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Ultralautsprecherbasierte Durchflussmesser werden bereits in unserem Alltag sehr häufig eingesetzt. Die Vorteile dieser Geräte sind offensichtlich. Doch kennen wir auch die Nachteile der ultralautsprecherbasierten Durchflussmesser? Nur durch Vor- und Nachteile lässt sich Verbesserung erreichen. Im Folgenden werden die Techniker unseres Unternehmens, Shanghai Automation Instrument Co., Ltd., Ihnen die Nachteile von Ultraschallstrommessern erläutern. Die Nachteile von Ultraschallstrommessern liegen hauptsächlich darin, dass der Temperaturbereich des zu messenden Fluids durch die Temperaturbeständigkeit des Ultraschallwandleralums sowie des Kupplungsmaterials zwischen dem Wandler und der Rohrleitung begrenzt wird. Zudem sind bei hohen Temperaturen die Rohdaten zur Schallgeschwindigkeit des zu messenden Fluids unvollständig. Derzeit kann unser Land Flüssigkeiten unter 200 °C nur messen. Außerdem ist die Messschaltung eines Ultraschallstrommessers komplexer als die eines herkömmlichen Strommessers. Denn in der allgemeinen industriellen Messtechnik beträgt die Fließgeschwindigkeit von Flüssigkeiten in der Regel einige Meter pro Sekunde, während sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen in Flüssigkeiten auf etwa 1500 m/s beläuft. Die Veränderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls durch Schwankungen der Fließgeschwindigkeit des zu messenden Fluids liegt maximal im Bereich von 10⁻³. Wenn eine Genauigkeit von 1 % bei der Messung der Fließgeschwindigkeit angestrebt wird, dann muss die Genauigkeit der Messung der Schallgeschwindigkeit im Bereich von 10⁻⁵ bis 10⁻⁶ liegen. Daher sind ausgefeilte Messsysteme erforderlich, um dies zu erreichen. Das ist auch der Grund, warum Ultraschallströmungsmesser nur unter der Voraussetzung einer raschen Entwicklung der Integrationschiptechnologie praktisch eingesetzt werden können. Ein Ultraschallstrommessgerät besteht aus einem Ultraschallwandler, einer Elektronikschaltung sowie einem System zur Anzeige und Erfassung des Durchflusses. Der Ultraschallsendeturm wandelt elektrische Energie in Ultraschallenergie um und sendet diese in die zu prüfende Flüssigkeit. Der Empfänger nimmt die Ultraschallsignale auf, verstärkt sie über elektronische Schaltungen und wandelt sie in elektrische Signale um, die den Durchfluss darstellen. Diese Signale werden anschließend an Anzeigen und Zähler weitergeleitet, damit dort der Durchfluss angezeigt und erfasst werden kann. So wird die Überwachung und Anzeige des Datenverkehrs ermöglicht. Ultraschall-Flussmesser verwenden üblicherweise piezoelektrische Wandler. Es nutzt den piezoelektrischen Effekt von piezoelektrischen Materialien und verwendet einen geeigneten Sendekreis, um elektrische Energie auf die piezoelektrischen Elemente des Sendewandlers zu übertragen, wodurch Ultraschallwellen erzeugt werden. Ultraschallwellen werden unter einem bestimmten Winkel in die Flüssigkeit eingestrahlt und dort weitergeleitet. Anschließend werden sie vom Empfangsgeber aufgenommen und durch piezoelektrische Elemente in elektrische Energie umgewandelt, damit sie erfasst werden können. Der Sendetransformer nutzt den umgekehrten piezoelektrischen Effekt von piezoelektrischen Elementen, während der Empfängstransformer den piezoelektrischen Effekt selbst verwendet. Die piezoelektrischen Elemente der Ultraschallströmungsmesser werden in der Regel als kreisförmige, dünne Platten hergestellt, die entlang ihrer Dicke schwingen. Der Durchmesser der Scheibe muss mindestens 10 Mal so groß sein wie ihre Dicke, um die Richtung der Schwingungen zu gewährleisten. Als Material für piezoelektrische Komponenten wird häufig Bleizirkonat verwendet. Um die piezoelektrischen Elemente zu fixieren und zu gewährleisten, dass die Ultraschallwellen unter dem richtigen Winkel in die Flüssigkeit eindringen, müssen diese Elemente in eine Schallkeilstruktur eingebettet werden, wodurch ein Transducer entsteht – auch als Prüfkopf bezeichnet. Das Material der Schallkeil muss nicht nur eine hohe Stärke sowie Alterungsbeständigkeit aufweisen, sondern auch einen geringen Energieverlust des Ultraschalls nach Durchgang durch den Schallkeil – das Transmissionskoeffizient muss dabei nahe 1 liegen. Ein häufig verwendetes Material für Schallkeile ist Acryl, da es durchsichtig ist und es somit möglich ist, die Anordnung der piezoelektrischen Elemente im Schallkeil zu beobachten. Außerdem können bestimmte Gummis, Kunststoffe und Bakelit als Schallkeilmaterialien verwendet werden. Das sind also die Nachteile der Ultraschallströmungsmesser. Einige davon können durch technische Verbesserungen beseitigt werden, andere sind Eigenschaften des Produkts selbst. Man kann ständig neue Verbesserungsmöglichkeiten vorschlagen – ich bin überzeugt, dass die Nachteile der Ultraschallströmungsmesser immer weniger werden.