Workshop "Meßtechnik für stationäre und transiente ...

Der Test des Einsatzes der klassischen Impuls-Echo-Methode für die Bedingungen
einer druck- und temperaturbelasteten Wasser-Dampf-Zweiphasenströmung in
engquerschnittigen horizontalen Rohren zeigte einerseits, daß für den Einsatz eines
solchen Verfahrens der US-Kopf direkt am Fluid anliegen muß, und andererseits, die
Werkstoffe der piezoelektrischen Bauelemente sowie der Vorlaufstrecke (z. B. Vespel)
nur eine sehr geringe Standfestigkeit gegen die Wasser-Dampf-Strömung aufwiesen
131.
Die erfolgreiche Anwendung einer neuartigen Ultraschalltechnologie, die an der
Technischen Universität Nizhni Novgorod entwickelt und in Rußland patentiert wurde,
basiert dagegen auf der Verlagerung des Ultraschallkopfes (S-E) aus der direkten
agressiven Umgebung des Rohres und auf der Kopplung mit einer schallsensitiven
Sonde aus Edelstahl innerhalb der Rohrleitung.
2 Physikalische Grundlagen und Methode der neuen Ultraschalltechnologie
Für die Füllstandsbestimmung in einem horizontalen Rohr wurde an der TU Nizhni
Novgorod die Methode der Messung der akustischen Impedanz an einem
Ultraschallwellenleiter mit Hilfe gekrümmter Wellen entwickelt. Das Meßverfahren
nutzt den Effekt, da13 die Trägheit der flüssigen Phase einen Einfluß auf die
Ausbreitung der akustischen Impulse in einem Wellenleiter ausübt.
Der Einfluß der Flüssigkeit auf die Ausbreitung von gekrümmten Wellen in einem
Wellenleiter, der in diese Flüssigkeit eingetaucht ist, kann in zwei Fälle unterschieden
werden [4]:
1. Wenn die Geschwindigkeit der gekrümmten Wellen größer als die
Schallgeschwindigkeit der flüssigen Phase ist, so wirkt die Fiüssigkeit als
Dämpfungsglied und die Amplitude der Wellen verringert sich nach einer
Exponentialfunktion.
2. Wenn die Geschwindigkeit der Wellen kleiner als die Schallgeschwindigkeit der
Flüssigkeit ist, wirkt die Flüssigkeit als Trägheitsglied, wodurch sich die
Geschwindigkeit der Wellen verringert.
Für die praktische Realisierung einer Füllstandsmessung nach dem ersten oder
zweiten Prinzip ist es notwendig, den geeigneten Sensordurchmesser des
Welienleiters und die US-Frequenz auszuwählen. Im Bereich hoher Frequenzen f und
großer Sensordurchmesser d ändert sich die Geschwindigkeit der gekrümmten Wellen
nullter Ordnung praktisch kaum und die Dämpfungskonstante y bei Eintauchen des
Sensors in Flüssigkeit berechnet sich nach
mit p, - Dichte der Flüssigkeit,
c, - Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit,