DE10312620A1 - Elektronischer Turbinenradgaszähler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Turbinenradgaszähler (1), dessen Messprinzip zunächst grundsätzlich darin besteht, die einem zu messenden Gasstrom innewohnende kinetische Energie in die Rotation eines Turbinenrades (5) umzusetzen und dessen Drehgeschwindigkeit zur Volumenbestimmung des Gasstroms auszunutzen. Um eine höhere Messgenauigkeit zu erzielen, wird im Rahmen der Erfindung anstelle des Vorbeilaufs der Turbinenschaufeln (6) der Vorbeilauf eines speziellen Rotationskörpers (15) ausgewertet und ggf. ergänzend der jeweilige Gasdruck durch eine Reynolds-Linearisierung berücksichtigt und hierbei überdies der Verschleiß der Kugellager (8) und der jeweilige Anströmdruck des Turbinenrads (5) sensorüberwacht.

Description

• Die Erfindung betrifft einen elektronischen Turbinenradgaszähler.
• Ein derartiger Turbinenradgaszähler mit auswechselbarem Messeinsatz ist etwa aus der EP 0 078 334 A1 bekannt.
• Das Messprinzip eines Turbinenradgaszählers besteht darin, dass die dem zu messenden Gasstrom innewohnende kinetische Energie mittels eines in dem Strömungsweg des zu messenden Gases angeordneten Turbinenrades in eine Drehbewegung des Turbinenrades umgesetzt wird, wobei idealerweise die Rotationsgeschwindigkeit des Turbinenrades proportional dem zu messenden Gasstrom bzw. dem zu messenden Gasvolumen ist.
• Üblicherweise wird mittels einer entsprechenden Sensorik die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades ermittelt. Hierzu werden dem Turbinenrad beispielsweise Sensoren mit einer radialen Ausrichtung derart zugeordnet, dass der Vorbeilauf der Schaufeln des Turbinenrades Impulse generiert, die einem angeschlossenen elektronischen Zustands-Mengenumwerter zugeleitet werden. Ein Abtrieb von der Welle des Turbinenrads treibt ein mechanisches Zählwerk an. Dem Zählwerk vor- oder nachgeschaltet ist üblicherweise der bereits erwähnte Mengenumwerter, der aufgrund von entsprechenden Kalibrierdaten eine Zählerkorrektur des Zählergebnisses vornimmt. Eine derartige Zählerkorrektur ist schon deshalb erforderlich, weil das Zählergebnis in seiner Qualität zunächst durch eine Reihe von mechanischen und strömungstechnischen Einflussgrößen beeinflusst wird, wie etwa den Reibungsverlusten des Turbinenrades, die mit zunehmenden Verschleiß der Lagerung des Turbinenrades zunehmen.
• Üblicherweise ist der Messfehler bei niedrigen Kapazitäten und niedriger Gasdichte größer, da in diesem Bereich die Antriebswirkung des Gases auf das Turbinenrad im Vergleich zu den mechanischen Einflussgrößen relativ gering ist. Das Zählergebnis hängt darüber hinaus von der Dimension des Zählers, also insbesondere den jeweiligen Strömungskräften des Schaufelrades, der Viskosität und Dichte des Gases sowie dem jeweiligen Gasdruck des Gases ab.
• Diese Einflussgrößen werden im Wege der Kalibrierung zumeist dadurch berücksichtigt, dass eine Messfehlerkurve erzeugt wird, mit der das jeweilige Zählergebnis in dem bereits erwähnten Mengenumwerter korrigiert wird bzw. werden kann. Zumeist wird der Turbinenradgaszähler mit nur einem Betriebsdruck gefahren, so dass die Eichung auch bei diesem Betriebsdruck vorgenommen wird, und dann die vorstehend erläuterte Messfehlerkorrektur im Wege einer herkömmlichen Kennlinienkorrektur als ausreichend angesehen werden kann.
• Eine weitere wesentliche Einflussgröße und mögliche Fehlerquelle für das Zählergebnis stellt die jeweilige Strömungsreibung des Gases dar, die sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Strömung – laminar oder. turbulent – unterschiedlich auswirkt. Die im üblichen Betrieb eines Turbinenradgaszählers auftretende Strömung ist überwiegend als turbulent zu bezeichnen. Dies gilt insbesondere für Hochdruckapplikationen. Im Idealfall stellt sich hierbei ein proportionales Verhalten zwischen der jeweiligen Gasgeschwindigkeit und der Rotation der Turbinenschaufeln ein. Der Einfluss des wechselnden Betriebsdrucks kann durch eine genaue Interpolation bzw. Extrapolation berücksichtigt werden.
• Hierzu muss jedoch ständig der jeweilige Betriebsdruck des zu messenden Gases ermittelt werden. im Wege einer sogenannten Reynolds-Linearisierung, die über Polynomkoeffizienten oder entsprechende Korrekturtabellen unter Berücksichtigung des Betriebsdrucks und der bereits erwähnten Reynolds-Zahlen vorgenommen wird, können dann die hierdurch bewirkten Abweichungen für das Zählergebnis berücksichtigt werden. Dieses aufwendige Verfahren hat bisher wenig Verbreitung gefunden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Turbinenradgaszähler zu schaffen, der einen höhere Messgenauigkeit bietet und ohne entsprechend aufwendige Nachkalibrierungen, Fehlerkorrekturen in einem möglichst breiten Anwendungsgebiet eingesetzt werden kann. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den abhängigen Unteransprüchen 2 bis 16.
• Dadurch, dass der Turbinenradgaszähler ein elektronisches Zählwerk besitzt, also insoweit zu Recht als elektronischer Turbinenradgaszähler bezeichnet ist, entfallen zunächst die üblichen mechanischen Probleme und Korrekturen, die im Zusammenhang mit einem mechanischen Rollenzählwerk erforderlich sind.
• Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Gaszählers liegt darin, dass das Zählwerk geschützt innerhalb eines Sensorgehäuses im Strömungsgleichrichter angeordnet ist und somit einen ausgesprochen geringen Platzbedarf aufweist. Das integrierte Sensorgehäuse kann bedarfsweise nachgerüstet oder ausgetauscht werden. Dabei kann das Sensorgehäuse im Rahmen der Erfindung in Strömungsrichtung vor oder hinter dem Turbinenrad des Zählers angeordnet sein.
• Die Sensorgehäuse bzw. das in diesem angeordnete Zählwerk ist im Rahmen der Erfindung mit wenigstens einem radialen Sensor datenverbunden, der im Unterschied zu den vorstehend erläuterten Sensoren nicht den Vorbeilauf der Schaufeln des Turbinenrades auswertet, sondern vielmehr den Vorbeilauf eines speziellen mit dem Turbinenrad verbundenen und daher mitrotierenden Rotationskörpers. Die mittels eines eigens hierzu konstruierten Rotationskörpers erzeugten Impulse sind ausgeprägter und präziser zu erfassen und zu verarbeiten, als die üblicherweise durch den Vorbeilauf der Schaufeln eines Turbinenrades erzeugten Impulse.
• Die Zählergenauigkeit kann durch weitere Sensoren in radialer Ausrichtung erhöht werden, die auf einer gedachten Kreisbahn, vorzugsweise äquidistant, angeordnet sind.
• Durch die Verwendung von wenigstens zwei Sensoren können bei entsprechender Auswertung der Impulsfolgen Drehrichtungswechsel erkannt werden und durch die so gewonnene Redundanz etwaige Fehler des jeweils anderen Sensors korrigiert werden.
• Der Rotationskörper ist in vorteilhafter Ausgestaltung ein mit dem, Turbinenrad umlaufender Lochkranz, wobei im Rahmen einer induktiven Erfassung, wie hier, entweder der Vorbeilauf des Vollmaterials oder der Bohrungen des Lochkranzes als Signal erkant und ausgewertet werden kann. Die Verwendung eines derartigen Lochkranzes ermöglicht eine präzisere Erfassung der Rotation des Turbinenrades, als die Auswertung der Schaufelradbewegung.
• Bei den Sensoren kann es sich um einfache Näherungsschalter handeln, da der Rotationskörper dennoch die Generierung eines hochpräzisen Signal erlaubt. Je nach Anforderung an die Messgenauigkeit und sonstigen Anforderungen wie etwa noch zu erläuternde Zusatzauswertungen kann der erfindungsgemäße Zähler jedoch auch mit einem hochwertigen Wegaufnehmer versehen sein.
• In abermaliger Weiterbildung des erfindungsgemäßen Zählers ist dem mit dem Turbinenrad verbundenen Rotationskörper auch wenigstens ein axialer Sensor zugeordnet.
• Bei dieser Ausgestaltung weist der Rotationskörper zusätzlich eine mit dem Turbinenrad mitlaufende Scheibe mit entsprechenden Bohrungen auf, so dass der Vorbeilauf der Scheiben bei einer induktiven Erfassung berührungslos eine der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit des Turbinenrads proportionale Impulsfolgendichte generiert.
• Das Zählergebnis dieser axialen Sensoren kann zum einen zur redundanten Messung oder Fehlerkorrektur benutzt werden. Im Falle, dass mehrere axiale Sensoren dem Schaufelrad zugeordnet sind, kann auf diese Weise auch eine Drehrichtungsumkehr erkannt werden.
• In vorteilhafter Ausgestaltung und insbesondere zur Erhöhung der Messgenauigkeit ist der Zähler nicht etwa nur mit einem derartigen radialen oder axialen Sensor ausgestattet, sondern vielmehr mit vier äquidistant über den Umfang des Kugellagers verteilt angeordneten Sensoren. Durch die Verwendung von mehreren Sensoren kann beispielsweise auch eine etwaige Umkehr der Drehrichtung des Turbinenrades erkannt werden, ein Sensorausfall verkraftet werden oder die Drift einiger Sensoren durch die insoweit erzeugte Redundanz korrigiert werden.
• In abermaliger Weiterbildung sind die radialen und/oder axialen Sensoren als analoge Sensoren ausgebildet, die ein analoges Impulssignal in Abhängigkeit vom Vorbeilauf des Rotationskörpers erzeugen.
• Durch die Auswertung der Amplitude oder des Rauschen der Impulssignale der radialen Sensoren kann eine etwaige Unwucht oder Beschädigung der Kugellager in Abhängigkeit von deren betriebsbedingten Verschleiß erkannt werden. Die Auswertung wird wiederum innerhalb des elektronischen Zählwerks innerhalb des Sensorgehäuses des Turbinenradgaszählers vorgenommen.
• In Verbindung mit der Auswertung des analogen Signals erfolgt ein Vergleich mit einem vorbestimmten Bereich. Bei Über- oder Unterschreiten von jeweils vorgebbaren Schwellwerten wird eine Warnmeldung erzeugt, die darüber informiert, dass alsbald das Kugellager des Turbinenrades ausgetauscht oder repariert werden muss. Die Auswertung des analogen Signals der radialen Sensoren ermöglicht demnach eine Früherkennung von Messfehlern und kann daher genutzt werden, um einem etwaigen Zählerausfall rechtzeitig vorzubeugen. Die Überwachung des Verschleißes der Kugellager stellt eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der Messgenauigkeit und der Ausfallsicherheit des Zählers dar.
• Durch die Auswertung des anlogen Signals der Sensoren kann eine etwaige Veränderung des Abstands zwischen der Sensorenoberfläche und dem Rotationskörper bzw. des mit diesem verbundenen Turbinenrads erkannt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Rotationskörper in axialer und. radialer Richtung nur wenige oder eine Bohrung aufweist, da hierdurch die Impulsdauer des Signals zur Auswertung für die Bestimmung des Abstandes zwischen Rotationskörper und Axialsensor verlängert ist. Hierdurch kann der vorstehend definierte Abstand genauer ermittelt werden, als durch die Auswertung zeitlich kürzerer Impulse.
• Derartige Abstandsänderungen entstehen infolge Lagerbeschaedigungen und des auf das Turbinenrad infolge des Gasstroms einwirkenden Strömungsdrucks. Dieser Strömungsdruck und insbesondere die beim An- und Abfahren der Turbine mitunter erheblichen Lastwechsel können die Turbine und damit den Zähler erheblich beschädigen. Die Zählerhersteller geben daher in der Regel Bereiche zulässiger Belastung bzw. zulässiger Belastungswechsel an.
• In vorteilhafter Ausgestaltung werden daher die Impulssignale der Axialsensoren daher in Bezug zu vorbestimmten Schwellwerten überwacht und bei deren Überschreiten eine Fehler- und/oder Alarmmeldung generiert. Mit den Messergebnissen der Axialsensoren können darüber hinaus Wartungsintervalle definiert, Trends erkannt oder Frühwarnungen ausgesprochen werden.
• Die vorstehend erläuterte Auswertung erlaubt es, etwaige Zählerfehler oder gar Ausfälle frühzeitig oder sofort zu erkennen und zumeist auch deren Ursache in Form einer Dokumentation einer etwaigen Überbeanspruchung zu bestimmen.
• Das innerhalb des Strömungsgleichrichters des Zählers angeordnete Sensorgehäuse ist gasdicht ausgeführt, so dass eine Entkopplung des in dem Sensorgehäuse herrschenden Drucks von dem jeweiligen Gasdruck oder Betriebsdruck des zu messenden Gases gegeben ist.
• Innerhalb des gasdicht ausgestalteten Sensorgehäuses ist üblicherweise ein atmosphärischer oder leichter Unterdruck (Vakuum) konstant eingestellt.
• Der erfindungsgemäß Turbinenradgaszähler ist darüber hinaus mit einem dem Druckraum des Turbinenrades zugeordneten Druckmesser zur Erfassung des Gas- oder Betriebsdruck des zu messenden Gases versehen. Dieser Gaszähler ist mit elektronischen Zählwerkdaten verbunden.
• Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der im Druckraum angeordnete Druckmesser nach der zuverlässigen Methode der Differenzdruckmessung arbeitet. Hierzu ist der Druckmesser selbst mit einem Messdruckraum versehen sein, der dann das Vergleichsnormal für die Differenzdruckmessung liefert.
• In vorteilhafter Ausgestaltung kann mittels eines dem Zählwerk zugeordneten Speicherelements, das ebenfalls in dem Sensorgehäuse angeordnet ist, die dem jeweiligen Zähler zugeordneten Korrektur-Tabellen oder Polynomkoeffizienten abgespeichert sein. Über die ständige Überwachung des Betriebsdrucks oder des Gasdruck des zu messenden Gases und der Übermittlung des jeweiligen Betriebsdrucks an das elektronische Zählwerk kann dann innerhalb des Zählwerks mittels der in dem Speicherelement angelegten Korrekturtabellen oder Polynomberechnungen eine selbsttätige Korrektur des Zählergebnisses unter Berücksichtigung der jeweiligen Gasdichte bzw. des jeweiligen Gasdrucks erfolgen. Der insoweit für nur einen Betriebsdruck geeichte Turbinenradgaszähler kann aufgrund dieser selbsttätigen Fehlerkorrektur in einem vorbestimmten Bereich für den die entsprechenden Korrekturen mit Hilfe der Korrektur-Tabellen oder Polynomkoeffizienten, die in dem besagten Speicherelement abgelegt sind, eingesetzt werden.
• Die Entkopplung des Innendrucks des Sensorgehäuses vom jeweiligen Gasdruck in Verbindung mit den innerhalb eines Speicherelements angelegten Reynoldszahlen sowie die Messung des jeweiligen Gasdrucks ermöglichen somit den Einsatz des erfindungsgemäßen Turbinenradgaszählers nicht nur im Bereich eines vorbestimmten Betriebsdrucks, sondern innerhalb eines ganzen Druckbereichs.
• Neben der vorstehend erläuterten selbsttätigen Berücksichtigung der jeweiligen Gasdichte können weitere an sich bekannte Kennlinienkorrekturen dadurch vorgenommen werden, dass in dem Speicherelement zusätzlich die jeweiligen Fehlerkurven abgelegt und zur Korrektur des Zählergebnisses eingesetzt werden.
• In abermaliger Weiterbildung der Erfindung sind im Strömungsweg des zu messenden Gases oder in dem Druckraum, dem das Turbinenrad angeordnet sind, weitere Drucksensoren angeordnet, um weitere relevante Messparameter zur Korrektur des Zählergebnisses zu gewinnen.
• Im Speicherelement des Zählwerks sind weitere zählerrelevante Daten, wie etwa Herstellerangaben, Messwertkurven oder Kalibrierdaten angelegt. Insbesondere kann das Speicherelement auch zur Aufzeichnung von Messwerten über einen vordefinierten Zeitraum genutzt werden.
• Das in dem elektronischen Zählwerk erzeugte Zählergebnis wird darüber hinaus mittels einer Notstromversorgung gesichert.
• Grundsätzlich unterscheidet sich das erfindungsgemäße elektronische Zählwerk von herkömmlichen Zählwerken dadurch, dass mittels der in dem Speicherelement angelegten Daten, wie auch der jeweils erfassten Betriebsdaten eine selbsttätige Korrektur des Zählergebnisses vorgenommen wird. Das jeweils angezeigte, gespeicherte oder erfasste Zählergebnis ist daher bereits im Rahmen der zu fordernden Messgenauigkeit fehlerkorrigiert.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung nur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 einen Ausschnitt eines elektronischen Turbinenradgaszähler in einer Querschnittansicht,
• 2 einen Detailansicht zur Funktion der radialen Sensoren des in 1 dargestellten Turbinenradgaszählers in einer Draufsicht,
• 3 eine weitere Detailansicht zur Funktion der radialen Sensoren in einer alternativen Ausführung des in 1 dargestellten Turbinenradgaszählers in einer Draufsicht und
• 4 eine weitere Detailansicht zur Sensorik des in 1 dargestellten Turbinenradgaszählers zur Funktion der axialen Sensoren in einer Draufsicht,
• 5 das elektronische Zählwerk des in 1 dargestellten Turbinenradgaszählers in einem Blockschaltbild und
• Der in 1 gezeigte Turbinenradgaszähler 1 umfasst im Wesentlichen einen Strömungskanal 2, durch den das zu messende Gas nach Einleitung durch ein nicht weiter dargestelltes Einströmbauwerk in Richtung eines ebenfalls hier nicht dargestellten Strömungsauslasses strömt.
• Innerhalb des Strömungskanals 2 ist ein Turbinenrad 5 mit Turbinenschaufeln 6 angeordnet. Das Turbinenrad 5 ist auf einer Welle mit zwei Kugellagern 8 gelagert. In einem feststehenden Strömungsgleichrichter 10 des Zählers 1 ist ein Sensorgehäuse 11 angeordnet. Das Sensorgehäuse 11 ist ein gasdichter Raum, in dem ein elektronisches Zählwerk 3 mit einem Speicherelement 4 und einer Prozessoreinheit 9 angeordnet ist.
• Das Sensorgehäuse 11 ist mit einem Sensorkopf 12 mit zwei axial ausgerichteten Axialsensoren 13 und zwei radial ausgerichteten Radialsensoren 14 versehen, die auf einer gedachten Kreisbahn innerhalb des ebenfalls gasdichten Sensorkopfs 12 angeordnet sind. Es handelt sich hierbei um induktive Näherungsschalter, die einem mit dem Turbinenrad 5 auf gleicher Welle 7 mitrotierenden Rotationskörper 15 zugeordnet sind. Der Rotationskörper 15 besteht hierzu im wesentlichen aus einer mitrotierenden Scheibe 16, deren Außenumfang von einem die Radial- und Axialsensoren 13 und 14 in definiertem Abstand überstreichenden Lochkranz 17 begrenzt ist.
• Die Sensorik des in 1 gezeigten Turbinenradgaszählers 1 ist in den Detailansichten nach 2 und 3 ausführlicher dargestellt.
• 2 zeigt den Sensorkopf 12 mit den radial ausgerichteten Radialsensoren 14 in einer stirnseitigen Querschnittsdarstellung.
• Der Sensorkopf 12 ist konzentrisch zu dem mit dem Rotationskörper 15 mitlaufenden metallischen Lochkranz 17 angeordnet.
• Dabei weist der Lochkranz 17 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Bohrungen 18 auf. Der Vorbeilauf der Bohrungen 18 an den induktiven Radialsensoren 14 bewirkt einer Signalunterbrechung 20, deren Häufigkeit als der Drehgeschwindigkeit des Turbinenrads 5 proportionales Signal ausgewertet werden kann.
• In alternativer Ausgestaltung nach 3 kann anstelle des mitrotierenden Lochkranzes 17 den Radialsensoren 14 auch ein oder mehrere mitrotierende Metallstege 19, die die ortsfesten Radialsensoren 14 im Vorbeilauf überstreichen, zugeordnet sein. Es könnte sich alternativ auch um einen Rotationskörper aus Kunststoff handeln, der im Bereich des mitrotierenden Lochkranzes mit Metallstreifen beklebt, die bei der Rotation des Turbinenrades die Radialsensoren 14 überstreichen. Anstelle der Signalunterbrechungen 20 kann dann die Dichte der Impulse 21 ausgewertet werden.
• Zusätzlich sind in dem Sensorkopf 12 axial ausgerichtete Axialsensoren 13 vorgesehen, denen eine mitrotierende Scheibe 16 des Rotationskörpers 15 mit weiteren Bohrungen 18 zugewiesen ist, die analog zur Darstellung in 2 eine der Rotationsgeschwindigkeit des Turbinenrads 5 proportionale Impulsfolge generieren.
• Das in dem Sensorgehäuse 11 angeordnete Zählwerk 3 mit dem vorgeschalteten Sensorkopf 12 ist in 5 in einem Blockschaltbild dargestellt.
• Der Sensorkopf 12 ist in einem druckfesten Gehäuse angeordnet und über eine druckdichte Glasdurchführung 22 mit dem Sensorgehäuse 11 verbunden.
• In dem Sensorkopf 12 ist für jeden Sensor 13 oder 14 ein Schwingkreis mit Näherungsschalter 23 vorgesehen. Dieser Schwingkreis 23 ist über einen Verstärker 24 auf eine bereits im dahinter liegenden Zählwerkgehäuse 11 angeordnete Signalanpassung 25, insbesondere zur Analogwertvorverarbeitung, aufgeschaltet. Das derart bearbeitete Signal wird dann auf den Prozessor 9, der üblicherweise aus Gründen der Redundanz zwiefach vorhanden ist, mit einem integrierten Speicherelement 4 aufgeschaltet. Das Zählwerk 3 steht über eine Schnittstellenanpassung 26 über entsprechende weitere druckdichte Glasdurchführungen 27 mit einer zusätzlichen außerhalb des Turbinenradgaszähler 1 angeordneten Elektronik in Datenverbindung, die hier nicht weiter dargestellt ist.
• Nachstehend wird die Funktion des vorstehend beschriebenen Turbinengasradzählers 1 wie folgt erläutert:
  Das zu messende Gas wird durch ein Einströmbauwerk in einen Strömungskanal 2 eingeleitet, in dem ein Turbinenrad 5 auf einer Welle 7 angeordnet ist. Die Turbinenschaufeln 6 des Turbinenrades 5 werden durch die dem durchströmenden Gas innewohnende kinetische Energie in Rotation versetzt. Infolge der Rotation des Turbinenrads 5, das über zwei Kugellager 8 auf einer Welle 7 gelagert ist, wird der Rotationskörper 15 an den Sensoren 13 und 14 vorbeibewegt. Die Sensoren 13 sind über entsprechende Kontaktstifte mit dem elektronischen Zählwerk 3 verbunden, das in dem Sensorgehäuse 11 angeordnet ist. Die Sensoren 13 und 14 liefern dabei eine dem Vorbeilauf der Bohrungen 18 des Rotationskörpers 15 entsprechende Impulsdichte.
• Somit wird ein dem jeweiligen Gasstrom proportionales Signal erzeugt, das mittels des elektronischen Zählwerks 3 gezählt werden kann und durch entsprechende Umrechnung in ein entsprechendes zu bestimmendes Gasvolumen umsetzbar ist.
• Zusätzlich ist im Strömungskanal 2 ein Druckmesser angeordnet, der nach dem Prinzip der Differenzdruckmessung arbeitet. Als Vergleichsnormal für die Differenzdruckmessung wird der Innendruck dieses Druckmessers herangezogen. Das Sensorgehäuse 11 ist gegenüber dem übrigen Strömungskanal 2 gasdicht abgeschlossen. In dem Sensorgehäuse 11 herrscht üblicherweise Vakuum oder atmosphärischer Druck.
• Der im Strömungskanal 2 angeordnete Druckmesser liefert somit den jeweiligen Gasdruck des zu messenden Gases. Dieser Gasdruck kann in Verbindung mit den im Speicherelement 4 für den jeweiligen Zähler abgelegten Korrektur-Tabellen und Polynomkoeffizienten herangezogen werden, um das Messergebnis gasdruckbereinigt, also das tatsächlich durch den Strömungskanal 2 hindurch getretene Gasvolumen zu bestimmen. Die sogenannte Reynolds-Korrektur wird in dem elektronischen Zählwerk selbsttätig mittels der dem Zählwerk jeweils zugeordneten im Speicherelement 4 abgelegten Korrekturdaten unter Berücksichtigung des von dem Druckmesser gelieferten Gasdrucks selbsttätig vorgenommen und somit das Zählergebnis selbsttätig korrigiert.
• Hierdurch ist es möglich, den vorstehend erläuterten Turbinenradgaszähler 1 bei nur einem oder zwei Betriebsdruckpunkten zu eichen.
• Der Zähler kann aufgrund der Kalibrierung mit den erläuterten Reynoldszahlen anschließend in einem aufgrund des jeweils zur Bestimmung des Gasdrucks eingesetzten Drucksensors vorbestimmten Druckbereich eingesetzt werden, ohne dass hierzu weitere Eichungen oder Nachkalibrierungen erforderlich wären Das Anwendungsgebiet des Zählers ist hierdurch deutlich erweitert.
• Aufgrund der Anordnung des elektronischen Zählwerks in einem gasdichten Sensorgehäuses 11 kann ferner durch den Austausch des vollständigen Sensorgehäuses 11 inklusive des entsprechenden Drucksensors eine Anpassung des Turbinenradgaszählers 1 an jeweils unterschiedliche Druckbereiche erfolgen.
• Das elektronische Zählwerk steht darüber hinaus mit einer Reihe weiterer Sensoren, insbesondere Drucksensoren, in Verbindung, die weitere zur Fehlerkorrektur eingesetzte Messdaten, beispielsweise betreffend das Nachlauf verhalten des Turbinenrades, übermitteln.
• Es handelt sich bei den Sensoren des Sensorkopfs 12 um analoge Sensoren, so dass durch eine weitere Auswertung der analogen Impulsfolge, also insbesondere von deren Amplitude im Bezug auf die Radialsensoren 14 Rückschlüsse auf den jeweiligen Zustand des Kugellagers 8 gezogen werden können. Hierdurch wird eine etwaige Unwucht oder Beschädigung des Kugellagers 8 anhand der Amplitude der durch den Vorbeilauf des mit Unwucht rotierenden Lochkranzes 17 veränderlichen Amplitudenhöhe der von den analogen Sensoren 13, 14 gelieferten Impulse festgestellt.
• Aufgrund eines vorbestimmten Schwellwertes bzw. einer vorbestimmten Brandbreite der für die Impulse zulässigen Amplituden kann erkannt werden, ab welcher Unwucht das Kugellager 8 des Turbinenrades 5 ausgetauscht oder repariert werden muss. Hierdurch kann einem Ausfall des Turbinenradgaszählers 1 rechtzeitig vorgebeugt werden und somit die Ausfallsicherheit der Einrichtung insgesamt erhöht werden.
• Im Hinblick auf die Axialensensoren 13 liefert die Auswertung des analogen Signals eine dem jeweiligen Anströmdruck des Turbinenrads 5 proportionale Messgrösse, die etwa in dem Speicherelement 4 protokolliert wird. Hierdurch kann erkannt werden, ob der Zähler 1 jeweils im zulässigen Bereich betrieben wurde.
• Hierdurch können insbesondere etwaige Fehlbedienung beim An- und Abfahren des Zählers erkannt werden. Ggf. kann auch hier ein rechtzeitiger Austausch des Zählers vorgenommen werden.
• Vorstehend ist somit ein Turbinenradgaszähler 1 beschrieben, dessen Messgenauigkeit schon dadurch erhöht ist, dass im Unterschied zu herkömmlichen Turbinenradgaszählern 1 die Impulsfolge nicht durch den Vorbeilauf der Turbinenschaufeln 6 des Turbinenrades 5 erzeugt werden. Ferner werden diese Impulse einem elektronischen Zählwerk 3 übermittelt und so etwaige mechanische Übertragungsverluste vermieden.
• Dadurch, dass eine Druckmessung im Strömungskanal 2 stattfindet und überdies ein Vergleichsnormal von dem entsprechenden Drucksensor selbst geliefert ist, und schließlich dem Zählwerk 3 ein Speicherelement 4 mit den

1

Turbinenradgaszähler

2

Strömungskanal

3

Zählwerk

4

Speicherelement

5

Turbinenrad

6

Turbinenschaufel

7

Welle

8

Kugellager

9

Prozessor

10

Strömungsgleichrichter

11

Sensorgehäuse

12

Sensorkopf

13

Axialsensor

14

Radialsensor

15

Rotationskörper

16

Scheibe

17

Lochkranz

18

Bohrung

19

Metallsteg

20

Signalunterbrechung

21

Impuls

22

Druckdichte Glasdurch

führung

23

Schwingkreis mit Nähe

rungsschalter

24

Verstärker

25

Signalanpassung

26

Schnittstellenanpas

sung

27

weitere druckdichte

Glasdurchführung

Claims (21)

1. Elektronischer Turbinenradgaszähler mit einem Turbinenrad (5), dessen Turbinenschaufeln (6) im Strömungskanal (2) eines zu messenden Gases angeordnet sind, wobei das Turbinenrad (5) auf einer Welle (7) oder Achse kugelgelagert ist, in deren feststehenden Strömungsgleichrichter (10) ein Sensorgehäuse (11) mit einem elektronischen Zählwerk (3) angeordnet ist, wobei das Zählwerk (3) mit wenigstens einem, vorzugsweise zwei, radial ortsfest angeordneten Radialsensoren (14) datenverbunden ist, die jeweils wenigstens einem mit dem Turbinenrad (5) umlaufenden Rotationskörper (15) derart zugeordnet sind, dass der Vorbeilauf des Rotationskörpers (15) an dem oder den Radialsensoren (14) jeweils eine der Rotationsgeschwindigkeit des Turbinenrades (5) proportionale Impulsfolge generiert wird.
2. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rotationskörper (15), vorzugsweise äquidistant über den Umfang einer gedachten Kreisbahn, verteilt angeordnete Radialsensoren (14) zugeordnet sind.
3. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialsensoren (14) jeweils als Näherungsschalter oder Wegaufnehmer ausgebildet sind.
4. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper (15) einen mit dem Turbinenrad mitlaufenden Lochkranz (17) mit wenigstens einer im bestimmungsgemäßen Gebrauch an dem oder den Radialsensoren (14) vorbeilaufenden Bohrung (18) aufweist
5. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rotationskörper (15) weitere Sensoren (13) in axialer Ausrichtung derart zugeordnet sind, dass der Vorbeilauf des Rotationskörpers (15) eine der Umdrehungsgeschwindigkeit des Turbinenrads (5) proportionale Impulsfolge generiert.
6. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper (15) eine mit dem Turbinenrad (5) mitlaufende, vorzugsweise kreisförmige, Scheibe (16) mit wenigstens einer im bestimmungsgemäßen Gebrauch an dem oder den Axialsensoren (13) vorbeilaufenden Bohrung (18) aufweist.
7. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Rotationskörper (5) zugeordneten Radial- und/oder Axialsensoren (13, 14) jeweils als analoge Sensoren ausgebildet sind und ein analoges Impulssignal erzeugen, dessen Amplitude und/oder Rauschen einer weiteren Auswertung im Zählwerk vorzugsweise im Hinblick auf eine etwaige Unwucht oder Beschädigung der Kugellager (8) und/oder den jeweiligen Anströmdruck des Turbinenrads (5) zugeführt ist.
8. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der analogen Impulssignale in Bezug von vorbestimmten Schwellwerten erfolgt, deren Überschreiten mittels eines Alarmmeldung angezeigt wird.
9. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (11) gasdicht ausgestaltet ist.
10. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (11) druckdichte Glasdurchführungen (22) zum Anschluss einer Spannungsversorgung, weiterer Sensoren und/oder Geräten der Datenverarbeitung aufweist.
11. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sensorgehäuse (11) ein atmosphärischer Druck oder ein Vakuum mit definiertem Unterdruck eingestellt ist.
12. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem das Turbinenrad (5) aufnehmenden Druckraum ein Drucksensor zur Erfassung des jeweiligen Gasdrucks zugeordnet ist.
13. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmesser zur Erfassung des Gasdrucks eine Differenzmessung vornimmt, wobei der in dem Sensorgehäuse (11) herrschende konstant eingestellte Druck als Vergleichsnormal herangezogen wird.
14. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das dem das Turbinenrad (5) aufnehmenden Druckraum ein Drucksensor zur Erfassung des jeweiligen Gasdrucks zugeordnet ist, wobei dieser Drucksensor mit einer Messdruckkammer versehen ist, die mit einem Konstantdruck beaufschlagt ist, der vom Druckmesser im Rahmen einer Differenzdruckmessung als Vergleichsnormal eingesetzt wird.
15. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Zählwerk (3) mit einem Speicherelement (4) versehen ist, wobei in diesem Speicherelement (4) dem jeweiligen Zähler jeweils zugeordnete Korrekturtabellen oder Polynomkoeffizienten abgelegt sind und mittels dieser Daten in Abhängigkeit von dem jeweils gemessenen Gasdruck eine Reynolds-Korrektur des jeweiligen Zählergebnisses selbsttätig vorgenommen wird.
16. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels weiterer in dem Speicherelement (4) angelegten Kalibrierdaten, vorzugsweise einer Messfehlerkurve im Wege einer Kennlinienkorrektur und/oder ggf. weitere Korrekturen des Zählergebnisses, vorgesehen sind.
17. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungskanal (2) des zu messenden Gases weitere Drucksensoren zur Erfassung weiterer Parameter, vorzugsweise eines etwaigen Staudrucks, vorgesehen und mit dem in dem Sensorgehäuse (11) angeordneten Zählwerk (3) datenverbunden sind.
18. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Speicherelements (4) des Zählwerks (3) weitere Daten des Turbinenradgaszählers (1), vorzugsweise Herstellerdaten, Messwerte, Messwertkurven und/oder Kalibrierdaten, gespeichert sind.
19. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Sensorgehäuses (11) angeordnete Zählwerk (3) mit einer Notstromversorgung, vorzugsweise mit einer außerhalb des Sensorgehäuses (11) angeordneten Batterie stromverbunden ist.
20. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zählwerk (3) mit wenigstens einer Prozessoreinheit (9) versehen ist, wobei mittels der von den angeschlossenen Sensoren (13, 14) und jeweils gelieferten Messdaten unter Berücksichtigung der im Speicherelement (4) angelegten Korrektur- und Kalibrierdaten eine selbsttätige Korrektur des jeweiligen Zählergebnisses derart erfolgt, dass der in dem elektronischen Zählwerk (3) gespeicherte Zählerstand bereits fehlerbereinigt ist.
21. Elektronischer Turbinenradgaszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zählwerk (3) mit wenigstens einer weiteren Prozessoreinheit versehen ist und/oder die weiterverarbeitende Elektronik redundant ausgebildet ist.