° - bend represents the most common structural element in piping systems and can have a significant impact on the measuring accuracy of flow meters installed downstream. Within the type-approval procedure of water meters, its impact is emulated by means of a segmental orifice plate with a segment area of 7 % (SOP7). In research and development, coverage rates of 33 % (SOP33) or more are sometimes used as an alternative. The purpose of this study is to evaluate the comparability of the flow conditions and their influence on the measurement deviation of flow meters, which is the basic requirement for using SOPs as a substitute for the 90°- bend. We present laser Doppler measurements downstream of an SOP33 and a 90°- bend and describe the flow development in a distance range from 2 to 30 diameters. Besides a quantitative comparison with performance indicators, the measurements are used to model the response of an ultrasonic and electromagnetic flow meter, including recent investigations of an SOP7. The results demonstrate the consistently poor agreement between the SOP7 and the 90°- bend, whereas the SOP33 provides similar flow conditions starting at a distance of 10 diameters. Further studies are necessary to develop a disturbance generator emulating the near-field range.

May 4, 2019

Magnetisch-induktive Durchflussmessung mittels remanentem Magnetismus

Michael A. Linnert, Simon O. Mariager, Reinhard Lerch

Page range: 32-44

Abstract

Zusammenfassung Magnetisch-induktive Durchflusssensoren zeichnen sich durch lange Wartungsintervalle aus, sind jedoch auf die Zuführung elektrischer Leistung zur Erzeugung des für die Messung benötigten magnetischen Wechselfelds angewiesen. In jüngster Zeit gibt es Bestrebungen Sensoren kabellos zu betreiben. Die Minimierung des Leistungsbedarfs des Sensors gewinnt so zunehmend an Bedeutung, um eine lange Betriebszeit des Messwertgebers sicherzustellen. In diesem Beitrag wird deshalb ein magnetisch remanentes Material hinsichtlich seines Energieeinsparpotentials für die magnetisch-induktive Durchflussmessung untersucht. Im Gegensatz zur üblichen Felderzeugung mittels Elektromagneten wird nur während der kurzen Umpolzeiträume elektrische Leistung benötigt. Danach bleibt das Magnetfeld auch ohne weitere Zuführung elektrischer Leistung konstant und kann zur Durchflussmessung herangezogen werden. Anders als beispielsweise Ferritmagnete lassen sich remanente Magnetmaterialien jedoch unter geringerem Energieaufwand umpolen, was sie für die Erzeugung magnetischer Wechselfelder prädestiniert. Wie ein Sensor auf Basis remanenter Materialien dimensioniert werden sollte, damit ein für die Messung ausreichendes Magnetfeld unter minimalen Verlusten erzeugt wird, ist eine der Kernfragen dieses Beitrags. Dazu wird ein Prototyp mithilfe eines Modells ausgelegt und messtechnisch untersucht. Die Ansteuerung des Sensors erfolgt über eine eigens entwickelte Logikschaltung. Es konnte gezeigt werden, dass die Messgenauigkeit unabhängig von der Art der Felderzeugung erhalten bleibt. Für niedrige Feldwechselraten kann der geringe Leistungsbedarf remanenter Magnetmaterialien bestätigt werden.

September 26, 2019

Analytic wavelet packets for robust ultrasonic flow measurement

Matthias Bächle, Daniel Alexander Schwär, Fernando Puente León

Page range: 45-54

Abstract

A key element in robust transit-time ultrasonic flow measurement is the accurate estimation of the transit-time difference. Conventional methods, such as cross-correlation or the estimation in the phase domain, are limited in their robustness against signal distortions, interfering signals or noise. In this work, we present a novel method to estimate the transit-time difference through the fusion of selected analytic wavelet packet coefficients. The combination of the complex coefficients, which represent a projection of the signal on analytic wavelets, with a configurable time-frequency resolution allows a sub-sample estimation at the frequency of interest. After giving an introduction into the fundamentals of analytic wavelet packets based on multi-scale filtering, we introduce two features that correlate strongly with the transit-time difference. The selection and fusion of these features is done by using correlation coefficients with a calibration set and principal component analysis. Finally, using a clamp-on flow measurement system, the robustness against temperature variation and measurement noise is shown and compared with conventional methods.

December 18, 2019

Intermittierende Durchflusserzeugung unter Einsatz von Kavitationsdüsen

Daniel Schumann, Corinna Kroner, Bodo Mickan, Jens Tränckner

Page range: 55-65

Abstract

Zusammenfassung Kavitation ist ein allgemein bekanntes Phänomen in der Welt der Strömungsmechanik. Die Anwendung kavitierender Venturi-Düsen, sog. Kavitationsdüsen als Durchflussregelelement ist hingegen neuartig. Ziel der Untersuchungen zur intermittierenden Durchflusserzeugung durch Kavitationsdüsen ist die Überprüfung der Anwendbarkeit dieser Technologie zur realitätsnahen Prüfung von Durchflussmessgeräten. Die verwendete Apparatur wird in eine bestehende Prüfstandsinfrastruktur integriert. Zunächst werden die Düsen einzeln charakterisiert. Dies belegte eine mit anderen Verfahren bisher nicht erreichte Durchflussstabilität mit einer mittleren Streuung von 0,0015 % der aktuellen Durchflussamplitude. Das Öffnen und Schließen der Düsen innerhalb weniger Millisekunden durch pneumatische Stempel ermöglicht die Realisierung intermittierender Durchflusssequenzen mit einer Wiederholpräzision von bis zu ± 0,07 %. Aufgrund des nahezu additiven Verhaltens der Düsen (± 0,1 %) ist der Volumenstrom von Düsenpaarungen annähernd die Summe der Volumenströme der einzelnen Düsen. Es wurden zwei unterschiedliche Durchflusssequenzen mittels der Kavitationsdüsenapparatur erzeugt und die Reaktion von zwei Durchflussmessgeräten auf den intermittierenden Betrieb beobachtet. Die vorgestellten Untersuchungen belegen, dass der Einsatz von Kavitationsdüsen es ermöglicht, Durchflussmessgeräte unter realitätsnahen Bedingungen mit der erforderlichen Genauigkeit zu testen und zu bewerten - was bisher nicht möglich war. Kavitationsdüsen könnten somit den Weg zu Testverfahren ebnen, die den realen Bedingungen bei Durchflussmessungen am nächsten kommen.

Regulärer Beitrag

December 11, 2019

Evaluierung von Verfahren zur optischen Bestimmung von Gasgeschwindigkeiten

Sören Dierks, Andreas Kroll

Page range: 66-77

Abstract

Zusammenfassung In diesem Beitrag werden verschiedene Verfahren zur Bestimmung des optischen Flusses auf ihre Eignung zur Bestimmung von Gasgeschwindigkeiten untersucht. Dazu werden diese auf Differenzbilder einer Gaskamera angewandt, um eine mittlere Gasgeschwindigkeit zu bestimmen. In einer Messkampagne an einem Prüfstand werden die Verfahren charakterisiert und die Messunsicherheit wird abgeschätzt.

About this journal

Objective

The journal promotes dialogue between the developers of application-oriented sensors, measurement systems, and measurement methods and the manufacturers and measurement technologists who use them.

Topics

The manufacture and characteristics of new sensors for measurement technology in the industrial sector
New measurement methods
Hardware and software based processing and analysis of measurement signals to obtain measurement values
The outcomes of employing new measurement systems and methods