22.12.2004
Im Jahre 2003 wurde das Hydrodynamische Prüffeld (siehe Bild 1) der PTB nach erfolgreichen Abnahmeprüfungen seiner Bestimmung als nationales Normal für die Messgrößen Durchfluss und Durchflussmenge strömenden Wassers übergeben. Bei ersten Auftragskalibrierungen und einem Vorhaben für die Industrie konnte bereits eine hohe Genauigkeit nachgewiesen werden.
Jedoch seine eigentliche erste Bewährungsprobe hatte das Prüffeld international im Vergleich mit Durchfluss- Normalmesseinrichtungen anderer nationaler Metrologie-institute zu bestehen. Im Zeitraum von Mitte Dezember 2003 bis Mitte Januar 2004 nahm der Fachbereich 1.5 der PTB mit dem Hydrodynamischen Prüffeld am Schlüsselvergleich CCM.FF-K1 des CIPM teil.
Bild 1: Blick auf die Messstrecken des Hydrodynamischen Prüffeldes
Bild 2: Wiederholgenauigkeit der Bestimmung des K-Faktors bei 72 m³/h
Bild 3: Wiederholgenauigkeit der Bestimmung des K-Faktors bei 171 m³/h
Beteiligt waren an diesem Schlüsselvergleich (der noch nicht vollständig abgeschlossen ist, da der offizielle Abschluss-bericht erst Ende des laufenden Jahres vorliegen wird) folgende nationale metrologische Institute:
- KRISS, Korea (Pilotlabor),
- SP, Schweden,
- PTB, Deutschland,
- CENAM, Mexiko,
- NMIJ, Japan,
- NEL, Großbritannien.
Im Rahmen der durchzuführen-den Vergleichsmessungen sollten sowohl die Wiederhol-genauigkeiten und die Reproduzierbarkeiten als auch die strömungstechnischen Bedingungen der einzelnen Durchfluss- Normalmesseinrichtungen bestimmt werden.
Zu diesem Zweck waren für die Vergleichsmessungen zwei Durchflussmessgeräte als Transfermessgeräte ausgewählt worden, deren Messprinzipien auf unterschiedlichen physika-lischen Wirkprinzipien beruht:
1) Durchflussmessturbine (Sonderbauform mit zwei gegenläufigen Turbinenrädern),
2) Coriolis-Durchflussmessgerät.
Das Geschwindigkeitsprofil im Einlauf der Messstrecke wurde mit einem zusätzlichen 5-Strahl-Ultraschall-Durchflussmesser erfasst und durch eine entsprechende Auswertesoftware visualisiert.
Mit den beiden Prüflingen wurden von den beteiligten Laboratorien jeweils 16 Versuchsreihen durchgeführt. Im Verlauf dieser Versuchsreihen wurde durch unterschiedlichen Reihenfolge dieser Durchflussmessgeräte in der Messstrecke neben der Wiederholgenauigkeit u.a. auch die strömungstechnische Beeinflussung der beiden Messgeräte untereinander bestimmt.
Durch den wiederholten Ein- und Ausbau der beiden Messgeräte wurden neben Informationen zur Wiederholgenauigkeit auch quantitative Informationen gewonnen, die Rückschlüsse auf die Reproduzierbarkeit der Messungen und auf die Beherrschung der Normalmesseinrichtung durch das Bedienpersonal ermöglichen.
Die im Rahmen des Schlüsselvergleichs mit den o.g. Durchflussmessgeräten erzielten Ergebnisse wurden gleichzeitig zur Verifizierung der als Zielgröße projektierten Messunsicherheit des Prüffeldes genutzt.
Die Bilder 2 und 3 zeigen die während des Schlüsselvergleichs erzielte Wiederholgenauigkeit bei der Bestimmung der K-Faktoren der beiden Messgeräte. Mit einer Standardabweichung von maximal 3,5·10-5 für diese als Vergleichsgröße dienenden Kenngröße wurde ein Wert nachgewiesen, der zur Erreichung der Gesamtunsicherheit des Prüffeldes von 0,02% erforderlich ist.
Zur Erreichung dieser außerordentlich guten Werte der Wiederholgenauigkeit trägt mittelbar die Stabilität der Prozessgrößen Durchfluss, Druck und Temperatur wesentlich mit bei. Während der gesamten Messreihen (von Mitte Dezember bis Mitte Januar) waren Temperaturänderungen von maximal ±25 mK aufgetreten. Dies entspricht ± eine Quantisierungstufe der verwendeten Temperaturmesseinrichtung.
Wie vorliegende Anfragen belegen, sind die hervorragenden messtechnischen Kennwerte des Hydrodynamischen Prüffeldes Veranlassung, für Firmen und verschiedene nationale Metrologieinstitute, direkte Anschluss- bzw. bilaterale Vergleichsmessungen durchzuführen.
Unter diesem Gesichtspunkt wurden im November diesen Jahres direkte Vergleichsmessungen zwischen dem CENAM, dem nationalen metrologischen Institut von Mexiko, und der PTB durchgeführt.
Ansprechpartner:
R. Engel, FB 1.5, AG 1.52, E-Mail: rainer.engel@ptb.de