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Sensor-Test im laufenden Betrieb

Besonders interessant für:
  • Fernwärme- und Fernkälteversorger
  • Fundamentalphysik im Weltraum
  • Netzbetreiber

Die Betriebsbedingungen für Wärmezähler in großen Anlagen oder Netzwerken weichen in der Praxis oft von den idealisierten Kalibrierbedingungen am Prüfstand in der PTB ab. Daraus ergeben sich teilweise erhebliche Messabweichungen. Ein neu entwickeltes Verfahren erlaubt dagegen die Untersuchung von Wärmezählern unter Einbaubedingungen und ohne Betriebsunterbrechung.

Für das neue optische Verfahren zur Vor-Ort-Messung von Durchflüssen an großen Anlagen nach dem Prinzip der Laser-Doppler-Velozimetrie wird ein Laser über ein optisches Fenster an das entsprechende Rohrsystem gekoppelt.

Den größten Unsicherheitsbeitrag beim Einsatz der Wärmezähler liefert der Durchflusssensor (DFS). Er wurde für seinen Einsatz bisher grundsätzlich auf einem Prüfstand kalibriert. Da hier idealisierte Bedingungen vorherrschen, ergeben sich unbekannte Messabweichungen des DFS am späteren Einsatzort. Diese können sich außerdem im Laufe der zum Teil langen Einsatzzeiten durch Alterung, Ablagerungen oder abrasiven Verschleiß verändern.

Bisher war eine Kalibrierung der DFS am Einsatzort nicht möglich. Bestenfalls wurden die Sensoren auf einem Prüfstand rekalibriert, wofür sie ausgebaut werden mussten. Die damit verbundene Betriebsunterbrechung führte zu hohen Kosten. Das von der PTB in Kooperation mit dem TÜV Rheinland sowie den Unternehmen ILA GmbH und Optolution GmbH entwickelte optische Verfahren erlaubt die Vor-Ort-Untersuchung der DFS ohne Betriebsunterbrechung, also ohne Ausbau des DFS bzw. Entleerung der Rohrstrecke, und ist bereits patentiert.

Mithilfe eines bekannten Anbohrverfahrens wird in der Rohrleitung ein Sichtfenster angebracht. Dabei wird zunächst ein Kugelhahn auf das Rohr geschweißt, durch den man die Leitung anbohrt. Über eine spezielle Einbauhülse kann nun ein konturangepasstes Fenster eingebracht werden. Anschließend wird ein LaserDoppler-Velozimetrie-(LDV)-System angebaut und die Strömungsgeschwindigkeit über einem Messpfad mit Hilfe der Doppler-Verschiebung des zurückgestreuten Laserlichtes ermittelt. Nach den Messungen kann der Laser entfernt und der optische Zugang mit einem Blindflansch verschlossen werden. Durch Integration der gemessenen Geschwindigkeit über den Rohrquerschnitt wird der Volumenstrom ermittelt. Dieses Ergebnis der LDV-Messung liefert die Referenz für das Messergebnis
des Durchflusssensors.

Untersuchungen an der Wärmezählerprüfstrecke der PTB bestätigten, dass sich unter idealen Bedingungen eine Messunsicherheit von weniger als 1 % erreichen lässt. Zurzeit wird untersucht, welche Messunsicherheit bei gestörten Anströmungen erreicht wird und wie der für die Integration wichtige Rohrquerschnitt genauer bestimmt werden kann.

Wissenschaftliche Veröffentlichung:

Guntermann, P.; Rose, J.; Lederer, T.; Dues, M.; Müller, U.; Duckwe, A.: Vorort-Untersuchungen von Wärmemengenzählern im Betrieb. EuroHeat & Power 39 (2010) 44–47