Darf’s a bisserl mehr sein? Dieser beliebte Spruch jedes Metzgerei-Fachverkäufers hat bei einem Verbrauchsmessgerät nichts verloren. Herkömmliche Flügelrad-Durchflussmesser als Wasserzähler arbeiten allerdings recht ungenau; beim sogenannten Heizkostenverteiler sieht es noch übler aus. Der ermittelt gar nicht die abgegebene Wärmemenge, sondern eine dimensionslose Einheit, die im Vergleich mehrerer Geräte die Heizkosten mehrerer Nutzer aufteilt. Smart Meter mit exakten Ultraschall-basierten Durchflussmessern und Temperaturfühlern arbeiten viel exakter und melden die Verbrauchswerte bei Bedarf an ein zentrales Gateway.

Der TDC-GP22 ermöglich Ultraschall-Wasserzähler. Die TDC-Messmethode ermöglicht eine hohe Genauigkeit bis zu 22 ps.

Der TDC-GP22 ermöglich Ultraschall-Wasserzähler. Die TDC-Messmethode ermöglicht eine hohe Genauigkeit bis zu 22 ps.Acam

Wärmezähler zur Ermittlung der Wärmeenergie funktionieren nach einem simplen Prinzip: Sie bestehn 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 tatsächlich konsumierte Wärmeenergie. Ultraschall-Durchflusssensoren bieten gegenüber den mechanischen Wasserzählern 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, was im Heizkreislauf 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.

Beliebige Einbaulage

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.

Auf einen Blick

Steigende Energiepreise und demzufolge höhere Nebenkosten machen eine immer exaktere Erfassung des Wärmeverbrauchs wichtiger denn je. Hausbesitzern hilft der Einsatz digitaler Wärmemengenzähler, 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 extrem lange Lebensdauer.

Bei der Temperatur- und Durchflussmessung ist eine stromsparende und präzise Analog-zu-Digital-Wandlung entscheidend für die Systemperformance. Die zeitbasierende Digitalisierung mittels Time-to-Digital-Converter (TDC) erweist sich dabei als ein äußerst effektiver Lösungsansatz. TDCs erfassen Zeitdifferenzen im Pikosekundenbereich. Realisiert in gängigen CMOS-Prozessen, lassen sich Zeiten von bis zu wenigen Millisekunden mit einer Auflösung im unteren Pikosekundenbereich messen. Die TDC-Produktfamilie von Acam benötigt lediglich Strom in der aktiven Phase während der Messung. Wegen der kurzen Messzeiten lassen sich für batteriebetriebene Systeme extrem stromsparende Lösungen bewerkstelligen, zum Beispiel mit einem Arbeitsstrom von 80 nA für eine Temperaturmessung im Rhythmus von 30 Sekunden mit einer Auflösung von 17 Bit.

Ein Ultraschall-Messzähler ermittelt die Geschwindigkeit des Wassers im Rohr mithilfe der Laufzeit akustischer Wellen.

Ein Ultraschall-Messzähler ermittelt die Geschwindigkeit des Wassers im Rohr mithilfe der Laufzeit akustischer Wellen.Acam

Exakte Wandlung

Gerade während der letzten fünf Jahre haben viele Firmen aus der Zählerbranche diese Vorteile erkannt  und setzen die auf genaue und stromsparende Messung spezialisierten ICs in ihre Wasserzähler und Wärmemengenzähler ein. Die System-on-Chips (SoCs) der Acam Messelectronic aus Stutensee integrieren bis auf wenige externe Bausteine – wie einzelne Widerstände, Kapazitäten sowie zwei Oszillatoren – die für die Messung notwendige 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 beziehungsweise -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 weiten Temperaturbereich von -40 bis +125 °C gewährleistet.