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Wärmemengen dynamisch wägen

Industrielle Durchflussmessungen zum Beispiel bei der Fernwärme- und Kälteversorgung werden in der Regel auf Wägungen und Zeitbestimmungen zurückgeführt. Im für industrielle Anwendungen besonders wichtigen Volumenstrombereich unterhalb von 200 m3/h ist hierfür an der neuen Volumenstrom-Normalmessanlage für Wärme- und Kältezähler der PTB ein dynamisches Wägeverfahren entwickelt worden, das im Vergleich zum bisher üblichen statischen Wägeverfahren erheblich weniger technischen Aufwand und Messzeit erfordert. Bei der Wärmemengenbestimmung muss zusätzlich die Temperatur präzise stabilisiert und gemessen werden.

Waage für die gravimetrische Durchflussbestimmung; max. Last: 20 t, Messunsicherheit: 100 g.

Beim statischen Wägen wird der auf konstanten Durchfluss und konstante Temperatur geregelte Volumenstrom mit Hilfe einer komplizierten Umschalteinrichtung für eine bestimmte Zeitdauer in den Wägebehälter geleitet und die Füllmenge gewogen. Da große Volumenströme mit einer Unsicherheit von Millisekunden umgelenkt werden müssen, dominiert der Unsicherheitsbeitrag der Zeitmessung die Gesamtmessunsicherheit der Anlage. Darüber hinaus sind derartige Umschalteinrichtungen technisch sehr aufwändig, reparaturanfällig und – abhängig von der Bauart – nicht rückwirkungsfrei.

Beim dynamischen Wägeverfahren durchströmt das Wasser ohne Umschalteinrichtung den Wägebehälter. Dabei ist die Waage mit Normalgewichten vorbelastet. Bei Erreichen eines vorgewählten Anfangsfüllstands beginnt die Messung. Im weiteren Verlauf werden die Normalgewichte mit zunehmender Füllung von der Waage abgenommen. Die Messung ist beendet und die Fülldauer wird ermittelt, wenn die Anfangstriggerschwelle erneut erreicht wird. Dann ist die Masse der abgenommenen Normalgewichte genau durch die Masse des eingelaufenen Fluids substituiert. Vorteile des Messverfahrens sind die technische Einfachheit, die Rückwirkungsfreiheit auf den Volumenstrom und die erhebliche Zeitersparnis, die in Abhängigkeit vom Durchfluss bis zu einem Faktor 2 betragen kann. Da die Waage nur in einem Arbeitspunkt benutzt wird, ist die Kenntnis der Waagekennlinie insgesamt nicht erforderlich. Die während des Füllvorgangs auftretenden Erschütterungen der Waage konnten unter Kontrolle gebracht werden.

Die Gleichwertigkeit beider Messverfahren konnte bisher in einem Volumenstrombereich bis 180 m3/h nachgewiesen werden. Beispielsweise ergab sich bei einer Wassertemperatur von 50 °C eine Überstimmung von 0,04 %, die innerhalb der erweiterten relativen Gesamtmessunsicherheit der Messanlage liegt. Damit steht eine neue und wirtschaftlichere Methode der Bestimmung des Volumenstroms für Wärme- und Kältezähler für die industrielle Anwendung zur Verfügung.

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