Beitrag erstellt am Freitag, 4. Dezember 2020 von Jesper Nørby Dahl
Ein thermischer Energiezähler, dem Sie vertrauen können – Teil 2 der Blog-Serie
Dies ist der zweite von drei Blog-Beiträgen, die sich mit thermischen Energiezählern befassen. In diesem Blog-Beitrag schauen wir uns die europäische Norm EN 1434 im Detail an und erfahren, wie sie das Vertrauen in Ihre Zähler sichert. Lesen Sie auch den ersten Teil der Blog-Serie zum europäischen Rahmen für das gesetzliche Messwesen. Der dritte Blog-Beitrag informiert über die Stichprobenprüfung von Zählern. Wir hoffen, dass diese Blog-Beiträge Ihr Interesse finden.
Teil 2: Europäische Norm EN 1434 gewährleistet Wiederholgenauigkeit
Rechnungslegung und Optimierung sind zwei zentrale Faktoren, die für die Betreiber von Verbrauchszählern wichtig sind. Wie immer, wenn es um Geld geht, kann es zu Streit und Meinungsverschiedenheiten kommen. Daher ist es entscheidend, dass alle Beteiligten ihren Registrierkassen, in diesem Fall dem thermischen Energiezähler, vertrauen können. Aber wie stellt man dieses Vertrauen sicher? Wir etwa befolgen eine Reihe von Richtlinien und Normen, die genau beschreiben, wie man hochpräzise, extrem zuverlässige Zähler herstellt und prüft. In diesem Blog-Beitrag zur EN 1434 erfahren Sie, wie Sie, Ihre Kunden und die Gesellschaft von dieser Norm profitieren können, und was es mit Ersteichung, Genauigkeitsklassen und Kalibrierungen auf sich hat.
Ersteichung
Die EN 1434 gewährleistet eine 100%ige Wiederholgenauigkeit, da die Norm eine Ersteichung jedes produzierten thermischen Energiezählers bzw. jeder Unterbaugruppe vorschreibt, bevor diese zugelassen und verkauft werden kann. Bei der Ersteichung handelt es sich um eine Reihe von Tests und Sichtprüfungen, die zur Feststellung der Wiederholgenauigkeit gemäß der Typenzulassung durchgeführt werden. Es handelt sich also nie um eine Einzelmessung. Vielmehr müssen für jeden einzelnen thermischen Energiezähler oder jede Unterbaugruppe mehrere Prüfmessungen durchgeführt werden. Alle Prüfungen sind in der EN 1434 spezifiziert. Anhand der Prüfergebnisse wird eine Berechnung erstellt, die sicherstellt, dass jedes produzierte Rechenwerk, jeder Durchflusssensor oder jedes Temperaturfühlerpaar für alle möglichen Temperaturen oder Durchflussdifferenzen in dem in der Typenzulassung angegebenen Bereich unterhalb der Fehlergrenze (MPE) liegt. Wenn der thermische Energiezähler bzw. die Unterbaugruppe alle Prüfungen bestanden hat, wird der Prüfling abgenommen. Dies wird durch Stempelung und/oder Ausstellung eines Eichscheins dokumentiert, wodurch die Eichung ihren Rechtscharakter erhält.
MPE steht für „Maximum Permissible Error“, im Deutschen „Fehlergrenze“ genannt. Dies ist der höchste Messungenauigkeitswert, den ein thermischer Energiezähler oder eine separate Unterbaugruppe (Rechenwerk, Durchflusssensor, Temperaturfühlerpaar) bei der Prüfung aufweisen darf. Die MPE wird nach unterschiedlichen Formeln berechnet, je nachdem, ob es sich um ein Rechenwerk, einen Durchflusssensor oder ein Temperaturfühlerpaar handelt.
Genauigkeitsklassen für Durchflusssensoren
Die Genauigkeit von Durchflusssensoren nach EN 1434 wird in drei Genauigkeitsklassen eingeteilt, da bei der Berechnung die Messunsicherheit der zur Prüfung der Genauigkeit verwendeten Prüfmittel berücksichtigt wird. Die Toleranz der zur Durchführung der Prüfung verwendeten Geräte muss kleiner als 1/5 der Fehlergrenze sein, damit die Abnahmegrenze gleich der Fehlergrenze ist.
Beispiel: Um einen Durchflusssensor mit einer Genauigkeit von 2 % herzustellen, muss der Durchflussprüfstand eine Messgenauigkeit von 1/5 haben, also 0,4 %.
Es ist nicht möglich, einen Durchflusssensor mit der Genauigkeitsklasse 1 herzustellen, da die gleiche Messunsicherheitsregel von 1/5 MPE auch für die Prüfmittel gilt, die zur Kalibrierung des Durchflussprüfstands verwendet werden. Prüfmittel, die genau genug sind, um einen Durchflussprüfstand zu kalibrieren, so dass er einen Durchflusssensor der Klasse 1 kalibrieren kann, gibt es nicht. Die Durchflussprüfstände von Kamstrup gehören zur Klasse 2 und sind gemäß ISO 17025 zugelassen.
Beispiel: Um einen Durchflussprüfstand mit einer Genauigkeit von 0,5 % herzustellen, müssen die Prüfmittel eine Messgenauigkeit von 1/5 haben, also 0,1 %.
Vergleich der Genauigkeit von Durchflusssensoren
Durchflusssensoren, die nicht nach EN 1434 geprüft sind, haben scheinbar eine höhere Messgenauigkeit. Vergleicht man sie jedoch unter gleichen Bedingungen, stellt sich schnell heraus, dass dies nur selten tatsächlich der Fall ist. Wenn Sie Durchflusssensoren, die nicht nach EN 1434 zugelassen sind, mit solchen vergleichen, die nach EN 1434 zugelassen sind, müssen Sie viele Dinge beachten. Beispiel:
Der dynamische Bereich nach EN 1434 reicht immer von qp bis qi.
„qp“ ist die höchste Durchflussrate, auch als Nenndurchfluss bezeichnet. Der Zähler darf im Dauerbetrieb die Fehlergrenze (MPE) nicht überschreiten.
„qi“ ist der kleinste Durchfluss, auch minimaler Durchfluss genannt. Der Zähler darf während des Betriebs die Fehlergrenze nicht überschreiten.
Prüfung mit Wasser oder anhand einer elektronischen Simulation nach der Produktion
Einige Hersteller versuchen, Geld zu sparen, indem sie den Durchfluss mit elektronischen Geräten simulieren. Wie bei allen Geräten gibt es auch hier Messunsicherheiten, die während des Tests variieren können.
Die EN 1434 verlangt, dass jeder produzierte Durchflusssensor bei drei verschiedenen Durchflussraten mit Wasser getestet wird. Es reicht nicht aus, den Durchflusssensor mit einer elektronischen Durchflusssimulation zu testen.
Kalibrierzertifikat
Nicht alle Hersteller können ein Kalibrierzertifikat vorlegen. Wenn sie es doch können, zeigt das Kalibrierzertifikat oft, dass:
- der Durchflusssensor nur bei einer einzelnen Durchflussrate getestet wurde,
- der Durchflusssensor anhand einer elektronischen Simulation und nicht mit Wasser getestet wurde,
- das Kalibrierzertifikat aus einer Stichprobe stammt und nicht vom fraglichen Durchflusssensor oder
- das Kalibrierzertifikat vom Master-Durchflusssensor stammt und nicht vom fraglichen Durchflusssensor.
Die EN 1434 verlangt dagegen, dass für jeden produzierten und zugelassenen Durchflusssensor ein eigenes Kalibrierzertifikat erstellt wird. Dieses Kalibrierzertifikat kann zusammen mit dem Durchflusssensor geliefert werden. Doch auch wenn Sie es erst später anfordern: Kamstrup kann Ihnen die Kalibrierzertifikate auch 10 Jahre nach der Zulassung des Durchflusssensors noch bereitstellen.
Messunsicherheit der PrüfmittelDie EN 1434 berücksichtigt die Messunsicherheit der Prüfmittel und stellt so sicher, dass der Kunde die tatsächliche Genauigkeit kennt. Viele Hersteller lassen die Messunsicherheit der Prüfmittel jedoch bei der Angabe der Genauigkeit außen vor. Daher können Sie sich nach dem Kauf eines Durchflusssensors, der nicht nach EN 1434 zugelassen ist, nicht sicher sein, dass die angegebene Genauigkeit tatsächlich stimmt.
Genauigkeit nur bei einzelner Durchflussrate oder innerhalb eines begrenzten Durchflussbereichs angegeben
Einige Hersteller geben nur die höchste Genauigkeit an, ohne offenzulegen, wie diese gemessen wird. Der Kauf eines Durchflusssensors mit einer hohen Genauigkeit bei einer bestimmten Durchflussrate und Temperatur ist keine Garantie dafür, dass die gleiche Genauigkeit über den gesamten Durchfluss- oder Temperaturbereich erreicht wird.
Beim Kauf eines nach EN 1434 zugelassenen Durchflusssensors ist eine Genauigkeit unter der MPE über den gesamten Durchflussbereich garantiert.
Wiederholgenauigkeit
Viele Hersteller führen nur Stichprobenprüfungen durch, wodurch die Genauigkeit des einzelnen Zählers nicht unbedingt gewährleistet ist. Diese Messunsicherheit kann innerhalb einer Produktionscharge variieren, so dass der Kunde unmöglich wissen kann, ob die angegebene Genauigkeit im konkreten Fall eingehalten wird.
Nach EN 1434 zugelassene Durchflusssensoren haben eine Wiederholgenauigkeit von 100 %, da nach EN 1434 jeder zugelassene Durchflusssensor nach der Produktion bei drei verschiedenen Durchflussraten mit Wasser getestet werden muss und nicht zugelassen wird, wenn die Genauigkeit oberhalb der MPE liegt.
Ersteichung von Durchflusssensoren
Die EN 1434 verlangt, dass ein Durchflusssensor während der Ersteichung bei drei verschiedenen Durchflussraten und einer Temperatur geprüft wird.
MPE-Formel für Durchflusssensoren:
Klasse 2: Ef = ±(2 + 0,02 (qp / q)), aber nicht mehr als ±5 %
Klasse 3: Ef = ±(3 + 0,05 (qp / q)), aber nicht mehr als ±5 %
„Ef“ ist die Messunsicherheit bei der Durchflussmessung, ausgedrückt in Prozent.
„qp“ ist die höchste Durchflussrate, die auch als Nenndurchfluss bezeichnet wird. Der Zähler darf im Dauerbetrieb die Fehlergrenze (MPE) nicht überschreiten.
„q“ ist die tatsächliche Durchflussrate während des Betriebs.
Ersteichung von Temperaturfühlerpaaren
Nach EN 1434 muss ein Temperaturfühlerpaar während der Produktion bei drei verschiedenen Temperaturen geprüft werden.
MPE-Formel für Temperaturfühlerpaare:
Et = ±(0,5 + 3 (∆Θmin / ∆Θ))
„Et“ ist die Messunsicherheit für ein Temperaturfühlerpaar, ausgedrückt in Prozent.
„ΔΘ“ ist die tatsächliche Temperaturdifferenz während der Prüfung.
„ΔΘmin“ ist die minimal zulässige Temperaturdifferenz.
Ersteichung des Rechenwerks
Gemäß der EN 1434 muss das Rechenwerk bei der Ersteichung für Kälteanwendungen bei zwei verschiedenen Temperaturen und für Wärmeanwendungen bei drei verschiedenen Temperaturen geprüft werden.
MPE-Formel für Rechenwerke:
Ec = ± (0,5 + (∆Θmin / ∆Θ))
„Ec“ ist die Messunsicherheit für ein Rechenwerk, ausgedrückt in Prozent.
„ΔΘ“ ist die tatsächliche Temperaturdifferenz während der Prüfung.
„ΔΘmin“ ist die minimal zulässige Temperaturdifferenz.
Kalibrierzertifikat
Das Kalibrierzertifikat zeigt die präzise Messunsicherheit und die Fehlergrenze (MPE) an. Kamstrup ist als Kalibrierlabor nach ISO/IEC 17025:2017 zugelassen.
Für jedes produzierte Rechenwerk, jeden Durchflusssensor und jedes Temperaturfühlerpaar stellen wir auf Anfrage ein Kalibrierzertifikat in Papierform oder digital per E-Mail aus. Dieser Bericht kann zusammen mit dem thermischen Energiezähler oder der Unterbaugruppe geliefert werden. Sie können den Bericht aber auch noch 10 Jahre nach der Ersteichung per E-Mail anfordern.
Unten sehen Sie ein Kalibrierzertifikat für einen Durchflusssensor (qp 40 m3/h), ein Pt500-Temperaturfühlerpaar und ein Rechenwerk.
Erläuterung eines ULTRAFLOW® 44 Kalibrierzertifikats
„qp“ ist die höchste Durchflussrate, auch als Nenndurchfluss bezeichnet. Der Zähler darf im Dauerbetrieb die Fehlergrenze (MPE) nicht überschreiten.
„qi“ ist der kleinste Durchfluss, auch minimaler Durchfluss genannt. Der Zähler darf während des Betriebs die Fehlergrenze nicht überschreiten.
„Error [%]“ ist die Messunsicherheit des Durchflusssensors, ausgedrückt in Prozent.
„Temperature [°C]“ ist die Temperatur während der Prüfung.
„Uncertainty [± %]“ ist die Messunsicherheit der Prüfmittel, ausgedrückt in Prozent.
„MPE [± %]“ ist die Fehlergrenze, d. h. der maximal zulässige Fehler, ausgedrückt in Prozent, für den Durchflusssensor und die Prüfmittel zusammengenommen.
Erläuterung eines Temperaturfühlerpaar-Kalibrierzertifikats
Bevor zwei Temperaturfühler miteinander gekoppelt werden, wird jeder Temperaturfühler einzeln bei drei verschiedenen Temperaturen (t1 [°C], t2 [°C] und t3 [°C]) geprüft. Dies dient der optimalen Zuordnung der Temperaturfühler.
Jeder einzelne Temperaturfühler wird auf Einhaltung der Fehlergrenze geprüft.
„Error (etmax) [°C]“ zeigt die maximale Messunsicherheit, ausgedrückt in Grad bei maximaler Temperatur für die einzelnen Temperaturfühler.
„Uncertainty [ C]“ ist die Messunsicherheit der Prüfmittel, ausgedrückt in Grad.
„MPE (etd) [°C]“ ist die in Grad ausgedrückte Fehlergrenze, d. h. der maximal zulässige Fehler, für Temperaturfühler und Prüfmittel gemeinsam bei maximaler Temperatur.
Jedes Temperaturfühlerpaar wird auf Einhaltung der Fehlergrenze geprüft.
„t1 [°C]“ ist die Vorlauftemperatur.
„t2 [°C]“ ist die Rücklauftemperatur.
„∆Ө [°C]“ ist die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf.
„Error (etmax) [%]“ ist die maximale Messunsicherheit des Temperaturfühlerpaars, ausgedrückt in Prozent.
„Uncertainty [ C]“ ist die Messunsicherheit der Prüfmittel, ausgedrückt in Grad.
„MPETD [°C]“ ist die Fehlergrenze, d. h. der maximal zulässige Fehler, ausgedrückt in Grad, für das Temperaturfühlerpaar und die Prüfmittel zusammengenommen.
Erläuterung eines MULTICAL® 603 Rechenwerk-Kalibrierzertifikats
Das Rechenwerk wird fünfmal mit unterschiedlichen Temperaturen, aber gleichem Durchfluss geprüft.
„True T inlet [°C]“ ist die genaue simulierte Vorlauftemperatur.
„True T outlet [°C]“ ist die genaue simulierte Rücklauftemperatur.
„True V [l]“ ist der genaue simulierte Durchfluss.
„True E [Wh]“ ist die tatsächliche thermische Energie.
„Measured E [Wh]“ ist die berechnete thermische Energie aus dem Rechenwerk.
„Error [%]“ ist die Messunsicherheit des Rechenwerks, ausgedrückt in Prozent.
„Uncertainty [± %]“ ist die Messunsicherheit der Prüfmittel, ausgedrückt in Prozent.
„MPE [± %]“ ist die Fehlergrenze, d. h. der maximal zulässige Fehler, ausgedrückt in Prozent, für das Rechenwerk und die Prüfmittel zusammengenommen.
Fazit
Thermische Ultraschallenergiezähler von Kamstrup sind nach EN 1434 zugelassen, einer strengen europäischen Norm, die Genauigkeit und Haltbarkeit bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit, elektromagnetischer Strahlung u. a. sicherstellt, so dass Sie sich darauf verlassen können, dass jeder Zähler in Ihrer Installation hervorragend funktioniert. Seit der Entwicklung unseres ULTRAFLOW® haben wir alle Durchflusssensoren von Kamstrup auf Ultraschallmesstechnik umgestellt. Unsere Durchflusssensoren sind standardmäßig für PN 25 geeignet. So enthalten unsere thermischen Energiezähler viele intelligente Funktionen, die Ihnen während der gesamten Lebensdauer der Zählerinstallation helfen, Zeit und Ressourcen zu sparen. Unsere Energiezähler messen präzise und liefern auch nach 15 Jahren Betriebszeit noch zuverlässige Verbrauchsdaten.