Wie und womit wird der Gasverbrauch gemessen: Messmethoden + Überblick über alle Arten von Gasdurchflussmessern

Ein Durchflussmesser ist ein Gerät zur Messung des Volumen- oder Massendurchflusses von Stoffen, einschließlich Erdgas, brennbarer Gase, aggressiver Gase und Luftzerlegungsprodukte. Die Berechnung der Volumenströme in Industrieanlagen oder im Haushalt kann auch ohne Fachpersonal durchgeführt werden.

Im Folgenden erklären wir, wie und womit Gas gemessen wird, geben eine Beschreibung der Geräte, die für diesen Zweck verwendet werden, und betrachten die grundlegenden Methoden zur Ermittlung des Gasverbrauchs.

Direkte Methode der Gasverbrauchsmessung

Das Gasvolumen wird in Kubikmetern berechnet, seltener werden andere Masseneinheiten wie Tonnen oder Kilogramm verwendet, in der Regel für technische Gase.

Die direkte Methode – ist die einzige Methode, die eine direkte Messung des durchströmenden Gasvolumens ermöglicht.

Zu den Nachteilen von Geräten, die den Volumen- oder Massendurchfluss eines Stoffes messen, gehören:

1. Eingeschränkte Funktionsfähigkeit von Durchflussmessern bei verschmutztem Gas.
2. Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit von Schäden durch teilweise Blockierung des Durchflusses oder pneumatischen Schlag.
3. Hohe Kosten von Rotationszählern im Vergleich zu anderen Geräten.
4. Große Abmessungen der Geräte.

Die zahlreichen Vorteile dieser Methode überwiegen die genannten Nachteile, weshalb sie auch die größte Verbreitung in Bezug auf die Anzahl der installierten Zähler gefunden hat.

Mit einem Durchflussmesser kann das Volumen oder die Masse eines Stoffes pro Zeiteinheit berechnet werden. Die Installation an einem geneigten Rohrleitungsabschnitt kann den Messfehler reduzieren.

Darunter sind – die direkte Messung des Gasvolumens, keine Abhängigkeit von Verzerrungen des Strömungsgeschwindigkeitsprofils sowohl am Einlass als auch am Auslass, was die Reduzierung der UUG ermöglicht. Die Bereichsbreite beträgt bis zu 1:100. Zu diesem Zweck werden Geräte vom Membran- und Rotationstyp verwendet. Sie können in Räumen mit installierten Impulskesseln eingesetzt werden.

Indirekte Messmethoden

Diese Methoden beinhalten die Berechnung beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit des Stoffes durch einen bestimmten Querschnitt. Um möglichst genaue Ergebnisse zu erzielen, muss die Gasgeschwindigkeit gleichmäßig gemacht werden.

Gasdurchflussmessung durch Druckdifferenz

Eines der am weitesten verbreiteten und untersuchten Methoden zur Gasdurchflussmessung, basierend auf der Verwendung einer Drosselvorrichtung, hat mehrere Vorteile, darunter die Einfachheit des Durchflussumwandlermechanismus, dessen Wirkung auf die Messung des Druckabfalls des durch eine lokale Verengung in der Gasleitung strömenden Mediums abzielt. Für die Berechnungen sind keine Durchflussmessprüfstände erforderlich.

Trotz einer vollständigen wissenschaftlich-technischen Grundlage weist dieses Messverfahren mehrere wesentliche Nachteile auf – einen geringen Messbereich, der selbst unter Berücksichtigung von Mehrbereichsdrucksensoren den Wert 1:10 nicht überschreitet.

Standard-Drosselvorrichtungen werden nach einer speziellen Technologie mit hohen Anforderungen an die Rauheit hergestellt. Ihre Verwendung ist ausschließlich auf glatten Rohrleitungen zulässig.

Hydraulische Widerstände in Gasleitungen erhöhen die Empfindlichkeit gegenüber dem Verlauf der gemittelten Geschwindigkeiten über die Tiefe oder Breite der Strömung am Eintritt in die Blende. Die Länge der geraden Abschnitte vor den Drosselvorrichtungen sollte mindestens 10 Nennweiten (DN) der Rohrkonstruktion betragen.

Geschwindigkeitsmethode zur Durchflussbestimmung

Für diese Methode werden Turbinenumformer verwendet. Diese Geräte haben mehrere Vorteile, darunter geringe Abmessungen und Gewicht sowie einen erschwinglichen Preis in ihrer Kategorie.

Diese Geräte sind unempfindlich gegenüber Druckstößen. Der Messbereich des Durchflusses beträgt bis zu 1:30, was den entsprechenden Wert für Drosselvorrichtungen deutlich übersteigt.

Der TPR-Turbinendurchflussumformer kann in einer Umgebung mit Temperaturen von -200 bis +200 °C eingesetzt werden, wenn das Gerät für nicht aggressive und einphasige kryogene Flüssigkeiten ausgelegt ist. Bei aggressiven Flüssigkeiten beträgt der Bereich -60 bis +50 °C.

Zu den Nachteilen zählen die Empfindlichkeit, wenn auch gering, gegenüber Strömungsstörungen am Ein- und Auslass des Geräts sowie Abweichungen der Messergebnisse bei pulsierenden Gasströmen. Bei niedrigen Durchflüssen im Bereich von 8 bis 10 m³/h sind die Durchflussmesser funktionsunfähig.

Ultraschall-Messmethode

Die Beliebtheit von akustischen Durchflussmessern, mit denen die Gasmenge gemessen wird, insbesondere in der kommerziellen Abrechnung, ist mit der Entwicklung der Mikroelektronik gestiegen. In akustischen Durchflussmessern gibt es keine beweglichen Teile und auch keine überstehenden Bauteile in der Strömung, was ihre Zuverlässigkeit erheblich erhöht.

Die Messung erfolgt in einem weiten Wertebereich dank der Fähigkeit des Geräts, über einen längeren Zeitraum mit eingebauter Stromversorgung zu arbeiten. Inländische Geräte entsprechen nicht allen erforderlichen Anforderungen, da zur Vermeidung von Beeinflussungen der Gasströmungsstörungen auf die Berechnungsergebnisse ausschließlich mehrstrahlige Ultraschall-Durchflussmesser verwendet werden müssen.

Klassifizierung von Durchflussmessern nach dem Funktionsprinzip

Durchflussmesser unterscheiden sich in mehreren Parametern, einschließlich Druck, Gasart und Temperaturbereich. Das Gerät sollte je nach Einsatzbedingungen und Aufgabenstellung ausgewählt werden.

Messgeräte bestehen aus Teilen wie einem Wandler für den Differenzdruck, einem Verbindungselement und einem Manometer.

Typ #1 – Strahldurchflussmesser selbsterregte Durchflussmesser

Dieser Durchflussmesser, der ebenfalls zur Messung des Erdgasdurchflusses vorgesehen ist, hat mehrere besondere Eigenschaften. Das Gerät ist von negativen Rückkopplungen umgeben, die Anschlussfrequenz des Strahls hängt vom Gasdurchfluss ab.

Zähler, die auf Basis von Strahldurchflussmessern hergestellt werden, werden ohne vorherige Prüfung für die kommerzielle Abrechnung eingesetzt.

1 – Strahlelement; 2 und 3 – Wandler; 4 – Signalauskopplungseinheit; 5 – Versorgungsdüse; 6 – Arbeitskammer; 7 und 8 – Wände der Arbeitskammer; 9 – Trennwand; 10 und 11 – Steuerdüsen; 12 und 13 – Aufnahmekanäle; 14 und 15 – Ablaufkanäle; 16 und 17 – Rückkopplungskanäle; 18 – Erweiterung der Versorgungsdüse; 19 – Absatz an der Versorgungsdüse

Ein Durchflussmesser vom Strahl-Autogeneratortyp ist anfällig für Verschmutzung, zu seinen Nachteilen gehört auch die Instabilität des Umrechnungsfaktors.

Diese Geräte haben ähnliche Nachteile wie Wirbelstromgeräte:

• Abhängigkeit von Strömungsprofilstörungen bei Verwendung mit Drosselgeräten;
• Massive Druckverluste sind irreversibel;
• Der Hauptteil des Durchflussmessers hat enorme Abmessungen;
• Erhebliche Instabilität des Umrechnungsfaktors.

Die Vorteile des Autogeneratordurchflussmessers unterscheiden sich nicht von denen eines Wirbeldurchflussmessers, mit Ausnahme der Fähigkeit, mit verschmutzten Gasen zu arbeiten. Diese Durchflussmesser haben keine breite praktische Anwendung in der kommerziellen Abrechnung gefunden.

Typ #2 – Wirbeldurchflussmesser-Zähler

Es werden mehrere Stärken der Geräte hervorgehoben, darunter die Genauigkeit der durchgeführten Messungen, die Unempfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen und pneumatischen Stößen, die einfache Bedienung; außerdem enthält das Gerät keine beweglichen Teile.

Die Geräte halten den schwierigsten äußeren Bedingungen stand, die Genauigkeit der Werte ist bei einer Umgebungstemperatur von bis zu 500 Grad Celsius garantiert, der maximale Druck beträgt 30 MPa.

Es sind auch erhebliche Nachteile bei der Verwendung dieses Durchflussmesser Typs bekannt – erhöhte Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Vibrationen, Druckabfall. Der Rohrdurchmesser sollte im Bereich von 15-30 cm liegen.

Typ #3 – Ultraschall-Durchflussmesser

Das Gerät, auch als akustisches bekannt, hat mehrere unbestreitbare Vorteile:

• kein hydraulischer Widerstand;
• keine beweglichen Teile im Gerät, was seine Zuverlässigkeit erhöht;
• erhöhte Festigkeit des Mechanismus;
• schnelle Reaktion.

Ein Durchflussmesser dieser Art basiert auf der Bestimmung der Zeitdifferenz der Signalübertragung.

Die Arbeit der Ultraschall-Durchflussmesser hängt nicht von Temperatur, Umgebungsdruck, Viskosität und elektrischer Leitfähigkeit ab, was die Genauigkeit der gewonnenen Daten garantiert.

Die Ultraschallsensoren, die diagonal zueinander angeordnet sind, übernehmen die Funktion des Empfängers und des Senders. Die Verwendung mehrerer Kanäle kompensiert die Verformung des Strömungsprofils.

Typ #4 – Trommel-Durchflussmesser

Diese Kategorie von Geräten wird in der Regel für Laboruntersuchungen verwendet. Der während der Trommeldrehung entstehende Druck führt zur Füllung der Sektion mit Gas und zu deren anschließender Entleerung.

Für den vollwertigen Betrieb der Trommelzählmechanismen (ohne Impulsgeber) ist keine konstante Stromquelle erforderlich, was ihr unbestreitbarer Vorteil ist.

Die Anzahl der Trommelumdrehungen ist proportional zu den Kubikeinheiten des Gases; der Wert wird auf das Zifferblatt der Zählkonstruktion übertragen. Trommel-Durchflussmesser verfügen über eine hohe Messgenauigkeit.

Typ #5 – Levitations- Geräte

Das bewegliche Teil des tachometrischen Geräts dreht sich in Lagern, die Geschwindigkeit entspricht dem volumetrischen Gasdurchfluss. Die Umwandlung der Kreisbewegungsgeschwindigkeit in ein elektrisches Signal erfolgt mit Hilfe eines sekundären Wandlers, die Ergebnisse werden auf dem Indikator angezeigt.

Levitationsmessgeräte funktionieren bei Temperaturen von -30 bis +50 Grad Celsius, die Messabweichung liegt im Bereich von ± 1,5%.

Levitationsgeräte sind in der kommerziellen Abrechnung des Erdgasverbrauchs sowohl für häusliche als auch für kommunale Zwecke gefragt.

Typ #6 – Membranzähler

Das Patent für die Herstellung eines der am weitesten verbreiteten Messgeräte zur Gasmessung wurde in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts in England erteilt.

Das Funktionsprinzip eines mechanischen Durchflussmessers beruht auf der Änderung der Position der beweglichen Kammermembranen beim Eintritt des Gases. Die abwechselnde Bewegung erfolgt während des Ein- und Auslasses des Mediums.

Ein Membran-Durchflussmesser für Gas kann je nach Volumen des gemessenen Mediums und Bauweise aus 2 oder 4 Kammern bestehen.

Das Zählwerk wird durch ein System aus Getriebe und Hebeln angetrieben. Die Mechanismen verfügen über einen großen Messbereich – bis zu 1:100.

Typ #7 – Rotationsgeräte

In einem mechanischen Gerät befinden sich in der Messkammer zwei Rotoren, die sich unter dem Druck des Mediums zu bewegen beginnen. Die rotierenden Teile sind im rechten Winkel zueinander angeordnet, ihre Ausgangsposition wird durch Synchronisationsräder fixiert.

Die Gasmenge ist proportional zur Anzahl der Umdrehungen der Rotoren. Mithilfe einer Magnetkupplung und eines Getriebes wird die Rotation des Rotors auf das Zählwerk übertragen, das für die Summierung des durchgeströmten Mediumvolumens zuständig ist.

Der Rotationsdurchflussmesser verfügt über eine hohe Durchflusskapazität und wird in kommunalen Betrieben sowie in Unternehmen mit mittlerem und kleinem Gasverbrauch eingesetzt.

Zu den Hauptvorteilen von Rotationsdurchflussmessern zählen die hohe Messgenauigkeit, die Kompaktheit des Geräts und der große Messbereich. Zu den Nachteilen gehören die Geräuschentwicklung des Mechanismus, seine hohen Kosten und die Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen, einschließlich Verschmutzung.

Typ #8 – Turbinen-Durchflussmesser

Das mechanische Gerät hat die Form eines Rohrabschnitts, im Inneren des Durchflussmessers ist eine Turbine mit Welle und beweglichen Lagern untergebracht. Das Antriebsteil wird durch das Medium bewegt, das durch die Messkammer strömt.

Die Bewegungsgeschwindigkeit des Mechanismus entspricht der Strömungsgeschwindigkeit und dem Gasdurchsatz. Das akkumulierte Volumen wird auf dem Zählwerk angezeigt; die Übertragung darauf erfolgt mechanisch über ein Getriebe und ein Zahnradsystem.

Das Turbinenzählwerk darf nur mit sauberen strömenden Medien – Gas, Flüssigkeit oder Dampf in suspendiertem Zustand – verwendet werden, sofern diese keine Feststoffpartikel enthalten.

Neben den aufgeführten Geräten gibt es auch andere Geräte, die jedoch in der Regel in der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt werden. Im kommerziellen Bereich werden sie praktisch nicht genutzt.

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Geräte zur Messung der Gasmenge

Geräte zur Messung des Gasdurchflusses werden nach der Berechnungsmethode in mehrere Kategorien eingeteilt. Geschwindigkeitsmessgeräte werden zur Bestimmung des Volumens der untersuchten Mediums verwendet. Diese Geräte verfügen über keine Messkammern. Das empfindliche Bauteil ist eine Turbine (tangential oder axial), die durch den Stoffstrom in Rotation versetzt wird.

Volumenzähler zeichnen sich durch eine geringere Abhängigkeit vom Produkttyp aus. Zu ihren Nachteilen zählen die komplexe Konstruktion, der hohe Preis und die großen Abmessungen. Das Gerät besteht aus mehreren Messkammern und hat eine komplexere Konstruktion. Dieser Gerätetyp wird in mehrere Varianten unterteilt – Kolbenzähler, Flügelzähler und Zahnradzähler.

Es ist auch eine andere Klassifizierung von Gaszählern bekannt, die drei Gerätetypen umfasst: Rotationszähler, Trommelzähler und Ventilzähler.

Rotationszähler haben eine hohe Durchflusskapazität. Ihre Wirkung basiert auf der Berechnung der Anzahl der Umdrehungen der Schaufeln im Gerät, die dem Gasvolumen entspricht. Zu ihren Hauptvorteilen zählen Langlebigkeit, Unabhängigkeit von elektrischer Energie und erhöhte Beständigkeit gegen kurzzeitige Überlastungen.

Gaszähler vom Trommeltyp arbeiten nach dem Verdrängungsprinzip. Solche Korrekturfaktoren wie Temperatur, Gaszusammensetzung und Luftfeuchtigkeit werden nicht berücksichtigt.

Trommelzähler bestehen aus einem Gehäuse, einem Zählwerk und einer Trommel mit Messkammern. Das Funktionsprinzip des Geräts zur Messung des Gasverbrauchs besteht darin, die Anzahl der Umdrehungen der Trommel zu bestimmen, die sich aufgrund der Druckdifferenz dreht. Trotz der Genauigkeit der Berechnungen hat sich dieser Gerätetyp aufgrund seiner sperrigen Größe nicht weit verbreitet.

Das Funktionsprinzip des letzten Zählertyps, bekannt als Ventilzähler, basiert auf der Bewegung einer beweglichen Trennwand, auf die die Druckdifferenz des Stoffes wirkt. Das Gerät besteht aus mehreren Teilen – dem Zählwerk und dem Gasverteilungsmechanismus sowie dem Gehäuse. Es hat große Abmessungen und wird daher hauptsächlich im Haushalt eingesetzt.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Wie Wirbelgasdurchflussmesser funktionieren, wird im folgenden Video erläutert:

Die Messung des Gasdurchflusses ist eine der Schlüsselaufgaben in der Produktion. Auf dem Markt für Durchflussmesser gibt es eine Vielzahl von Geräten mit unterschiedlichen Konstruktionen und Funktionsprinzipien, die auch für den Haushaltsbedarf geeignet sind. Mit ihrer Hilfe lässt sich praktisch jede Menge Flüssigkeit oder Gas bestimmen, wobei keine spezielle Kalibrier-Normaleinrichtung erforderlich ist.

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