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Bilateraler Vergleich der Flüssigkeitsprüfstände von PTB und NEL erfolgreich abgeschlossen

17.11.2014

Die Qualität von Vergleichsmessungen wird wesentlich von den Eigenschaften der verwendeten Transfernormale bestimmt, deren Messstabilität unmittelbar in die Berechnung des sogenannten Standardized Degree of Equivalence (EN) eingeht. Auf dem Gebiet der Flüssigkeitsmessung sind hierbei insbesondere Temperatur- und Druckanhängigkeit, Wiederhol- und Vergleichpräzision sowie die Drift des Messgerätes von Bedeutung. In Vorbereitung auf den bevorstehenden BIPM-Schlüsselvergleich (CCM.FF-K1), für den die PTB als Pilotlabor agieren wird, wurden unter diesem Gesichtspunkt zur gezielten Untersuchung und Auswahl geeigneter Transfernormale, umfangreiche Voruntersuchungen durchgeführt.

Die Qualität von Vergleichsmessungen wird wesentlich von den Eigenschaften der verwendeten Transfernormale bestimmt, deren Messstabilität unmittelbar in die Berechnung des sogenannten Standardized Degree of Equivalence (EN) eingeht [1]. Auf dem Gebiet der Flüssigkeitsmessung sind hierbei insbesondere Temperatur- und Druckanhängigkeit, Wiederhol- und Vergleichpräzision sowie die Drift des Messgerätes von Bedeutung. In Vorbereitung auf den bevorstehenden BIPM-Schlüsselvergleich (CCM.FF-K1), für den die PTB als Pilotlabor agieren wird, wurden unter diesem Gesichtspunkt zur gezielten Untersuchung und Auswahl geeigneter Transfernormale, umfangreiche Voruntersuchungen durchgeführt.

Die Charakterisierungsmessungen wurden am Hydrodynamischen Prüfstand (HDP) der PTB durchgeführt und umfassten Untersuchungen zum Temperatur- und Druckverhalten sowie zum Einfluss unterschiedlicher Einbausituationen bzw. zur Nullpunktsetzung der Geräte. Die Messungen erfolgten unter folgenden Rahmenbedingungen:

  • Durchflussbereich: 30 m³/h bis 180 m³/h,
  • Temperatur des Prüfwassers: 10°C, 15°C, 20°C, 25°C, 30°C und 35°C,
  • Druck am Messgeräteausgang: 2 bar, 3 bar und 4 bar.

Untersucht wurden eine Messturbine und zwei Coriolis-Durchflussmessgeräte, im Weiteren entsprechend mit Turbine bzw. Coriolis bezeichnet.

Im Ergebnis der Charakterisierungsmessungen konnte für alle drei Messgeräte eine eindeutige Temperaturabhängigkeit nachgewiesen werden (siehe Beispiel Turbine in Bild 1). Im Gegensatz dazu zeigt eine Änderung des Druckes nur bei einem der verwendeten Coriolis-Geräte einen – wenn auch geringen – systematischen Einfluss auf die beobachteten Messabweichungen.

Bild 1: Ergebnisse der Charakterisierungsmessungen am Beispiel der Turbinendaten (gemessen am HDP der PTB) – oben: Temperaturabhängigkeit der relativen Messabweichungen; unten: Repeatability (Wiederholpräzision) und Reproducibility (Erweiterte Vergleichspräzision), dargestellt als Differenzen der relativen Messabweichungen zwischen zwei entsprechenden Messungen.

Bei den Vorversuchen zur Gerätekonfiguration hat sich die Anordnung Strömungsgleichrichter - Turbine - Strömungsgleichrichter - Coriolis als der geeignetste Aufbau des Transfernormals herausgestellt. Als entscheidender Faktor für die Wiederholpräzision hat sich insbesondere für den Coriolis eine nachweisbare Empfindlichkeit auch gegenüber kleineren Vorstörungen gezeigt. In der Konsequenz wurde das Transfernormal konstruktiv so gestaltet, dass im Rahmen des bevorstehenden internationalen Ringvergleichs grundsätzlich immer derselbe Geräteaufbau garantiert werden kann.

Bezüglich der ermittelten Wiederholpräzision hat sich die eingesetzte Turbine als sehr robustes Gerät erwiesen. Über den gesamten Durchflussbereich liegen sowohl Repeatability als auch Reproducibility in einem sehr geringen Unsicherheitsbereich von kleiner ± 0,02 % (Bild 1).

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Turbine und eines der beiden getesteten Coriolis-Geräte für den bevorstehenden Ringvergleich als Transfernormale eingesetzt werden können, was bereits im Rahmen eines bilateralen Vergleichs zwischen PTB und dem NEL in Glasgow erfolgreich nachgewiesen werden konnte.

Literatur:

[1] BIPM (2013): WGFF Guidelines for CMC Uncertainty and Calibration Report Uncertainty

Ansprechpartner:

Enrico Frahm, FB 1.5, AG 1.53, E-Mail: enrico.frahm@ptb.de
Rainer Engel, FB 1.5, AG 1.52, E-Mail: rainer.engel@ptb.de