Gaskonzentrationmessgeräts

Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung und ein Verfahren zur Vor-Ort- Kalibrierung eines Gaskonzentrationmessgeräts.

Kalibrierung ist Teil des Qualifizierungsprozesses und qualifizierte Systeme sind die Basis für eine Validierung des Produktionsprozesses. Kalibrierung ist die Feststellung und Dokumentation der Sollwertabweichung inkl. Rückführbarkeit der Messergebnisse. Die hierzu verwendeten Prüfmittel sind rückführbar und unterliegen dabei einer ständigen Überwachung.

Unter dem Kalibrieren versteht man dabei üblicherweise das Feststellen einer Abweichung des von dem Sensor gemessenen Messwerts von dem tatsächlich korrekten Messwert.

Die Messung von Gaskonzentrationen ist ein wichtiger Aspekt der

Anlagensicherheit, konstant zu haltender Produktqualität, Verfahrensoptimierung und Umweltschutz. Essentiell ist die Bestimmung der Gaskonzentration in einem Biokraftwerk, da von der Gaskonzentration der Wirkungsgrad abhängt. In einem

Biokraftwert wird die Biogaskonzentration oder die Methankonzentration bestimmt.

Zur Bestimmung von Gaskonzentrationen werden chemische Gassensoren benutzt, die auf ein bestimmtes oder mehrere Gase chemisch reagieren. Durch diese chemische Reaktion werden physikalische Eigenschaften des

Sensormaterials verändert, die dann elektronisch gemessen werden können.

Häufig sollen aber keine chemischen Sensoren eingesetzt werden, etwa aus gesetzlichen, Platz- oder sonstigen Gründen. Seit einigen Jahren können auch bestimmte Durchflussmessgeräte die Gaskonzentration bestimmen, d.h. die Durchflussmessgeräte fungieren als Gaskonzentrationsmessgeräte.

Schallgeschwindigkeit, Temperatur und chemische Zusammensetzung eines Gases stehen in direkter Beziehung zueinander. Sind zwei dieser Kenngrößen bekannt, ist die dritte damit automatisch festgelegt. Je höher beispielsweise die Gastemperatur und der Methananteil, desto höher ist die Schallgeschwindigkeit im Gas. Ein Durchflussmessgerät erfasst sowohl die Schallgeschwindigkeit als auch die aktuelle Gastemperatur, wodurch folglich der Methananteil - ohne zusätzliches Messgerät - berechnet und angezeigt werden kann.

Bei einem Durchflussmessgerät wird in der Regel lediglich auf den Durchfluss kalibriert. Eine direkte Kalibrierung auf den Biogasanteil erfolgt meist nicht oder nur einmalig bei Auslieferung des Geräts. Auch ist der Temperatursensor des Durchflussmessgeräts häufig nicht kalibriert. Zumeist bietet der Hersteller des Durchflussmessgeräts die Möglichkeit den Kalibriergegenstand auszubauen und an ihn zurück zu schicken. Dieser verfügt im Regelfall über eine entsprechende Prüf- und Kalibrieranlage, die den Anforderungen hinsichtlich der

Kalibriergenauigkeit und der Sicherheit genügt. Während dieser Zeit, wenigstens mehrere Tage, häufig bis zu einigen Monaten, steht der Kalibriergegenstand nicht zur Verfügung. Entweder muss der Anwender ein kalibriertes Ersatzgerät bereithalten oder kann unter Umständen die Anlage während der Kalibrierung nicht verwenden. So oder so stellt der beschriebene Kalibrierungsprozess ein erheblicher Zeit- und Kostenfaktor dar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kalibriervorrichtung zu entwickeln, die direkt vor Ort zuverlässig ein Gaskonzentrationmessgerät kalibriert.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine mobile Vorrichtung zur Vor-Ort-Kalibrierung eines Gaskonzentrationmessgeräts, wobei das Gaskonzentrationmessgerät zur Messung einer Konzentration eines Messgases ausgestaltet ist. Im Folgenden soll als„Messgas" das zu messende Gas bezeichnet werden. Das

Gaskonzentrationmessgerät umfasst einen Messraum mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang für das Messgas, wobei in dem Messraum die

Konzentration des Messgases gemessen wird. Die mobile Vorrichtung umfasst: zumindest eine Haltevorrichtung; einen ersten und einen zweiten Flansch, die an einem ersten Ende bzw. an einem zweiten Ende der Haltevorrichtung angebracht sind, wobei der erste Flansch zum gasdichten Abschließen des ersten Eingangs des Messraums, und der zweite Flansch zum gasdichten Abschließen des zweiten Eingangs des Messraums ausgestaltet sind; einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur im Messraum; einen Drucksensor zur Messung des Drucks im Messraum; und eine Prüfgasvorrichtung zum Einleiten von Prüfgas einer bekannten Konzentration des Messgases in den Messraum. Somit kann direkt vor Ort auf das vom Anwender üblicherweise gemessene Gas, also dem Messgas, kalibriert werden. Es sind keine Korrekturfaktoren oder Umrechnungen notwendig. Die Messunsicherheit ist gering da es sich um eine direkte Messung bzw. Kalibrierung der Gaskonzentration handelt. In einer ersten vorteilhaften Alternative handelt es sich bei der Prüfgasvorrichtung um eine Prüfgasflasche mit einer festen und bekannten Konzentration des

Messgases. Dies ist eine einfache, kostengünstige und dennoch genaue Variante, die käuflich erwerbbar ist. In einer zweiten vorteilhaften Alternative handelt es sich bei der

Prüfgasvorrichtung um eine Mischvorrichtung zum Einstellen einer Konzentration des Messgases. Dadurch können auch Konzentrationen des Messgases erstellt werden, die nicht als Prüfgasflasche erwerbbar sind. Bevorzugt umfasst die Mischvorrichtung zumindest ein erstes Behältnis mit einem ersten Gas und ein zweites Behältnis mit einem zweiten Gas, und durch Mischung des ersten Gases und des zweiten Gases ist ein Messgas mit bekannter

Konzentration herstellbar. Dazu kann in der Mischvorrichtung ein bestimmter Durchfluss des ersten bzw. zweiten Gases aus dem ersten bzw. zweiten Behältnis eingestellt werden. Gegebenenfalls kann mittels eines Durchflussmessgeräts ein bestimmter Durchfluss gemessen werden. Über die Bestimmung der Durchflüsse kann ein Messgas bekannter Konzentration bereitgestellt werden. Das

Durchflussmessgerät ist vorteilhafterweise als Massedurchflussmessgerät, beispielsweise nach dem Coriolis-Prinzip, ausgestaltet.

Bevorzugt ist die die Haltevorrichtung als Gewindestange ausgestaltet, und der erste Flansch und/oder zweite Flansch ist/sind mittels Muttern an der

Gewindestange befestigbar. Dies stellt eine einfache Art der Befestigung dar. Damit auch verschieden Gaskonzentrationmessgerat kalibriert werden können, ist die mobile Vorrichtung so ausgestaltet, dass der erste Flansch und der zweite Flansch austauschbar sind. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Haltevorrichtung durch den Messraum führbar. In einer Alternative wird die Haltevorrichtung außerhalb des Messraums geführt. Während die zweite Alternative stabiler ist, ist die erste Alternative einfacher anzubauen und erfordert weniger einzelne Haltevorrichtungen. Bei der Führung außerhalb des Messraums werden bevorzugt drei Haltevorrichtungen verwendet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Gaskonzentrationmessgerat zur Kalibrierung nicht ausgebaut. Dazu umfasst die Anlage, in die das

Gaskonzentrationmessgerat eingebaut ist, entsprechende Ventile um den aktuellen Prozess abzukoppeln. Bevorzugt wird dann die oben dargestellte zweite Alternative mit außen geführten Haltevorrichtungen verwendet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem

Gaskonzentrationmessgerat um ein Durchflussmessgerät, insbesondere nach dem Ultraschall-Prinzip.

Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zur Vor-Ort-Kalibrierung eines Gaskonzentrationmessgeräts, wobei das Gaskonzentrationmessgerat zur

Messung einer Konzentration eines Messgases ausgestaltet ist, wobei das Gaskonzentrationmessgerat einen Messraum zur Messung der Konzentration des Messgases umfasst, umfassend die Schritte: gasdichtes Abschließen des

Messraums; Einleiten von Prüfgas einer bekannten Konzentration des Messgases in den Messraum; und Feststellen, Dokumentieren und/oder Anzeigen zumindest der Abweichung zwischen einer durch Messung mittels des

Gaskonzentrationmessgeräts ermittelten Konzentration des Prüfgases und der bekannten Konzentration des Prüfgases.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Verfahren weiter den Schritt: Justierung des Gaskonzentrationmessgeräts auf die bekannte Konzentration des Prüfgases. Somit kann das Gasdurchflussmessgerät auf die erkannten

Ungenauigkeiten justiert werden. Unter dem Justieren versteht man das Einstellen oder Abgleichen des Sensors, um so systematische Abweichungen so weit zu beseitigen, wie es für die vorgesehene Anwendung erforderlich ist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Gaskonzentrationmessgerät in einer 3-D Ansicht,

Fig. 2 die erfindungsgemäße mobile Vorrichtung im Querschnitt mit einem

Gaskonzentrationmessgerät, und

Fig. 3 die erfindungsgemäße mobile Vorrichtung in einer Ausgestaltung.

In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen

gekennzeichnet.

Zunächst soll in Fig. 1 auf ein Gaskonzentrationmessgerät 20 eingegangen werden. Das Gaskonzentrationmessgerät 20 ist ohne Beschränkung der

Allgemeinheit als Ultraschall-Durchfluss-Messgerät ausgestaltet. Es misst die Durchflussgeschwindigkeit im innenliegenden Messraum 23 mittels zweier sich gegenüber liegender Sensoranordnungen 24. Diese sind in einem Winkel so angeordnet, dass ein Sensor etwas weiter stromabwärts montiert ist als der andere. Die Konstruktion ist nicht invasiv und verfügt über keine beweglichen Teile.

Das Durchflusssignal wird durch abwechselndes Messen der Laufzeit eines akustischen Signals von einem Sensor 24 zum anderen ermittelt, wobei die Tatsache genutzt wird, dass Schall schneller mit der Durchflussrichtung

übertragen wird als gegen die Durchflussrichtung. Der Volumenstrom wird durch sequentielles Messen zwischen allen Sensorpaaren in der Anordnung ermittelt. Wie erwähnt stehen Schallgeschwindigkeit, Temperatur und chemische

Zusammensetzung eines Gases in direkter Beziehung zueinander. Sind zwei dieser Kenngrößen bekannt, ist die dritte damit automatisch festgelegt. Je höher die Gastemperatur oder der Gasanteil, desto höher ist die Schallgeschwindigkeit z.B. in Biogas. Da das Messgerät sowohl die Schallgeschwindigkeit als auch die aktuelle Gastemperatur erfasst, kann folglich der Methananteil direkt berechnet und vor Ort ohne zusätzliche Messinstrumente angezeigt werden. Das

Gaskonzentrationmessgerät 20 umfasst einen Messumformer 25 zum Ausrechnen des oben beschriebenen Gasanteils sowie gegebenenfalls zur Anzeige desselben oder anderer Parameter. Mittels des Messumformers 25 kann das

Gaskonzentrationmessgerät 20 etwa parametriert werden und kommunizieren, etwa mittels Busanbindung (HART, Fieldbus, etc.) oder analogem Signal

(4..20 mA) an ein Leitsystem. Die erfindungsgemäße mobile Vorrichtung in ihrer Gesamtheit hat das

Bezugszeichen 1 und ist in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt. Fig. 2a zeigt eine erste Variante und Fig. 2b zeigt eine zweite Variante.

Die Vorrichtung 1 ist insgesamt kompakt und mobil gebaut. Sie ist transportabel, insbesondere von maximal zwei Personen zu tragen. Von den Abmessungen passt die Vorrichtung in einen Kofferraum eines PKWs oder auf die Ladefläche eines LKWs.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine Haltevorrichtung 2, die als Gewindestange ausgestaltet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst weiter einen ersten Flansch 4 und einen zweiten Flansch 5. Der erste bzw. zweite Flansch 4, 5 werden an einem ersten bzw. zweiten Ende der Haltevorrichtung 2 angebracht.

In einer ersten Variante (Fig. 2a) wird die Haltevorrichtung 2 durch den

Messraum 23 des Gaskonzentrationmessgeräts 20 geführt. Der erste und zweite Flansch 4, 5 dichten den Messraum 23 am ersten Eingang 21 bzw. zweiten Eingang 22 gasdicht ab. Dazu werden ein oder mehrere Muttern 3 an der

Gewindestange angebracht und verschraubt. Der erste und zweite Flansch 4, 5 umfassen gegebenenfalls entsprechende Dichtungen. In einer zweiten Variante (Fig. 2b) wird die Haltevorrichtung 2 nicht durch den Messraum 23 des Gaskonzentrationmessgeräts 20, sondern außen geführt. Eine Anzahl von drei Haltevorrichtungen 2 (durch den Querschnitt sind lediglich zwei dargestellt) hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wobei diese in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiter einen Temperatursensor 6 zur Messung der Temperatur im Messraum 23. Zwar umfasst das Gaskonzentrationmessgerat 20 wie erwähnt ebenfalls einen Temperatursensor, jedoch ist dieser in der Regel nicht kalibriert, was für eine geprüfte Temperaturmessung notwendig ist, wie sie gegebenenfalls für die Dokumentation nach gesetzlichen Vorschriften

vorgeschrieben ist.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiter einen Drucksensor 7 zur Messung des Drucks im Messraum 23. So kann sichergestellt werden, dass im Messraum ein ständiger Überdruck herrscht.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Prüfgasvorrichtung 8 zum Einleiten von Prüfgas einer bekannten Konzentration des Messgases in den Messraum 23. Mittels eines Einlasses 9 wird das Messgas in den Messraum eingeleitet. Als „Messgas" soll das Gas verstanden werden, welches das

Gaskonzentrationmessgerät 20 üblicherweise misst, beispielsweise Biogas, Grubengas, Luft, Methan, Stickstoff oder Gas mit sehr hohem Methananteil. Das Gaskonzentrationmessgerät 20 wird mit seiner Längsachse vertikal zu einem Untergrund positioniert. Bei Messgasen schwerer als Luft ist der Einlass 9 unten (siehe Fig. 2), sonst oben.

Nach dem Einlassen von Messgas bekannter Konzentration wird der vom

Gaskonzentrationmessgerät 20 ermittelte Wert (direkt an der Anzeige am

Messumformer 25 oder am Leitsystem) mit dem tatsächlichen Wert verglichen. Die Vorrichtung 1 kann eine Datenverarbeitungseinheit (nicht dargestellt) zum Feststellen, Dokumentieren und/oder Anzeigen zumindest der Abweichung zwischen der Messung mit dem Gaskonzentrationmessgerät 20 und dem tatsächlichen Wert. Ergibt sich eine Abweichung wird das

Gaskonzentrationmessgerät 20 entsprechend justiert.

In einer ersten Ausgestaltung (Fig. 2) ist die Prüfgasvorrichtung 8 als

Prüfgasflasche 10 mit einer festen und bekannten Konzentration des Messgases ausgestaltet. Diese Prüfgasflasche 10 kann direkt von einem Hersteller mit Messgas bekannter Konzentration erworben werden.

In einer zweiten Ausgestaltung (Fig. 3) handelt es sich bei der

Prüfgasvorrichtung 8 um eine Mischvorrichtung 1 1 zum Einstellen einer beliebigen Konzentration des Messgases. Die mobile Vorrichtung 1 ist in Fig. 3 nur

symbolisch dargestellt, und entspricht aber der Vorrichtung 1 , die in Fig. 2 erläutert wurde. Die Mischvorrichtung 1 1 umfasst zumindest ein erstes Behältnis 12 mit einem ersten Gas und ein zweites Behältnis 13 mit einem zweiten Gas. Mittels Mischung des ersten Gases und des zweiten Gases wird ein Messgas mit bekannter Konzentration hergestellt. Dazu umfasst die Mischvorrichtung ein oder mehrere Drosselventile 14 zum Einstellen eines bestimmen Durchflusses des ersten bzw. zweiten Gases aus dem ersten bzw. zweiten Behältnis 12, 13.

Gegebenenfalls kann mittels eines Durchflussmessgeräts 15 ein bestimmter Durchfluss aus dem ersten bzw. zweiten Behältnis 12, 13 gemessen werden. In einer Variante ist vor dem Einlass 9 ein weiteres Durchflussmessgerät 15 positioniert, das den gesamten Durchfluss aus dem ersten und zweiten

Behältnis 12, 13 in den Messraum 23 des Gaskonzentrationmessgerät 20 misst. Über die Durchflüsse kann ein Messgas bekannter Konzentration hergestellt werden. Das Durchflussmessgerät 15 ist etwa als Massedurchflussmessgerät, beispielsweise nach dem Coriolis-Prinzip, ausgestaltet. Dieses Gerät stellt ein hochgenaues und sicheres Gerät dar. Alternativ kann ein Messgerät zur Messung des Durchflusses nach den Prinzipien Druckdifferenz, Temperaturdifferenz, Vortex oder Ultraschall verwendet werden.

Der erste bzw. zweite Flansch 4, 5 der Vorrichtung 1 sind austauschbar

ausgestaltet. Da verschiedene Anwender eines Gaskonzentrationmessgeräts 20 verschiedene Anschlüsse für ihr jeweiliges Gaskonzentrationmessgerät 20 haben können, sind der erste bzw. zweite Flansch 4, 5 für den jeweiligen Anschluss austauschbar oder anpassbar. So kann eine Vorrichtung 1 auch für verschiedene Gaskonzentrationmessgerate 20 verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1 mobile Vorrichtung

2 Haltevorrichtung

3 Mutter

4 Erster Flansch

5 Zweiter Flansch

6 Temperatursensor

7 Drucksensor

8 Prüfgasvorrichtung

9 Einlass

10 Prüfgasflasche

1 1 Mischvorrichtung

12 Erstes Behältnis

13 Zweites Behältnis

14 Drosselventil

15 Durchflussmessgerät

20 Gaskonzentrationmessgerät

21 Erster Eingang

22 Zweiter Eingang

23 Messraum

24 Sensoranordnung

25 Messumformer