Bewussterer Umgang mit Wasser und Wärme

Steigende Energiepreise machen eine exakte Erfassung des Wärmeverbrauchs wichtiger denn je. Dabei leisten Wärmemengenzähler auf Ultraschallbasis wertvolle Dienste. Mit Time-to-Digital-Wandlern (TDC) von acam ausgestattet, registrieren sie selbst kleinste Wärmemengen und sind zudem extrem langlebig.

Die Funktionsweise der Wärmezähler zur Ermittlung der Wärmeenergie basiert auf einem sehr einfachen System: Ein Wärmemengenzähler besteht aus einem Rechenbaustein, 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 mechanischen Varianten viele Vorteile«, erklärt Georg Jedelhauser, Vice President Sales bei acam messelectronic. »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. Nicht zuletzt werden Wärmemengenzähler lediglich mit Batteriestrom versorgt, der nur sparsam in Anspruch genommen werden darf, weil 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.«

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. Zudem 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.

Effiziente TDC-Technologie

»Bei der Temperatur- und Durchflussmessung ist eine stromsparende und präzise Analog-zu-Digital-Wandlung entscheidend für die Systemperformance der Wärmemengenzähler«, unerstreicht Jedlhauser. »Die zeitbasierende Digitalisierung mittels TDC erweist sich dabei als ein äußerst 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 extrem stromsparende Lösungen bewerkstelligen (z.B. mit einem Arbeitsstrom von 80 nA für eine Temperaturmessung im Rhythmus von 30 Sekunden mit einer 17-Bit-Auflösung).

Der acam-Ansatz

acams TDC-SoCs kommen mittlerweile in vielen Wasser- und Wärmemengenzählern zum Einsatz. Sie integrieren bis auf wenige externe Bausteine - wie einzelne Widerstände, Kapazitäten sowie zwei Oszillatoren - die für die Messung nötige Schaltung. So arbeitet beispielsweise der TDC-GP22 mit einem internen TDC und bietet dadurch eine hohe Genauigkeit bei Zeitmessungen - bis zu 22 ps 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. Dank der kostengünstigen Produktion der CMOS-Technologie gehören die TDCs von acam zur ersten Wahl für die marktführenden Hersteller von Ultraschall-Wasserzählern.

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