Dichtemessung an Gasmengenzählern

STS Sensortechnik: Der Gasverbrauch wird mittels Gasmengenzählern am Durchflussvolumen berechnet. Da die Dichte von Gas und somit auch dessen Volumen sowohl druck- als auch temperaturabhängig ist, kann die gemessene Menge je nach vorliegendem Druck oder auftretender Temperatur abweichen. Das Gasvolumen in Abhängigkeit von Druck und Temperatur lässt sich mit der Formel p · V/T=konstant (p: Druck, V: Volumen, T: Temperatur) beschreiben.

Während der Druck, mit dem Gas durch die Rohre fliesst, relativ einfach gesteuert und überwacht werden kann, ist dies bei der Temperatur anders. Die somit entstehenden Dichteunterschiede haben einen Einfluss auf die gemessene Durchflussmenge. Was beim Normalverbraucher aufgrund der vergleichbar geringen Mengen noch vernachlässigbar ist, ist bei Grossabnehmern ein wichtiger Kostenfaktor.

Mit der Measurement Instruments Directive (MID) wurde eine EU-weite Richtlinie für Messinstrumente erlassen, um ein einheitliches Zulassungsverfahren für alle EU-Staaten und einige weitere Staaten zu etablieren. Weitere Ziele der Direktive sind ein einmaliger und einheitlicher Test für die Zulassung von Messgeräten sowie eine einheitliche und länderübergreifende Vorschrift für die Ersteichung. Durch die festgelgten, länderübergreifenden Vorschriften wird eine noch bessere Produktqualität angestrebt und für Wettbewerbsgleichheit gesorgt. 10 Messgerätearten im Bereich des gesetzlichen Messwesens werden von der MID erfasst. Die Anforderungen an Gaszähler und Mengenumwandler sind im Anhang MI-002 aufgeschlüsselt.

Zur Berechnung der genauen Gasmenge  müssen Druck und Temperatur Beachtung finden. Dazu braucht es entsprechende Sensorik in den Gasmengenzählern. Anstelle des Volumens muss die Gasmasse angegeben werden, da diese in Anbetracht der schwankenden Dichte die präzisiere Angabe ist. Um diese verlässlich zu ermitteln, ist es notwendig, Druck und Temperatur zu messen und somit die Dichte zu bestimmen.

Hohe Genauigkeit durch rechnerische Kompensation

Es gibt zweierlei Arten, die Druck- und Temperatursensoren an die Gasmengenzähler anzuschliessen. In der ersten Variante wird der Drucksensor auf das gasführende Rohr geschraubt und mittels eines Kabels mit dem Gasmengenzähler verbunden. In Variante zwei wird der Sensor direkt im Gerät verbaut (das konkrete Beispiel weiter unten beschreibt Variante zwei).

Die zur Gasmengenzählung verwendeten Druckbereiche liegen im Regelfall zwischen 0,8 und 3,5 bar (absolut) sowie bei 2,5 bis 10 bar (absolut). Die Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit sind enorm: Verlangt werden 0,2 Prozent vom Messwert bei Temperaturen von -20 °C bis 60 °C. Mit herkömmlichen Drucksensoren ist dieser Wert allerdings nicht zu erreichen. Um diese Genauigkeit zu erhalten, muss rechnerisch kompensiert werden. Aus diesem Grund liefert STS die Druck- und Temperaturtransmitter nicht nur funktionsgeprüft, sondern parametrisiert aus (Koeffizienten für die Polynomkompensation).