03.11.2011
Nach Abschluss der Umbauarbeiten und der generellen Inbetriebnahme des Mineralölzähler-Prüfstandes wurden nunmehr alle wichtigen Baugruppen umfassend hinsichtlich ihres konkreten Einflusses auf die Messunsicherheit des Prüfstandes untersucht – dabei insbesondere auch der Einfluss der Umschalteinrichtung auf den neu realisierten fliegenden Start-Stopp-Betrieb.
Der Mineralölzähler-Prüfstand (MÖZ) ist Bestandteil des Systems der Messeinrichtungen der PTB zur Darstellung der Einheiten von Mengen- und Durchflussmessungen strömender Flüssigkeiten. Als Prüfmedium wird Testbenzin verwendet, wodurch somit auch die metrologische Rückführung der Messungen von Flüssigkeiten außer Wasser realisiert werden kann. Für die Vergleichbarkeit seiner Messergebnisse mit denen der mit Wasser arbeitenden Normalprüfstände, insbesondere des Hydrodynamischen Prüffeldes, wurde das Betriebsregime des MÖZ für den fliegenden Start-Stopp-Betrieb erweitert. Hierfür wurde in jede der beiden Messleitungen eine spezielle Umschaltvorrichtung, bestehend aus jeweils zwei im Gegentakt arbeitenden Kugelventilen (siehe Bild 1), eingebaut. Damit wird ein schnelles Hin- und Herschalten des Flüssigkeitsstroms zu Beginn und am Ende einer Messung zwischen Messbehälter und Bypassleitung ermöglicht, so dass die Messungen am Prüfling selbst bei konstanten Strömungsverhältnissen des Zählers erfolgen können, ohne dass die Einflüsse beim An- und Auslaufen des zu prüfenden Zählers beachtet werden müssen.
Bild 1: Zu sehen ist eine der beiden Umschalteinrichtungen. Sie besteht aus zwei Kugelventilen, die zur Zeit mit einer Steuerwelle über ein pneumatisches Stellorgan starr miteinander gekoppelt sind.
Aufgrund der Flüchtigkeit des Testbenzins muss die gesamte Strömungsführung im Prüfstand innerhalb eines in sich geschlossenen Systems erfolgen, wozu auch die Umschalteinrichtung gehört. Durch die Verwendung der Kugelventile kann dies gewährleistet werden.
In einem ersten Schritt wurden die Kugelventile zunächst starr miteinander verkoppelt untersucht. Erwartungsgemäß ergab sich ein Einfluss, das heißt eine Rückwirkung auf die Anzeigen der Prüflinge, bedingt u. a. durch kurzzeitige Erhöhungen des Strömungswiderstandes und damit verbundenen impulsartigen Änderungen des dynamischen Flüssigkeitsdrucks und des Durchflusses bei jedem Schaltvorgang. Die Größenordnung dieser Auswirkungen war zunächst theoretisch nicht abschätzbar, da sie auch vom jeweiligen konkreten Prüfaufbau und dessen Strömungswiderstand abhängt.
Diese Zusammenhänge wurden nun experimentell mit Hilfe eines Turbinenradzählers und eines Coriolisdurchflussmessgerätes für verschiedene Drücke und Durchflüsse verifiziert und dabei die Abweichungen der Kalibrierergebnisse beider Geräte quantifiziert (siehe Bild 2). Die Untersuchungsmethode bestand darin, die Befüllung des Messzylinders in mehrere kleinere Einzelfüllungen zu unterteilen. Somit fanden zur vollständigen Befüllung entsprechend der Anzahl der Teilfüllungen mehrere Schaltvorgänge statt. Auf diese Weise ließen sich die Abweichungen stapeln und mit Hilfe eines entwickelten Algorithmus mathematisch bestimmen.
Bild 2: Dargestellt sind die experimentell ermittelten Werte der relativen Abweichung der Kalibrierergebnisse eines Turbinenradzählers und Coriolisdurchflussmessgerätes für verschiedene Durchflüsse und Drücke.
Die nun weiterfolgende Aufgabe besteht darin, ein Programm zu entwickeln, das einen rückwirkungs- und störungsfreien Umschaltvorgang ermöglicht, indem die Kugelventile voneinander getrennt und durchflussabhängig aufeinander abgestimmt so zu schalten sind, dass eine Änderung des Durchflusses unterbleibt.
Ansprechpartner:
Jörg Riedel, FB 1.5, AG 1.53, E-Mail: joerg.riedel@ptb.de