DE102011107442B4 - Gaszähler zum Bestimmen einer temperaturkorrigierten Gasmenge - Google Patents

Abstract

Gaszähler (10) zum Bestimmen einer temperaturkorrigierten, strömenden Gasmenge, umfassend eine impulsgesteuerte Gasmengen-Korrektureinrichtung (20, 30, 90), die zum Korrigieren der pro Steuerimpuls erfassten Gasmenge in Abhängigkeit von der Gastemperatur ausgebildet ist, wobeidie Gasmengen-Korrektureinrichtung (20, 30, 90) eine Temperatursensoreinrichtung (30) mit einem Widerstandsthermometer (32) sowie einen mit der Temperatursensoreinrichtung (30) verbundenen A/D-Wandler (20) aufweist, wobei der A/D-Wandler (20) zum Umsetzen der am Widerstandsthermometer (32) messbaren Spannung in ein n-stelliges Datenwort ausgebildet ist, und wobei der A/D-Wandler (20) mehrere elektrische Elemente (R0-R256) aufweist, die derart gewichtet sind, dass jedes n-stellige Datenwort einer vorbestimmten, temperaturkorrigierten Gasmenge entspricht,eine Einrichtung zum Erkennen der Richtung der strömenden Gasmenge und zum Erzeugen eines Richtungssignals, wobeieine Auswerteeinrichtung (90) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Richtungssignals die pro Steuerimpuls erzeugten Datenwörter oder die um den Offsetwert veränderten Datenwörter zu addieren oder zu subtrahieren.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Gaszähler zum Bestimmen einer temperaturkorrigierten, strömenden Gasmenge.
• Gaszähler messen bzw. zählen die durch sie hindurchströmende Gasmenge, wobei pro Zählzyklus bzw. Zählimpuls eine vorbestimmte strömende Gasmenge ermittelt wird. Die pro Zählzyklus ermittelten Gasmengen werden dann aufaddiert. Die Einheit der Gasmenge ist der Kubikmeter. Da die in einem Kubikmeter Gas gespeicherte Energie sowohl vom Volumen als auch von der Temperatur abhängt, wird bei der Abrechnung der verbrauchten Gasmenge das Volumen nicht in Kubikmeter, sondern in Normkubikmeter V_n oder Standardkubikmeter angegeben. Der Normkubikmeter beschreibt ein Gasvolumen von einem Kubikmeter unter Normbedingungen. Bekannt ist, dass das Gasvolumen V_n unter Normbedingungen durch die idealisierte Gasgleichung $${\text{V}}_{\text{n}}=\text{V}*\left({\text{p*T}}_{\text{n}}\text{/}\left({\text{p}}_{\text{n}}\text{*T}\right)\right)$$

  

  berechnet werden kann. Unter Vernachlässigung von Druckunterschieden kann die idealisierte Zustandsgleichung des Gases durch die Gleichung $${\text{V}}_{\text{n}}=\text{V}*{\text{T}}_{\text{n}}\text{/T}$$

  

  angenähert werden, wobei T_n gleich 273,15K ist.
• Aus der Gleichung (2) wird ersichtlich, dass ein Gaszähler nicht nur die Temperatur des durchströmenden Gases messen, sondern auch das bei dieser Temperatur ermittelte Gasvolumen für eine Normtemperatur T_n umrechnen muss. Die Berechnung der Gleichung (2) ist jedoch aufwendig, da das zu berechnende Volumen V_n umgekehrt proportional zur gemessenen Temperatur ist. Eine solche Gleichung wird mittels analoger Schaltungen und einem Mikroprozessor, die von einer Energieversorgungsquelle gespeist werden müssen, berechnet.
• Aus der US 4 910 519 A ist ein einem Gaszähler zugeordnetes elektronisches Gerät bekannt. Nicht korrigierte strömende Gasmengen, welche vom Gaszähler gemessen werden, werden mittels des elektronischen Geräts unter Berücksichtigung der Gastemperatur und des Gasdrucks, welche von entsprechenden Sensoren gemessen werden, korrigiert.
• Aus der US 2002 / 0 083 778 A1 ist ein Fluidzähler bekannt, der elektrische Pulse aus der kinetischen Energie eines strömenden Fluids erzeugen kann. Die elektrischen Pulse können u.a. zur elektrischen Versorgung des Fluidzählers genutzt werden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gaszähler zum Bestimmen einer temperaturkorrigierten Gasmenge bereitzustellen, der mittels einer einfachen, kostengünstigen und energiesparenden elektrischen Schaltungsanordnung eine Umrechnung der ermittelten Gasmenge in Normkubikmeter ermöglicht.
• Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, einen Gaszähler zu schaffen, welcher dazu ausgebildet ist, das temperaturkorrigierte Gasvolumen einer durchströmenden Gasmenge unmittelbar aus den Signalen eines Widerstandsthermometers zu bestimmen, so dass Gleichung (2) nicht berechnet werden muss. Hierzu wird ein Widerstandsthermometer mit einem in vorbestimmter Weise dimensionierten A/D-Wandler kombiniert, wobei aus dem Ausgangssignal des A/D-Wandlers die temperaturkorrigierte Gasmenge, d. h. die Gasmenge in Standardkubikmeter bestimmt werden kann. Um den Gaszähler energiesparend betreiben zu können, ist es möglich, das Widerstandsthermometer, den A/D-Wandler und gegebenenfalls eine Auswerteelektronik zu diskreten, vorbestimmten Zeitpunkten, also impulsweise mit Energie zu speisen. Eine externe Energiequelle zur permanenten Speisung des Gaszählers ist dann nicht erforderlich.
• Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Zustandsgleichung (2), bei der die Gasmenge in Normkubikmeter umgekehrt proportional zu Temperatur ist, eine umkehrbar eindeutige Abbildung darstellt. Die schaltungstechnische Umsetzung erfolgt vornehmlich mittels eines geeignet dimensionierten A/D-Wandlers.
• Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Demnach ist ein Gaszähler zum Bestimmen einer temperaturkorrigierten, strömenden Gasmenge vorgesehen, welcher eine impulsgesteuerte Gasmengen-Korrektureinrichtung aufweist, die zum Korrigieren einer mit jedem Steuerimpuls erfassten Gasmenge in Abhängigkeit von der Gastemperatur ausgebildet ist. Die Gasmengen-Korrektureinrichtung weist eine Temperatursensoreinrichtung mit einem Widerstandsthermometer sowie einen mit der Temperatursensoreinrichtung verbundenen A/D-Wandler auf. Der A/D-Wandler ist zum Umsetzen der am Widerstandsthermometer messbaren Spannung in ein n-stelliges Datenwort ausgebildet. Der A/D-Wandler weist mehrere elektrische Elemente auf, die derart gewichtet sind, dass jedes n-stellige Datenwort einer vorbestimmten, temperaturkorrigierten Gasmenge entspricht. Angemerkt sei, dass der Gaszähler sowohl zum Bestimmen einer verbrauchten temperaturkorrigierten Gasmenge als auch zum Bestimmen einer rückgespeisten, temperaturkorrigierten Gasmenge ausgebildet ist. Hierzu muss der Gaszähler in der Lage sein, die Richtung der strömenden Gasmenge zu erkennen. Demzufolge weist der Gaszähler eine Einrichtung zum Erkennen der Richtung der strömenden Gasmenge und zum Erzeugen eines Richtungssignals auf. Diese Funktion kann die Impulsgebereinrichtung ausführen. Die Auswerteeinrichtung ist in diesem Fall dazu ausgebildet, in Abhängigkeit des Richtungssignals die pro Steuerimpuls erzeugten Datenwörter oder die um den Offsetwert veränderten Datenwörter zu addieren oder zu subtrahieren.
• Dank der Gasmengen-Korrektureinrichtung kann die erfasste Gasmenge in Normkubikmeter umgesetzt werden, ohne dass Gleichung (2) berechnet werden muss.
• Eine wirkungsvolle Methode zum Erzeugen des n-stelligen Datenworts besteht darin, dass der A/D-Wandler zur Durchführung eines sukzessiven Schätzverfahrens, insbesondere eines Wägeverfahrens ausgebildet ist. Ein solches Wägeverfahren ist auch als SAR (Successive Approximation Register)-Methode bekannt.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Temperatursensoreinrichtung eine Reihenschaltung, welche das Widerstandsthermometer und einen elektrischen Widerstand aufweist. Die als Spannungsteiler fungierende Reihenschaltung ist mit den elektrischen Elementen des A/D-Wandlers zu einer Wheatstoneschen Brücke verschaltet, wobei die elektrischen Elemente eine Kette bilden. Das n-stellige Datenwort wird in diesem Fall mittels einer Nullabgleich-Messmethode erzeugt.
• Bei dem Widerstandsthermometer der Temperatursensoreinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Pt-Sensor.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der A/D-Wandler eine Kette mit (2ⁿ + 1) elektrischen Elementen auf.
• Beträgt zum Beispiel die Länge n eines Datenworts 8 Bit, werden vorzugsweise 257 elektrische Elemente zu einer Kette zusammengeschaltet.
• Die elektrischen Elemente können ohmsche Widerstände oder Kapazitäten sein.
• Der Aufbau der Gasmengen-Korrektureinrichtung mit passiven elektrischen Bauelementen ermöglicht einen energiesparenden Betrieb des Gaszählers.
• Um einen gut angenäherten Schätzwert für die durchströmende Gasmenge in Standardkubikmeter bestimmen zu können, entspricht jedes der 2ⁿ Datenwörter einem unterschiedlichen numerischen Wert, welcher um einen einstellbaren Offsetwert veränderbar ist. Die Summe aus dem Offsetwert und dem numerischen Wert des jeweiligen Datenwortes entspricht dann einer vorbestimmten temperaturkorrigierten Gasmenge während eines Zählzyklus.
• Vorteilhafter Weise ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, mehrere n-stellige Datenwörter oder mehrere um den Offsetwert veränderte Datenwörter zu addieren, wobei die Summe der akkumulierten, temperaturkorrigierten Gasmenge entspricht.
• Vorteilhafter Weise ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, aus dem n-stelligen Datenwort die dazugehörende temperaturkorrigierte Gasmenge zu ermitteln. Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung die Summe aus dem Offsetwert und dem numerischen Wert des jeweiligen Datenworts berechnen.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht einen Speicher vor, in welchem die Summe der numerischen Werte oder die Summe der um einen Offsetwert veränderten numerischen Werte der pro Steuerimpuls ermittelten Datenwörter abgelegt werden. Demzufolge kann die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, die Summe der numerischen Werte oder die Summe der um den Offsetwert veränderten numerischen Werte zu bilden.
• Der im Speicher abgelegte Wert entspricht dann der akkumulierten temperaturkorrigierten Gasmenge.
• Eine weitere, energiesparende Maßnahme sieht eine Impulsgebereinrichtung vor, welche impulsweise, d.h. nur zu diskreten Zeitpunkten, den A/D-Wandler, die Temperatursensoreinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung mit Energie speist. Auf diese Weise wird die Gasmengen-Temperatureinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung impulsweise angesteuert. Während der übrigen Zeit ruhen die Gasmengen-Korrektureinrichtung und die Auswerteeinrichtung. Die Impulsgebereinrichtung kann einen elektrischen Impulsgeber aufweisen.
• Die Impulsgebereinrichtung kann zudem ein Flügelrad aufweisen, dem ein Magnetfeld-gesteuerter Impulsgeber zugeordnet ist. Der Impulsgeber erzeugt bei jeder Umdrehung des Flügelrades einen elektrischen Impuls, der unter anderem zur Speisung und Ansteuerung der Auswerteeinrichtung und/oder der Gasmengen-Korrektureinrichtung verwendet werden kann.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 einen beispielhaften Gaszähler, in welchem die Erfindung verwirklicht ist,
• 2 die Kennlinie der in 1 gezeigten Temperatursensoreinrichtung, und
• 3 den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des in 1 gezeigten A/D-Wandlers, ergänzt um einen Offsetwert, und der Gastemperatur.
• 1 zeigt das Blockschaltbild eines beispielhaften, impulsgesteuerten Gaszählers 10, der zur Bestimmung einer strömenden Gasmenge in Standardkubikmeter, d. h. zur Bestimmung einer temperaturkorrigierten, strömenden Gasmenge ausgebildet ist. Die Impulse zur Steuerung des Gaszählers 10 werden von einer Impulsgebereinrichtung 100 geliefert, wobei die Impulse auch zur Energieversorgung und zur Zählung der Gasmenge verwendet werden können.
• Der Gaszähler 10 weist weiterhin eine Temperatursensoreinrichtung 30 auf, welche die Temperatur des durch ihn strömenden Gases messen kann. Die Temperatur kann innerhalb des durchströmenden Gases oder in der Nähe des durchströmenden Gases gemessen werden. Die Temperatursensoreinrichtung 30 enthält beispielsweise einen Spannungsteiler, an den eine von der Impulsgebereinrichtung 100 erzeugte Spannung U über Anschlüsse 80 und 82 angelegt wird. Der Spannungsteiler wird durch eine Reihenschaltung aus einem als Temperaturfühler fungierenden Widerstandsthermometer 32 und einem Referenzwiderstand 31 (Rref) gebildet. Das Widerstandsthermometer 32 ist im vorliegenden Beispiel ein Pt-Sensor, zum Beispiel ein Pt1000-Sensor. Angemerkt sei bereits an dieser Stelle, dass zum Bestimmen der temperaturkompensierten Gasmenge nicht direkt die Temperatur des Gases, sondern die an dem Widerstandsthermometer 32 anliegende Spannung U(R_Pt) verwendet wird. Der funktionale Zusammenhang zwischen dem Widerstand R_Pt des Pt-Sensors 32 und der Temperatur ist allgemein bekannt. Der Zusammenhang zwischen der am Widerstandsthermometer 32 gemessenen Spannung U(R_Pt) und der Temperatur T des strömenden Gases ist in 2 dargestellt und kann durch die Gleichung $$\text{U}\left({\text{R}}_{\text{Pt}}\right)=\text{U}*{\text{R}}_{\text{Pt}}/\left({\text{R}}_{\text{Pt}}+{\text{R}}_{\text{ref}}\right)$$

  

  beschrieben werden.
• Weiterhin weist der Gaszähler 10 einen A/D-Wandler 20 auf, der zur Umwandlung einer analogen Spannung in ein digitales Datenwort ein an sich bekanntes Wägeverfahren durchführen kann. Hierzu enthält der A/D-Wandler 20 beispielsweise ein Abtast-Halteglied 50, welches eine Kette aus beispielsweise 257 ohmschen Widerständen 54 und ein ansteuerbares Schaltelement 52 aufweist. Die Widerstandskette 54 weist 256 Kontakte auf, die das Schaltelement 52 gemäß dem Wägeverfahren abtasten kann. Auf diese Weise kann das Abtast-Haltegleid 50 256 verschiedene Vergleichsspannungen bereitstellen. Wie nachfolgend noch erläutert wird, können diese 256 Vergleichsspannungen jeweils durch ein 8-stelliges Datenwort ausgewählt werden. Das Schaltelement 52 sorgt demzufolge dafür, dass die Widerstandskette 54 einen sich in Abhängigkeit der Stellung des Schaltelements 52 verändernden Spannungsteiler bildet. Angemerkt sei, dass die Temperatursensoreinrichtung 30 und der A/D-Wandler 20 Bestandteil einer Gasmengen-Korrektureinrichtung sind.
• Der A/D-Wandler 20 weist ferner einen Eingangsanschluss 80 auf, an den ein Anschluss des Referenzwiderstandes 31 der Temperatursensoreinrichtung 30 angeschlossen ist. An den Anschluss 80 ist ferner der erste Widerstand R0 der Widerstandskette 54 angeschlossen. Die Verbindungsstelle 35 zwischen dem Referenzwiderstand 31 und dem Widerstandsthermometer 32 der Temperatursensoreinrichtung 30 ist mit einem Anschluss 81 des A/D-Wandlers 20 verbunden. Der äußere Anschluss des Widerstandsthermometers 32 ist mit einem Masseanschluss 82 des A/D-Wandlers 20 verbunden. An den Masseanschluss 82 ist der letzte Widerstand R256 der Widerstandskette 54 angeschlossen.
• Auf diese Weise sind die Widerstände R0 bis R256 der Widerstandskette 54 des A/D-Wandlers 20 sowie der Referenzwiderstand 31 und der Widerstandsthermometer 32 der Temperatursensoreinrichtung 30, wie 1 zeigt, zu einer Wheatstoneschen Brücke verschaltet.
• Der A/D-Wandler 20 nach dem Wägeverfahren weist zudem einen Komparator 60 auf, dessen nicht invertierender Eingang mit dem Anschluss 81 und somit mit der Verknüpfungsstelle 35 des Widerstands 31 und des Widerstandsthermometers 32 verbunden ist. Folglich liegt die am Widerstandsthermometer 32 messbare Spannung U(R_Pt) am nicht invertierenden Eingang des Komparators 60 an. Der invertierende Eingang des Komparators 60 ist mit dem Schaltelement 52 verbunden, so dass je nach Schalterstellung eine von 256 Vergleichsspannungen am invertierenden Eingang des Komparators 60 anliegt. Der Ausgang des Komparators 60 ist mit einem sukzessiven Approximationsregister 40, auch als SAR-Logik bezeichnet, verbunden. Am Ausgang der SAR-Logik 40 liegt ein n-stelliges Datenwort an, welches 2ⁿ verschiedene Vergleichsspannungen mit Hilfe des Schaltelements 52 und der Widerstandskette 54 auswählen kann. Wie aus 1 ersichtlich, kann die Widerstandskette 54 (2ⁿ + 1) Widerstandselemente enthalten, um 2ⁿ verschiedene Vergleichsspannungen erzeugen zu können. Gemäß dem vorliegenden Beispiel erzeugt die SAR-Logik 40 ein 8-stelliges Datenwort, welches mittels des Schaltelements 52 in Verbindung mit den 257 Widerstände 256 verschiedene Vergleichsspannungen auswählen kann. Der in 1 gezeigte A/D-Wandler 20 ist in der Lage, mittels der SAR-Logik 40, des Abtast-Halteglieds 50 und des Komparators 60 in acht aufeinanderfolgenden Schritten aus der Widerstandskette 54 die Vergleichsspannung auszuwählen, welche der am Widerstandsthermometer 32 messbaren Spannung U(R_Pt) am nächsten kommt. Das heißt, der Komparator 60 führt bezüglich des Widerstandsthermometers 32, des Referenzwiderstands 31 und der Widerstandskette 54, die zu einer Wheatstoneschen Brücke verschaltet sind, einen Nullabgleich durch.
• Das von dem A/D-Wandler 20 durchgeführte Wäge- und Nullabgleichsverfahren wird nunmehr beispielhaft erläutert.
• Zu Beginn des in jedem Zyklus selbstständig ablaufenden Wägeverfahrens, das durch die an die Anschlüsse 80 und 82 durch den Impulsgeber 100 angelegte Energieversorgung gestartet wird, erzeugt die SAR-Logik 40 ein 8-stelliges Datenwort mit dem Wert Null. Mit dem ersten Schritt wird das höchstwertige Bit des 8-stelligen Datenworts auf 1 gesetzt und der Komparator 60 prüft, ob die vom Schaltelement 52, welches durch das Datenwort angesteuert wird, mittels der Widerstandskette 54 ausgewählte Vergleichsspannung größer als die am nicht invertierenden Eingang anliegende Messspannung U(R_Pt) ist. Ist das der Fall, bleibt das höchstwertige Bit auf Eins. Andernfalls wird es auf Null gesetzt. Dieses Verfahren wird bis zum niedrigstwertigen Bit wiederholt. Nach acht Schritten liegt am Ausgang der SAR-Logik 40 ein 8-stelliges Datenwort an, welches über das Schaltelement 52 letztendlich eine Vergleichsspannung ausgewählt hat, die der am Widerstandsthermometer 32 messbaren, temperaturabhängigen Messspannung U(R_Pt) am nächsten kommt.
• Das am Ende des Wägeverfahrens von der SAR-Logik 40 erzeugte Datenwort entspricht, wie nachfolgend noch erläutert wird, der während eines Zählzyklus geströmten temperaturkorrigierten Gasmenge, d.h. einer Gasmenge in Normkubikmeter. Ein Zählzyklus wird durch einen von der Impulsgebereinrichtung 100 erzeugten Impuls, der im Folgenden auch Zählimpuls genannt wird, gestartet. Dieser Zusammenhang wird dadurch hergestellt, dass die Widerstände R0 bis R256 der Widerstandskette 54 derart gewichtet bzw. dimensioniert werden, dass jedes der 256 möglichen Datenwörter einer vorbestimmten, temperaturkorrigierten Gasmenge pro Zählimpuls entspricht.
• Die Impulsgebereinrichtung 100 ist zwischen einer Einlassöffnung 12 und einer Auslassöffnung 14 des Gaszählers 10 angeschlossen und erzeugt Impulse bzw. Zählimpulse entsprechend der durch den Gaszähler 10 strömenden Gasmenge. Die Impulsgebereinrichtung 100 kann ein an sich bekanntes Flügelrad (nicht dargestellt) aufweisen, welches mit einem Magnetfeld-gesteuerten Impulsgeber (nicht dargestellt) verbunden ist. Der Magnetfeld-gesteuerte Impulsgeber erzeugt pro Umdrehung des Flügelrades einen elektrischen Impuls, der von dem Impulsgeber 100 zu den Anschlüssen 80 und 82 des A/D-Wandlers und zu einer Auswerteeinrichtung 90 übertragen werden kann, um damit die Temperatursensoreinrichtung 30, den A/D-Wandler 20 und die Auswerteeinrichtung 90 jeweils pulsweise mit Energie zu versorgen.
• Der Ausgang 83 des A/D-Wandlers 20 bzw. der SAR-Logik 40 ist mit der Auswerteeinrichtung 90 verbunden. Die Auswerteeinrichtung 90 kann auch direkt die Impulse der Impulsgebereinrichtung 100 in seiner Funktion verwerten. Die Auswerteeinrichtung 90 kann derart ausgebildet sein, dass sie aus dem vom A/D-Wandler 20 pro Zählimpuls gelieferten Datenwort die dazugehörende, temperaturkorrigierte Gasmenge und die über mehrere Impulse akkumulierte temperaturkorrigierte Gasmenge ermitteln kann. Die Auswerteeinrichtung 90 kann der Gas-Korrektureinrichtung zugeordnet werden.
• Wie bereits erwähnt, sind die Widerstände R0 bis R256 der Kette 54 so dimensioniert, dass das n-stellige Datenwort, welches in n-Takten mittels der SAR-Logik 40, dem Abtasthalteglied 50 und dem Komparator 60 ermittelt wird, der temperaturkorrigierten Gasmenge während des aktuellen Zählzyklus entspricht.
• Ein Ansatz, die Widerstände R0 bis R256 der Kette 54 geeignet zu dimensionieren, basiert auf der Verwendung der Kennlinie der Temperatursensoreinrichtung 30 bzw. des Pt-Sensor 32 und einer in 3 gezeigten Kennlinie, welche jedem Datenwort eine Temperatur zuordnet. Eine beispielhafte Kennlinie der Temperatursensoreinrichtung 30 ist in 2 dargestellt. Die Kennlinie stellt die am Pt-Sensor 32 messbare Spannung U(R_Pt) als Funktion der vom Pt-Sensor 32 gemessenen Temperatur dar.
• Angenommen sei, dass der maßgebliche Temperaturbereich der Temperatursensoreinrichtung 30 beispielsweise von -25°C bis +55°C reicht. Aufgabe ist es nunmehr, den zu dem Temperaturbereich gehörenden analogen Spannungsbereich, der sich aus der Kennlinie in 2 ergibt, durch 256 diskrete Vergleichsspannungen nachzubilden, welche durch die Abtast-Halte-Einrichtung 50 erzeugt werden. Diese 256 Vergleichsspannungen werden mit Hilfe der Widerstandskette 54 nachgebildet, indem die Widerstände R0 bis R256 entsprechend gewichtet bzw. dimensioniert werden.
• Um jedem von der SAR-Logik 40 erzeugbaren Datenwort, mit welchem eine Vergleichsspannung mittels des Abtast-Halteglieds 50 ausgewählt wird, eine entsprechende vorbestimmte, temperaturkorrigierte Gasmenge zuordnen zu können, wird jedes Datenwort auf einen dazugehörenden Temperaturwert abgebildet, wie dies in 3 dargestellt ist. Der Temperaturwert liegt im vorliegenden Beispiel zwischen -25°C und 55°C. Hierzu wird vorzugsweise zunächst jedes 8-stellige Datenwort, d.h. jede temperaturkorrigierte Gasmenge durch den entsprechenden Dezimalwert dargestellt, d.h. durch die Dezimalwerte 0 bis 255. Optional kann zu jedem Dezimalwert ein einstellbarer Offsetwert addiert werden, der von der Implementierung abhängig ist und Kalibrierungszwecken dienen kann. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Offsetwert 492. Die Summe aus dem Dezimalwert eines Datenworts und dem Offsetwert wird Inkrement genannt und ist auf der Ordinate des in 3 gezeigten Koordinatensystems aufgetragen, während auf der Abszisse die Temperatur aufgetragen ist. Die Inkremente ergeben sich durch folgende Gleichung: $$\text{Inkrement}\left(\text{T}\right)=\text{Offsetwert}+\text{SEL}\text{,}$$

  

  wobei SEL die dezimale Entsprechung des vom A/D-Wandler 20 erzeugten digitalen Wortes ist.
• Die Inkremente können von der Auswerteinrichtung 90 berechnet und verarbeitet werden. Zum Beispiel kann die Auswerteeinrichtung 90 auf einen Speicher 110 zugreifen, in welchem der Offsetwert abgelegt ist. Angemerkt sei, dass die Inkremente, welche die um einen Offsetwert vergrößerten Datenwörter darstellen, länger als die von der SAR-Logik 40 erzeugten 8-stelligen Datenwörter sind.
• Beim vorliegenden Beispiel reicht der Inkrementbereich somit von 492 bis 747. Jedes der 256 Inkremente wird nunmehr gemäß 3 auf einen diskreten Temperaturwert zwischen -25°C und 55°C abgebildet.
• Da die Temperaturabhängigkeit der zu bestimmenden Gasmenge in Standardkubikmeter gemäß der Zustandsgleichung (2) des Gases bekannt ist und jedes temperaturabhängige Inkrement, welches mittels des A/D-Wandlers 20 einer Vergleichsspannung zugeordnet wird, über die Kennlinien in 2 und 3 mit der am Pt-Sensor 32 gemessenen Spannung U(R_Pt) zusammenhängt, ist jedes Inkrement proportional zur temperaturkorrigierten Gasmenge pro Zählzyklus, d.h. pro Impuls der Impulsgebereinrichtung 100, in Standardkubikmeter.
• Je nach Implementierung des Gaszählers 10 können die Inkremente und die dazugehörenden temperaturkorrigierten Gasmengen im Speicher 110 oder einem separaten Speicher als Look-Up-Tabelle abgespeichert werden. Denkbar ist auch, dass ein Referenzinkrementwert, zum Beispiel 600, und die dazugehörende, temperaturkorrigierte Gasmenge im Speicher 110 oder einem separaten Speicher abgespeichert sind. Ferner ist denkbar, dass die pro Zählimpuls erzeugten Inkremente akkumuliert und in einem Speicher 70 abgelegt werden. Die Auswerteeinrichtung 90 kann dann auf den Speicher 110 oder den Speicher 70 zugreifen, die Daten auslesen und über mehrere Zählimpulse derart verarbeiten, dass ein Summenwert gebildet wird, welcher der über die Zählimpulse akkumulierten Gasmenge in Standardkubikmeter entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung 90 auch die akkumulierte Gasmenge in Standardkubikmeter ermitteln. Der Summenwert und/oder die akkumulierte Gasmenge in Standardkubikmeter können auf einem Display (nicht dargestellt) des Gaszählers 10 angezeigt werden.
• Nachfolgend wird die Funktionsweise des in 1 gezeigten Gaszählers 10 näher erläutert.
• Angenommen sei, dass der Gaszähler 10 erstmalig in Betrieb genommen werden soll, und dass ein voreingestellter Gaszählerstand in einem Speicher 70 abgespeichert ist. Weiterhin sei angemerkt, dass die Impulsgebereinrichtung 100, welche im vorliegenden Beispiel ein Flügelrad enthält, bei jeder Umdrehung des Flügelrades eine vorbestimmte, strömende Gasmenge misst, z. B. 5 Liter. Der dem Flügelrad zugeordnete Magnetfeld-gesteuerte Impulsgeber erzeugt bei jeder Umdrehung des Flügelrades einen elektrischen Impuls, der zur Speisung der Temperatursensoreinrichtung 30, des A/D-Wandlers 20 und der Auswerteeinrichtung 90 dienen kann. Auf diese Weise kann auf eine externe Energieversorgung verzichtet werden.
• Mit dem ersten Zählimpuls des Impulsgebers wird die am Pt-Sensor 32 gemessene Spannung über den Eingang 81 an den nicht invertierenden Eingang des Komparators 60 angelegt. Nunmehr wird der A/D-Wandler 20 nach dem Wägeverfahren aktiv und wählt mittels der SAR-Logik 40, der Widerstandskette 54 und dem Komparator 60 unter Anwendung der bereits erläuterten Nullabgleichs-Messmethode und des Wägeverfahrens die Vergleichsspannung aus, welche der am Pt-Sensor 32 gemessenen Spannung U(R_Pt) am nächsten kommt. Wie bereits oben erläutert, liefert am Ende des Wägeverfahrens die SAR-Logik 40 ein achtstelliges Datenwort, durch welches die Vergleichsspannung ausgewählt worden ist. Die Auswerteinrichtung 90 addiert je nach Implementierung einen Offsetwert, im vorliegenden Fall den Offsetwert von 492 zu dem Dezimalwert, welcher dem 8-stelligen Datenwort entspricht, hinzu. Die Auswerteeinrichtung 90 liest nunmehr den voreingestellten Zählerstand aus dem Speicher 70 aus, addiert das im ersten Zählzyklus ermittelte Inkrement dazu und speichert das Ergebnis wieder im Speicher 70. Beim nächsten von der Impulsgebereinrichtung 100 erzeugten Zählimpuls, d. h. bei der nächsten Umdrehung des Flügelrads, wird erneut die Temperatursensoreinrichtung 30, der A/D-Wandler 20 und die Auswerteinrichtung 90 von der Impulsgebereinrichtung 100 gespeist und die temperaturkorrigierte Gasmenge auf die zuvor beschriebene Art und Weise ermittelt. In Abhängigkeit des vom A/D-Wandler 20 erzeugten 8-stelligen Datenwortes erzeugt die Auswerteeinrichtung 90 wiederum das entsprechende Inkrement, liest den im Speicher 70 akkumulierten Wert aus, addiert das ermittelte Inkrement zum akkumulierten Wert und speichert das Ergebnis wieder im Speicher 70. Auf diese Weise wird der im Speicher 70 gespeicherte Wert bei jedem Zählimpuls akkumuliert. Der Speicher 70 enthält somit immer einen akkumulierten Wert, der der aktuellen, d. h. bisher verbrauchten Gasmenge in Standardkubikmeter entspricht. Der akkumulierte Wert kann auf dem Display (nicht dargestellt) angezeigt und dann lokal oder fern abgelesen und umgesetzt werden.
• Alternativ kann das im ersten und in jedem weiteren Zählzyklus von der Auswerteeinrichtung 90 gebildete Inkrement als Adresse eines Speicherplatzes des Speichers 110 interpretiert werden, an welchem die zu dem Datenwort gehörende, vorbestimmte, temperaturkorrigierte Gasmenge abgelegt ist. Der Wert der temperaturkorrigierten Gasmenge wird von der Auswerteeinrichtung ausgelesen und im Speicher 70 abgelegt. Aufgrund der am Pt-Sensor 32 gemessenen, temperaturabhängigen Spannung U(R_Pt), welche mittels des A/D-Wandler 20 durch eine ausgewählte Vergleichsspannung geschätzt worden ist, ermittelt die Auswerteeinrichtung 90 zum Beispiel eine temperaturkorrigierte Gasmenge von 5,2 Liter anstelle einer vorbestimmten Gasmenge von 5 Liter, welche einem vom Impulsgeber 100 erzeugten Impuls zugeordnet ist. Die ermittelte temperaturkorrigierte Gasmenge, d. h. die Gasmenge in Standardkubikmeter wird dann im Speicher 70 abgelegt. Beim nächsten Zählimpuls, d. h. bei der nächsten Umdrehung des Flügelrads, wird erneut die Temperatursensoreinrichtung 30, der A/D-Wandler 20 und die Auswerteinrichtung 90 vom Impulsgeber gespeist und die temperaturkorrigierte Gasmenge auf die zuvor beschriebene Art und Weise ermittelt. In Abhängigkeit des vom A/D-Wandler 20 erzeugten 8-stelligen Datenwortes erzeugt die Auswerteeinrichtung 90 wiederum das entsprechende Inkrement und liest die dazugehörende, temperaturkorrigierte Gasmenge aus dem Speicher 110 aus. Zudem liest die Auswerteeinrichtung 90 den im Speicher 70 zuletzt gespeicherten Wert aus, addiert die mit dem letzten Zählimpuls ermittelte temperaturkorrigierte Gasmenge zu diesem Wert und speichert die Summe wiederum im Speicher 70 ab. Auf diese Weise wird die im Speicher 70 gespeicherte, temperaturkorrigierte Gasmenge bei jedem Zählimpuls akkumuliert. Der Speicher 70 enthält somit immer die akkumulierte, d. h. bisher verbrauchte Gasmenge in Standardkubikmeter. In diesem Fall kann die akkumulierte, temperaturkorrigierte Gasmenge unmittelbar an dem Display angezeigt und lokal oder fern abgelesen werden.
• Alternativ zu den oben beschriebenen Verfahren ist es denkbar, dass im Speicher 70 nur die Summe der Inkremente abgespeichert wird, indem die während jedes Zählimpulses ermittelten Inkremente addiert werden. In diesem Fall kann im Speicher 110 zu einem Referenzinkrement, beispielsweise 600, die dazugehörende, temperaturkorrigierte Gasmenge abgelegt sein. Aus der im Speicher 70 gespeicherten, aufsummierten Inkremente, dem Referenzinkrement und der dazugehörenden temperaturkorrigierten Gasmenge kann die Auswerteeinrichtung 90 dann die bisher verbrauchte Gasmenge in Standardkubikmeter berechnen. Auch in diesem Fall kann die akkumulierte, temperaturkorrigierte Gasmenge unmittelbar an dem Display angezeigt und lokal oder fern abgelesen werden.
• Der beispielhafte Gaszähler 10 kann die verbrauchte Gasmenge oder die rückgespeiste Gasmenge ermitteln. Um die rückgespeiste Gasmenge ermitteln zu können, ist die Auswerteeinrichtung 90 dazu ausgebildet, ein Richtungssignal, welches eine Richtungsänderung des strömenden Gases anzeigt, zu erkennen. Unter Ansprechen auf das Richtungsänderungssignal kann die Auswerteeinrichtung 90 dann die bei jedem Zählimpuls ermittelten Inkremente vom im Speicher 70 abgelegten akkumulierten Inkrementwert abziehen. Das Richtungssignal kann von Impulsgebereinrichtung 100 erzeugt werden.

Claims (10)

1. Gaszähler (10) zum Bestimmen einer temperaturkorrigierten, strömenden Gasmenge, umfassend eine impulsgesteuerte Gasmengen-Korrektureinrichtung (20, 30, 90), die zum Korrigieren der pro Steuerimpuls erfassten Gasmenge in Abhängigkeit von der Gastemperatur ausgebildet ist, wobei die Gasmengen-Korrektureinrichtung (20, 30, 90) eine Temperatursensoreinrichtung (30) mit einem Widerstandsthermometer (32) sowie einen mit der Temperatursensoreinrichtung (30) verbundenen A/D-Wandler (20) aufweist, wobei der A/D-Wandler (20) zum Umsetzen der am Widerstandsthermometer (32) messbaren Spannung in ein n-stelliges Datenwort ausgebildet ist, und wobei der A/D-Wandler (20) mehrere elektrische Elemente (R0-R256) aufweist, die derart gewichtet sind, dass jedes n-stellige Datenwort einer vorbestimmten, temperaturkorrigierten Gasmenge entspricht, eine Einrichtung zum Erkennen der Richtung der strömenden Gasmenge und zum Erzeugen eines Richtungssignals, wobei eine Auswerteeinrichtung (90) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Richtungssignals die pro Steuerimpuls erzeugten Datenwörter oder die um den Offsetwert veränderten Datenwörter zu addieren oder zu subtrahieren.
2. Gaszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der A/D-Wandler (20) zum Durchführen eines Wägeverfahrens zur Erzeugung des n-stelligen Datenworts ausgebildet ist.
3. Gaszähler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoreinrichtung (30) eine das Widerstandsthermometer (32) und einen elektrischen Widerstand (31) aufweisende Reihenschaltung enthält, welche mit den elektrischen Elementen (R0-R256) des A/D-Wandlers (20) zu einer Wheatstoneschen Brücke verschaltet ist, wobei die elektrischen Elemente (R0-R256) eine Kette (54) bilden.
4. Gaszähler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsthermometer (32) ein Pt-Sensor ist.
5. Gaszähler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Elemente (R0-R256) zu einer Kette (54) von (2ⁿ + 1) Elementen zusammengeschaltet sind.
6. Gaszähler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Elemente Widerstände (R0-R256) oder Kapazitäten sind.
7. Gaszähler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der 2ⁿ Datenwörter einem numerischen Wert entspricht, welcher um einen einstellbaren Offsetwert veränderbar ist, und dass die Summe aus dem Offsetwert und dem numerischen Wert des jeweiligen Datenworts einer vorbestimmten temperaturkorrigierten Gasmenge entspricht.
8. Gaszähler nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung (90), die dazu ausgebildet ist, mehrere n-stellige Datenwörter oder mehrere um den Offsetwert veränderte Datenwörter zu addieren, wobei die Summe der akkumulierten, temperaturkorrigierten Gasmenge entspricht.
9. Gaszähler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (90) zum Bilden der Summe der numerischen Werte oder der Summe der um einen Offsetwert veränderten numerischen Werte der pro Steuerimpuls ermittelten Datenwörter ausgebildet ist, und dass ein Speicher (70) vorgesehen ist, in welchem die Summe der numerischen Werte oder die Summe der um einen Offsetwert veränderten numerischen Werte der pro Steuerimpuls ermittelten Datenwörter abgelegt wird, die der akkumulierten, temperaturkorrigierten Gasmenge entspricht.
10. Gaszähler nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Impulsgebereinrichtung (100), welche den A/D-Wandler, die Temperatursensoreinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung impulsweise mit Energie speist.

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