Einfluss von Gasbegleitstoffen auf die Mess- und Regeltechnik
Dr. Klaus Steiner
Gedankenexperiment zur Messung
• Aufgabe: Alle Anwesenden messen den Durchmesser des Balls mit einem Lineal. • Frage: Wie sieht das Ergebnis aus?
Gedankenexperiment zur Messung
• Aufgabe: Alle Anwesenden messen den Durchmesser des Balls mit einem Lineal. • Frage: Wie sieht das Ergebnis aus? Die Messergebnisse streuen um einen
Mittelwert.
Häu
figke
it de
sM
esse
rgeb
niss
es
Messwert
Mittelwert
Gedankenexperiment zur Messung
• Aufgabe: Alle Anwesenden messen den Durchmesser des Balls mit einem Lineal. • Die Messergebnisse sind normalverteilt. Der Mittelwert weicht vom „wahren“ Wert
ab, der praktisch durch das Prüfstandsnormal gegeben ist.
Häu
figke
it de
sM
esse
rgeb
niss
es
Mittelwert„wahrer“ Wert
Messwert
Gedankenexperiment zur Messung
• Aufgabe: Alle Anwesenden messen den Durchmesser des Balls mit einem Lineal. • zufällige Messabweichung fz = Einzelwert - Mittelwert
systematische Messabweichung fs = „wahrer“ Wert - Mittelwert
Häu
figke
it de
sM
esse
rgeb
niss
es
Mittelwert
Einzelwert
„wahrer“ Wert
fzfs
Messwert
Gedankenexperiment zur Messung
• Aufgabe: Alle Anwesenden messen den Durchmesser des Balls mit einem Lineal. • Die Standardabweichung s ist ein Maß für die Streuung der Einzelwerte.• 68, 95 bzw. 99 % der Messwerte liegen innerhalb von s, 2s bzw. 3s. • Messunsicherheit U: Messwert liegt mit 95 % Wahrscheinlichkeit innerhalb der
doppelten Standardabweichung 2s um den Mittelwert.
Häu
figke
it de
sM
esse
rgeb
niss
es
Mittelwert
Einzelwert
„wahrer“ Wert
Messwert
fs fz
2s2s
Messabweichung und –unsicherheit von Gaszählern
• Blaue Kurve zeigt Messabweichungen während der Eichung/Kalibrierung • Rote Punkte zeigen Streuungen von Wiederholungsmessungen eines USZ • Messabweichung f ≈ (Mess-) Genauigkeit; Messunsicherheit U ≈ (Mess-) Präzision
genau &präzise
genau &unpräzise
ungenau &präzise
ungenau &unpräzise
±U1 ±U2
Mes
sabw
eich
ung
f [%
]
Messabweichung und –unsicherheit im Eichschein
• Angaben zu Messabweichungen und Messunsicherheiten bei der Eichung des Gaszählers können dem Eichschein entnommen werden.
Quelle: PTB-Prüfregel Band 30
Messabweichung(früher Messfehler)
Messunsicherheit U
Hinweis zur doppeltenStandardabweichung
Prüfdurchfluss /Betriebsfluss
Gasarteneinfluss
• Welchen Einfluss hat die Gasartenänderung auf die Mess- und Regeltechnik?
10
11
12
13
14
15
16
0 5 10 15 20 25 30
Hol
land
Wes
er/E
ms
H-Gas H-Gas + 10% H2 L-GasR
ussl
and
Nor
dsee
Dän
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kB
ioer
dgas
Bio
erdg
as/L
PG
Lybi
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dgas
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LN
GÄ
gypt
en L
NG
Bre
nnw
ert [
kWh/
m³]
Wob
be In
dex
[kW
h/m
³]
Quelle: Open Grid Europe, Erdgaswerte 2016; Gasqualitäten im veränderten Energiemarkt, DIV-Verlag, München, 2014; G 260
Bre
nnw
ertb
erei
ch
G260
Wob
be H
-Gas
Wob
be L
-Gas
Volumetrische Metrologie H2-reicher Erdgase
• H2-induzierte systematische Messabweichungen von Erdgaszählern beivol. H2-Anteilen < 10% sind gering aber feststellbar.
Zähler 1: USZ
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Gesamt-Volumenstrom QB [m³/h]
Mes
sabw
eich
ung
F [%
]
Basis 30bar 0% H2 2,5% H2
5% H2 7,5% H2 10% H2
Zähler 2: TRZ
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Gesamt-Volumenstrom Q B [m³/h]M
essa
bwei
chun
g F
[%]
Basis 30bar 0% H2 2,5% H2
5% H2 7,5% H2 10% H2
Quelle: Dr. Klaus Steiner u.a.: gwf-Gas/Erdgas, 5(2013) 344-347
Messabweichungen bei der Messung von CO2
• Deutliche druck- und gasartabhängige systematische Messabweichungen vonErdgaszählern bei der Messung von gasförmigem CO2.
Quelle: Dr. Klaus Steiner u.a.:gwf-Gas/Erdgas, 12(2012) 968-971
pigsarTM Measurement Standard SN 10508684 Turbine Meter
-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,5
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000Flowrate [m³/h]
Erro
r[%
]
pigsar30.09.2011 25 bar
Terasen CO24.8 bar
Terasen CO216.5 bar
pigsar05.12.2011 25 bar
pigsarTM Measurement Standard SN 10508684 Turbine Meter
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
10.000 100.000 1.000.000 10.000.000Reynolds Number (Re)
Erro
r [%
]
pigsar30.09.2011 25 barTerasen CO24.8 bar
Terasen CO216.6 bar
pigsar05.12.2011 25 barAir Silvolde2007
PTB-2008-package
Durchflussdiagramme eines ELSTER Reglers*
• Gasartenabhängige Durchflusskoeffizienten verursachen gasspezifische Leistungsdaten
* MitteldruckreglerQuelle: Dr. Harald Dornauf: Gasdruckegelung, Verlag Moderne Industrie, Landsberg, 1995
Messunsicherheiten
• Messunsicherheiten werden durch instabile Störgrößen verursacht wie z.B.: Drall, Schwingungen, Wirbel, Schall, Druckentspannung, Rohrrauigkeit, Korrosion und gestörte Strömungen
Bildquelle: Wirbelstraße von ELSTER-Instromet, Strömungssimulation Dr. Schmücker, E.ON Ruhrgas
Gasgeschwindigkeitm/s
45 mm
10 mm
Vorstörungen
• Vorstörungen vergrößern Messabweichungen und Messunsicherheiten• 8-Pfad USZ, Vermeidung von Bögen, Raumkrümmer, Hindernisse in
Rohrleitungen oder angepasste Einlauflängen begrenzen den Einfluss von Vorstörungen
Bildquelle: Honeywell Journal; Kundenmagazin 1/2017, S. 3-5
Gasdruckregel- und Messanlagen
• Messabweichung und Messunsicherheiten in Gasdruckregel- und Messanlagen müssen mit den Rechenregeln der Fehlerfortpflanzung aus den Einzelbeiträgen berechnet werden*.
* z.B.: Dr. Klaus Steiner, Messunsicherheiten in Gasmessanlagen, gwf Gas + Energie, 7-8 (2017) 48-56
Vb
Tb pb
Gasbeschaffen-heitsmessung
nb
bnbn pT
pTK
VV
1
E = Vn · Hs
cpTfZZK
n
b ,,
Zustandsmengen-umwertung
Energiemenge
Druck- und/oderMengenregler
MID-Zähler
Einfluss von Gasbegleitstoffen auf die Mess- und Regeltechnik
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Dr. Klaus Steiner
Erdgas & Verwandtes®
Neulingsiepen 4044795 Bochum0151 4070 3190