Heutzutage sind Haushaltswasserzähler intelligent und statisch, d.h. ohne bewegliche Teile. Die Ultraschall-Laufzeittechnologie ist ein gängiger Ansatz dafür, und ScioSense bietet den richtigen Front-End-IC, der den gesamten Messprozess verwaltet. Die Durchflusswandler treiben die piezoelektrischen Wandler an, nehmen das Empfangssignal auf, verstärken es bei Bedarf und führen die anspruchsvolle Flugzeitmessung mit Pikosekundenpräzision und Stabilität für mehrere Nulldurchgänge mit den Empfangsimpulsen durch. Da dies mit nur wenigen Mikroampere Strom geschieht, können diese Messgeräte bis zu 20 Jahre lang mit einer Batterie betrieben werden.
Das Grundprinzip der Messung ist das folgende: Sie senden einen Ultraschallstoß einmal in Richtung des Wasserflusses und einmal in die entgegengesetzte Richtung und messen die Flugzeit. In Fließrichtung ist die Flugzeit kürzer als in der Gegenrichtung, und die Differenz zwischen den beiden ist proportional zum Durchfluss. 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 Ultraschallwasserzählers ist eine ziemliche Herausforderung. Sie müssen Flugzeiten im Bereich von 30 bis 200 µs mit einer Präzision im Pikosekundenbereich messen. Nicht nur das Erreichen eines so geringen Rauschens ist eine Herausforderung. Ein geringer Offset und die Stabilität des Offsets in diesem Bereich sind eine noch größere Herausforderung. Für DN15-Zähler mit R800 liegt das Ziel bereits bei einer Fehlergrenze von 12ps. Die Durchflusswandler von ScioSense basieren auf einer Zeit-Digital-Wandlertechnologie, die die Aufgabe der Zeitmessung perfekt löst. Darüber hinaus wurde das analoge Front-End mit besonderem Augenmerk auf Symmetrie und Reziprozität entwickelt, so dass der Offset klein und über die Temperatur stabil ist.
Abbildung 2: Empfangssignal
Die ScioSense Durchflusswandler messen mehrere Nulldurchgänge innerhalb eines einzigen Empfangsbursts. Dadurch wird die Auflösung der gesamten Laufzeitmessung verbessert. 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.
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.
