Einfluss von Gasbegleitstoffen auf die Mess- und Regeltechnik. Dr. Klaus Steiner

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Teresa Krüger
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1 Einfluss von Gasbegleitstoffen auf die Mess- und Regeltechnik Dr. Klaus Steiner

2 Gedankenexperiment zur Messung Aufgabe: Alle Anwesenden messen den Durchmesser des Balls mit einem Lineal. Frage: Wie sieht das Ergebnis aus?

3 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. Häufigkeit des Messergebnisses Mittelwert Messwert

4 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. Häufigkeit des Messergebnisses wahrer Wert Mittelwert Messwert

5 Gedankenexperiment zur Messung Aufgabe: Alle Anwesenden messen den Durchmesser des Balls mit einem Lineal. zufällige Messabweichung f z = Einzelwert - Mittelwert systematische Messabweichung f s = wahrer Wert - Mittelwert Häufigkeit des Messergebnisses wahrer Wert f s Mittelwert f z Einzelwert Messwert

6 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. Häufigkeit des Messergebnisses wahrer Wert f s Mittelwert f z Einzelwert 2s 2s Messwert

7 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 Messabweichung f [%] ±U 1 ±U 2

8 Messabweichung und unsicherheit im Eichschein Angaben zu Messabweichungen und Messunsicherheiten bei der Eichung des Gaszählers können dem Eichschein entnommen werden. Prüfdurchfluss / Betriebsfluss Messabweichung (früher Messfehler) Messunsicherheit U Hinweis zur doppelten Standardabweichung Quelle: PTB-Prüfregel Band 30

9 Gasarteneinfluss Welchen Einfluss hat die Gasartenänderung auf die Mess- und Regeltechnik? H-Gas H-Gas + 10% H 2 L-Gas G Russland Nordsee Dänemark Bioerdgas Bioerdgas/LPG Lybien LNG Nigeria LNG Ägypten LNG Russland Nordsee Dänemark Bioerdgas Bioerdgas/LPG Lybien LNG Nigeria LNG Ägypten LNG Holland Weser/Ems Brennwert [kwh/m³] Wobbe Index [kwh/m³] Brennwertbereich Wobbe L-Gas Wobbe H-Gas Quelle: Open Grid Europe, Erdgaswerte 2016; Gasqualitäten im veränderten Energiemarkt, DIV-Verlag, München, 2014; G 260

10 Volumetrische Metrologie H 2 -reicher Erdgase H 2 -induzierte systematische Messabweichungen von Erdgaszählern bei vol. H 2 -Anteilen < 10% sind gering aber feststellbar. Zähler 1: USZ Zähler 2: TRZ Messabweichung F [%] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 Basis 30bar 0% H2 2,5% H2 5% H2 7,5% H2 10% H2 Messabweichung F [%] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 Basis 30bar 0% H2 2,5% H2 5% H2 7,5% H2 10% H2-2, , Gesamt-Volumenstrom Q B [m³/h] Gesamt-Volumenstrom Q B [m³/h] Quelle: Dr. Klaus Steiner u.a.: gwf-gas/erdgas, 5(2013)

11 Messabweichungen bei der Messung von CO2 Deutliche druck- und gasartabhängige systematische Messabweichungen von Erdgaszählern bei der Messung von gasförmigem CO2. pigsartm Measurement Standard SN Turbine Meter 2,5 pigsar bar 2,0 Error [%] 1,5 1,0 Terasen CO2 4.8 bar 0,5 0,0 Terasen CO bar -0,5-1,0-1,5 pigsar bar -2,0-2, Flowrate [m³/h] pigsartm Measurement Standard SN Turbine Meter 2,5 pigsar bar Terasen CO2 4.8 bar 2,0 Error [%] 1,5 Terasen CO bar 1,0 0,5 pigsar bar Air Silvolde ,0-0,5 PTB-2008package -1,0-1, Reynolds Number (Re) Quelle: Dr. Klaus Steiner u.a.: gwf-gas/erdgas, 12(2012)

12 Durchflussdiagramme eines ELSTER Reglers* Gasartenabhängige Durchflusskoeffizienten verursachen gasspezifische Leistungsdaten * Mitteldruckregler Quelle: Dr. Harald Dornauf: Gasdruckegelung, Verlag Moderne Industrie, Landsberg, 1995

: Drall, Schwingungen, Wirbel, Schall, Druckentspannung, Rohrrauigkeit, Korrosion

13 Messunsicherheiten Messunsicherheiten werden durch instabile Störgrößen verursacht wie z.b.: Drall, Schwingungen, Wirbel, Schall, Druckentspannung, Rohrrauigkeit, Korrosion und gestörte Strömungen Gasgeschwindigkeit m/s 10 mm 45 mm Bildquelle: Wirbelstraße von ELSTER-Instromet, Strömungssimulation Dr. Schmücker, E.ON Ruhrgas

Vorstörungen Vorstörungen vergrößern Messabweichungen und Messunsicherheiten 8-Pfad USZ, Vermeidung von Bögen, Raumkrümmer, Hindernisse in

14 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

15 Gasdruckregel- und Messanlagen Messabweichung und Messunsicherheiten in Gasdruckregel- und Messanlagen müssen mit den Rechenregeln der Fehlerfortpflanzung aus den Einzelbeiträgen berechnet werden*. V b Druck- und/oder Mengenregler MID-Zähler T b p b Gasbeschaffenheitsmessung Zustandsmengenumwertung Z b K f T, p, c Z V n n 1 Tn Vb K T b p p b n Energiemenge E = V n H s * z.b.: Dr. Klaus Steiner, Messunsicherheiten in Gasmessanlagen, gwf Gas + Energie, 7-8 (2017) 48-56

16 Einfluss von Gasbegleitstoffen auf die Mess- und Regeltechnik Dr. Klaus Steiner Erdgas & Verwandtes Neulingsiepen Bochum

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