Logo PTB

Entwicklung eines virtuellen Durchflussmessgeräts

Ziel dieses Vorhabens ist es, numerische Strömungssimulationen als verlässliches und praktikables Werkzeug für die Kalibrierung sowie Unsicherheitsbestimmung von Durchflussmessgeräten (DFM) zu etablieren. Wichtige Arbeitsinhalte sind dabei CFD-Simulationen, um verschiedene Strömungskonfigurationen zu simulieren und deren Auswirkungen auf die Messgeräte zu analysieren. Die Möglichkeit Durchflussmessgeräte mit Hilfe von Simulationen virtuell mit deutlich höherer Genauigkeit beurteilen zu können, würde nicht nur die aktuellen Forschungskooperationen festigen, sondern weitere Projektpartnerschaften ermöglichen. Mittels der beschriebenen Entwicklung wäre es für Hersteller wesentlich günstiger, Messgeräte neu zu entwickeln und bestehende Messgeräte weiter zu verbessern.

Aktueller Stand

Der FB 7.5 arbeitet seit längerem mit verschiedenen Herstellern von Durchflussmessgeräten zusammen (bspw. FLEXIM oder KROHNE). Wichtige Arbeitsinhalte sind dabei CFD-Simulationen, um verschiedene Strömungskonfigurationen zu simulieren und deren Auswirkungen auf die Messgeräte zu analysieren. Der FB 8.4 war in den letzten Jahren an einer Reihe von EMRP- und EMPIR-Projekten beteiligt, bei denen es zum einen um Strömungssimulationen (EMRP ENG58, EMPIR 16ENG07) und zum anderen um die Bestimmung von Unsicherheiten ging (EMRP NEW04). Diese Vorarbeiten der Fachbereiche 7.5 und 8.4 haben bereits zu vier gemeinsamen Journal-Papers auf dem Gebiet geführt und damit eine fundierte Grundlage geschaffen.

Komplementiert werden die Arbeiten durch die Entwicklung eines virtuellen Durchflussmessgeräts für Wasserzähler im FB 1.5 im Rahmen des laufenden EMPIR-Vorhabens METROWAMET, das die Abschätzung des Einflusses der Wasserqualität auf die Messqualität von Wasserzählern ermöglichen soll. In einem zweiten Schritt wird das im Projekt aufgesetzte Gerüst auf die Kalibrierung von Durchflussmessgeräten übertragen werden, um zukünftig den Einfluss dynamischer Messbedingungen auf die Messabweichung ermitteln und damit eine Aussage zur Kalibrierqualität machen zu können.

Ziele und Ausblick

Strömungssimulationen gewinnen im industriellen Umfeld zunehmend an Bedeutung, da sie eine kostengünstige Alternative zu teuren Prototypenfertigungen und aufwendigen Messungen darstellen. Mit der Entwicklung von Methoden, die in ein virtuelles Messgerät münden, können Durchflussmessgeräte bereits am Computer optimiert und Korrekturfaktoren den jeweiligen Strömungsbedingungen angepasst werden. Dadurch kann bei der Entwicklung und Bewertung neuer Messgeräte eine große Anzahl aufwändiger und teurer Messungen eingespart werden. Daher ist es für die PTB nötig, für die Simulation von Rohrströmungen geeignete Angaben von Unsicherheitsbetrachtungen und kalibrierte Testfälle für die Zulassung von Wärmezählern zur Verfügung zu stellen, damit eine höhere Genauigkeit der Berechnungen und deren verbesserte Unsicherheitsquantifizierung erreicht und eine gesteigerte Verlässlichkeit der Vorhersage des Messwerts ermöglicht werden kann. 

Publikationen

  1. A. Weissenbrunner, A. Fiebach, S. Schmelter, M. Bär, P. Thamsen und T. Lederer, "Opens external link in new windowSimulation-based determination of systematic errors of flow meters due to uncertain inflow conditions" Flow Measurement and Instrumentation, 52:25 – 39, 2016.
  2. S. Schmelter, A. Fiebach und A. Weissenbrunner, "Opens external link in new windowPolynomchaos zur Unsicherheitsquantifizierung in Strömungssimulationen für metrologische Anwendungen". tm-Technisches Messen, 83(2): 71-76, 2016.
  3. A. Weissenbrunner, A. Fiebach, M. Juling und P. U. Thamsen, "Opens external link in new windowA coupled numerical and laser optical method for on-site calibration of flow meters" Eccomas Proceedia UNCECOMP, 5393: 576-587, 2017.
  4. M. Straka, A. Fiebach, T. Eichler und C. Koglin. "Opens external link in new windowHybrid simulation of a segmental orifice plate. Flow Measurement and Instrumentation", ISSN 0955-5986 
  5. S. Schmelter, A. Fiebach, R. Model und M. Bär. "Opens external link in new windowNumerical prediction of the influence of uncertain inflow conditions in pipes by polynomial chaos" Int. J. Comp. Fluid. Dyn., 29(6-8):411-422, 2015.