STAND DER TECHNIK In der WO 01/96819 A1 wird ein Gaszähler offenbart, der als Energiemessgerät geeicht ist. Die Eichung beruht dar- auf, dass Sensorsignalwerte in Abhängigkeit der Durch- flussrate eines Eichgases bestimmt und in Form einer Sen- soreichkurve im Gaszähler gespeichert werden. Die Sensor- eichkurve beziehungsweise die Sensorsignalwerte werden mit einem Signal-Umrechnungsfaktor und einem Brennwertfaktor für das Basis-Gasgemisch multipliziert, so dass das erhal- tene Produkt einen Gasverbrauch in einer Energieeinheit angibt. Mit einem weiteren Korrekturfaktor kann wenigstens näherungsweise der tatsächliche Heizwert eines bezogenen Gasgemisches in der Energieeichung berücksichtigt werden.

Als tatsächlicher Heizwert kann ein gemessener, über eine bestimmte Zeitspanne gemittelter Heizwert verwendet wer- den.

In dem U. S. Pat. No. 5'750'892 wird eine Anordnung zur Strömungsmessung mit einem Durchflusssensor in einem By- pass offenbart, bei der im Hauptstrom ein langgestrecktes laminares Strömungselement mit einer Vielzahl von Strö- mungskanälen vorhanden ist und die Anschlüsse des Bypasses innerhalb der Längserstreckung des Strömungselements lie-

gen. Dadurch kann der Druckabfall über das Strömung- element bzw. den Bypass als Funktion der Volumendurch- flussrate weitgehend linear gehalten werden, da nicht- lineare Anteile aufgrund turbulenter Strömungsanteile im Eintritts-und Mündungsbereich des Bypasses und aufgrund eines nichtkonstanten Strömungsquerschnitts minimiert wer- den.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Differenz- druckmittel für eine Gaszähleranordnung und eine Gas- zähleranordnung mit einem Differenzdruckmittel anzugeben, wobei sich Differenzdruckmittel und Gaszähleranordnung durch einen verbesserten Messbereich auszeichnen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale der unab- hängigen Ansprüche gelöst.

In einem ersten Aspekt besteht die Erfindung in einem Differenzdruckmittel für eine Gaszähleranordnung, welche einen Gaszähler in einem Bypass zu einer Gasleitung zum Messen eines Gasbezugs durch die Gasleitung umfasst, wobei das Differenzdruckmittel zur Montage in der Gasleitung ausgelegt ist und eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die einen typischen Durchmesser haben, wobei Strömungskanäle in verschiedenen Radialpositionen am Differenzdruckmittel vorhanden sind, wobei diejenigen Strömungskanäle, die näher an einer zentrumsnahen Radial- position am Differenzdruckmittel angeordnet sind, einen grösseren Durchmesser aufweisen und diejenigen Strömungs- kanäle, die näher an einer umfangsnahen Radialposition am Differenzdruckmittel angeordnet sind, einen kleineren Durchmesser aufweisen. Durch verkleinerte Durchmesser an der Peripherie des Differenzdruckmittels wird für Bypässe, die in diesem Bereich von der Gasleitung abzweigen, eine vorteilhafte Druckerhöhung und damit Erhöhung des Mess- effekts im Bypass für tiefe Durchflussraten in der Gas- leitung erzielt. Ein solches Differenzdruckmittel gewähr-

leistet eine verbesserte Messempfindlichkeit bei kleinen Volumenflüssen und einen vergrösserten Messbereich und ist daher für laminare Strömungsanordnungen besonders geeig- net.

In einem Ausführungsbeispiel weisen die Strömungskanäle ausgehend von einer Mittelachse des Differenzdruckmittels einen mit zunehmender Radialposition monoton abnehmenden Durchmesser auf. Dadurch wird eine besonders vorteilhafte Linearisierung und Ausdehnung des laminaren Messbereichs erzielt.

In einem anderen Ausführungsbeispiel weisen die Eintritts- öffnungen und/oder Austrittsöffnungen der Strömungskanäle Ansenkwinkel, insbesondere im Winkelbereich 30°-90°, vor- zugsweise 45°-75°, besonders bevorzugt 55°-65°, auf. Dies bewirkt einen verminderten Differenzdruck bei hohen Durch- flussraten, so dass der Anteil der turbulenten Strömung bei hohen Durchflussraten gesenkt wird.

Durch die Ausführungsbeispiele gemäss Anspruch 4 und 5 wird der laminare Strömungsbereich in der Hauptleitung und damit die Linearität zwischen Volumenstrom in Hauptleitung und Bypass und der lineare Messbereich weiter verbessert.

In einem weiteren Aspekt besteht die Erfindung in einer Gaszähleranordnung zum Messen eines Gasbezugs, insbesonde- re im privaten, öffentlichen oder industriellen Bereich, umfassend einen Gaszähler, der in einem Bypass zu einer Gasleitung angeordnet ist, und ein Differenzdruckmittel, das in der Gasleitung angeordnet ist und eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die einen typischen Durchmesser haben, wobei Strömungskanäle in verschiedenen Radial- positionen am Differenzdruckmittel vorhanden sind und die- jenigen Strömungskanäle, deren radiale Position näher an einer Eintrittsöffnung des Bypasses liegen, einen kleine- ren Durchmesser aufweisen und diejenigen Strömungskanäle, deren radiale Position weiter entfernt von einer Ein- trittsöffnung des Bypasses liegen, einen grösseren Durch- messer aufweisen. Durch diese Gaszähleranordnung werden

die oben genannten Vorteile auch dann erreicht, wenn die Abzweigungen des Bypasses, d. h. die Eintritts-und Aus- trittsöffnungen, beliebig im Rohrquerschnitt der Hauptgas- leitung angeordnet sind.

Weitere Ausführungen, Vorteile und Anwendungen der Erfin- dung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen sowie aus der nun folgenden Beschreibung und den Figuren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Es zeigen : Fig. 1 im Querschnitt eine schematische Darstellung der Gaszählergeometrie ; Fig. 2 einen Vergleich relativer Druckverläufe für un- terschiedliche bekannte Differenzdruckelemente ; Fig. 3a, 3b im Aufriss und im Querschnitt ein erfindungs- gemässes Rohrbündel-Differenzdruckelement ; und Fig. 4 Messkurven relativer Differenzdruckwerte für ein erfindungsgemässes und ein konventionelles Rohr- bündel-Differenzdruckelement.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs- zeichen versehen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG Fig. 1 zeigt eine Gaszähleranordnung 1 umfassend einen Gaszähler 2, der in einem Messkanal oder Bypass 3 angeord- net ist, und ein Differenzdruckmittel 4, das in der Haupt- leitung 5 angeordnet ist. Typischerweise besitzt der Gas- zähler 2 einen thermischen Durchflusssensor (nicht darge- stellt) zur Bestimmung eines Volumens, Normvolumens oder Energiewertes des durchströmenden Gases. Der Bypass 3 ist hier beispielhaft und vorteilhaft an einer Seitenwand 5a der Gasleitung 5 angeordnet und weist im Bereich der Ab- zweigungen eine Eintrittsöffnung 3a und eine Austrittsöff- nung 3b an der Seitenwand 5a auf. Der Bypass 3 ist hier im

wesentlichen parallel zur Gasleitung 5 erstreckt. Andere, nicht dargestellte Anordnungen, Abzweigungen und Formen des Bypasses 3 sind ebenfalls möglich. In der Gasleitung 5 strömt ein Hauptgasstrom 6a, von dem ein kleiner Bypass- Gasstrom 6b abgezweigt wird. Das Abzweigungsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Volumenflüsse 6b zu 6a, wird haupt- sächlich durch das Differenzdruckmittel 4 vorgegeben.

Fig. 2 zeigt einen Vergleich des relativen Druckabfalls Aprel als Funktion-des Volumenflusses oder Volumenstroms dV/dt für verschiedene an sich bekannte Differenzdruck- mittel 4, nämlich für eine dünnwandige Bienenwabenstruktur 4a, ein Rohrbündel 4b oder ein Venturirohr 4c. Die Bienen- wabenstruktur 4a zeigt einen sehr linearen Druckanstieg als Funktion des Hauptvolumenstroms 6a. Nachteilig ist, dass die maximal erreichbaren Differenzdrücke zu klein sind, um genügend Durchfluss 6b im Bypass 3 zu erzeugen.

Das Venturirohr 4c zeigt im allgemeinen einen zu geringen Bereich mit laminarem Strömungsverhalten und damit linea- rem Druckanstieg und linearem Abzweigungsverhältnis der Volumenströme 6b zu 6a. Das Rohrbündel-Differenz- druckmittel 4b weist eine Mehrzahl von Strömungskanälen 40 auf, die typischerweise rund sind, entlang der Hauptlei- tung 5 längserstreckt und parallel zueinander angeordnet sind. Herkömmliche Rohrbündel-Differenzdruckmittel 4b lei- den auch an den genannten Nachteilen. Die Linearität ist zwar, wie aus Fig. 2 ersichtlich, besser als bei einem Venturirohr 4c, aber der Druckabfall APrel ist für kleine Volumenflüsse 6a zu gering.

Fig. 3a, 3b zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfin- dungsgemässen Rohrbündel-Differenzdruckmittels 4b. Die Strömungskanäle 40 sind in verschiedenen Radialpositionen RI, R2, R3 oder allgemein Roi,..., Rn mit n=ganzzahliger Index am Differenzdruckmittel 4 vorhanden und weisen einen typi- schen Durchmesser Du,..., D oder allgemein Du,..., dom mit m=ganzzahliger Index, insbesondere bei rundem Querschnitt den Durchmesser Du,..., D4 oder allgemein Dl,..., Dm auf. Mit Vorteil liegt m zwischen 2 und 6 oder 3 und 5 oder m=4.

Erfindungsgemäss haben diejenigen Strömungskanäle 40, die näher an einer zentrumsnahen Radialposition R1 am Diffe- renzdruckmittel 4 angeordnet sind, einen grösseren Durch- messer D1, D2 und diejenigen Strömungskanäle 40, die näher an einer umfangsnahen Radialposition R3 am Differenzdruck- mittel 4 angeordnet sind, haben einen kleineren Durchmes- ser D3, D4. Mit Vorteil nehmen die Durchmesser D1>D2>D3>D4 oder allgemein Dl>... > Dm der Strömungskanäle 40, ausgehend von der Mittelachse A des Differenzdruckmittels 4 bzw. der Gasleitung 5, mit zunehmender Radialkoordinate Ri<R2<R3 oder allgemein Rl<... <Rn kontinuierlich ab. Im allgemeinen Fall, wenn die Abzweigungen 3a, 3b des Bypasses, d. h. die Eintritts-und Austrittsöffnungen 3a, 3b an beliebigen Ra- dialpositionen R im Hauptrohr 5 positioniert sind, sollen erfindungsgemäss diejenigen Strömungskanäle 40, deren Ra- dialposition RI,..., Rn näher an der Eintrittsöffnung 3a des Bypasses 3 liegen, einen kleineren Durchmesser Di,..., Dm aufweisen, und diejenigen Strömungskanäle 40, deren Radi- alposition RI,..., Rn weiter entfernt von einer Eintritts- öffnung 3a des Bypasses 3 liegen, einen grösseren Durch- messer Du,..., Dm aufweisen.

Fig. 4 zeigt einen Vergleich relativer Differenzdruckver- läufe für ein konventionelles Rohrbündel-Differenz- druckmittel mit D1=D2=D3=D4 (8b) und ein erfindungsgemässes Rohrbündel-Differenzdruckmittel mit D12D2>D32D4 (8a). Man erkennt, dass durch die erfindungsgemässe Variation der Lochdurchmesser D1,..., D4, nämlich die Vergrösserung zent- rumsnaher Einströmöffnungen DI, Dz und/oder die Verkleine- rung zentrumsferner, umfangsseitiger Einströmöffnungen D3, D4, der relative Differenzdruck APrel für kleine Volumen- ströme 6a erhöht und damit der gesamte Messbereich weitge- hend linearisiert wird. Der Grund für diesen vorteilhaften erfindungsgemässen Effekt liegt darin, dass bei der vor- liegenden laminaren Strömung 6a die Lochdurchmesser D3, D4 der nahe beim Bypass 3 liegenden Löcher stärkeren Einfluss auf den Gesamtdruckabfall Ap haben als diejenigen Loch- durchmesser DI, D nahe beim Zentrum Z des Differenzdruck-

mittels 4 bzw. der Gasleitung 5. In Experimenten wurde ein maximal erreichbarer Gesamtdruckabfall Ap=pl-p2 des Diffe- renzdruckmittels 4 von 2 mbar erreicht. Insgesamt ergibt sich ein grosser Bereich laminarer Strömung und weitgehen- der Linearität des Abzweigungsverhältnisses der Volumen- ströme 6b zu 6a ohne Einschränkung der oberen Messgrenze.

Mit Vorteil haben die Eintrittsöffnungen 41 und/oder Aus- trittsöffnungen 42 der Strömungskanäle 40 gemäss Fig. 3 Ansenkwinkel a zwischen 30°-90°, vorzugsweise 45°-75°, be- sonders bevorzugt 55°-65°. Dies bewirkt einen verminderten Differenzdruck für hohe Durchflussraten dV/dt und unter-. stützt damit eine Linearisierung des Messbereichs bei grossem Volumenstrom 6a. Die Ansenkung bewirkt nämlich, dass die bei hohen Durchflussraten dV/dt auftretenden teilturbulenten Strömungsverhältnisse (Übergangsbereich) zurückgedrängt werden. Da der Differenzdruck Ap über das Differenzdruckmittel 4 für den turbulenten Anteil der Strömung proportional zum Quadrat der Flussgeschwindigkeit oder des Volumenstroms dV/dt bzw. 6a ansteigt, resultiert ein verminderter Differenzdruck Ap oder April bei hohen Vo- lumenströmen 6a. Mit den angesenkten Löchern 41 und/oder 42 wird also erreicht, dass bei hohen Durchflussraten der turbulente Strömungsanteil mit hoher Reynoldszahl gesenkt wird.

Mit Vorteil ist zur weiteren Verbesserung der Laminarität des Volumenstroms 6a ein Verhältnis von Gesamtlänge L zu Gesamtdurchmesser Do des Differenzdruckmittels 4 grösser als 1, vorzugsweise 1,3 und besonders bevorzugt 1,5 ge- wählt. Dadurch wird die Ausbildung einer laminaren Rohr- reibung in jedem Strömungskanal 40 verbessert und der re- lative Anteil turbulenter Strömung zurückgedrängt. Je grösser der Faktor Gesamtlänge zu Gesamtdurchmesser L/Do ist, umso linearer ist der Zusammenhang zwischen dem Volu- menstrom 6a durch die Gasleitung 6a und dem vom Differenz- druckmittel 4 erzeugten Differenzdruck AP=P1-P2, der wie- derum proportional zum Volumenstrom 6b durch den Bypass 3 und den Gaszähler 2 oder dessen thermischen Durchflusssen-

sor ist. Bevorzugt weisen die Strömungskanäle 40 einen runden Querschnitt auf und ist der typische Durchmesser D1, ..., gegeben durch den Durchmesser Du,..., Dm von Ein- trittsöffnungen 41 der Strömungskanäle 40. Ebenfalls be- vorzugt weisen die Strömungskanäle 40 einen über die Ge- samtlänge L des Differenzdruckmittels 4 konstanten Strö- mungsquerschnitt auf.

In der Ausführungsform gemäss Fig. 3a und Fig. 3b sind die Strömungskanäle 40 auf der Querschnittsfläche Q des Diffe- renzdruckmittels 4 gleichabständig auf konzentrischen Kreisen 7 angeordnet. Die Querschnittsfläche Q des Diffe- renzdruckmittels 4 kann ein Öffnungsverhältnis im Bereich 0,3... 0,8, bevorzugt 0,3... 0,6, insbesondere 0,4... 0,5, haben.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Gas- zähleranordnung 1 zum Messen eines Gasbezugs, insbesondere für Haushalte, umfassend einen Gaszähler 2 im Bypass 3 und das oben genannte Differenzdruckmittel 4 in der Gasleitung 5. Hierbei sollen eine Längserstreckung L'des Bypasses 3 grösser als eine oder gleich einer Gesamtlänge L des Differenzdruckmittels 4 gewählt sein und das Differenz- druckmittel 4 in der Gasleitung 5 zwischen der Eintritts- öffnung 3a und der Austrittsöffnung 3b des Bypasses 3 an- geordnet sein. Günstig ist eine mittige Anordnung des Dif- ferenzdruckmittels 4 zwischen den Bypassöffnungen 3a, 3b.

Auf diese Weise ist sichergestellt, dass genau der durch das Differenzdruckmittel 4 definierte Differenzdruck Ap=pl- p2 über dem Bypass 3 anliegt. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Differenzdruckmittels 4, nämlich verringer- te Durchmesser D1,..., Dm der Strömungskanäle 40 in der Nähe von Eintritts-und Austrittsöffnungen 41 des Bypasses 3, wird das Strömungsprofil über den Querschnitt Q des Diffe- renzdruckmittels 4 bzw. der Gasleitung 5 so modifiziert, dass bei kleinen Volumenströmen 6a ein überproportional vergrösserter Differenzdruck Ap über dem Bypass 3 anliegt und den Bypass-Volumenstrom 6b antreibt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Gaszäh- ler 2 einen thermischen Durchflusssensor, insbesondere ein CMOS-Anemometer, mit einem Heisdraht und mindestens einem stromaufwärts und/oder stromabwärts angeordneten Temperatursensor auf. Insbesondere kann der Gaszähler 2 Mittel zur Kalibration des Gasbezugs in Normvolumen- einheiten, z. B. Liter/Minute (l/min), und/oder Energie- einheiten, z. B. Kilowatt/Stunde (kW/h), aufweisen. Dies ist detailliert in der WO 01/96819 beschrieben, die hier- mit durch Bezugnahme mit ihrem gesamten Offenbarungsgehalt in die Beschreibung aufgenommen wird.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Gaszähleranordnung 2 Gaszähler mit thermischem Durchflusssensor, CMOS-Sensorchip Gaszähler 3 Bypass 3a Bypass-Eintrittsöffnung 3b Bypass-Austrittsöffnung 4 Differenzdruckmittel 40 Strömungskanäle, Röhrchen 41 Eintrittsöffnungen 42 Austrittsöffnungen 4a Bienenwabenstruktur 4b Rohrbündel 4c Venturirohr 5 Strömungskanal, Rohr, Hauptleitung 5a Seitenwand der Hauptleitung 6a Volumenfluss in Hauptleitung 6b Volumenfluss in Bypassleitung 7 konzentrische Kreise 8a, 8b relative Differenzdruckkurven a Ansenkwinkel A Mittelachse Do Gesamtdurchmesser Di,..., D4 Röhrendurchmesser L Länge des Differenzdruckmittels L'Längserstreckung des Bypasses P1, P2 Druck vor, nach Differenzdruckmittel APrel relativer Differenzdruck Q Querschnittsfläche r Radius Ri,..., R3 radiale Positionen U umfangsseitige Position dV/dt Volumenfluss Z Zentrum des Differenzdruckmittels, zentrale Ra- dialposition