09.03.2022
Die am Fachbereich 1.5 Flüssigkeiten vorhandene klimatisierte Messkammer zur Simulation von realen Umgebungsbedingen wurde während einer Durchflusskalibrierung erstmalig erfolgreich eingesetzt. In den Messungen wurden die realen Umgebungsbedingungen der Kalibrierungen im Rahmen eines internationalen Ringvergleich simuliert.
Im kürzlich abgeschlossenen internationalen Ringvergleich CCM.FF.K1.2015 wurden zum Teil deutliche Abweichungen zwischen den teilnehmenden Durchflusslaboratorien festgestellt. In der Unsicherheitsbetrachtung zu den verwendeten Transfergeräten, einem Turbinen- und einem Coriolis-Durchflussmessgerät, konnten die beobachteten Differenzen nicht abschließend erklärt und berücksichtigt werden. Eine mögliche Ursache könnte in den unterschiedlichen Kalibrierbedingungen der beteiligten Laboratorien gelegen haben. So wurde während der Vergleichsmessungen bei Fluidtemperaturen zwischen 12 °C und 30 °C bzw. bei Lufttemperaturen zwischen 17 °C und 32 °C kalibriert. Daraus leiten sich Abweichungen in der Temperatur zwischen Fluid- und Umgebungsluft von bis zu 12 K ab. Die im Folgenden vorgestellten Untersuchungen sollten den Zusammenhang zwischen den beobachten Temperaturdifferenzen und den Messcharakteristika der verwendeten Durchflussmessgeräte näher beschreiben, um ggf. einen zusätzlichen Unsicherheitsbeitrag einführen zu können. Die Untersuchungen wurden erfolgreich im Rahmen einer Masterarbeit durchgeführt.
Bei den verwendeten Transfergeräten handelt es sich um hochgenaue Durchflussmessgeräte im Durchflussbereich zwischen 10 m³/h und 200 m³/h mit einem nominalen Prozessanschluss von 100 mm. Zur Untersuchung der genannten Abhängigkeit wurden sowohl die Turbine als auch der Coriolis-Durchflussmesser in die Kalibrierstrecke des Hydrodynamischen Prüffeldes eingebaut. Zusätzlich wurde um die Sensoren eine klimatisierbare Kammer installiert (Abb. 1), in der mittels externer Temperiereinheit die Luftfeuchte (25 % bis 50 %) und die Lufttemperatur (+ 13 °C bis + 25 °C), bei gleichzeitig laufendem Kalibrierbetrieb, eingestellt wurden.
Zu Beginn der Untersuchungen stand eine Charakterisierung der Messkammer. Es konnte das sehr gute Regelverhalten der Temperiereinheit in den zuvor genannten Feuchte- und Temperaturbereichen nachgewiesen werden. Mittels neun in der Kammer installierten Temperatursensoren wurde die interne Temperaturverteilung untersucht. Selbst bei Temperaturunterschieden von bis zu 12 K zwischen Fluid und wasserdurchströmter Rohrleitung, lag die räumliche Inhomogenität der Kammertemperatur bei < +/-0,1 K. Von wesentlicher Bedeutung waren die Ergebnisse zur Empfindlichkeit der Transfergeräte. Sowohl bei der Turbine als auch beim Coriolis-Durchflussmessgerät konnte keine signifikante Auswirkung auf die Messcharakteristik nachgewiesen werden, wenn die Umgebungstemperatur um bis zu 12 K von der Fluidtemperatur abweicht. Somit sind die im Ringvergleich CCM.FF.K1.2015 festgestellten Abweichungen in den Durchflusskalibrierungen nicht auf die unterschiedlichen Umgebungsbedingungen zurückzuführen. Für die Zukunft sind weitere Versuche mit anderen Fluidmedien und extremen Bedingungen geplant.
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| Bild 1: Prinzipieller Aufbau der klimatisierten Kammer mit Durchflusssensor | Bild 2: Messaufbau im Hydrodynamischen Prüffeld. |
Literatur:
[1] Arbeitstitel der Masterarbeit: Islami, M. D. (2022): „Untersuchung von Umgebungseinflüssen auf die Messgenauigkeit von Durchflussmessgeräten und Charakterisierung einer Klimakammer“, Masterarbeit. Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften.
[2] Frahm, E., Furuichi, N., Arias, R., Yang, C.-T., Chun, S., Meng, T., Shinder, I., Büker, O., Mill, Chr., Akselli, B., Smits, E. (2022): Final report on Key Comparison CCM.FF-K1.2015. In final review. 
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Ansprechpartner:
Frahm, Enrico, FB 1.5, E-Mail: 
enrico.frahm(at)ptb.de
Islami, Muhammad Dzulfikr