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COOMET-Vergleich der Durchfluss-Primärnormale für Wasser erfolgreich abgeschlossen

10.10.2013

Vergleiche von Flüssigkeits-Primäranlagen sind stets mit einer Reihe von Besonderheiten verbunden, die vor allem hohe Anforderungen an die zu verwendenden Vergleichsnormale stellen. Einerseits wachsen auf Grund der zunehmenden wirtschaftlichen Bedeutung von Flüssigkeitsmessungen die Ansprüche an die Messgenauigkeit, so dass stationäre Normalanlagen mit immer kleineren Messunsicherheiten von wenigen Hundertstel Prozent entstehen. Dem steht die Tatsache gegenüber, dass der Durchfluss als abgeleitete Messgröße im Rahmen eines dynamischen, nicht wiederholbaren Messprozesses bestimmt wird und einer Vielzahl von unterschiedlichen, messtechnisch relevanten Einflüssen unterliegt.

Diese Situation war auch für den COOMET.M.FF-S2-Vergleich charakteristisch. Umfangreiche Untersuchungen zur Auswahl eines geeigneten Transfernormals fanden deshalb bereits im Vorfeld statt und wurden noch vor Beginn der Vergleichsmessungen auf einem Workshop in der PTB mit allen anderen teilnehmenden metrologischen Instituten aus Litauen, Russland, der Slowakei, der Ukraine, Uzbekistan und Weißrussland ausführlich diskutiert und bewertet. Es wurde vereinbart, den Durchflussbereich zu teilen – 0.5 m³/h bis 5 m³/h und 40 m³/h bis 100 m³/h – und jeweils eine Tandemanordnung aus je zwei in Serie angeordneten Durchflussmessgeräten zu verwenden. Im unteren Durchflussbereich waren dies ein Turbinenzähler und ein elektromagnetisches Durchflussmessgerät in der Nennweite DN 25, im oberen Bereich zwei Turbinenzähler in der Nennweite DN 80. Insgesamt wog die zu versendende Ausrüstung 192 kg.

Das Vergleichsprogramm war sehr aufwändig mit Positionswechseln der Zähler, unterschiedlichen Durchflussreihenfolgen und festgelegten Wiederholungsmessungen. Zur Feststellung möglicher Drifterscheinungen in der Anzeige der Vergleichsnormale wurde der komplette Messumfang in der PTB als Referenzlabor insgesamt dreimal absolviert - am Beginn, in der Mitte und am Ende des Vergleichs. Bild 1 zeigt beispielhaft die Ergebnisse für einen Durchfluss von 60 m³/h für die sieben Teilnehmer in Form der prozentualen Messabweichung vom Vergleichsreferenzwert SCRV, dessen erweiterte Messunsicherheit (k = 2) durch die gestrichelten Linien angegeben ist. Die Fehlerbalken markieren die erweiterte Messunsicherheit (k = 2) der für das jeweilige Institut ermittelten Abweichungen.

Bild 1: Prozentuale Abweichungen der Messwerte der Länder vom Vergleichsreferenzwert SCRV mit den zugehörigen erweiterten Messunsicherheiten (k = 2) für den Volumendurchfluss 60 m³/h.

Alle anhand der Messergebnisse erfolgten statistischen Tests, die nach abgestimmten Verfahren (z.B. Cox, M.G.: The evaluation of key comparison data. Metrologia 39 (2002), 589-595) durchgeführt wurden, waren erfolgreich – alle Messergebnisse waren konsistent und die Kriterien zum Nachweis der Äquivalenz der Ergebnisse wurden erfüllt.  COOMET.M.FF-S2 bestätigte somit für alle beteiligten metrologischen Institute für den Durchflussbereich von 0.5 m³/h bis 100 m³/h die jeweils angegebenen Messmöglichkeiten mit den zugehörigen Messunsicherheiten.

Dennoch machte der Vergleich wiederum deutlich, dass nach wie vor ein großer Bedarf hinsichtlich der Verbesserung der Vergleichsmesstechnik besteht. Die verwendeten Vergleichszähler wiesen trotz eingehender Vorabuntersuchungen und sorgfältiger Auswahl unter den harten, realen Bedingungen eines internationalen Vergleichs Instabilitäten auf, die teilweise größer als die Messunsicherheiten der zu vergleichenden Normalmesseinrichtungen waren. Dieses Problem ist, wie eingangs bereits erwähnt, hinreichend bekannt und stellt aktuell einen der wichtigsten Forschungsschwerpunkte  des Fachbereichs „Flüssigkeiten“ dar. Hier stehen umfangreiche Untersuchungen an verschiedenen Messgerätebauarten kurz vor dem Abschluss, die deutliche Verbesserungen gegenüber dem derzeitigen Stand bringen sollen, insbesondere unter dem Gesichtspunkt, dass die PTB für die Anfang 2014 beginnende planmäßige Wiederholung des  BIPM-Schlüsselvergleichs CCM.FF-K1 ebenfalls als Pilotlabor fungieren wird.

Ansprechpartner:

Gudrun Wendt, FB 1.5, E-Mail: gudrun.wendt@ptb.de