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SensorenKomplette Lösungen für smarte Anwendungen

Rutronik auf der Sensor+Test

Auf der Sensor + Test 2017 präsentiert die Rutronik Elektronische Bauelemente unter Rutronik Smart komplette Lösungen für smarte Anwendungen innerhalb des Internet of Things. 

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EnergiemanagerEnergie genau messen

Ein großes Thema unserer Zeit ist die Messung und das Monitoring von Energie. Als eine Erscheinungsform davon ist das Messen der Wärmemengen von Wasser und Dampf in vielen Industriebereichen inzwischen weit verbreitet. Obwohl diese Messungen in vielen Betrieben oft Standard sind, stellt sich aber die Frage, worauf im Fall der Erneuerung oder Neuan- schaffung einer Messstelle zu achten ist, um die höchste Mess- genauigkeit zu erhalten.

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Energiemanager: Energie  genau messen



Eine gut installierte Dampfmessung erzielt in der Praxis eine Genauigkeit von etwa zwei Prozent. Wasserwärme-Mengenmessungen können bei optimaler Installation und abhängig von der Temperaturdifferenz Genauigkeiten von einem Prozent erreichen. Wie aber lässt sich diese Genauigkeit erreichen? Bei der Suche nach der Antwort muss man sich in der Praxis einen zentralen Zusammenhang vor Augen halten: Die Optimierungsmöglichkeiten hängen vom Energieträger ab.

Bei Dampfmessungen ist der größte Fehlerfaktor die Durchflussmessung. Für genaue Messungen sind Wirbeldurchfluss-Messgeräte zu empfehlen. Weit verbreitet sind auch Durchflussmessungen mit Blenden. Aber Spitz pass auf! Wird nämlich die Berechnung des Durchflusses über das Radizieren des Differenzdrucksignals realisiert, ist diese Messung nur am Auslegungspunkt der Blende genau. Selbst bei kleinen Schwankungen von Temperatur und Druck können hier Fehler von bis zu zehn Prozent allein bei der Durchflussmessung entstehen.

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Besser geeignet sind hier Rechner, die die Durchflussberechnung auf Grund des Differenzdrucks, der aktuellen Temperatur und des momentanen Drucks durchführen. Dort wird der Auslegungspunkt nachgeführt auf die aktuellen Bedingungen und die Messung bleibt selbst bei Schwankungen immer bei einer guten Genauigkeit von < 1,0 Prozent.

Zudem ist der Einsatz von Druck und Temperaturmessung immer sinnvoll, auch bei Sattdampf. Sollte der Dampf Gefahr laufen, sich in Nassdampf zu verwandeln (was eine Fehlerquote von bis zu 80 Prozent zur Folge haben könnte) melden das Rechner wie etwa die neuen Energierechner Engycal RS 33 und RH 33. Sie rechnen nicht nur genau, sondern schützen die Anlage auch vor Wasserschlägen.

Elektronische Paarung

Bei Wasser und anderen Flüssigkeiten ist die Temperaturdifferenz ein wichtiges Entscheidungsmerkmal. Ist die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf größer als 20 °C, so ist wiederum die Durchflussmessung entscheidend für den Fehler. Ist die Temperaturdifferenz kleiner als 20 °C, ist die Abweichung der Temperatursensoren zueinander entscheidend für die Genauigkeit. Bei diesen Anwendungen müssen gepaarte Sensoren eingesetzt werden. Eine neue Möglichkeit der elektronischen Sensorpaarung bieten die Energiemanager Engycal RH 33 und RS 33. Durch Eingabe der Callendar Van Dusen Koeffizienten lassen sich zwei beliebige Sensoren elektronisch paaren. Diese Paarung ist genauer als die Sensorpaarung über ausgewählte Sensoren. Zudem muss bei Ausfall eines Sensors nur dieser getauscht werden und nicht beide Sensoren – was Zeit und Kostenersparnis bedeutet.

Im Internet zeigt Endress+Hauser den neuen Applicator Sizing Energy. Dieses Tool hilft schnell und recht einfach bei der Optimierung von Energie-Messstellen. Nach Eingabe der erwarteten Betriebsbedingungen und der Genauigkeit der eingesetzten Messgeräte berechnet es die Wärmemenge und die erwartete Genauigkeit bei optimaler Installation der Messtechnik. Bei der Berechnung werden alle Fehler der gesamten Messkette und die Auswirkungen durch die Berechnung nach dem IAPWS-IF 97 Standard berücksichtigt.

Verändert man die Genauigkeit eines Messgerätes, so lassen sich die Auswirkung auf die Gesamtgenauigkeit beobachten. So sieht der Anwender beispielsweise, dass sich bei Änderung der Messgenauigkeit eines Druckmessumformers von 0,5 auf 0,08 Prozent, bei einer Dampfmessung der Fehler von 3,19 auf 1,17 Prozent verringert. Auf diese Weise hilft der Applicator Sizing Energy schnell zu entscheiden, welche Änderung den größten Effekt auf die Genauigkeit der Messung hat.

Bei den neuen Energiemanager Engycal wurden Kundenanforderungen konsequent umgesetzt. Es gibt zwei Varianten: Den RH 33 für Wasser, Wasserglykol-Gemische und andere Flüssigkeiten wie etwa Thermoöle und den RS 33 für Dampf. Das neue entwickelte Gehäuse kann sowohl als Feld, Schalttafeleinbau oder als Hutschienengehäuse verwendet werden.

Die Inbetriebnahme ist schnell und einfach durchzuführen, da zum Beispiel die Eingänge für Durchfluss, Druck und Temperatur vordefiniert sind. Ein großes hinterleuchtetes Display stellt gut ablesbar alle benötigten Werte dar. Es lassen sich bis zu vier Darstellungsgruppen definieren, die alternierend dargestellt werden können. Im Standard ist bereits die Datenaufzeichnung im Gerät enthalten, so dass sich Lastverläufe wie auch alle Messwerte vor Ort manipulationssicher aufzeichnen lassen.

Die Berechnung von Wasser und Dampf erfolgt nach dem internationalen Standard IAPWS-IF 97. Andere Flüssigkeiten wie Thermoöle werden über Wärmekapazitätstabellen berechnet. Auch wurde der Anwendungsspielraum bei den Engycals RH 33 und RS 33 erhöht. So lassen sich bidirektionale Messungen oder Messungen in verschiedene Tarifzähler einfach realisieren. Beim Engycal RS 33 wurde die Möglichkeit integriert, den Durchfluss im Kondensat zu messen und damit die Dampfwärme-Mengendifferenz zu berechnen.

Für die Kommunikation stehen verschiedene Optionen zur Verfügung. Als Bussysteme lassen sich direkt M-Bus, Modbus RTU und Modbus TCP auswählen. Weiterhin steht zur Auslesung der Daten oder zur Anbindung der Geräte an ein Leitsystem über OPC Server eine Ethernet Schnittstelle zur Verfügung. Die Inbetriebnahme erfolgt über die integrierte USB Schnittstelle.

Als erster Wärmemengen-Rechner beinhalten die Engycals die Möglichkeit der elektronischen Paarung von Temperatursensoren über CVD Koeffizienten, so dass die Berechnung der Wärmemenge bei kleinen Temperaturdifferenzen sehr genau wird. Für eichfähige Wärmemengenmessung von Flüssigkeiten ist der Engycal RH 33 nach MID 004 zertifiziert.

Thomas Knapp, Endress+Hauser/ ms

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