Ein automatisierter Gaszählerprüfstand kann ein Zählwerk korrekt erkennen und dennoch diese Ablesung dem falschen Referenzintervall zuordnen. Chen, Shen und Wang beschreiben einen Prüfstand zur Verifikation von Balgengaszählern, der die Kameraaufnahme an beiden Endpunkten mit einem Glockenprüfer-Encoder synchronisiert. Das Design korrigiert das Referenzvolumen separat auf den Druck und die Temperatur am Zählereingang. Dieser Artikel untersucht die Zeit- und Zustandskorrekturen, reproduziert den statischen versus dynamischen Vergleich der Autoren an zwei Durchflusspunkten und erläutert, wie die zugehörigen Aufzeichnungen geprüft werden können. Der Fall zeigt, warum eine Prüfstand-Abnahmeprüfung sowohl die gepaarten Bilder und Zählwerte als auch die abschließende Fehlerberechnung überprüfen sollte.

Ein Gaszähler-Test vergleicht das vom Zähler registrierte Volumen mit einem Referenzvolumen. Mit einem optischen System ermittelt der Test das registrierte Volumen aus der Differenz zwischen zwei Bildablesungen. Wenn die Referenz vor dem ersten Bild mit der Zählung beginnt oder nach dem zweiten Bild weiterzählt, decken die beiden Differenzen unterschiedliche Intervalle ab. Die Diskrepanz kann den berechneten Fehler beeinflussen, selbst wenn jedes Kamerabild korrekt abgelesen wird und das Referenzvolumen rückführbar ist. Dieselbe Trennung ist bei der Diagnose eines Testlaufs erforderlich. Eine Abweichung könnte von der Zählerstandserkennung, dem Ereigniszeitpunkt, der Gaszustandskorrektur oder dem zu prüfenden Zähler stammen.

Chen, Shen und Wang befassten sich mit der Zeitfrage beim Entwurf eines automatisierten Prüfstands für Membranzähler [1]. Die technische Frage ist, wie der Prüfstand erreicht, dass die Zählerstände und die Referenzzählungen dasselbe Messintervall beschreiben. Eine zweite Frage ist, wie viele Belege ihr Vergleich über die Funktionsweise dieses Entwurfs liefert.

Der Prototyp verwendet einen Glockenprüfer mit einem photoelektrischen bidirektionalen Encoder. Eine Kamera fotografiert das Zählerregister. Eine programmierbare Steuerung erfasst die Encoder- und Messumformer-Daten und steuert den Luftweg sowie die zugehörigen Aktoren, während der Host die Bilder verarbeitet und die Ergebnisse speichert. Das Papier beschreibt Druck- und Temperaturmessungen an der Referenz und am Zählereingang. Diese Messungen sind Eingaben für die Referenzkorrektur.

Nachdem der ausgewählte Durchfluss eingestellt wurde, löst ein gemeinsamer Trigger das Startbild und die Referenzzählung aus. Das Endbild wird erfasst, wenn das Zielintervall erreicht ist, wobei die Encoder-Zählung beim entsprechenden Ereignis endet. In einem Abnahmeprotokoll sollten beide Bilder mit ihren passenden Referenzzählungen verknüpft sein. Eine solche Verknüpfung ist wichtiger als zwei isolierte Zeitstempel, da der Benutzer das tatsächliche Messpaar an jedem Endpunkt wiederherstellen muss.

Die Quelle berichtet außerdem, dass der Benutzer vor dem Test die Zählerkennung, den ausgewählten Durchflusspunkt und die Anzahl der Verifikationsläufe eingibt. Diese Einstellungen sind nützlich, wenn ein Labor später gespeicherte Dateien überprüft. Ein Datensatz, der die Bilder, die Encoder-Messwerte und die Einstellungen einem Lauf zuordnet, ist leichter zu prüfen als ein Ordner mit Einzelbildern und eine separate Tabelle mit Fehlern.

Abbildung 1. Anordnung des Prüfstands, neu gezeichnet auf Englisch nach Chen, Shen und Wang [1], Abbildung 1 (PDF S. 1, Druck S. 28).

Abbildung 2. Blockdiagramm für Überwachung und Steuerung, auf Englisch neu gezeichnet nach Chen, Shen und Wang [1], Abbildung 2 (PDF S. 2, Druck S. 29).

Abbildung 3. Ablauf der Steuerungsverifikation, auf Englisch neu gezeichnet nach Chen, Shen und Wang [1], Abbildung 3 (PDF S. 2, Druck S. 29).

Die Autoren berechnen den Anzeigefehler eines einzelnen Durchlaufs als Prozentwert.

δ = [(Vm − Vref) / Vref] × 100% (1)

Vm ist das vom Messgerät über das erfasste Intervall angezeigte Volumen, und Vref ist das Referenzvolumen, ausgedrückt im Zustand am Messgeräteingang. Die Quelle verwendet die folgende Beziehung, um das angezeigte Glocken-Volumen Vs umzurechnen.

Vref = Vs × (ps × Tm) / (pm × Ts) (2)

Das Suffix s bezieht sich auf die Glocke und m auf den Zählereingang. Die Drücke ps und pm sind absolut und werden in Pascal angegeben. Die Temperaturen Ts und Tm sind thermodynamische Temperaturen in Kelvin. Die Volumina in der Gleichung sind in dm³. Die Abstimmung der Endpunkte bestimmt, welches Volumenintervall verglichen wird. Die Druck-Temperatur-Beziehung bestimmt den Zustand, in dem das Referenzvolumen ausgedrückt wird. Eine Berechnung kann einen Fehler in der anderen nicht kompensieren.

Die Autoren verwendeten statische manuelle und dynamische bildbasierte Ablesungen für denselben G2.5-Zähler. Die Arbeit gibt zwei angezeigte Messwerte für jede Methode bei 4,0 m³/h und 0,8 m³/h an. Die letzte Spalte gibt die berichtete Differenz wieder. Sie beschreibt den Methodenvergleich und stellt keinen Fehler einer einzelnen Ablesung dar.

Bei 4,0 m³/h beträgt der Durchschnitt der angezeigten statischen Messwerte 0,415 % und der der dynamischen Messwerte 0,380 %. Ihre absolute Differenz beträgt 0,035 Prozentpunkte unter Verwendung der angezeigten Eingaben. Das Papier gibt 0,04 in der Differenzspalte an. Bei 0,8 m³/h betragen die angezeigten Mittelwerte 1,00 % und 1,11 %, eine Differenz von 0,11 Prozentpunkten. Das Beibehalten der angezeigten Messwerte neben dem gerundeten Bericht macht beide Vergleiche nachvollziehbar.

Die Autoren berichten von einer erweiterten Unsicherheit von 0,20 % bei k = 2 für den Forschungsprüfstand. Diese Zahl beschreibt die angegebene Unsicherheit des Prüfstands. Die Tabelle vergleicht zwei Erfassungsmethoden an einem Zähler und gibt weder eine Erfolgsquote der optischen Erkennung noch eine unabhängig gemessene Triggerverzögerung an. Sie stützt die Machbarkeit der Paarung der Messungen in dem beschriebenen Aufbau. Sie lässt offen, wie sich das System verhält, wenn das Zählwerk verschmutzt ist, eine Ziffer sich im Übergang befindet, eine Erfassung verpasst wird oder mehrere Stationen gemeinsame Steuerungen nutzen.

Für eine Prüfstandsauswahl oder Abnahmeprüfung ist festzulegen, welche Nachweise die Maschine für jeden Lauf aufbewahren muss: beide Registerrahmen, die entsprechenden Referenzzählungen, die Druck- und Temperaturaufzeichnungen sowie der berechnete Fehler. Eine nachgelagerte Verifizierung könnte gezielt schwierige Registerpositionen testen und bestätigen, wie das System eine fehlende oder mehrdeutige Erfassung erkennt. Die Prüfung mehrerer Durchflusspunkte, Zählertypen und Prüfstandspositionen würde eine stärkere Grundlage für die Beurteilung der Wiederholbarkeit über das berichtete Prüfstück hinaus bieten.

qmax ist der maximale Durchfluss des geprüften Zählers. Berichtete Differenzen und aus den angezeigten Werten berechnete redaktionelle Differenzen werden getrennt ausgewiesen. Der ursprüngliche Prüfstand und der Versuch gehören zur Institution der Autoren.

[1] Chen, C., Shen, Q. und Wang, C. (2011). „基于图像识别技术的膜式燃气表检定装置的设计“ [Entwurf eines Prüfstands für Membran-Gaszähler auf Basis der Bilderkennungstechnik]. 工业计量, 21(4), S. 28–29 und 35. Gleichungen (1)–(2), Abbildungen 1–3 und Tabelle 1. Die Abbildungen 1–3 sind originale englische Neuzeichnungen der Quellabbildungen. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1002-1183.2011.04.003

Titelbild: Science History Institute, Zugangsnummer 2003.902.104, Fotograf unbekannt. Frau M. K. Murray demonstriert ein Nitrometer in einem Labor. Public Domain Mark 1.0 gemäß dem Quellnachweis. Redaktioneller Bildausschnitt und Titellayout. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:THC_2003.902.104_Mrs._M._K._Murray_Nitrometer.jpg