In industriellen Prozessen, in denen die genaue Flüssigkeitsdurchflussmessung einen direkten Einfluss auf Effizienz, Sicherheit und Kostenkontrolle hat, versagen herkömmliche Durchflussmesser oft. Schwingungsstörungen, Verstopfungen durch viskose Medien und die Notwendigkeit kostspieliger Stillstände für die Wartung haben seit langem Betriebe in Sektoren wie Petrochemie, Wasseraufbereitung und Fertigung geplagt. Hier kommen die Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser ins Spiel – eine bahnbrechende Lösung, die durch den Ultra YEWFLO-UYF200 veranschaulicht wird. Basierend auf jahrzehntelanger Erfahrung von Yokogawa in der Durchflussmessung (seit der Einführung von Wirbelzählern in den 1970er Jahren) definieren diese Ultraschall-basierten Geräte Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit für Flüssigkeitsanwendungen neu. Dieser Artikel beantwortet die entscheidende Frage: Warum sind Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser die erste Wahl für moderne Industrieteams? Wir werden ihre innovative Technologie, Hauptmerkmale, technischen Vorteile und die reale Auswirkung in verschiedenen Branchen untersuchen.

Die Entwicklung der Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser: Lösung traditioneller Probleme  
Yokogawa ist seit über 50 Jahren führend in der Durchflussmessung und brachte 1979 seinen ersten industriellen Wirbelzähler (den YEWFLO) auf den Markt. Bis 2024 hatte das Unternehmen weltweit über 140.000 YEWFLO-Einheiten ausgeliefert und damit seinen Ruf für langlebiges, wartungsarmes Design gefestigt. Herkömmliche YEWFLO-Modelle, die sich auf die spannungsbasierte Wirbelerkennung stützten, stießen jedoch bei der Flüssigkeitsmessung auf erhebliche Einschränkungen:  
- Schwingungsempfindlichkeit: Rohrleitungs vibrationen (häufig in Raffinerien oder Kraftwerken) verfälschten die Messwerte und führten zu ungenauen Durchflussdaten.  
- Verstopfungsrisiken: Viskose Flüssigkeiten oder Rückstände (z. B. Schlamm, Rost) blieben an integrierten Sensoren haften und verringerten so die Empfindlichkeit im Laufe der Zeit.  
- Kostspielige Stillstände: Sensoren waren in Wirbelgeneratoren eingebaut, was bedeutete, dass der Austausch ein Anhalten des Flüssigkeitsstroms erforderte – was den Betrieb störte und die Ausfallzeiten erhöhte.  

Um diese Lücken zu schließen, entwickelte Yokogawa den **Ultra YEWFLO-UYF200** – das Flaggschiff seiner Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser-Reihe. Dieses Gerät ersetzt die spannungsbasierte Erkennung durch Ultraschalltechnologie und eliminiert so traditionelle Fehler, während es gleichzeitig die Genauigkeit und Flexibilität erhöht.

Heute werden Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser in vier globalen Einrichtungen hergestellt, um eine gleichbleibende Qualität und schnelle Lieferung für Industrien weltweit zu gewährleisten.

 Wie Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser funktionieren: Wissenschaft, unterstützt durch Präzision  
Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser arbeiten nach zwei Kernprinzipien – Karman-Wirbelablösung (zur Durchflussratenkorrelation) und Ultraschall-Phasendemodulation (zur zuverlässigen Wirbelerkennung) – und arbeiten zusammen, um präzise, störungsfreie Messungen zu liefern.  

1. Karman-Wirbelablösung: Die Grundlage der Durchflussratenberechnung  
Wenn Flüssigkeit an einem festen „Wirbelgenerator“ (einem speziell geformten Hindernis im Inneren des Messrohrs) vorbeifließt, bilden sich stromabwärts abwechselnde Wirbel. Die Frequenz dieser Wirbel ((f)) ist direkt proportional zur Durchflussrate der Flüssigkeit ((Q)), beschrieben durch die Gleichung:  
[ f = K cdot Q ]  
Hier ist (K) (der „K-Faktor“) ein nahezu konstanter Wert über einen weiten Bereich von Reynolds-Zahlen (ein Maß für die Flüssigkeitsturbulenz) – ein wesentlicher Vorteil von wirbelbasierten Durchflussmessern. Für den Ultra YEWFLO-UYF200 optimierte Yokogawa die Geometrie des Wirbelgenerators, um eine K-Faktor-Stabilität von ±0,5 % über Reynolds-Zahlen von 10.000 bis 300.000 (bei der Messung von Wasser in 50-mm-Rohren) aufrechtzuerhalten. Dies gewährleistet Genauigkeit, selbst wenn sich die Durchflussraten oder die Viskosität der Flüssigkeit ändern – entscheidend für Chargenprozesse oder Systeme mit variablem Bedarf.  

2. Ultraschall-Phasendemodulation: Die Innovation, die Störungen eliminiert  
Im Gegensatz zu herkömmlichen Wirbelmessern verwenden Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser Ultraschallwellen (keine Spannungssensoren), um Wirbel zu erkennen – wodurch Schwingungs- und Verstopfungsprobleme eliminiert werden. So funktioniert es:  
- Ultraschallübertragung: Piezoelektrische Elemente (in Edelstahlhaltern untergebracht) senden 1,2 MHz Ultraschallwellen durch die Rohrwand des Messgeräts. Ein Empfänger auf der gegenüberliegenden Seite detektiert die Wellen.  
- Wirbelinduzierte Phasenverschiebungen: Abwechselnde Wirbel verändern die Richtung der Ultraschallwellenausbreitung und verändern die Laufzeit der Wellen. Dies erzeugt eine Phasenverschiebung, die mit der Wirbelfrequenz synchronisiert ist. Die Phasenverschiebungsamplitude ((phi)) wird berechnet mit:  
  [ phi = frac{2pi f_c D m nu}{C^2} cdot sinomega t ]  
  Wobei:  
  - (f_c) = Ultraschallwellenfrequenz  
  - (D) = Innendurchmesser des Rohrs  
  - (m) = Modulationskoeffizient (festgelegt durch Wirbelgenerator-/Sensordesign)  
  - (nu) = Flüssigkeitsgeschwindigkeit  
  - (C) = Ultraschallgeschwindigkeit in stationärer Flüssigkeit  
  - (omega) = Winkelfrequenz der Wirbel  
- Signalverarbeitung: Der Messumformer demoduliert das phasenverschobene Signal, filtert Rauschen heraus und wandelt es in einen klaren Wirbelfrequenzwert um. Diese Frequenz wird dann verwendet, um die Durchflussrate über die K-Faktor-Gleichung zu berechnen.  

Dieser Ultraschallansatz bietet zwei bahnbrechende Vorteile:  
- Schwingungsunempfindlichkeit: Rohrleitungs vibrationen beeinträchtigen die Ultraschallwellenübertragung nicht und gewährleisten stabile Messwerte in Umgebungen mit hohen Vibrationen (z. B. in der Nähe von Pumpen oder Kompressoren).  

- Empfindlichkeit bei geringem Durchfluss: Die Signalintensität ist proportional zur Flüssigkeitsgeschwindigkeit (im Vergleich zur Geschwindigkeit im Quadrat bei spannungsbasierten Messgeräten), was eine genaue Messung geringer Durchflussraten ermöglicht – ideal für Anwendungen wie Chemikaliendosierung oder Leckageerkennung.

 Hauptmerkmale der Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser: Gebaut für Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit  
Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser (wie der Ultra YEWFLO-UYF200) sind auf die Bedürfnisse der Industrie zugeschnitten und verfügen über modulare Designs, langlebige Materialien und intelligente Funktionen, die die Wartung reduzieren und die Betriebszeit erhöhen.  

1. Robuste Konstruktion für raue Umgebungen  
- Integrierter Wirbelgenerator: Das Messrohr (erhältlich in Wafer- oder Flanschtypen) wird im Feingussverfahren hergestellt, wodurch der Wirbelgenerator in einem einzigen Stück verschmolzen wird. Dies minimiert die Ultraschallwellenleckage und -dämpfung und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) für klarere Messwerte.  
- Auslaufsicheres Sensordesign: Die Sensoren sind außerhalb des Rohrs montiert, mit einem steckgeschweißten Abschnitt, der den Flüssigkeitskontakt verhindert. YAG-Laserschweißen stellt sicher, dass die Sensorhalter feuerfest und korrosionsbeständig sind – perfekt für petrochemische oder Abwasseranwendungen.  
- Akustische Anpassung: Der Steckabschnitt und die Sensorhalter des Rohrs sind so konzipiert, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches von ½ der Ultraschallwellenlänge ((lambda)) sind, wodurch die Wellenübertragungseffizienz maximiert wird. Hitzebeständiges Silikonöl verbindet Sensoren mit dem Rohr und verbessert so die akustische Leistung weiter.  

 2. Online-Sensoraustausch: Keine Stillstände mehr  
Ein herausragendes Merkmal der Yokogawa Ultraschall-Durchflussmesser ist ihre Fähigkeit, Sensoren **ohne Anhalten des Flüssigkeitsstroms** auszutauschen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Messgeräten (bei denen die Sensoren Teil des Wirbelgenerators sind) sind die Sensoren von Yokogawa extern und modular. Techniker können sie in wenigen Minuten austauschen – wodurch ungeplante Ausfallzeiten um bis zu 90 % reduziert und Umsatzeinbußen durch gestoppte Prozesse vermieden werden.  

3. Miniaturisierte, intelligente Messumformer  
- Kompaktes Design: Durch die Verwendung anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASICs) verkleinerte Yokogawa den Messumformer auf die Größe seiner beliebten EJA-Serie-Transmitter – wodurch das Gewicht auf ~60 % der herkömmlichen YEWFLO-Messumformer reduziert wurde. Dies spart Platz in Schalttafeln und vereinfacht die Installation.  
- Automatische Parametereinstellung: Die CPU des Messumformers optimiert automatisch die Filtereinstellungen, die Verstärkung und die Erkennungsgatter basierend auf der Rohrgröße und der Ultraschallgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass ein Messumformermodell für alle Flüssigkeitstypen und Rohrdurchmesser (von kleinen 15-mm-Leitungen bis zu großen 300-mm-Rohren) geeignet ist – wodurch die Lagerhaltung vereinfacht und die Kosten gesenkt werden.  
- Digitale Konnektivität: Zum ersten Mal in der Wirbelzähler-Reihe von Yokogawa unterstützt der Messumformer die Online-Kommunikation (z. B. HART, Modbus) und gleichzeitige Analog- (4–20 mA) und Impulsausgänge. Dies ermöglicht die Echtzeit-Datenfreigabe mit Steuerungssystemen (z. B. DCS) und Cloud-basierten Analyseplattformen – ein Schlüssel für Industrie 4.0-Initiativen.