Ultraschall-Wärmemengenzähler

Ultraschall-Wärmemengenzähler

Bewusster Umgang mit Wasser und Wärme

Steigende Energiepreise und demzufolge höhere Nebenkosten machen eine immer exaktere Erfassung des Wärmeverbrauchs wichtiger denn je. Hausbesitzern hilft der Einsatz von Wärmemengenzählern, die Verbrauchserfassung zu optimieren und gerecht zu gestalten. Ultraschall-Messgeräte mit Time-to-Digital-Wandler (TDC) machen die Registrierung selbst kleinster Wärmemengen möglich und verfügen über eine lange Lebensdauer.

 (Bild: acam-messelectronic gmbh)

(Bild: acam-messelectronic gmbh)


Die Funktionsweise der Wärmezähler zur Ermittlung der Wärmeenergie basiert auf einem einfachen System: Ein Wärmemengenzähler besteht aus einem Rechenwerk, zwei Temperaturfühlern und einem Durchflusssensor. Der erste Fühler misst die Vorlauf-, der zweite die Rücklauftemperatur des Heizstranges in der Wohnung. Der Wärmezähler berechnet aus der Temperaturdifferenz von Vor- und Rücklauf und dem Volumen des Heizungswassers, das in die Wohnung gelangt ist, die konsumierte Wärmeenergie. Ultraschall-Wärmezähler bieten gegenüber den mechanischen Wärmezählern viele Vorteile: sie messen sehr genau und verfügen über keine beweglichen Teile im Messrohr, was sie so gut wie verschleißfrei macht. Zudem erzeugen sie nur einen geringen Druckverlust im Heizungskreislauf, was wiederum Pumpenenergie spart. Ein Ultraschall-Wärmemengenzähler wird aus bis zu zwei Drittel weniger Messing hergestellt als ein mechanischer Zähler, das spart Geld und Ressourcen. Wärmemengenzähler werden lediglich mit Batteriestrom versorgt, der nur sparsam in Anspruch genommen werden darf, da die Batterie das Gerät zehn Jahre oder länger betreiben soll. Durch die elektronische Messung können die gewonnenen Daten schnell und einfach kabelgebunden oder kabellos ausgelesen und verwaltet werden.

Strombedarf nur in der aktiven Phase

Auch in Sachen Einbau sind Ultraschall-Wärmezähler ihrem mechanischen Pendant um einiges überlegen. So ist die Einbaulage beliebig wählbar, und je nach Typ und Einbauort kommen Ultraschall-Wärmezähler ohne Ein- und Auslaufstrecken aus. Auch gehören Rohrleitungsreduzierungen aufgrund des großen Messbereiches in der Regel der Vergangenheit an. Dies eliminiert den Druckverlust und vermeidet zusätzliche Dichtfläche und spart damit Zeit und Geld. Bei der Temperatur- und Durchflussmessung ist eine stromsparende und präzise Analog-zu-Digital-Wandlung entscheidend für die Systemperformance der Wärmemengenzähler. Die zeitbasierende Digitalisierung mittels Time-to-Digital-Converter (TDC) erweist sich dabei als ein effektiver Lösungsansatz. TDCs erfassen Zeitdifferenzen im Picosekunden-Bereich. Realisiert in gängigen CMOS-Prozessen, lassen sich Zeiten von bis zu wenigen Millisekunden mit einer Auflösung im unteren Picosekundenbereich messen. Acams TDC-Produktfamilie benötigt lediglich Strom in der aktiven Phase während der Messung. Wegen der kurzen Messzeiten lassen sich für batteriebetriebene Systeme stromsparende Lösungen bewerkstelligen (z.B. mit einem Arbeitsstrom von 80nA für eine Temperaturmessung im Rhythmus von 30s mit einer 17-Bit-Auflösung).

Hohe Genauigkeit bei Zeitmessungen

Gerade während der letzten fünf Jahre haben viele Firmen aus der Zählerbranche (darunter auch einige Weltmarktführer) diese Vorteile erkannt und setzen die auf genaue und stromsparende Messung spezialisierten ICs der acam-messelectronic aus Stutensee in ihren Wasserzählern und Wärmemengenzählern ein. Diese System-on-Chips (SoCs) integrieren bis auf wenige externe Bausteine – wie einzelne Widerstände, Kapazitäten sowie zwei Oszillatoren – die für die Messung notwendige Schaltung. So arbeitet z.B. der TDC-GP22 mit einem internen TDC und bietet dadurch eine hohe Genauigkeit bei Zeitmessungen – bis zu 22ps (Picosekunden) in der Einzelmessung mit einer automatisierten Messsignalerkennung bzw. -bewertung durch ‚First-hit‘-Erkennung und Pulsweitenmessung. Dies erlaubt das Erkennen eines leeren Rohres und das Lokalisieren von Blasen im Wasser, was Fehlmessungen ausschließt. Diese Erkennungsfunktion sowie die hohe Messgenauigkeit werden selbst bei nicht stabiler Versorgungsspannung und über den Temperaturbereich von -40 bis +125°C gewährleistet.

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 (Bild: acam-messelectronic gmbh)

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Strombedarf nur in der aktiven Phase

Auch in Sachen Einbau sind Ultraschall-Wärmezähler ihrem mechanischen Pendant um einiges überlegen. So ist die Einbaulage beliebig wählbar, und je nach Typ und Einbauort kommen Ultraschall-Wärmezähler ohne Ein- und Auslaufstrecken aus. Auch gehören Rohrleitungsreduzierungen aufgrund des großen Messbereiches in der Regel der Vergangenheit an. Dies eliminiert den Druckverlust und vermeidet zusätzliche Dichtfläche und spart damit Zeit und Geld. Bei der Temperatur- und Durchflussmessung ist eine stromsparende und präzise Analog-zu-Digital-Wandlung entscheidend für die Systemperformance der Wärmemengenzähler. Die zeitbasierende Digitalisierung mittels Time-to-Digital-Converter (TDC) erweist sich dabei als ein effektiver Lösungsansatz. TDCs erfassen Zeitdifferenzen im Picosekunden-Bereich. Realisiert in gängigen CMOS-Prozessen, lassen sich Zeiten von bis zu wenigen Millisekunden mit einer Auflösung im unteren Picosekundenbereich messen. Acams TDC-Produktfamilie benötigt lediglich Strom in der aktiven Phase während der Messung. Wegen der kurzen Messzeiten lassen sich für batteriebetriebene Systeme stromsparende Lösungen bewerkstelligen (z.B. mit einem Arbeitsstrom von 80nA für eine Temperaturmessung im Rhythmus von 30s mit einer 17-Bit-Auflösung).

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