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Neukalibrierung des Mineralölzählerprüfstandes

01.10.2009

Der Mineralölzählerprüfstand (MÖZ) der PTB dient der Prüfung und Kalibrierung von Mengen- und Durchflussmessgeräten, die für die Messung von Flüssigkeiten außer Wasser vorgesehen sind. Sowohl das Betriebsregime (nunmehr auch mit Pumpendirektbetrieb und „fliegendem” Start-Stopp) als auch die Steuerung werden zur Zeit grundlegend erweitert. Im Rahmen dieser Erweiterung wurde auch eines der volumetrischen Normale des MÖZ mit einem magnetostriktiven Höhenmesssystem ausgerüstet und neu kalibriert.

Der Mineralölzählerprüfstand der PTB arbeitet nach einem volumetrischen Messprinzip. Als Normale werden vier Messzylinder mit einem Fassungsvermögen von jeweils 5000 Litern, 1000 Litern, 200 Litern und 100 Litern verwendet. Prüfflüssigkeit ist Testbenzin, das bei 20 °C eine Dichte von 772,4 kg/m³ und eine Viskosität von 0,803 mPa·s besitzt. Das zu prüfende Messgerät wird dem entsprechenden Behälter vorgeschaltet und seine Kalibrierdaten werden aus dem Flüssigkeitsvolumen, das während der Messzeit in den Behälter geflossen ist, bestimmt. Hierzu ist jeder Messzylinder mit zwei Schaugläsern ausgerüstet, an denen der Füllstand zu Beginn und am Ende der Messung visuell abgelesen wird. Das Prüfvolumen ist damit für jeden Behälter fixiert und eine Automatisierung der Messungen kaum möglich.

Abhilfe schafft der Einsatz eines magnetostriktiven Füllstandsmesssystems, das zunächst nur für den 1000-Liter-Behälter installiert wurde. Es befindet sich in einem mit dem Behälter verbundenen Standrohr (Bild 1).

Drei der vier Messzylinder des Mineralölzählerprüfstandes mit dem neu installierten Standrohr für das magnetostriktive Höhenmesssystem zur automatischen Füllstandsmessung am 1000-Liter-Behälter (Bildmitte)

Bild 1: Drei der vier Messzylinder des Mineralölzählerprüfstandes mit dem neu installierten Standrohr für das magnetostriktive Höhenmesssystem zur automatischen Füllstandsmessung am 1000-Liter-Behälter (Bildmitte)

Hauptbestandteil des neuen Messsystems ist ein ringförmiger magnetischer Schwimmer, der durch einen so genannten Wellenleiter vertikal geführt wird und den jeweiligen Füllstand markiert (Bild 2). Wird nun durch den in den Wellenleiter eingelassenen Kupferdraht ein kurzer Stromimpuls gegeben, erfolgt an der Position des Schwimmers eine Wechselwirkung zwischen dessen Magnetfeld und dem durch den Stromimpuls ausgelösten zirkularen Magnetfeld. Die Folge ist eine elastische Verformung (Magnetostriktion) des Materialgefüges im Wellenleiter. Diese Verformung pflanzt sich mit Ultraschallgeschwindigkeit als mechanische Torsionswelle in beide Richtungen fort. Auf diese Weise lässt sich per Laufzeitmessung und Schallgeschwindigkeit im Wellenleiter der Füllstand der Flüssigkeit im Messzylinder ermitteln. Die Vorteile des Messsystems liegen in der Möglichkeit der Automatisierung der Messvorgänge, der deutlich höheren Auflösung in der Größenordnung von 10 µm im Vergleich zur visuellen Ablesung und der Vermeidung subjektiver Einflüsse. Zudem lässt sich mit diesem System der Füllstand in beliebigen Höhen ermitteln.

Prinzipieller Aufbau eines magnetostriktiven Längenmesssystems

Bild 2: Prinzipieller Aufbau eines magnetostriktiven Längenmesssystems

Um aus dem gemessenen Füllstand das tatsächliche Flüssigkeitsvolumen im Behälter ermitteln zu können, muss eine so genannte Fülltabelle erstellt werden, die jeder Höhenposition des Schwimmers das entsprechende Füllvolumen zuordnet. Hierfür wurde der 1000-Liter-Behälter schrittweise mit Wasser gefüllt, wofür ein unmittelbar mit dem Pipettenprüfstand der PTB kalibrierter 100-Liter-Eichkolben (erweiterte Messunsicherheit seines Flüssigkeitsvolumens 1·10-4) verwendet wurde. Die Füllvorgänge wurden bei verschiedenen Fluidtemperaturen (15°C, 20°C, 25°C) durchgeführt.

Die weiterführenden Aufgaben bestehen darin, das Volumenmesssystem mit Hilfe eines Turbinenradzählers und dem realem Messgut (Testbenzin) unter den tatsächlichen Messbedingungen zu verifizieren und die Ergebnisse mit den statisch gewonnenen zu vergleichen. Dazu gehört auch die Erstellung eines Messunsicherheitsbudgets zur Bewertung der endgültigen Kalibrierergebnisse.

Ansprechpartner:

Jörg Riedel, FB 1.5, AG 1.53, E-Mail: joerg.riedel@ptb.de