Seit den späten 80er Jahren sind Ultraschallgaszähler auf den Markt gedrängt worden. Sie weisen eine Reihe von Vorteilen gegenüber den klassischen Balgengaszählern auf. Sie sind viel präziser und weisen eine viel höhere Leistungsfähigkeit in Bezug auf die Durchflussbereiche auf. Sie haben keine mechanisch beweglichen Teile und weisen daher eine längere Lebensdauer auf. Darüber hinaus sind sie kleiner und geräuschärmer.
Das Grundprinzip der Messung ist das folgende: Sie senden einen Ultraschallstoß einmal in Richtung des Gasflusses und einmal in die entgegengesetzte Richtung und messen die Flugzeit. In Strömungsrichtung ist die Flugzeit kürzer als in der Gegenrichtung, und die Differenz zwischen den beiden ist proportional zur Strömung. Unter Berücksichtigung einiger nichtlinearer und Temperaturkorrekturen kann die Zeitdifferenz daher zur Berechnung des Flusses verwendet werden. v = c2 + DIFTOF/(2L) für v << c
Abbildung 1: Gängige Sensordesigns
Die Konstruktion eines Ultraschallgaszählers ist eine ziemliche Herausforderung. Zunächst benötigen Sie
eine hohe Feuerspannung und eine hohe Verstärkung des Empfangssignals
, um die schwache Schallkopplung zur Luft in den Griff zu bekommen. Dann müssen Sie die Flugzeit im Bereich von 200 μs bis 500 μs mit einer Genauigkeit im Bereich von 300 Pikosekunden messen. Nicht nur das Erreichen eines so geringen Rauschens ist eine Herausforderung. Ein niedriger Offset und die Offset-Stabilität in diesem Bereich sind eine noch größere Herausforderung. Darüber hinaus weist die Amplitude des Empfangssignals in realen Anwendungen starke Schwankungen auf.
Abbildung 2: Empfangssignal
Die ScioSense Durchflusswandler meistern diese Herausforderung: Eine integrierte Ladungspumpe erlaubt es, mit bis zu 17V zu feuern. Innerhalb des verstärkten Empfangssignals messen sie mehrere Nulldurchgänge. Dies verbessert die Auflösung der gesamten Flugzeitmessung. Mit der richtigen Wahl des Nulldurchgangs - nicht zu früh, um nur stabile Perioden zu erfassen, und nicht zu spät, um Störeffekte zu vermeiden - wird die Messung so präzise und temperaturstabil wie möglich sein.
Mit Hilfe einer Split-Burst-Option ist es möglich, einen Phasensprung als Marker innerhalb der Büste zu erkennen und auch bei starken Amplitudenschwankungen eine präzise absolute ToF zu erhalten.
Integrierte Ladepume für 17 V Feuerspannung
Messung von Zeitintervallen von 10 bis 500μs mit Pikosekunden-Auflösung
Für Sensoren von Haushaltszählern muss die Offset-Stabilität im Bereich von 300 ps und weniger liegen.
Die Stromaufnahme muss nur wenige μA betragen, um viele Jahre mit der Batterie zu arbeiten.
Hohe Amplitudenschwankungen durch verschiedene Gasgemische, darunter 5 bis 39% Wasserstoff
Als Spezialist für Umwelt- und Durchflusssensorik ermöglicht ScioSense Unternehmen eine nachhaltigere Nutzung der Ressourcen unseres Planeten und trägt so zu einer gesünderen Zukunft für alle bei.
