WO2016206983A2 - Verfahren zum regeln einer konditioniereinheit und verbrauchsmesseinrichtung mit einer solchen konditioniereinheit - Google Patents

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Vedran BURAZER
Michael Buchner
Ou Jun ZHOU
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Definitions

  • the subject invention relates to a method for controlling a Konditionierech with a main body and a buffer memory, wherein a medium is passed through the body and between the buffer memory and the base body a temperature control unit with a first heating surface and a second heating surface is arranged and the temperature control unit with a temperature difference between the the first heating surface and the second heating surface, and the use of this method in a consumption measuring device for measuring the consumption of a gaseous medium.
  • the invention relates to a consumption measuring device for measuring the consumption of gaseous medium, with an input port at which the gaseous medium is supplied to the consumption measuring device, and an output port at which the gaseous medium is provided by the consumption measuring device, wherein between the input port and a gas path is provided in the outlet connection, in which a consumption sensor is arranged and a conditioning unit for controlling the temperature of the gaseous medium is arranged in front of the consumption sensor and is arranged between the conditioning unit and the consumption sensor of a pressure control unit, in which the gaseous medium is depressurized.
  • the measurement of fuel consumption is often done with a known Coriolis flow sensor.
  • a pre-circulation and a measuring circuit is often formed for liquid fuel, in which liquid fuel is conveyed in a circle. Between pre-circuit and measuring circuit of the flow sensor is arranged. The measuring circuit is closed via the internal combustion engine to be supplied. The usual in liquid fuel supply systems flushing volume is thus returned to the measuring circuit.
  • the pre-charge serves to supply the measuring circuit with the amount of fuel consumed in the internal combustion engine.
  • the interposed flow sensor measures exactly the amount of liquid fuel consumed.
  • liquid fuel has a significant thermal expansion coefficient
  • the temperature in the measuring circuit must be kept as constant as possible in order to prevent possible measurement errors due to volume changes due to temperature fluctuations of the fuel in the measuring circuit.
  • a temperature control of the fuel in the inlet to the internal combustion engine is necessary.
  • the pressure of the liquid fuel which is supplied to the internal combustion engine, regulated by means of pressure control units as constant as possible.
  • both the temperature and the pressure of the fuel depend on the current flow.
  • the systems for measuring the fuel consumption of an internal combustion engine described above are basically also suitable for gaseous fuel, e.g. for a gas engine, applicable.
  • gaseous fuel e.g. for a gas engine
  • Such a system is unfavorable to gaseous fuels, as appropriate compressors or fans would be required to circulate the gaseous fuel in the pre-circuit and measuring circuit, which would make the system considerably more expensive and expensive.
  • a compressor would again massively affect the temperature of the gaseous medium, which is counterproductive to the goal of temperature control.
  • gaseous fuels such as natural gas or hydrogen
  • the gaseous fuel is usually present under high pressure and consequently for use as fuel in an internal combustion engine (here gas engine) first to a required lower one Pressure must be relaxed.
  • the fuel can cool down considerably (Joule-Thomson effect), which can be problematic for subsequent components of the conditioning plant, for example due to condensate formed and icing of the gas lines or other components in the gas line. Therefore, the gaseous fuel is usually heated before relaxing, so that by relaxing a desired temperature of the fuel results.
  • a heat exchanger is sluggish and allows only slow temperature changes.
  • the conditioning described by means of heat exchanger for heavy load changes is unsuitable.
  • the temperature is unstable and high-precision measurement is not possible for flow sensors.
  • either the power density of the heat exchanger would have to be increased.
  • this is not technically feasible and requires, if at all possible, a redesign of the heat exchanger. At constant power density would in turn result in a much larger footprint.
  • Another possibility might be a more aggressive control behavior of the heat exchanger.
  • This object is achieved by a method in which the conditioning unit is controlled in order to maintain a predetermined target temperature of the gaseous medium, wherein a control variable for controlling the conditioning unit from a model part that fulfills the requirements for heating the gaseous medium in the conditioning unit calculated power, and a control part, which corrects the calculated power with the model part, wherein a control error from setpoint temperature and actual temperature is exponentially received in the control part, is composed.
  • the model part the power required for the temperature control of the gaseous medium can be roughly calculated. For the exact control then ensures the control part that corrects the model part. Due to the exponential consideration of the control error in the control part, the heat propagation in the conditioning unit is approximated, whereby a particularly accurate control of the conditioning unit becomes possible.
  • the conditioning unit is preferably provided with a base body in which a media line through which the gaseous medium flows is arranged, and with a buffer memory for storing heat, wherein a temperature control unit is arranged between the base body and the buffer memory.
  • a temperature control unit is arranged between the base body and the buffer memory.
  • Gas pressure regulating devices in natural gas networks are known for reducing the high transport pressure to a required consumption pressure, in which a gas quantity is also required. measurement can be integrated.
  • Such gas pressure control systems usually comprise an input-side natural gas preheater, often in the form of a water heating bath, through which the natural gas is carried in pipes, or a water / natural gas heat exchanger.
  • the natural gas preheater heats the natural gas to the consumption pressure prior to expansion to compensate for cooling due to the Joule-Thomson effect.
  • gas pressure control systems are subject neither to high demands on the accuracy of the output pressure, nor special requirements for the starting temperature.
  • the effects of a slowly changing flow rate are also negligible in such gas pressure control systems. Fast, abrupt flow changes do not occur in such gas pressure control systems anyway.
  • the required heat output for gas preheating the supplied gaseous fuel to achieve a desired post-expansion temperature can be calculated according to a known formula and is used in such gas pressure control systems to control the natural gas preheater.
  • This formula could also be used in a temperature control of a heat exchanger for controlling the temperature of the gaseous fuel.
  • sufficient control accuracy can only be achieved for relatively slow flow changes.
  • the flow rate may vary highly dynamically (in the sense of rapid and also large flow changes), such as in the consumption measurement of an internal combustion engine (such as an internal combustion engine or a gas turbine)
  • the achievable accuracy of the temperature control is known with this Approach but inadequate.
  • This object is achieved in that the gaseous medium flows along a gas path through a consumption meter while the consumption is measured with a consumption sensor and the gaseous medium is temperature-controlled before the consumption sensor with the conditioning and pressure-relieved the gaseous medium between the conditioning and the consumption sensor and the conditioning unit is regulated according to the control method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a consumption measuring device according to the invention
  • FIG. 2 shows the consumption measuring device in an alternative embodiment
  • FIG. 5 shows a preferred embodiment of a consumption measuring device.
  • the invention is based on the consumption measurement of a similar structure, as known from a gas pressure control system, as shown in Figure 1.
  • the consumption measuring device 1 takes a media supply 2 from a gaseous medium.
  • the media supply 2 can, for example, be a gas line or a media container, such as a gas cylinder.
  • the gaseous medium is taken from the media supply 2 usually with a non-constant input pressure p e and flows through the consumption measuring device 1 along a gas path 17.
  • the inlet pressure p e can assume pressures of up to 300bar and above.
  • the withdrawn gaseous medium is fed to a conditioner unit 3 in the gas path 17, in which the gaseous medium is heated to a specific temperature Ti.
  • the heated gaseous medium is fed to a pressure control unit 4, in which the gaseous medium is expanded to a decompression pressure p red .
  • the temperature of the gaseous medium changes to a relaxation temperature T red .
  • the gaseous medium is supplied to a consumption sensor 5, for example a mass flow sensor or a flow sensor, for example in the form of a known Coriolis sensor.
  • the gaseous medium leaves the consumption meter 1 with an outlet pressure p a and an outlet temperature T a and is supplied to a consumer 6, for example an internal combustion engine, a gas turbine or a fuel cell.
  • a consumer 6 for example an internal combustion engine, a gas turbine or a fuel cell.
  • the consumption of gaseous medium by the consumer 6 is thus measured by the consumption sensor 5.
  • Accurate measurement requires high temperature stability and pressure stability.
  • the outlet pressure p a and the outlet temperature T a essentially correspond to the expansion pressure p red and the expansion temperature T r ed after the pressure control unit 4.
  • the pressure relief can also be carried out in two stages (or in several stages) be, as explained with reference to Figure 2.
  • the gaseous medium before the consumption sensor 5 is brought to a relaxation pressure p r ed and a relaxation temperature T re d, with which the consumption is measured.
  • a second pressure control unit 7 is arranged, which relaxes the gaseous medium to the output pressure p a , which also results in the output temperature T a .
  • the outlet pressure p a and the outlet temperature T a should be kept as constant as possible.
  • the outlet pressure p a and the outlet temperature T a are strongly dependent on the inlet pressure and the inlet temperature T e , on the composition of the withdrawn gaseous medium (due to the Joule-Thomson effect), as well as on the flow over time, but also in the amplitude, can vary widely. To be able to compensate for these influences, it is necessary, on the one hand, to control the pressure of the outlet pressure p a and, in particular, a high-dynamic temperature control of the conditioning unit 3.
  • the pressure control of the output pressure p a can be done with conventional pressure control units 4, 7, for example in the form of adjustable pressure control valves, with sufficient accuracy.
  • the output pressure p a is therefore preferably regulated in a higher-level pressure control loop.
  • a pressure sensor. 8 be provided, which detects the output pressure p a and a control unit 10, preferably in digital form, feeds.
  • the control unit 10 controls the first pressure control unit 4 ( Figure 1), and the first and / or the second pressure control unit 4, 7 ( Figure 2), to set the desired or predetermined output pressure p a .
  • the first pressure control unit 4 is set, for example, to a constant expansion pressure p red
  • the outlet pressure p a is controlled only via the second pressure control unit 7.
  • the outlet temperature T a can be detected by a temperature sensor 9 and fed to the control unit 10, preferably in digital form. It should be noted that the invention will be described below with reference to the measurement of the initial temperature T a , but in principle the temperature could be used at any point of the consumption measuring device 1. In particular, instead of the starting temperature T a , the relaxation temperature T r ed, the temperature Ti downstream of the conditioning unit 3 or the temperature T s in the wear sensor 5 could likewise be used.
  • the control unit 10 calculates from the measured temperature, eg outlet temperature T a , temperature Ti after the conditioning unit 3, relaxation temperature T red or temperature T s in the consumption sensor 5, a manipulated variable Y for the conditioning unit 3, with which the conditioning unit 3 is activated. For this purpose, the control unit 10 also the current flow V, which is measured by the consumption sensor 5 20, are supplied.
  • the desired output temperature T a is thus regulated by regulation of the conditioning unit 3 as a function of the current flow V, and also in dependence on the current output pressure p a .
  • a special conditioning unit 3 is provided, which is combined with a special control method.
  • the conditioning unit 3 as shown in greatly simplified form in FIG. 3, is designed with a main body 20, through which a media conduit 22 is passed, through which the gaseous medium to be conditioned flows.
  • a temperature control unit 23 is arranged, arranged on the turn, a buffer memory 21 for storing heat
  • the main body 20 is not directly on the buffer memory 21, but is thermally separated by the temperature control unit 23 thereof.
  • the buffer memory 21 is preferably designed as a heat sink with a certain memory mass.
  • the heat sink is not designed for maximum heat dissipation, as is customary in heatsinks, but the heat sink is a certain portion of the dissipated heat at least for a certain time
  • the tempering unit 23 serves to the base body 20 and thus the to temper by flowing medium.
  • the temperature control unit 23 is able to heat the base body 20 and cool it.
  • the temperature control unit 23 is advantageously designed as at least one thermoelectric module (Peltier element), preferably a number of thermoelectric modules.
  • a thermoelectric module is known to be a semiconductor element disposed between a first heating surface 24 and a second heating surface 25. Depending on the polarity of the electrical supply voltage supplied to the semiconductor element, either the first heating surface 24 is warmer than the second heating surface 25, or vice versa. Thus, with such a thermoelectric module, depending on the polarity of the supply voltage, the base body 20 can both be heated and cooled.
  • thermoelectric modules are well known and such thermoelectric modules are commercially available in different performance classes, will not be discussed in more detail here.
  • thermoelectric module If an electrical supply voltage is applied to a thermoelectric module, as is known, one of the heating surfaces 24, 25 of the thermoelectric module is cooled, while at the same time the opposite heating surface is heated.
  • the maximum temperature spread between the two heating surfaces 24, 25 depends on the operating temperature (temperature at the warmer heating surface) of the thermoelectric module. The higher the operating temperature, the higher the maximum achievable temperature spread between see cold and hot heating surface. As a result, with available thermoelectric modules temperatures of up to 200 ° C can be achieved on the hot heating surface, the cold heating surface does not exceed 100 ° C. By simply reversing the supply voltage, you can quickly switch between cooling and heating.
  • heating means that the heating surface 24 applied to the main body 20 is hotter than the opposite heating surface 25. Cooling therefore means that the heating surface 25 is the hotter heating surface and the one resting against the main body Heating surface 24 the cooler.
  • the polarity of the supply voltage must be changed if the temperature of the gaseous medium is to be lowered or increased.
  • the temperature spread between the heating surfaces 24, 25 can be used. Smaller control interventions can thus take place via the temperature spread, while large control interventions preferably take place by reversing the polarity of the supply voltage of the thermoelectric module.
  • thermoelectric modules have a stable temperature spread. As soon as less thermal energy or heat is required to temper the medium, the supply voltage at the thermoelectric modules is reduced, which also reduces the temperature spread. Thus, the temperature drops at the voltage applied to the base body 20 heating surface 24 of the thermoelectric module. At the same time, the temperature at the opposite heating surface 25 increases.
  • a temperature gradient arises between the heating surface 25 and the buffer memory 21 adjacent thereto, whereby heat flows into the buffer memory 21 (indicated by the heat flow Q) and there due to the thermal storage mass not immediately to the Environment is dissipated, but (at least for a limited time) is cached.
  • This cached heat is the temperature control as a support available when more thermal energy is required to temper the medium. In this case, the supply voltage would be raised again, whereby the temperature spread on the thermoelectric modules increases again.
  • the temperature at the heating surface 25, at which the buffer memory 21 is applied to, from the temperature of the buffer memory 21 decreases.
  • thermoelectric module 23 As tempering unit 23, of course, other embodiments of a temperature control unit 23 are conceivable.
  • the temperature control unit 23 only has to be able to change the temperature spread between the heating surfaces 24, 25.
  • the operation of a thermoelectric module corresponds to a heat pump, which absorbs thermal energy from a lower temperature range and transfers it to a higher temperature system to be heated.
  • the reversal of the supply voltage corresponds to the provision of two heat pumps, which are operated in opposite directions.
  • temperature control unit 23 in principle any equipment in question, which can be classified under the concept of a heat pump.
  • the invention provides that the described heat flow Q between the buffer memory 21 and the base body 20 through which the medium flows in the scheme is taken into account.
  • a controller is designed which determines a manipulated variable Y for the conditioning unit 3 from a desired temperature preset T so n.
  • the conditioning unit 3 is controlled by the manipulated variable Y and ensures a stable and constant temperature of the medium.
  • the model part A models the conditioning unit 3 and serves to optimally the energy or power P v required for the temperature control of the medium in the conditioning unit 3 to be calculated and converted into a manipulated variable for the control.
  • the power P G required for the conditioning of a gaseous medium in order to achieve a setpoint temperature T so n after a pressure release can be determined on the basis of the known formulaic relationship be calculated. Without the Joule-Thomson effect, the power P G is reduced to the power needed to control the temperature (heating or cooling) of the medium. In this case, the current flow V is measured by the consumption sensor 5 and made available.
  • the specific heat capacity H G of the medium is a constant and known.
  • the input temperature T e can be measured with a suitable temperature sensor 1 1, for example a PT100 sensor.
  • the relaxation pressure p red may also be known.
  • ⁇ ⁇ denotes the known Joule-Thomson coefficient of the gaseous medium. For a liquid medium, the Joule-Thomson coefficient should be set to zero.
  • a power loss P L in the conditioning unit 3 can also be taken into account.
  • the power loss P L should be taken into account.
  • the power loss P L can be modeled, for example, as the heat delivered to the environment with the ambient temperature T amb of the conditioning unit 3.
  • the ambient temperature T amb can again be measured by means of a suitable temperature sensor 13, for example a PT100 sensor.
  • kJ the power loss P L then according to the formula kJ
  • the required power P v can also be set in relation to the maximum available power P v, max in the conditioning unit 3 p
  • model portion A -.
  • the model component A is thus a parameter in the range p V, max
  • the required power P v can also be converted into a supply voltage Uv, which is to be applied to the thermoelectric modules.
  • a supply voltage Uv which is to be applied to the thermoelectric modules.
  • thermoelectric module The ohmic resistance R C u of a thermoelectric module is usually not known and additionally temperature dependent. In order to be able to determine the ohmic resistance R C u, the empirical connection became from experiments
  • thermoelectric module K cu - K cu2o + i5o _20 ⁇ _ 'determined, from which the ohmic resistance R C u with knowledge of the actual temperature T is (which can be easily measured) of the thermoelectric modules can be calculated.
  • Rcu2o and Rcu-iso are empirical constants indicating the ohmic resistance R C u of the thermoelectric module at a temperature of 20 ° C and 150 °.
  • the control component R of the manipulated variable Y is used for highly dynamic, accurate control of the outlet temperature T a (or another temperature as mentioned above) by utilizing the amount of heat available in the buffer memory 21.
  • the required power P v for temperature control in order to achieve the target temperature T so n, is already roughly regulated, the control component R must make only small corrections of the manipulated variable Y in order to achieve the desired precise control behavior.
  • the heat flow Q between the main body 20 and the buffer reservoir 21 plays a decisive role.
  • the reason for this lies in the solution of the heat conduction equation, which also contains an exponential component.
  • the control deviation F in the present embodiment is the difference between the setpoint temperature Tsoii and the actual temperature T ist .
  • both the target temperature T so n as well as the actual temperature T is related to the temperature to be controlled, eg initial temperature T a, temperature Ti by the conditioning unit 3, relaxation temperature T red or temperature T s in the consumption sensor 5.
  • the target temperature T so n and the actual temperature T is in the model part A and in the control part R to refer to different temperatures, ie, for example, the temperature T s in the consumption sensor 5 in the model part A and the output temperature T a in the control part R.
  • control part R For the control part R, a classical control engineering approach can be chosen, in which the control part R for forming a PI controller from a proportional part Y P and an integral part Y
  • is composed, so R Y P + Y
  • R Y P + Y
  • a conventional proportional controller consists of a gain factor K P , which weights the control error F, ie K P -F.
  • a conventional integral controller consists of a gain K
  • the control error F enters as exponential functions f P (e F ) or f
  • K
  • the integral controller can also have the form Y
  • (n) ⁇ ( ⁇ -1) + ⁇
  • K
  • the energy supplied to the conditioning unit 3 is used, on the one hand, for heating the gaseous medium and, on the other hand, also for heating the entire conditioning unit 3.
  • the increase in the temperature of the gaseous medium is slower, as the lowering of the temperature of the gaseous medium.
  • the raising of the temperature is, as described above, supported by the stored heat in the buffer memory 21, so that this effect is already attenuated.
  • can also be corrected with a suitable correction function Ypowercor, resulting in a corrected proportional part Yp CO r and a corrected integral part Y
  • Dh that by the correction the proportional part Yp and the integral part Y
  • be weakened if T> T as n, so if the temperature of the gaseous medium to be lowered.
  • Yp OW ercor for example, ⁇
  • the gain factor K P of the proportional controller is used, which of course is not necessary. Instead, of course, a separate gain factor K
  • preferred but not mandatory. It is also only the proportional part Y P or only the integral part Y
  • a damping factor Y Df can also be taken into account in the manipulated variable Y.
  • the damping factor Y Df may be a first damping factor Y D fi (for example, an empirical value) to prevent overheating of the conditioning unit 3.
  • the damping factor Y Df can also include a second damping factor Y Df2 , with which a setpoint overshoot can also be damped, eg according to the principle of maximum value damping.
  • the desired temperature can be controlled with high precision and a high temperature stability can be achieved, which is a prerequisite for an accurate determination of the consumption values (mass flow, volume flow) at dynamic flow rates of the medium.
  • the regulation described above is independent of a specific application.
  • the conditioning unit 3 can be regulated in a generally general manner in the manner described and is thus also suitable for other applications in which a medium is to be tempered and in particular also for liquid media. suitable. This is possible above all because it is possible to control the temperature T-i after the conditioning unit 3 at an arbitrary temperature, that is to say also at the temperature.
  • a desired temperature T in the consumption measuring device 1 as well as a temperature outside the consumption measuring device 1 can be used as the setpoint temperature T so .
  • the preferred transition temperature T a as setpoint temperature T soN regulated.
  • the output pressure p a can be measured in the consumption measuring device 1, or outside, for example, close to a consumer. 6
  • the described control is suitable both for control by exploiting the temperature spread, as well as for the control with change between heating and cooling.
  • thermoelectric modules as tempering unit 23
  • the supply voltage is reversed when the manipulated variable Y changes the sign.
  • the manipulated variable Y is preferably normalized to the range [-1, 1] as described above.
  • the pressure release in the pressure control unit 4 causes heating. In this case, it depends on the inlet temperature T e , whether it is cooled or heated with the conditioning unit 3. The same applies essentially to liquid media.
  • an additional cooling device 26 may also be provided in the buffer memory 21 of the conditioning unit 3, for example in the form of a cooling line 27 through which a cooling medium flows.
  • the control can then be extended by a control of the cooling device 26, with which the active cooling is taken into account by the cooling device 26.
  • This control then regulates the cooling device 26 by, for example, the flow V K (for example via a control valve or via the pressure) and / or the temperature T K of the cooling medium is varied.
  • a control variable Y c is determined in the control, with which the cooling device 26 is driven.
  • the regulation of the active cooling should preferably have certain properties.
  • the active cooling by means of cooling device 26 is to take over the base load and the temperature control unit 28 is intended to serve the highly dynamic compensation of disturbances.
  • the temperature control unit 28 For Peltier elements as tempering unit 28, this would mean a constant reversal of polarity, which can also permanently damage the Peltier elements. Apart from that, one would lose the advantage of the buffer memory for the control of the conditioning unit 3 by operating around the zero point.
  • the regulation of active cooling should also be as far as possible decoupled from the regulation of the conditioning unit 3 so as not to negatively influence this regulation.
  • a regulator is designed in which a temperature difference ⁇ ⁇ is exponential.
  • the temperature difference ⁇ ⁇ which is controlled, is included as the difference between a temperature T T E of the temperature control unit 28 (which can be measured), preferably defined on the side of the buffer memory 21 (heating surface 25), and the actual temperature T K of the cooling medium.
  • T T E of the temperature control unit 28 which can be measured
  • T K of the cooling medium preferably defined on the side of the buffer memory 21 (heating surface 25)
  • a P-controller can be designed, which determines a manipulated variable Y C p for the cooling device 26 as follows. H here again designates the Heaviside function and Y the manipulated variable from the control of the conditioning unit 3. K C P is a gain factor of the P controller.
  • the reaction time in the control of the cooling device 26 should be slower than the reaction time in the control of the conditioning 3.
  • To the control of the cooling device 26 has a defined delay time to give a filter G can be used.
  • the version with the active cooling in the buffer tank is particularly interesting for liquid, but certainly for gaseous, media.
  • the conditioning unit 3 over the entire control range, the geford- te power and still regulate the temperature still highly dynamic and always extremely accurate.
  • the gaseous medium with an inlet pressure p e , is taken from a media supply 2 and fed via an input line 14 and an input connection 15 to the consumption measuring device 1.
  • a gas filter 30 On the input side, either outside or in the consumption measuring device 1, a gas filter 30 may be arranged.
  • the gaseous medium is heated in a conditioning unit 3 and expanded in a subsequent pressure control unit 4 to a desired expansion pressure p red .
  • the expanded gaseous medium then flows through the consumption sensor 5, in which the consumption (mass flow, volume flow) is measured.
  • the second pressure control unit 7 is arranged, with which the desired output pressure p a is set.
  • the conditioned gaseous medium can be removed via an outlet connection 16 and, for example, fed to a consumer 6. All functions and components described below are controlled by a control unit 40, in which the control unit 10 is also implemented. The built-in sensors also supply their measured values to the control unit. Due to the clarity necessary control line and measuring lines were not shown in Figure 4.
  • a consumption sensor 5 here two or more, successively connected Coriolis sensors 31, 32 are provided.
  • the two Coriolis sensors 31, 32 have different measuring ranges. This can be switched to the optimal (in terms of measurement accuracy) Coriolis sensor 31, 32 depending on consumption for measurement.
  • the switching valve 33 is actuated here by compressed air.
  • a compressed air valve block 35 is provided, which is connected via a compressed air connection 36 with an external compressed air supply.
  • the second Coriolis sensor 32 can thus be switched on or off by actuating the bypass switching valve 33. If both Coriolis sensors 31, 32 are flowed through, this allows a plausibility of the measurement result in overlapping measuring ranges, which can be used for self-checking.
  • an overflow line 37 is further provided, which is connected to an overflow connection 38.
  • the overflow line 37 is connected in the consumption measuring device 1 via pressure relief valves with the gas path for the gaseous medium.
  • a zeroing valve 39 is arranged downstream of the consumption sensor 5.
  • the zero balance valve 39 is closed (again controlled by compressed air) and evaluated the measured value of the consumption sensor 5 at zero flow rate. If the measured value exceeds a certain limit value, an internal sensor calibration can be triggered to set the zero point. In this way, the zero-point drift of the consumption sensor 5 can be counteracted.
  • an inert gas purging 41 is also provided in the exemplary embodiment shown.
  • an inert gas pressure accumulator 42 is provided, which can be connected via an inert gas switching valve 43 to the gas path of the gaseous medium through the consumption measuring device 1.
  • the inert gas pressure accumulator 42 can be filled.
  • the inert gas for example nitrogen
  • the input-side shut-off valve 45 is closed and the output-side output switching valve 46 is switched to the overflow line 37.
  • the inert gas switching valve 43 is opened.
  • the metering device 1 In order for the pressurized, remaining in the metering device 1 gaseous medium can escape via the overflow 37. If the pressure is reduced enough, opens the check valve 47 and the metering device 1 is purged with the inert gas, either until the inert gas pressure accumulator 42 is empty or for a certain period of time. After rinsing, the consumption measuring device 1 is filled with inert gas, preferably with a slight excess pressure, and is in the safe state. The inert gas purging increases the safety of the consumption measuring device 1 and can be activated, for example, when switching off the device or in the event of an emergency stop.

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Abstract

Um mit einer Konditioniereinheit (3) mit einem Grundkörper (20) und einem Pufferspeicher (21), wobei ein Medium durch den Grundkörper (20) geführt wird und zwischen Pufferspeicher (21) und Grundkörper (20) eine Temperiereinheit (23) mit einer ersten Heizfläche (24) und einer zweiten Heizfläche (25) angeordnet wird und mit der Temperiereinheit (23) eine Temperaturspreizung zwischen der ersten Heizfläche (24) und der zweiten Heizfläche (25) eingestellt wird, die Temperatur eines gasförmigen oder flüssigen Mediums trotz starker Durchfluss- oder Druckschwanken des Mediums exakt einzustellen und konstant halten zu können, ist vorgesehen, dass die Konditioniereinheit (3) geregelt wird, um eine vorgegebene Solltemperatur (Tsoll) des Mediums einzuhalten, wobei eine Stellgröße (Y) zum Regeln der Konditioniereinheit (3) aus einem Modellteil (A), der die für die Temperierung des Mediums in der Konditioniereinheit (3) benötigte Leistung (Pv) berechnet, und einem Regelteil (R), der die mit dem Modellteil (A) berechnete Leistung (Pv) korrigiert, wobei ein Regelfehler (F) aus einer Solltemperatur (Tsoll) und einer Isttemperatur (Tist) exponentiell in den Regelteil (R) eingeht, zusammengesetzt wird.

Description

Verfahren zum Regeln einer Konditioniereinheit und Verbrauchsmesseinrichtung mit einer solchen Konditioniereinheit
Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Konditioniereinheit mit einem Grundkörper und einem Pufferspeicher, wobei ein Medium durch den Grundkörper geführt wird und zwischen Pufferspeicher und Grundkörper eine Temperiereinheit mit einer ersten Heizfläche und einer zweiten Heizfläche angeordnet wird und mit der Temperiereinheit eine Temperaturspreizung zwischen der ersten Heizfläche und der zweiten Heizfläche eingestellt wird, sowie die Verwendung dieses Verfahrens in einer Verbrauchsmesseinrichtung zum Messen des Verbrauchs eines gasförmigen Mediums. Weiters betrifft die Erfindung eine Verbrauchsmesseinrichtung zur Messung des Verbrauchs an gasförmigen Medium, mit einem Eingangsanschluss, an dem das gasförmige Medium der Verbrauchsmesseinrichtung zugeführt wird, und einem Ausgangsanschluss, an dem das gasförmige Medium von der Verbrauchsmesseinrichtung zur Verfügung gestellt wird, wobei zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss ein Gaspfad vorgesehen ist, in dem ein Verbrauchs- sensor angeordnet ist und vor dem Verbrauchssensor eine Konditioniereinheit zum Temperieren des gasförmigen Mediums angeordnet ist und zwischen der Konditioniereinheit und dem Verbrauchsensor einer Druckregeleinheit angeordnet ist, in der das gasförmige Medium druckentspannt wird.
Zur exakten Messung des Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors auf einem Prüf- stand ist eine genaue Konditionierung der Temperatur und des Druckes des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffes notwendig. Die Messung des Kraftstoffverbrauchs erfolgt dabei oftmals mit einem bekannten Coriolis-Durchflusssensor. Dabei wird für flüssigen Kraftstoff oftmals ein Vorkreis und ein Messkreis ausgebildet, in denen flüssiger Kraftstoff im Kreis gefördert wird. Zwischen Vorkreis und Messkreis ist der Durchflusssensor angeordnet. Der Messkreis wird über den zu versorgenden Verbrennungsmotor geschlossen. Die bei flüssigen Kraftstoff-Versorgungssystemen übliche Spülmenge wird damit in den Messkreis rückgeführt. Der Vorkreis dient dazu, dem Messkreis die im Verbrennungsmotor verbrauchte Menge an Kraftstoff zu zuführen. Damit misst der dazwischen angeordnete Durchflusssensor genau die verbrauchte Menge an flüssigen Kraftstoff. Da flüssiger Kraftstoff einen nennens- werten Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, muss die Temperatur im Messkreis möglichst konstant gehalten werden, um mögliche Messfehler durch Volumenänderungen aufgrund von Temperaturschwankungen des Kraftstoffes im Messkreis vorzubeugen. Nachdem die dem Messkreis rückgeführte Spülmenge durch das Kraftstoffversorgungssystem des Verbrennungsmotors erwärmt wird, ist eine Temperierung des Kraftstoffes im Zulauf zum Verbrennungsmotor notwendig. Auch im Vorkreis sind für exakte Verbrauchsmessungen Volumenänderungen infolge von Temperaturschwankungen zu vermeiden. Daher wird auch der Kraftstoff im Vorkreis temperiert. Darüber hinaus ist auch der Druck des flüssigen Kraftstoffes, der dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, mittels Druckregelungseinheiten möglichst konstant geregelt. Dazu kommt noch, dass sowohl die Temperatur, als auch der Druck des Kraftstoffes vom aktuellen Durchfluss abhängig sind. Beispiele für eine solche Messung des Kraftstoffverbrauchs sind in der US 2014/0123742 A1 und der EP 1 729 100 A1 zu finden, die auf die Konditionierung von flüssigen Kraftstoffen abstellt. Darin wird die Temperatur des Kraftstoffes über einen Wärmetauscher mit einer Kühlflüssigkeit geregelt. Ein solcher Wärmetauscher ist aber träge und lässt nur langsame Temperaturänderungen zu, was aber für flüssigen Kraftstoff ausreichend ist, da die Temperatur nur möglichst konstant zu halten ist. Abgesehen davon bedingt ein solcher Wärmetauscher zusätzliche Bauteile und Steuerungen zum Betreiben des Wärmetauschers, was die Anlage auch aufwendiger macht.
Die oben beschriebenen Systeme zur Messung des Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors sind grundsätzlich auch bei gasförmigen Kraftstoff, z.B. für einen Gasmotor, anwendbar. Allerdings ist ein solches System bei gasförmigen Kraftstoffen ungünstig, da entsprechende Verdichter oder Gebläse zum Zirkulieren des gasförmigen Kraftstoffes im Vorkreis und Messkreis notwendig wären, was das System erheblich verteuern und vergrößern würde. Abgesehen davon würde ein Verdichter die Temperatur des gasförmigen Mediums wieder massive beeinflussen, was kontraproduktiv zum Ziel der Temperaturregelung ist.
Bei gasförmigen Kraftstoffen, wie Erdgas oder Wasserstoff, tritt das zusätzliche Problem auf, dass der gasförmige Kraftstoff in der Regel unter hohem Druck vorliegt bzw. geliefert wird und folglich für die Verwendung als Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor (hier Gasmotor) zuerst auf einen benötigten, niedrigeren Druck entspannt werden muss. Beim Entspannen des gasförmigen Kraftstoffes kann sich der Kraftstoff aber stark abkühlen (Joule-Thomson- Effekt), was für nachfolgende Komponenten der Konditionieranlage problematisch sein kann, beispielsweise durch entstehendes Kondensat und das Vereisen der Gasleitungen oder anderen Komponenten in der Gasleitung. Daher wird der gasförmige Kraftstoff vor dem Entspannen in der Regel erwärmt, sodass sich durch das Entspannen eine erwünschte Temperatur des Kraftstoffes ergibt. Aufgrund von Schwankungen im Druck des zugeführten gasförmigen Kraftstoffes und auch aufgrund der Abhängigkeit der Temperatur nach dem Ent- spannen von der Zusammensetzung des gasförmigen Kraftstoffes, kann die Temperatur nach dem Entspannen stark variieren. Für solch stark variierenden Temperaturen am Eingang ist ein System wie in der US 2014/0123742 A1 oder der EP 1 729 100 A1 beschrieben aber nicht geeignet. Die darin beschriebenen, trägen Wärmetauscher sind normalerweise nicht in der Lage, starke Temperaturschwankungen auszugleichen.
Ein Wärmetauscher ist träge und lässt nur langsame Temperaturänderungen zu. Damit ist die beschriebene Konditionierung mittels Wärmetauscher für starke Lastwechsel ungeeignet. Dies führt beim aktuellen Stand der Technik dazu, dass nach einem derartigen Lastwechsel eine Beruhigungszeit eingehalten werden muss. Während dieser Zeit ist die Temperatur nicht stabil und für Durchflusssensoren ist keine hochpräzise Messung möglich. Für einen von den Eingangstemperaturänderungen unabhängigeren Betrieb müsste entweder die Leistungsdichte des Wärmetauschers erhöht werden. Dies ist aber nicht so ohne weiteres technisch realisierbar und erfordert, falls überhaupt möglich, ein Redesign des Wärmetauschers. Bei gleichbleibender Leistungsdichte ergäbe sich wiederum einen erheblich größeren Platzbedarf. Eine weitere Möglichkeit bestünde möglicherweise in einem aggressiveren Regelverhalten des Wärmetauschers. Dies bedeutet aber wiederum größeres Über- und Unterschwingen und damit einhergehend eine schlechtere Dynamik hinsichtlich möglicher Solltemperaturänderungen. Den Wärmetauscher zu vergrößern würde aber auch nur bei Flüssigkeiten helfen. Bei gasförmigen Medien bewirkt eine Durchflussänderung unmittelbar eine Druckänderung und eine Solltemperaturänderung. Damit müsste der Wärmetauscher extrem schnelle Solltemperaturänderungen ermöglichen, was aber für einen mit Kühlflüssigkeit betriebenen Wärmetauscher nicht praktikabel realisierbar ist. Dazu müsste die zur Verfügung stehende Leistung bei gleichbleibender Masse noch weiter erhöht werden, ausschließlich die Leistung zu erhöhen hätte in diesem Fall keinen Nutzen. Alternativ bleibt noch den Regler des Wärmetauschers noch aggressiverer einzustellen, was aber wiederum noch größeres Über- und Unterschwingen nach sich ziehen würde. Eine genaue und schnelle Temperaturregelung wäre damit nicht möglich.
Bei gasförmigen Medien bewirkt eine Durchflussänderung aber unmittelbar eine Druckänderung und eine Solltemperaturänderung. Damit müsste der Wärmetauscher extrem schnelle Solltemperaturänderungen ermöglichen, was aber für einen mit Kühlflüssigkeit betriebenen Wärmetauscher nicht praktikabel realisierbar ist. Abgesehen davon bringt eine bloße Leis- tungserhöhung hinsichtlich der Dynamik kaum etwas, da für eine Sollwertänderung nur die Leistungsdichte maßgeblich ist und nicht die absolute Leistung. Eine genaue und schnelle Temperaturregelung bei starken Durchflussschwankungen wäre damit mit einer Konditionierung mittels Wärmetauscher nicht möglich. Das gilt sowohl für gasförmige, als auch flüssige zu konditionierende Medien. Es ist daher eine erste Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ein Verfahren zum Regeln einer Konditioniereinheit der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die Temperatur eines gasförmigen oder flüssigen Mediums trotz starker Durchfluss- oder Druckschwanken des Mediums exakt eingestellt und konstant gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, bei dem die Konditioniereinheit geregelt wird, um eine vorgegebene Solltemperatur des gasförmigen Mediums einzuhalten, wobei eine Stellgröße zum Regeln der Konditioniereinheit aus einem Modellteil, der die für die Vor- wärmung des gasförmigen Mediums in der Konditioniereinheit benötigte Leistung berechnet, und einem Regelteil, der die mit dem Modellteil berechnete Leistung korrigiert, wobei ein Regelfehler aus Solltemperatur und Isttemperatur exponentiell in den Regelteil eingeht, zusammengesetzt wird. Mit dem Modellteil kann die für die Temperierung des gasförmigen Mediums benötigte Leistung grob berechnet werden. Für die genaue Regelung sorgt dann der Regelteil, der den Modellteil korrigiert. Durch die exponentielle Berücksichtigung des Regelfehlers im Regelteil wird die Wärmeausbreitung in der Konditioniereinheit approximiert, wodurch eine besonders genaue Regelung der Konditioniereinheit möglich wird.
Die Konditioniereinheit ist dabei erfindungsgemäß bevorzugt mit einem Grundkörper, in dem eine vom gasförmigen Medium durchströmte Medienleitung angeordnet ist, und mit einem Pufferspeicher zum Speichern von Wärme ausgeführt ist, wobei zwischen Grundkörper und Pufferspeicher eine Temperiereinheit angeordnet ist. Mit dieser Konditioniereinheit können schnelle Regeleingriffe realisiert werden, die für die schnelle, genaue und stabile Temperaturregelung in der Konditioniereinheit notwendig sind. Bei Gasmotoren kann der Durchfluss an gasförmigen Kraftstoff auch stark von der Last des Gasmotors abhängen. Das bedeutet wiederum, dass die Wärmetauscher in der US 2014/0123742 A1 oder der EP 1 729 100 A1 zum Temperieren das gasförmigen Kraftstoffes im Vorkreis und auch im Messkreis in der Lage sein müssten, mit solchen stark schwankenden Durchflüssen umzugehen. Die beschriebenen, trägen Wärmetauscher sind aber übli- cherweise nicht dafür geeignet, oder müssten entsprechend dimensioniert werden, was diese aber wiederum aufwendiger und teurer machen würde.
Abgesehen davon wäre eine Temperaturregelung für gasförmigen Kraftstoff mit solchen Wärmetauschern auch ungenau, insbesondere müsste man mit signifikantem Übertemperieren (Überhitzen oder Unterkühlen) nach einer Durchfluss oder Druckänderung rechnen. Des Weiteren sind die üblichen Anlagen für flüssige Kraftstoffe in der Regel nur bis 10 bar druckfest. Für gasförmige Kraftstoffe benötigt man aber für eine Vorwärmung bis zu 300bar Druckfestigkeit. Das schließt herkömmliche Anlagen für einen Großteil der Einsatzgebiete mit gasförmigen Kraftstoffen von vornherein aus.
Die bekannten Vorrichtungen zum exakten Messen eines Verbrauchs von flüssigen Kraftstoff eines Verbrennungsmotors sind daher für gasförmige Kraftstoffe eher nicht, oder nur bedingt, geeignet. Gasförmige Kraftstoffe benötigen daher einen anderen Ansatz, um den Verbrauch von gasförmigem Kraftstoff exakt und mit vertretbarem Aufwand messen zu können.
Bekannt sind Gas-Druckregelanlagen in Erdgasnetzen zur Druckreduzierung des hohen Transportdrucks auf einen benötigten Verbrauchsdruck, in denen auch eine Gasmengen- messung integriert sein kann. Solche Gas-Druckregelanlagen umfassen in der Regel einen eingangsseitigen Erdgasvorwärmer, oftmals in Form eines Wasserheizbades, durch die das Erdgas in Rohren durchgeführt wird, oder eines Wasser/Erdgas-Wärmetauschers. Mit dem Erdgasvorwärmer wird das Erdgas vor der Entspannung auf den Verbrauchsdruck erwärmt, um einer Abkühlung aufgrund des Joule-Thomson-Effekts auszugleichen. Solche Gas- Druckregelanlagen unterliegen allerdings weder einer hohen Anforderung an die Genauigkeit des Ausgangsdruckes, noch besonderen Anforderungen an die Ausgangstemperatur. Auch die Auswirkungen eines sich zeitlich langsam ändernden Durchflusses sind bei solchen Gas- Druckregelanlagen zu vernachlässigen. Schnelle, abrupte Durchflussänderungen kommen bei solchen Gas-Druckregelanlagen ohnehin nicht vor.
Die erforderliche Wärmeleistung für die Gasvorwärmung des zugelieferten gasförmigen Kraftstoffes zum Erreichen einer gewünschten Temperatur nach der Entspannung kann nach einer bekannten Formel berechnet werden und wird in solchen Gas-Druckregelanlagen verwendet, um den Erdgasvorwärmer zu regeln. Diese Formel könnte auch in einer Tempera- turregelung eines Wärmetauschers zum Temperieren des gasförmigen Kraftstoffes verwendet werden. Allerdings kann damit nur für relativ langsame Durchflussänderungen eine ausreichende Regelgenauigkeit erzielt werden. Für eine Gas-Druckregelanlage, in der sich der Durchfluss nur wenig, und wenn dann nur langsam, ändert, kann man damit das Auslangen finden. In einer Anwendung, in der sich der Durchfluss aber hochdynamisch (im Sinne von raschen und auch starken Durchflussänderungen) ändern kann, wie beispielsweise bei der Verbrauchsmessung einer Verbrennungskraftmaschine (wie z.B. ein Verbrennungsmotor oder eine Gasturbine), ist die erreichbare Genauigkeit der Temperaturregelung mit diesem bekannten Ansatz aber unzureichend.
Ähnliche Probleme beim exakten Messen eines Verbrauchs treten allgemein überall dort auf, wo einem Verbraucher zum Betrieb des Verbrauchers ein gasförmiges Medium zugeführt wird, wobei das gasförmige Medium unter einem Druck, der über dem Verbrauchsdruck im Verbrauchers liegt, vorliegt oder geliefert wird. Weitere Beispiele neben einer Verbrennungskraftmaschine, bei denen ähnliche Genauigkeitsanforderungen gestellt werden, ist eine Brennstoffzelle, die mit Wasserstoff versorgt wird, ein Raketentriebwerk oder ein Strahltrieb- werk.
Die Regelung des Druckes des gasförmigen Mediums ist dabei mit herkömmlichen geregelten Druckregeleinrichtungen verhältnismäßig einfach erreichbar. Die Regelung der Temperatur des Mediums ist dahingegen aufgrund der oben erwähnten Probleme erheblich schwieriger zu erreichen. Es ist daher eine weitere Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ein Verfahren zur Messung des Verbrauchs an gasförmigen Kraftstoff eines Verbrauchers anzugeben, die den gasförmigen Kraftstoff am Ausgang trotz hochdynamisch schwankender Durchflüsse und/oder Drücken mit möglichst konstanter Temperatur zur Verfügung stellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das gasförmige Medium entlang eines Gaspfades durch eine Verbrauchsmesseinrichtung strömt und dabei der Verbrauch mit einem Verbrauchssensor gemessen wird und das gasförmige Medium vor dem Verbrauchssensor mit der Konditioniereinheit temperiert wird und das gasförmige Medium zwischen der Konditioniereinheit und dem Verbrauchsensor druckentspannt wird, und die Konditionierein- heit gemäß dem erfindungsgemäßen Regelverfahren geregelt wird.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Konditioniereinheit ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüche und der Beschreibung der Erfindung.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
Fig.1 eine Flussschema einer erfindungsgemäßen Verbrauchsmesseinrichtung, Fig.2 die Verbrauchsmesseinrichtung in einer alternativen Ausgestaltung,
Fig.3 eine Konditioniereinheit,
Fig.4 eine Konditioniereinheit mit aktiver Kühlung im Pufferspeicher und
Fig.5 eine bevorzugte Ausgestaltung einer Verbrauchsmesseinrichtung.
Die Erfindung geht für die Verbrauchsmessung von einem ähnlichen Aufbau aus, wie aus einer Gas-Druckregelanlage bekannt, wie in Fig.1 dargestellt ist. Die Verbrauchsmesseinrichtung 1 entnimmt einer Medienversorgung 2 ein gasförmiges Medium. Die Medienversor- gung 2 kann beispielswiese eine Gasleitung oder ein Medienbehälter, wie z.B. eine Gasflasche, sein. Das gasförmige Medium wird der Medienversorgung 2 in der Regel mit einem nicht konstanten Eingangsdruck pe entnommen und durchströmt die Verbrauchsmesseinrichtung 1 entlang eines Gaspfades 17. Der Eingangsdruck pe kann dabei Drücke von bis zu 300bar und darüber annehmen. Das entnommene gasförmige Medium wird einer Konditio- niereinheit 3 im Gaspfad 17 zugeführt, in der das gasförmige Medium auf eine bestimmte Temperatur T-i erwärmt wird. Danach wird das erwärmte gasförmige Medium einer Druckregeleinheit 4 zugeführt, in der das gasförmige Medium auf einen Entspannungsdruck pred entspannt wird. Durch die Entspannung in der Druckregeleinheit 4 ändert sich auch die Temperatur des gasförmigen Mediums auf eine Entspannungstemperatur Tred. Bei Erdgas als gas- förmiges Medium kommt es durch den Joule-Thomson-Effekt zu einer Abkühlung des gasförmigen Mediums. Bei Wasserstoff, kann es durch die Entspannung sogar zu einer Erwärmung des gasförmigen Mediums kommen. Nach der Entspannung in der Druckregeleinheit 4 wird das gasförmige Medium einem Verbrauchssensor 5 zugeführt, z.B. einem Massenfluss- sensor oder einem Durchflusssensor, beispielsweise in Form eines bekannten Coriolis- Sensors. Das gasförmige Medium verlässt die Verbrauchsmesseinrichtung 1 mit einem Ausgangsdruck pa und einer Ausgangstemperatur Ta und wird einem Verbraucher 6 zugeführt, z.B. einem Verbrennungsmotor, einer Gasturbine oder einer Brennstoffzelle. Der Verbrauch an gasförmigem Medium durch den Verbraucher 6 wird damit durch den Verbrauchssensor 5 gemessen. Für eine genaue Messung ist eine hohe Temperaturstabilität und Druckstabilität erforderlich.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig.1 entspricht der Ausgangsdruck pa und die Ausgangstemperatur Ta im Wesentlichen dem Entspannungsdruck pred und der Entspannungstemperatur Tred nach der Druckregeleinheit 4. In einer alternativen Ausführung kann die Druckentspan- nung auch zweistufig (oder auch mehrstufig) ausgeführt sein, wie anhand von Fig.2 erläutert wird. Hier wird das gasförmige Medium vor dem Verbrauchssensor 5 auf einen Entspannungsdruck pred und eine Entspannungstemperatur Tred gebracht, mit der der Verbrauch gemessen wird. In Strömungsrichtung nach dem Verbrauchssensor 5 ist eine zweite Druckregeleinheit 7 angeordnet, die das gasförmige Medium auf den Ausgangsdruck pa entspannt, womit sich auch die Ausgangstemperatur Ta ergibt. Gewisse Verbrauchssensoren 5, wie z.B. vorzugsweise verwendete Coriolis-Sensoren, haben bei höheren Drücken und damit bei höheren Dichten des gasförmigen Mediums eine höhere Genauigkeit. Daher kann es vorteilhaft sein, zuerst nur auf einen Druck zu entspannen, der eine ausreichend hohe Messgenauigkeit ergibt und erst danach auf den benötigen niedrigeren Ausgangsdruck pa zu entspannen. Für eine genaue Verbrauchsmessung des gasförmigen Mediums durch den Verbraucher 6 ist der Ausgangsdruck pa und die Ausgangstemperatur Ta möglichst konstant zu halten. Der Ausgangsdruck pa und die Ausgangstemperatur Ta sind aber stark abhängig vom Eingangsdruck und der Eingangstemperatur Te, von der Zusammensetzung des entnommenen gasförmigen Mediums (aufgrund des Joule-Thomson-Effekts), sowie vom Durchfluss, der über die Zeit, aber auch in der Amplitude, stark variieren kann. Um diese Einflüsse ausregeln zu können, bedarf es einerseits eine Druckregelung des Ausgangsdruckes pa und insbesondere eine hochdynamische Temperaturregelung der Konditioniereinheit 3.
Die Druckregelung des Ausgangsdruckes pa kann mit herkömmlichen Druckregeleinheiten 4, 7, z.B. in Form von einstellbaren Druckregelventilen, mit ausreichender Genauigkeit erfolgen. Der Ausgangsdruck pa wird daher bevorzugt in einer übergeordneten Druckregelschleife geregelt werden. Dazu kann am Ausgang der Verbrauchsmesseinrichtung 1 ein Drucksensor 8 vorgesehen sein, der den Ausgangsdruck pa erfasst und einer Regelungseinheit 10, vorzugsweise in digitaler Form, zuführt. Die Regelungseinheit 10 steuert die erste Druckregeleinheit 4 (Fig.1 ), bzw. die erste und/oder die zweite Druckregeleinheit 4, 7 (Fig.2), an, um den gewünschten bzw. vorgegebenen Ausgangsdruck pa einzustellen. Im Ausführungsbei- 5 spiel nach der Fig.2 ist die erste Druckregeleinheit 4 beispielsweise auf einen konstanten Entspannungsdruck pred eingestellt und der Ausgangsdruck pa wird nur über die zweite Druckregeleinheit 7 geregelt.
Für die Regelung der Temperatur kann die Ausgangstemperatur Ta mit einem Temperatursensor 9 erfasst und der Regelungseinheit 10, vorzugsweise in digitaler Form, zugeführt 10 werden. Hier ist anzumerken, dass die Erfindung im nachfolgenden anhand der Messung der Ausgangstemperatur Ta beschrieben wird, aber im Prinzip die Temperatur an jeder beliebigen Stelle der Verbrauchsmesseinrichtung 1 herangezogen werden könnte. Insbesondere könnte anstatt der Ausgangstemperatur Ta gleichermaßen auch die Entspannungstemperatur Tred, die Temperatur T-i nach der Konditioniereinheit 3 oder die Temperatur Ts im Verl s brauchssensor 5 verwendet werden. Die Regelungseinheit 10 errechnet aus der gemessenen Temperatur, z.B. Ausgangstemperatur Ta, Temperatur T-i nach der Konditioniereinheit 3, Entspannungstemperatur Tred oder Temperatur Ts im Verbrauchssensor 5, eine Stellgröße Y für die Konditioniereinheit 3, mit der die Konditioniereinheit 3 angesteuert wird. Dazu kann der Regelungseinheit 10 auch noch der aktuelle Durchfluss V , der vom Verbrauchssensor 5 20 gemessen wird, zugeführt werden.
Die gewünschte Ausgangstemperatur Ta wird damit durch Regelung der Konditioniereinheit 3 in Abhängigkeit vom aktuellen Durchfluss V , und auch in Abhängigkeit vom aktuellen Ausgangsdruck pa, geregelt. Um eine genaue Temperaturregelung der Ausgangstemperatur Ta bei hochdynamisch schwankenden Durchfluss V zu ermöglichen, ist eine spezielle Konditi- 25 oniereinheit 3 vorgesehen, die mit einem speziellen Regelungsverfahren kombiniert wird.
Die Konditioniereinheit 3, wie in Fig.3 stark vereinfacht dargestellt, ist mit einem Grundkörper 20 ausgeführt, durch den eine Medienleitung 22 durchgeführt ist, durch die das zu konditio- nierende gasförmige Medium durchströmt. Am Grundkörper 20 ist eine Temperiereinheit 23 angeordnet, an der wiederum ein Pufferspeicher 21 zum Speichern von Wärme angeordnet
30 ist. Der Grundkörper 20 liegt nicht direkt am Pufferspeicher 21 an, sondern ist durch die Temperiereinheit 23 thermisch davon getrennt. Der Pufferspeicher 21 ist vorzugsweise als Kühlkörper mit einer gewissen Speichermasse ausgeführt. Damit ist der Kühlkörper nicht auf maximale Wärmeabfuhr ausgelegt, wie an sich bei Kühlkörpern üblich, sondern der Kühlkörper soll einen gewissen Teil der abzuführenden Wärme zumindest für eine gewisse Zeit-
35 spanne speichern. Die Temperiereinheit 23 dient dazu, den Grundkörper 20 und damit das durchströmende Medium zu temperieren. Hierzu ist die Temperiereinheit 23 in der Lage, den Grundkörper 20 zu erwärmen und abzukühlen.
Die Temperiereinheit 23 ist vorteilhafterweise als zumindest ein thermoelektrisches Modul (Peltierelement), vorzugsweise eine Anzahl von thermoelektrischen Modulen, ausgeführt. Ein thermoelektrisches Modul ist bekanntermaßen ein Halbleiterelement, das zwischen einer ersten Heizfläche 24 und einer zweiten Heizfläche 25 angeordnet ist. Je nach Polarität der dem Halbleiterelement zugeführten elektrischen Versorgungsspannung ist entweder die erste Heizfläche 24 wärmer als die zweite Heizfläche 25, oder umgekehrt. Damit kann mit einem solchen thermoelektrischen Modul je nach Polarität der Versorgungsspannung der Grund- körper 20 sowohl geheizt, als auch gekühlt werden. Nachdem der Aufbau und die Funktion solcher thermoelektrischen Module hinreichend bekannt sind und solche thermoelektrischen Module kommerziell in verschiedenen Leistungsklassen erhältlich sind, wird hier nicht näher darauf eingegangen.
Wird an ein thermoelektrisches Modul eine elektrische Versorgungsspannung angelegt, so wird bekanntermaßen eine der Heizflächen 24, 25 des thermoelektrischen Moduls abgekühlt, während sich gleichzeitig die gegenüberliegende Heizfläche erwärmt. Die maximale Tempe- raturspreizung zwischen den beiden Heizflächen 24, 25 hängt von der Betriebstemperatur (Temperatur an der wärmeren Heizfläche) des thermoelektrischen Moduls ab. Je höher die Betriebstemperatur, desto höher ist die maximale erreichbare Temperaturspreizung zwi- sehen kalter und heißer Heizfläche. Dadurch können mit verfügbaren thermoelektrischen Modulen Temperaturen von bis zu 200°C an der heißen Heizfläche erreicht werden, wobei die kalte Heizfläche 100°C nicht überschreitet. Durch einfaches Umpolen der Versorgungsspannung kann schnell zwischen Kühlen und Erwärmen umgeschaltet werden. Nachdem das durch die Konditioniereinheit 3 strömende gasförmige Medium temperiert werden soll, bedeutet Erwärmen, dass die am Grundkörper 20 anliegende Heizfläche 24 heißer ist, als die gegenüberliegende Heizfläche 25. Abkühlen bedeutet demnach, dass die Heizfläche 25 die heißere Heizfläche ist und die am Grundkörper anliegende Heizfläche 24 die kühlere.
Für die Temperierung des gasförmigen Mediums muss aber nicht unbedingt die Polarität der Versorgungsspannung geändert werden, wenn die Temperatur des gasförmigen Mediums abgesenkt oder erhöht werden soll. Dafür kann auch die Temperaturspreizung zwischen den Heizflächen 24, 25 genutzt werden. Kleinere Regeleingriffe können damit über die Temperaturspreizung erfolgen, während große Regeleingriffe vorzugsweise durch Umpolen der Versorgungsspannung des thermoelektrischen Moduls erfolgen.
Die Regelung über die Temperaturspreizung wird unterstützt, indem der Pufferspeicher 21 im Heizbetrieb, also wenn das Medium in der Medienleitung 22 erwärmt werden soll, als Wärmespeicher verwendet wird. Bei konstanter Spannungsversorgung der thermoelektrischen Module, stellt sich an den thermoelektrischen Modulen eine stabile Temperaturspreizung ein. Sobald nun weniger thermische Energie bzw. Wärme zum Temperieren des Mediums benötigt wird, wird die Versorgungsspannung an den thermoelektrischen Modulen redu- ziert, womit auch die Temperaturspreizung geringer wird. Damit sinkt die Temperatur an der am Grundkörper 20 anliegenden Heizfläche 24 des thermoelektrischen Moduls. Gleichzeitig steigt die Temperatur an der gegenüberliegenden Heizfläche 25. Es entsteht damit ein Temperaturgradient zwischen der Heizfläche 25 und dem daran anliegenden Pufferspeicher 21 , wodurch Wärme in den Pufferspeicher 21 fließt (angedeutet durch den Wärmefluss Q ) und dort aufgrund der thermischen Speichermasse nicht sofort an die Umgebung abgeführt wird, sondern (zumindest für eine begrenzte Zeit) zwischengespeichert wird. Diese zwischengespeicherte Wärme steht der Temperaturregelung als Unterstützung zur Verfügung, wenn wieder mehr thermische Energie zum Temperieren des Mediums benötigt wird. In diesem Fall würde die Versorgungsspannung wieder angehoben werden, womit die Temperatur- spreizung an den thermoelektrischen Modulen wieder ansteigt. Damit sinkt die Temperatur an der Heizfläche 25, an der der Pufferspeicher 21 anliegt, gegenüber der Temperatur des Pufferspeichers 21 ab. Dadurch entsteht ein umgekehrter Temperaturgradient, der dazu führt, dass die im Pufferspeicher 21 gespeicherte thermische Energie in den Grundkörper 20 fließt (angedeutet durch den Wärmefluss Q ) und somit die thermoelektrischen Module beim Temperieren des Mediums unterstützt. Damit kann auf schnelle Lastwechsel bzw. Temperaturänderungen sehr schnell und präzise reagiert werden und ein typisches Übertemperieren kann weitestgehend vermieden werden. Hierzu ist es vorteilhaft, die thermische Speichermasse des Pufferspeichers 21 an die thermische Speichermasse von Grundkörper 2 und darin angeordneter Medienleitung 6 anzupassen, um diesen Effekt bestmöglich auszunut- zen.
Obwohl die Konditioniereinheit 3 oben anhand eines thermoelektrischen Moduls als Temperiereinheit 23 beschrieben ist, sind natürlich auch andere Ausgestaltungen einer Temperiereinheit 23 denkbar. Die Temperiereinheit 23 muss dazu lediglich in der Lage sein, die Temperaturspreizung zwischen den Heizflächen 24, 25 zu verändern. Physikalisch betrachtet, entspricht die Funktionsweise eines thermoelektrischen Moduls einer Wärmepumpe, die thermische Energie aus einem Bereich mit niedrigerer Temperatur aufnimmt und auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur überträgt. Das Umpolen der Versorgungsspannung entspricht das Vorsehen von zwei Wärmepumpen, die entgegengesetzt betrieben werden. Damit kommt als Temperiereinheit 23 im Prinzip jede Gerätschaft in Frage, die sich unter den Begriff einer Wärmepumpe einordnen lässt. Um diesen Vorteil der Konditioniereinheit 3 auch regelungstechnisch ausnutzen zu können, was eine Voraussetzung für eine schnelle und genaue Regelung darstellt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der beschriebene Wärmefluss Q zwischen dem Pufferspeicher 21 und dem Grundkörper 20, durch den das Medium fließt, in der Regelung berücksichtigt wird. Dazu wird ein Regler entworfen, der aus einer Solltemperaturvorgabe Tson, eine Stellgröße Y für die Konditioniereinheit 3 ermittelt. Die Konditioniereinheit 3 wird mit der Stellgröße Y angesteuert und sorgt für eine stabile und konstante Temperatur des Mediums.
Die Stellgröße Y wird aus einem Modellteil A und einem Regelteil R zusammengesetzt, also Y = A + R. Der Modellanteil A modelliert die Konditioniereinheit 3 und dient dazu, bestmöglich die für die Temperierung des Mediums in der Konditioniereinheit 3 benötigte Energie bzw. Leistung Pv zu berechnen und für die Regelung in eine Stellgröße umzuwandeln. Die für die Konditionierung eines gasförmigen Mediums benötigte Leistung PG, um nach einer Druckentspannung eine Solltemperatur Tson zu erreichen kann anhand des bekannten formelmäßigen Zusammenhanges
Figure imgf000013_0001
berechnet werden. Ohne Joule-Thomson Effekt reduziert sich die Leistung PG auf die Leistung, die zur Temperierung (Heizen oder Kühlen) des Mediums benötigt wird. Dabei wird der aktuelle Durchfluss V vom Verbrauchssensor 5 gemessen und zur Verfügung gestellt. Die spezifische Wärmekapazität HG des Mediums ist eine Konstante und bekannt. Die Eingangs- temperatur Te kann mit einem geeigneten Temperatursensor 1 1 , z.B. ein PT100 Sensor, gemessen werden. Die Druckdifferenz ApG gibt die Druckentspannung vom Eingangsdruck pe auf den Entspannungsdruck pred, die beide mittels geeigneter Drucksensoren 8, 12 gemessen werden können, an, also ApG = (pe - pred)- Bei einer Ausführung nach Fig.2 kann der Entspannungsdruck pred auch bekannt sein. Mit μ Τ wird der bekannte Joule-Thomson Koeffi- zient des gasförmigen Mediums bezeichnet. Für ein flüssiges Medium ist der Joule-Thomson Koeffizient auf Null zu setzen.
Optional kann auch noch eine Verlustleistung PL in der Konditioniereinheit 3 berücksichtigt werden. Für eine sehr genaue und schnelle Regelung sollte die Verlustleistung PL Berücksichtigung finden. Die Verlustleistung PL kann beispielsweise als die an die Umgebung mit der Umgebungstemperatur Tamb der Konditioniereinheit 3 abgegebene Wärme modelliert werden. Die Umgebungstemperatur Tamb kann wieder mittels eines geeigneten Temperatursensors 13, z.B. ein PT100 Sensor, gemessen werden. Mit einer aus der konkreten Ausfüh- rung der Konditioniereinheit 3 gewonnenen und als bekannt vorausgesetzten empirischen Konstanten kPL kann die Verlustleistung PL dann gemäß der Formel kJ
hot
h berechnet werden. Die für die Temperierung in der Konditioniereinheit 3 benötigte Leistung Pv ergibt sich dann aus Pv = PG [+PL] , die als Modellanteil A verwendet werden kann. Um daraus eine einfach zu verarbeitende Stellgröße für die Regelung zu ermitteln, kann die benötigte Leistung Pv auch in Relation zur in der Konditioniereinheit 3 maximal verfügbaren Leistung Pv,max gesetzt p
werden, also Modellanteil A =—— . Der Modellanteil A ist damit ein Parameter im Bereich p V,max
von [0, 1] bzw. [-1 , 1] wenn in der Konditioniereinheit 3 auch zwischen Heizen und Kühlen umgeschaltet werden kann.
In einer konkreten Ausgestaltung der Konditioniereinheit 3 mit einem thermoelektrischen Modul als Temperiereinheit 23 kann die benötigte Leistung Pv auch in eine Versorgungsspannung Uv, die an die thermoelektrischen Module anzulegen ist, umgerechnet werden. Mit einem ohmschen Widerstand RCu der thermoelektrischen Module in der Konditioniereinheit 3 kann die Versorgungsspannung Uv aus dem bekannten Zusammenhang Uv = ]Pv · Rcu berechnet werden. Analog zu oben kann der Modellanteil A mit einer maximal möglichen
Versorgungsspannung Uv,max als A = ^v berechnet werden.
^~^V,max
Der ohmsche Widerstand RCu eines thermoelektrischen Moduls ist in der Regel aber nicht bekannt und zusätzlich noch temperaturabhängig. Um den ohmschen Widerstand RCu bestimmen zu können, wurde aus Versuchen der empirische Zusammenhang
Ώ - Ώ i Ρ-Ουΐ50 ~ P-CU20 f y f.\
Kcu - Kcu2o + i5o _20 ^ _ ' ermittelt, aus dem der ohmsche Widerstand RCu bei Kenntnis der Isttemperatur Tist (die einfach gemessen werden kann) der thermoelektrischen Module berechnet werden kann. Darin sind Rcu2o und Rcu-iso empirische Konstanten, die den ohmschen Widerstand RCu des thermoelektrischen Moduls bei einer Temperatur von 20°C und 150° angeben. Der Regelanteil R der Stellgröße Y dient zum hochdynamischen, genauen Regeln der Ausgangstemperatur Ta (oder einer anderen Temperatur wie oben erwähnt) unter Ausnutzung der im Pufferspeicher 21 verfügbaren Wärmemenge. Nachdem mit dem Modellteil A die benötige Leistung Pv zur Temperierung, um die Solltemperatur Tson zu erreichen, bereits grob geregelt wird, muss der Regelanteil R nur mehr kleine Korrekturen der Stellgröße Y vornehmen, um das gewünschte genaue Regelverhalten zu erreichen.
Wie oben ausgeführt, spielt in der erfindungsgemäßen Konditioniereinheit 3 der Wärmefluss Q zwischen Grundkörper 20 und Pufferspeicher 21 eine entscheidende Rolle. Um diesen
Wärmefluss Q in der Regelung zu berücksichtigen, geht der Regelfehler F nicht linear in den Regelteil R ein, sondern exponentiell, also R = f(eF). Der Grund dafür liegt in der Lösung der Wärmeleitungsgleichung, die ebenfalls eine exponentielle Komponente enthält. Die Regelabweichung F ist in der vorliegenden Ausgestaltung die Differenz zwischen der Solltemperatur Tsoii und der Isttemperatur Tist.
Hierzu ist anzumerken, dass sich sowohl die Solltemperatur Tson als auch die Isttemperatur Tist auf die Temperatur bezieht, die geregelt werden soll, also z.B. Ausgangstemperatur Ta, Temperatur T-i nach der Konditioniereinheit 3, Entspannungstemperatur Tred oder Temperatur Ts im Verbrauchssensor 5. Es ist aber durchaus möglich, die Solltemperatur Tson und die Isttemperatur Tist im Modellteil A und im Regelteil R auf verschiedene Temperaturen zu beziehen, also z.B. die Temperatur Ts im Verbrauchssensor 5 im Modellteil A und die Ausgangstemperatur Ta im Regelteil R.
Für den Regelteil R kann ein klassischer regelungstechnischer Ansatz gewählt werden, in dem der Regelteil R zur Ausbildung eines Pl-Reglers aus einem Proportionalteil YP und einem Integralteil Y| zusammengesetzt wird, also R = YP + Y|. Im Folgenden wird eine mögliche konkrete Ausgestaltung des Regelteils R, bzw. des Proportionalteils YP und des Integral- teils Y|, beschrieben.
Ein herkömmlicher Proportionalregler besteht aus einem Verstärkungsfaktor KP, der den Regelfehler F gewichtet, also KP-F. Ein herkömmlicher Integralregler besteht aus einem Verstärkungsfaktor K|, der den Regelfehler F in Abhängigkeit von der Zeit t gewichtet, also K F-t, mit dem Verstärkungsfaktor K| als Kehrwert der Nachstellzeit Tn. In den Proportionalteil YP und den Integralteil Y| des erfindungsgemäßen Reglers geht der Regelfehler F als exponentielle Funktionen fP(eF) bzw. f|(eF) des Regelfehlers F ein. Damit ergibt sich der Proportionalteil YP im einfachsten Fall zu YP = KP ■ fP(eF) und der Integralteil Y| im einfachsten Fall zu Y| = K| ■ f|(eF) ■ t. Für einen zeitdiskreten Regler mit einer Abtastzeit At (z.B. vom 10ms) kann der Integralregler auch in der Form Y|(n) = Υι(η-1 ) + ΔΥ|, mit ΔΥ| = K| ■ fi(eF) ■ At angeschrieben werden. Durch Verwendung der Exponentialfunktion des Regelfehlers F wird die Wärmeausbreitung in der Konditioniereinheit 3 approximiert.
Wie oben beschrieben, wird die in die Konditioniereinheit 3 zugeführte Energie, zum einen zum Aufheizen des gasförmigen Mediums genutzt und sorgt zum anderen auch für eine Er- wärmung der gesamten Konditioniereinheit 3. Bei gleicher Energiezufuhr geht damit das Erhöhen der Temperatur des gasförmigen Mediums langsamer, als das Absenken der Temperatur des gasförmigen Mediums. Das Erhöhen der Temperatur wird, wie oben beschrieben, durch die im Pufferspeicher 21 gespeicherte Wärme unterstützt, sodass dieser Effekt dadurch schon abgeschwächt wird. Um diese unsymmetrische Charakteristik der Konditioniereinheit 3 auszugleichen, können der Proportionalteil YP und der Integralteil Y| auch mit einer geeigneten Korrekturfunktion Ypowercor korrigiert werden, was einen korrigierten Proportionalteil YpCOr und einen korrigierten Integralteil Y|Cor ergibt:
Ypcor H (Tso11 Tj^ - Yp - Yj P owerCor + H (Tist - Ts soll ) ·
Y, PowerCor YICOr = H (Tsoll - Tist ) - YI . YI PowerCor + H (Tist - Ts soll ) Y
P owerCor
Darin ist H(x) die bekannte Heaviside Funktion, die die reellen Zahlen auf die Menge {0, 1 } abbildet, mit H(x) = 0 für x < 0 und H(x) = 1 für x > 0. D.h., dass durch die Korrektur die Proportionalteil Yp und der Integralteil Y| verstärkt wird, wenn Tson > Tist, wenn also die Temperatur des gasförmigen Mediums erhöht werden soll. Der Proportionalteil YP und der Integralteil Y| werden abgeschwächt, wenn Tist > Tson, wenn also die Temperatur des gasförmigen Mediums abgesenkt werden soll. Als Korrekturfunktion YpOWercor kann beispielsweise γ
PowerCor ^ | ^| verwendet werden, mit dem oben beschriebenen Modellteil A. Damit wäre die Korrektur umso stärker, je stärker der Regeleingriff ist, also je größer der Modellteil A ist. Diese Ausprä- gung der Korrekturfunktion YpOWercor setzt natürlich voraus, dass der Modellteil A auf den Bereich [0, 1] bzw. [-1 , 1 ] normiert wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ergibt sich der Proportionalteil YP aus dem formelmäßigen Zusammenhang YP = + H ( soll - T -""i.st V /
Figure imgf000017_0001
-H (T. " Tsou ) "
K
Die exponentielle Funktion f|(e ) im Integralteils Y| ergibt sich in einer bevorzugten Ausgestaltung aus dem formelmäßigen Zusammenhang
Figure imgf000017_0002
Hier ist anzumerken, dass der Einfachheit halber auch im Integralteil Y| der Verstärkungsfaktor KP des Proportionalreglers verwendet wird, was aber natürlich nicht notwendig ist. Stattdessen kann natürlich auch ein eigener Verstärkungsfaktor K| des Integralreglers verwendet werden.
Für den zeitdiskreten Fall kann der Integralteil Y| dann wieder als Y|(n) = Υι(η-1 ) + ΔΥ|, mit ΔΥ| = K|■ f|(eF)■ At angeschrieben werden.
Darin ist H(x) wieder die Heaviside Funktion und sign die Signum Funktion, die die reellen Zahlen auf die Menge {-1 , 0, 1 } abbildet, mit sign(x) = -1 für x < 0, sign(x) = 0 für x = 0 und sign(x) = 1 für x > 0. Der Parameter σ ist definiert als σ = Τρ ·
Figure imgf000017_0003
p=0,318366. Die Funktion f|(eF) für den Integralteil Y| wurde so gewählt, dass sie über den gesamten Bereich stetig ist und einen exponentiellen Verlauf aufweist. Um das zu ermöglichen wurde die Funktion in zwei Teile zerlegt. Einen ersten Teil der bei großen Regelfehlern einen logarithmischen Verlauf aufweist. Sowie einen zweiten Teil, der bei kleineren Regelfehlern F einen exponentiellen Verlauf aufweist. Der Übergang zwischen dem ersten und den zweiten Teil erfolgt an dem Punkt p, an dem die Steigungen der beiden Teile identisch sind, um eine stetige Funktion zu erreichen.
Die Stellgröße Y, die vom Regler ermittelt wird, ergibt sich demnach zu Y = A + R = A + YP + Yi. Hier ist anzumerken, dass die Verwendung von Proportionalteil YP und Integralteil Y| bevorzugt aber nicht zwingend ist. Es kann auch nur der Proportionalteil YP oder nur der Integralteil Y| verwendet werden. Weiters kann in der Stellgröße Y auch noch ein Dämpfungsfaktor YDf berücksichtigt werden. Der Dämpfungsfaktor YDf kann einen ersten Dämpfungsfaktor YDfi (beispielsweise ein empirischer Wert) umfassen, um ein Überhitzen der Konditionierein- heit 3 zu verhindern. Weiters kann der Dämpfungsfaktor YDf auch einen zweiten Dämpfungsfaktor YDf2 umfassen, mit dem auch ein Sollwertüberschwingen gedämpft werden kann, z.B. nach dem Prinzip der Maximalwertdämpfung. Der Dämpfungsfaktor YDf ergibt sich dann zu Yüf = YDO ■ Yüf2- Beide Dämpfungsfaktoren sind optional und unabhängig voneinander verwendbar. Bei Verwendung eines Dämpfungsfaktor YDf ergibt sich die berechnete Stellgröße Y zu
Y = (A + R)-YDf = (A + Yp + YI ) -YDf .
Mit diesem Regler, in Kombination mit der speziell ausgeführten Konditioniereinheit 3, kann die gewünschte Temperatur hochgenau geregelt werden und es kann eine hohe Temperaturstabilität erreicht werden, die bei dynamischen Durchflüssen des Mediums Voraussetzung für eine genaue Bestimmung der Verbrauchswerte (Massendurchfluss, Volumendurchfluss) ist.
An dieser Stelle ist anzumerken, dass die oben beschriebene Regelung unabhängig von einer konkreten Anwendung ist. Obwohl die Regelung in Zusammenhang mit einer Verbrauchsmessung eines gasförmigen Mediums beschrieben ist, kann die Konditioniereinheit 3 ganz allgemein auf die beschrieben Art und Weise geregelt werden und ist damit auch für andere Anwendungen, in denen ein Medium temperiert werden soll und insbesondere auch für flüssige Medien, geeignet. Das ist vor allem auch deshalb möglich, weil auf eine beliebige Temperatur, also auch auf die die Temperatur T-i nach der Konditioniereinheit 3 geregelt werden kann.
Mit diesem Regler ist es aber auch möglich, Temperaturverläufen oder Temperaturkennlinien der Solltemperatur Tson, auch in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck pa oder Eingangsdruck pe und auch in Abhängigkeit vom Durchfluss V , nachzufahren. Auch Abhängigkeiten des Aus- gangsdruckes pa vom Durchfluss V könnten imitiert werden, z.B. mittels einer entsprechenden Kennlinie. Wenn der Durchfluss V vom Ausgangsdruck pa oder Eingangsdruck pe abhängig ist, könnte vom Regler über die Druckregelung auch ein gewünschter Durchfluss V eingestellt werden. Damit ist es mit diesem Regler möglich, einen originalen Aufbau, so wie er z.B. in einem Fahrzeug eingesetzt wird, und auch eine Fahrt mit einem Fahrzeug zu simu- lieren.
An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass als Solltemperatur Tson eine beliebige Temperatur in der Verbrauchsmesseinrichtung 1 , aber auch eine Temperatur außerhalb der Verbrauchsmesseinrichtung 1 verwendet werden kann. Bevorzugt wird aber die Aus- gangstemperatur Ta als Solltemperatur TsoN geregelt. Ebenso kann der Ausgangsdruck pa in der Verbrauchsmesseinrichtung 1 gemessen werden, oder aber außerhalb, beispielsweise nahe an einem Verbraucher 6.
Die beschriebene Regelung eignet sich sowohl für die Regelung durch Ausnutzen der Tem- peraturspreizung, als auch für die Regelung mit Wechsel zwischen Heizen und Kühlen. Bei Verwenden von thermoelektrischen Modulen als Temperiereinheit 23 wird die Versorgungsspannung umgepolt, wenn die Stellgröße Y das Vorzeichen ändert. Die Stellgröße Y wird bevorzugt auf den Bereich [-1 , 1] normiert wie oben beschrieben.
Im Falle von Wasserstoff als gasförmiges Medium kommt es durch die Druckentspannung in der Druckregeleinheit 4 zu einer Erwärmung. In diesem Fall kommt es auf die Eingangstemperatur Te an, ob mit der Konditioniereinheit 3 gekühlt oder erwärmt wird. Gleiches gilt im Wesentlichen für flüssige Medien.
Um das Kühlen zu unterstützen, kann im Pufferspeicher 21 der Konditioniereinheit 3 auch eine zusätzliche Kühleinrichtung 26 vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer von ei- nem Kühlmedium durchflossenen Kühlleitung 27. Die Regelung kann dann um eine Regelung der Kühleinrichtung 26 erweitert werden, mit der die aktive Kühlung durch die Kühleinrichtung 26 berücksichtigt wird. Diese Regelung regelt dann die Kühleinrichtung 26 indem beispielsweise der Durchfluss VK (beispielsweise über ein Stellventil oder über den Druck) und/oder die Temperatur TK des Kühlmediums variiert wird. Dazu wird in der Regelung eine Stellgröße Yc ermittelt, mit der die Kühleinrichtung 26 angesteuert wird.
Die Regelung der aktiven Kühlung soll dabei vorzugsweise bestimmte Eigenschaften aufweisen. Die aktive Kühlung mittels Kühleinrichtung 26 soll die Grundlast übernehmen und die Temperiereinheit 28 soll dem hochdynamischen Ausregeln von Störungen dienen. Dabei ist es aber anzustreben, dass die Temperiereinheit 28 immer einen Teil der Kühllast trägt, um zu vermeiden, dass die Temperiereinheit 28 um den Nullpunkt betrieben werden muss, was ein ständiges Wechseln zwischen Kühlen und Heizen bedingen könnte. Bei Peltierelementen als Temperiereinheit 28 würde das ein ständiges Umpolen bedeuten, was die Peltierelemen- te auch dauerhaft schädigen kann. Abgesehen davon würde man durch den Betrieb um den Nullpunkt auch den Vorteil des Pufferspeichers für die Regelung der Konditioniereinheit 3 verlieren. Nicht zuletzt soll die Regelung der aktiven Kühlung auch möglichst entkoppelt von der Regelung der Konditioniereinheit 3 sein, um diese Regelung nicht negativ zu beeinflussen.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird ein Regler entworfen, in dem eine Temperaturdifferenz ΔΤΚ exponentiell eingeht. Die Temperaturdifferenz ΔΤΚ, auf die geregelt wird, ist dabei als Differenz zwischen einer Temperatur TTE der Temperiereinheit 28 (die gemessen werden kann), vorzugsweise an der Seite des Pufferspeichers 21 (Heizfläche 25), und der Isttemperatur TK des Kühlmediums definiert. Um den Betrieb der Temperiereinheit 28 um den Nullpunkt zu vermeiden kann auch ein vorgegebenes Totband Ttotb definiert werden, mit der die Temperatur TTE der Temperiereinheit 28 korrigiert wird. Damit ergibt sich eine korrigierte Temperatur TKH der Temperiereinheit 28 zu TKH = TTE - TTotb und die Temperaturdifferenz ΔΤΚ zu ΔΤΚ = TKH - T«. Damit kann ein P-Regler entworfen werden, der eine Stellgröße YCp für die Kühleinrichtung 26 wie folgt ermittelt.
Figure imgf000020_0001
Darin bezeichnet H wieder die Heaviside Funktion und Y die Stellgröße aus der Regelung der Konditioniereinheit 3. KCP ist ein Verstärkungsfaktor des P-Reglers.
Um die Entkopplung zwischen der Regelung der Konditioniereinheit 3 und der Regelung der Kühleinrichtung 26 sicher zu stellen, sollte die Reaktionszeit in der Regelung der Kühleinrichtung 26 langsamer sein, als die Reaktionszeit in der Regelung der Konditioniereinheit 3. Um der Regelung der Kühleinrichtung 26 eine definierte Verzögerungszeit zu geben, kann ein Filter G eingesetzt werden. Der Filter G bekommt als Eingangssignal die Stellgröße YCp für die Kühleinrichtung 26 und berechnet eine gefilterte Stellgröße YCPF, die dann als eigentliche Stellgröße für die Kühleinrichtung 26 verwendet wird, also YCPF = G(YCp).
Hierzu können verschiedene bekannte Filter G eingesetzt werden. Als vorteilhaft hat sich in diesem Zusammenhang ein aus der Bildverarbeitung bekannter Gauß-Filter erwiesen, da ein solcher Filter bekanntermaßen kein Überschwingen und maximale Anstiegszeiten aufweist. Außerdem werden dadurch alle oberhalb einer Grenzfrequenz liegenden Frequenzen gedämpft. Ein solcher Gauß-Filter ist hinlänglich bekannt, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird. Ebenso ist es bekannt, dass die einem Gauß-Filter zugrunde liegenden Be- rechnungen komplex und rechenaufwendig sind, was für eine Regelungsanwendung nachteilig ist. Aber auch dazu sind Lösungsansätze aus dem Stand der Technik bekannt, um die Rechenzeiten zu minimieren. Hier kommen sogenannte diskrete Gauß-Kerne oder abgetastete Gauß-Kerne in Frage.
Die Ausführung mit der aktiven Kühlung im Pufferspeicher ist vor allem für flüssige, aber durchaus für gasförmige, Medien interessant. Damit erhält man für die Konditioniereinheit 3 einen großen Regelbereich, mit Peltierlementen als Temperiereinheit 28 beispielswiese -40 bis 150°C. Dabei kann die Konditioniereinheit 3 über den ganzen Regelbereich die geforder- te Leistung bringen und die Temperatur trotzdem noch hochdynamisch und immer extrem genau regeln.
Anhand Fig.5 wird eine bevorzugte Ausführung der Verbrauchsmesseinrichtung 1 für gasförmiges Medium beschrieben. Das gasförmige Medium, mit einem Eingangsdruck pe, wird einer Medienversorgung 2 entnommen und über eine Eingangsleitung 14 und einen Ein- gangsanschluss 15 der Verbrauchsmesseinrichtung 1 zugeführt. Eingangsseitig, entweder außerhalb oder in der Verbrauchsmesseinrichtung 1 , kann noch ein Gasfilter 30 angeordnet sein. Das gasförmige Medium wird in einer Konditioniereinheit 3 temperiert und in einer anschließenden Druckregeleinheit 4 auf einen gewünschten Entspannungsdruck pred entspannt. Das entspannte gasförmige Medium durchströmt dann den Verbrauchssensor 5, in dem der Verbrauch (Massenstrom, Volumenstrom) gemessen wird. Nach dem Verbrauchssensor 5 ist die zweite Druckregeleinheit 7 angeordnet, mit der der gewünschte Ausgangsdruck pa eingestellt wird. Über einen Ausgangsanschluss 16 kann das konditionierte gasförmige Medium entnommen werden und z.B. einem Verbraucher 6 zugeführt werden. Alle nachfolgend beschriebenen Funktionen und Komponenten werden von einer Steuereinheit 40, in der auch die Regelungseinheit 10 implementiert ist, gesteuert bzw. angesteuert. Auch die verbauten Sensoren liefern ihre Messwerte an die Steuereinheit. Aufgrund der Übersichtlichkeit wurden dafür notwendige Steuerleitung und Messleitungen in Fig.4 nicht eingezeichnet.
Als Verbrauchssensor 5 sind hier zwei, oder mehrere, hintereinander geschaltete Coriolis- Sensoren 31 , 32 vorgesehen. Die beiden Coriolis-Sensoren 31 , 32 haben unterschiedliche Messbereiche. Damit kann je nach Verbrauch zur Messung auf den optimalen (im Sinne von Messgenauigkeit) Coriolis-Sensor 31 , 32 geschaltet werden. Das erfolgt hier über ein By- pass-Schaltventil 33, das in einer Bypassleitung 34 um den zweiten Coriolis-Sensor 32 angeordnet ist. Das Schaltventil 33 wird hier über Druckluft betätigt. Dazu ist ein Druckluft- Ventilblock 35 vorgesehen, der über einen Druckluftanschluss 36 mit einer externen Druckluftversorgung verbunden ist. Der zweite Coriolis-Sensor 32 kann damit durch Betätigen des Bypass-Schaltventils 33 zugeschaltet oder weggeschaltet werden. Werden beide Coriolis- Sensoren 31 , 32 durchströmt erlaubt das in überschneidenden Messbereichen eine Plausibilisierung des Messergebnisses, was zur Selbstkontrolle genutzt werden kann.
In der Verbrauchsmesseinrichtung 1 ist weiters eine Überströmleitung 37 vorgesehen, die mit einem Überströmanschluss 38 verbunden ist. Die Überströmleitung 37 ist in der Verbrauchsmesseinrichtung 1 über Überdruckventile mit dem Gaspfad für das gasförmige Medium verbunden. Damit kann die Verbrauchsmesseinrichtung 1 vor fehlerhaften Überdrücken geschützt werden. Stromabwärts des Verbrauchssensors 5 ist ein Nullabgleichventil 39 angeordnet. Damit kann der Nullpunkt des Verbrauchssensors 5 überprüft werden. Hierzu wird das Nullabgleichventil 39 geschlossen (hier wieder über Druckluft gesteuert) und der Messwert des Verbrauchssensors 5 bei Null Volumenstrom ausgewertet. Überschreitet der Messwert einen bestimm- ten Grenzwert, kann ein interner Sensorabgleich angestoßen werden, um den Nullpunkt einzustellen. Auf diese Weise kann der Nullpunktdrift des Verbrauchssensors 5 entgegengewirkt werden.
In der Verbrauchsmesseinrichtung 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel außerdem noch eine Inertgasspülung 41 vorgesehen. Hierfür ist ein Inertgas-Druckspeicher 42 vorgesehen, der über ein Inertgas-Schaltventil 43 mit dem Gaspfad des gasförmigen Medium durch die Verbrauchsmesseinrichtung 1 verbunden werden kann. Über einen Inertgasanschluss 44 kann der Inertgas-Druckspeicher 42 aufgefüllt werden. Das zum Spülen der Verbrauchsmesseinrichtung 1 benötigte Inertgas (z.B. Stickstoff) kann aber auch direkt über den Inertgasanschluss 44 zugeführt werden. Zum Spülen der Verbrauchsmesseinrichtung 1 mit Inertgas wird das eingangsseitige Absperrventil 45 geschlossen und das ausgangsseitige Ausgangs-Schaltventil 46 auf die Überströmleitung 37 umgeschaltet. Gleichzeitig wird das Inertgas-Schaltventil 43 geöffnet. Damit kann das unter Druck stehende, in der Verbrauchsmesseinrichtung 1 verbliebene gasförmige Medium über die Überströmleitung 37 entweichen. Ist der Druck weit genug abgebaut, öffnet das Rückschlagventil 47 und die Verbrauchsmesseinrichtung 1 wird mit dem Inertgas gespült, entweder bis der Inertgas-Druckspeicher 42 leer ist oder für eine bestimmte Zeitspanne. Nach dem Spülen ist die Verbrauchsmesseinrichtung 1 mit Inertgas, mit vorzugsweise geringem Überdruck, gefüllt und befindet sich im sicheren Zustand. Die Inertgasspülung erhöht die Sicherheit der Verbrauchsmesseinrichtung 1 und kann beispielsweise beim Ab- schalten des Gerätes oder im Falle eines Not-Aus aktiviert werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Regelung einer Konditioniereinheit (3) mit einem Grundkörper (20) und einem Pufferspeicher (21 ), wobei ein Medium durch den Grundkörper (20) geführt wird und zwischen Pufferspeicher (21 ) und Grundkörper (20) eine Temperiereinheit (23) mit einer ersten Heizfläche (24) und einer zweiten Heizfläche (25) angeordnet wird und mit der Temperiereinheit (23) eine Temperaturspreizung zwischen der ersten Heizfläche (24) und der zweiten Heizfläche (25) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditioniereinheit (3) geregelt wird, um eine vorgegebene Solltemperatur (Tson) des Mediums einzuhalten, wobei eine Stellgröße (Y) zum Regeln der Konditioniereinheit (3) aus einem Modellteil (A), der die für die Temperierung des Mediums in der Konditioniereinheit (3) benötigte Leistung (Pv) berechnet, und einem Regelteil (R), der die mit dem Modellteil (A) berechnete Leistung (Pv) korrigiert, wobei ein Regelfehler (F) aus einer Solltemperatur (TsoN) und einer Isttemperatur (Tist) exponentiell in den Regelteil (R) eingeht, zusammengesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Modellteil (A) die für die Temperierung benötigte Leistung (Pv) anhand des formelmäßigen Zusammenhanges
V HG (Thot -Te ) m it Thot = Tsoii + ΔΡο · ΙΤ berechnet.
3, 6
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Modellteil (A) eine Verlustleistung (PL) der Konditioniereinheit (3) berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Regelteil (R) aus einem Proportionalteil (YP) und/oder einem Integralteil (Y|) zusammengesetzt wird, wobei der Regelfehler (F) als exponentielle Funktionen (fp(eF), fi(eF)) des Regelfehlers (F) in den Proportionalteil (YP) und/oder den Integralteil (Y|) eingeht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Proportionalteil (YP) aus einem Verstärkungsfaktor (KP) und der exponentiellen Funktion fp(eF) gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Proportionalteil (YP) aus dem formelmäßigen Zusammenhang YP =
Figure imgf000024_0001
berech-
-H (T. " Tsou ) "
K
net wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Proportionalteil (YP) mit einer Korrekturfunktion (YpOWercor) zu einem korrigierten Proportionalteil (Ypcor) korrigiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der korrigierte Proportionalteil (Ypcor) aus dem formelmäßigen Zusammenhang
Ypcor H (Tso11 T;ST ) ' Yp ' YpowerCor + H (TJS berechnet.
Y PowerCo
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Integralteil (Y|) aus einem Verstärkungsfaktor (K|) und der exponentiellen Funktion (fi(eF)) und der Zeit (t) gebildet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Integralteil (Y|) für einen zeitdiskreten Regler mit einer Abtastzeit (At) aus einem Verstärkungsfaktor (K|) und der exponentiellen Funktion (fi(eF)) und der Abtastzeit (At) gebildet wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die expo- nentielle Funktion (fi(eF)) im Integralteil (Y|) aus dem formelmäßigen Zusammenhang ft(e -l)
berechnet.
+H
Figure imgf000024_0002
12. Verfahren nach einem der Anspruch 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Integralteil (Y|) mit einer Korrekturfunktion (YpOWercor) zu einem korrigierten Integralteil (Y|Cor) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich der korrigierte Integralteil (Yicor) aus dem formelmäßigen Zusammenhang
Y
^Icor H (Tso11 T;ST ) · Yj · YpowerCor + ^ {^ist ^soW ) ' berechnet.
Y P owerCor
13. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Stellgröße (Y) ein Dämpfungsfaktor (YDF) berücksichtigt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Pufferspeicher (21 ) eine Kühleinrichtung (26) angeordnet wird, mit der Kühlmedium durch den Pufferspeicher (21 ) durchgeführt wird, und die Kühleinrichtung (26) geregelt wird, indem eine Stellgröße (YCp) berechnet wird, in die eine Temperaturdifferenz (ΔΤΚ) zwischen einer Temperatur (TTE) der Temperiereinheit (23) und einer Isttemperatur (TK) des Kühlmediums exponentiell in die Stellgröße (YCp) eingeht.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (TTE) der Temperiereinheit (23) durch ein Totband (Ttotb) korrigiert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße (YCP) gemäß
Figure imgf000025_0001
berechnet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Stellgröße (YCP) gefiltert wird und die gefilterte Stellgröße (YCPF) zur Regelung der Kühleinrichtung (26) verwendet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung mit einem Gauß-Filter (G) durchgeführt wird.
19. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Messung des Verbrauchs an gasförmigen Medium, wobei das gasförmige Medium entlang eines Gaspfades (17) durch eine Verbrauchsmesseinrichtung (1 ) strömt und dabei der Verbrauch mit einem Verbrauchssensor (5) gemessen wird und das gasförmige Medium vor dem Verbrauchssensor (5) mit der Konditioniereinheit (3) temperiert wird und das gasförmige Medium zwischen der Konditioniereinheit (3) und dem Verbrauchsensor (5) druckentspannt wird, und die Konditioniereinheit (3) gemäß dem Regelverfahren geregelt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des gasförmigen Mediums nach der Konditioniereinheit (3) über eine Druckregeleinheit (4, 7) eingestellt wird.
21 . Verbrauchsmesseinrichtung zur Messung des Verbrauchs an gasförmigen Medium, mit einem Eingangsanschluss (15), an dem das gasförmige Medium der Verbrauchsmessein- richtung (1 ) zugeführt wird, und einem Ausgangsanschluss (16), an dem das gasförmige Medium von der Verbrauchsmesseinrichtung (1 ) zur Verfügung gestellt wird, wobei zwischen dem Eingangsanschluss (15) und dem Ausgangsanschluss (16) ein Gaspfad (17) vorgesehen ist, in dem ein Verbrauchssensor (5) angeordnet ist und vor dem Verbrauchssensor (5) eine Konditioniereinheit (3) zum Temperieren des gasförmigen Mediums angeordnet ist und zwischen der Konditioniereinheit (3) und dem Verbrauchsensor (5) einer Druckregeleinheit (4) angeordnet ist, in der das gasförmige Medium druckentspannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditioniereinheit (3) mit einem Grundkörper (20), in dem eine vom gasförmigen Medium durchströmte Medienleitung (22) angeordnet ist, und mit einem Pufferspei- eher (21 ) zum Speichern von Wärme ausgeführt ist, wobei zwischen Grundkörper (20) und Pufferspeicher (21 ) eine Temperiereinheit (23) angeordnet ist, und eine Regelungseinheit (10) vorgesehen ist, die die Konditioniereinheit (3) regelt, um eine vorgegebene Solltemperatur (TS0||) des gasförmigen Mediums einzuhalten.
22. Verbrauchsmesseinrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass im Pufferspeicher (21 ) eine Kühleinrichtung (26) angeordnet ist.
23. Verbrauchsmesseinrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbrauchssensor (5) eine weitere Druckregeleinheit (7) vorgesehen ist.
24. Verbrauchsmesseinrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchssensor (5) aus mehreren Coriolis-Sensoren (31 , 32) mit verschiedenen Messbereichen ausgebildet ist.
25. Verbrauchsmesseinrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Gaspfad (17) nach dem Verbrauchssensor (5) ein Nullabgleichventil (39) angeordnet ist, mit dem der Gaspfad (17) absperrbar ist.
26. Verbrauchsmesseinrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbrauchsmesseinrichtung (1 ) eine Inertgasspülung (41 ) vorgesehen ist, mit der der Gaspfad (17) mit Inertgas spülbar ist.
27. Verbrauchsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelungseinheit (10) eine Regelung nach einem der Anspruch 1 bis 18 implementiert ist.
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