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Mit Kraft Durchfluss messen

Mit einem neuartigen, patentierten Durchflussmessgerät kann durch Messung der Kraft des Massenstroms der Durchfluss bestimmt werden. Dies geschieht unabhängig von den Stoffeigenschaften der Flüssigkeit.

Querschnittszeichnung des neuentwickelten Durchflussmessgerätes. Die Vorrichtung zum Zu- und Abführen der Teilströme ist nicht mit abgebildet.

Die metrologische Rückführung wird in der Durchflussmesstechnik mit Hilfe von Durchflussmessgeräten als Transfernormale sichergestellt. Mit diesen Transfernormalen werden beispielsweise die Prüfstände der Mineralölindustrie, der Industrie für flüssige Lebensmittel und der Trinkwasserversorgungsunternehmen an das jeweilige nationale Primärnormal metrologisch angeschlossen. In Deutschland wurde dafür das Hydrodynamische Prüffeld der PTB als Primärnormal entwickelt. Als Transfernormale sind bisher kommerziell erhältliche Durchflussmessgeräte im Einsatz, bei denen häufig die Stoffparameter des zu bestimmenden Flüssigkeitsstroms das Messergebnis beeinflussen. Insbesondere die Temperatur und die Flüssigkeitsviskosität können die Messwerte um mehrere Zehntel Prozent verfälschen, was in der Rückführbarkeitskette zu teilweise unzulässig großen Messunsicherheiten führt.

Abhilfe soll ein in der PTB entwickeltes und patentiertes Durchflussmessgerät schaffen. Dabei wird erstmalig der Durchfluss von Flüssigkeiten ermittelt, indem man die Kraft des Massestroms, die direkt auf eine Stempelfläche wirkt, mit Hilfe einer Kraftmessdose misst. Die Kraft des Massenstroms ist proportional zur mittleren Geschwindigkeit der Strömung. Um unabhängig von den Stoffeigenschaften der Flüssigkeiten zu werden, wird dem stationären Massenstrom ein definierter stationärer Teilstrom gleicher Flüssigkeit zu- und wieder abgeführt. Während dieses Vorgangs wird jeweils die Kraft des gesamten Massenstroms gemessen. Mit Kenntnis dieser Teilströme ist es dann möglich, den Massenstrom unabhängig von den Stoffeigenschaften der zu messenden Flüssigkeit zu ermitteln.

Aufgrund der empfindlichen und genauen Kraftmesstechnik wurde mit dem neu entwickelten Durchflussmessgerät ein Präzisions-Messgerät geschaffen, das die Genauigkeit bei der Rückführung des Massendurchflusses erheblich steigert. In ersten Messungen konnten relative Standardabweichungen unter Wiederholbedingungen in der Größenordnung von 10­–5 erreicht werden. Ein weiterer Vorteil des Geräts liegt in seiner äußerst kompakten Bauform und in einem großen Messbereich. Bedingt durch die Nutzung der Kraftmessung ergibt sich zukünftig Potenzial zur weiteren Vergrößerung des Messbereichs.

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