| Zugriffsnummer | 18786 |
| Dokumenttyp | Dissertation |
| Peer Review | unbekannt |
| Sprache | Deutsch |
| Titel | Messunsicherheit einer gravimetrischen Kalt- und Warmwasser-Normalmessanlage für große Volumenströme |
| Autor(in); Institution |
Mathies, Nicolaus; 7.6, Wärme, PTB-Berlin
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| Quelle/Jahr | (2005), 106 S. |
| Dissertationsvermerk | Dissertation, Technische Universität Berlin, 2005 |
| ISBN | 3-86664-005-6 ; 978-3-86664-005-4 |
| Verlag | Berlin: Mensch-und-Buch-Verlag |
| Freie Schlagworte | Messunsicherheit ; gravimetrische Normalmessanlage ; Diverter ; Zeitfehler ; statisches Wägeverfahren ; dynamisches Wägeverfahren ; Wärmezähler ; Kältezähler ; Kalibrierung ; Volumenmessteil ; Durchfluss ; Durchflussskale ; Nationales Normal ; Waage ; Wägezelle |
| Zusammenfassung | Die in Deutschland jährlich umgesetzte thermische Energie beläuft sich auf einen Verbrauchswert von ca. 4,4 Mrd. Euro. Es ist angestrebt, die derzeitige relative Fehlergrenze der Durchflusssensoren von Wärmemengenzählern von 2% auf 1% zu verringern. Für die Rückführbarkeit der Messergebnisse auf das Nationale Normal über ein Arbeitsnormal erfordert dies jedoch eine relative Messunsicherheit des Nationalen Normals von 4·10-4, die im Rahmen dieser Arbeit nachgewiesen worden ist, woraus erhebliche hard- und softwareseitige Anforderungen an die Messanlage resultieren. Bei der neuen gravimetrischen Normalmessanlage der PTB, Institut Berlin, für Volumenströme im Bereich von 3...1000 m3/h und Temperaturen zwischen 3...90 °C gilt es, diese Messunsicherheit nachzuweisen. Der übliche Vergleich nationaler Normale mittels sog. Key Comparisons scheitert daran, dass für die Volumenstromskale keine Transfernormale ausreichender Genauigkeit existieren. Ein weiterer Vergleich erfolgt daher durch eine Messunsicherheitsanalyse der gravimetrischen Messanlage. Kernstück einer gravimetrischen Messanlage bei der Rückführung einer Volumenmessung auf eine Masse- und Dichtemessung bildet das Wägesystem mit der Umschalteinrichtung zur Umlenkung des Wassers in den Wägebehälter. Bei der Analyse des Wägesystems konnten im Rahmen dieser Arbeit grundlegende Verbesserungen hinsichtlich der Messunsicherheit u.a. durch den Einsatz sog. Kugelfüße zur Verringerung einer nicht senkrechten Lastübertragung auf den Lastaufnehmer einer Wägezelle erreicht werden. Um die festgestellte Abhängigkeit des Wägesignals von der Temperatur der Umgebungsluft in akzeptablen Grenzen zu halten, wird das gesamte Wägesystem am Ende des Jahres 2005 eingehaust und temperaturstabilisiert. Haupteinflussgröße bei der Messunsicherheitsanlayse gravimetrischer Messanlagen bildet die Unsicherheit der Umschalteinrichtung. Bei der Bestimmung der systematischen Messabwweichung (Zeitfehler) der Umschalteinrichtung und dessen Unsicherheit stellte sich heraus, dass die herkömmlichen Mess- und Berechnungsverfahren nur unter bestimmten Voraussetzungen zu akzeptablen Ergebnissen führen. So wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Messverfahren weiterentwickelt, um eine genauere Angabe des Zeitfehlers und dessen Unsicherheit zu ermöglichen. Im Zuge dieses Messverfahrens könen zum einen mögliche Fehlmessungen erkannt und eliminiert werden, zum anderen wird mit Hilfe einer Messdatenanalyse ein praxisnaher Wert für die Unsicherheit eines Umschaltvorganges der Umschalteinrichtung ermittelt. Die Untersuchungen zur Analyse der Umschalteinrichtung konnten erstmals an sechs verschiedenen gravimetrischen Messanlagen bei unterschiedlichen Temperaturen, Durchflüssen und Umschalteinrichtungen durchgeführt werden. Aus dieser Parametervielfalt und einer Vielzahl an Messreihen resultiert ein allgemeines Vorgehen zur Bestimmung des Zeitfehlers der Umschalteinrichtung als Funktion des Volumenstroms sowie der Bestimmung der Standardunsicherheit. Im Zuge der statistischen Auswertung der Messdaten zur Bestimmung des Zeitfehlers wurde deutlich, dass eine über die Untersuchung der Umschalteinrichtung hinaus gehende Interpretation der Messdaten hinsichtlich anderer Anlagenkomponenten möglich ist. Es konnten dabei die Messunsicherheit vergrößernde Effekte anderer Anlagenkomponenten nachgewiesen und zum Teil behoben werden. Mit Hilfe der in dieser Arbeit angeführten statistischen Analyse der Messdaten steht damit ein Hilfsmittel zur Verringerung der Gesamtmessunsicherheit der gravimetrischen Messanlage und damit auch eines zu prüfenden Durchflussmessgerätes zur Verfügung. Die aufgestellte Modellgleichung zur Beschreibung des statischen Wägeverfährens bildet die Grundlage der Messunsicherheitsanalyse der gravimetrischen Messanlage. Hierbei erfolgt die Bestimmung der Standardunsicherheit, die Berechnung der Sensitivitätskoeffizienten sowie die Ermittlung der Gesamtmessunsicherheit. Die messtechnische Validierung des statischen Wägeverfahrens wurde erfolgreich mit Hilfe des dynamischen Wägeverfahrens durchgeführt. Die Übereinstimmung der Messabweichungen eines Durchflussmessgerätes im Rahmen der Wiederholstandardabweichung zwischen statischem und dynamischen Wägeverfahren ist im Zusammenhang mit dem Wegfall der maßgeblichen Einflussgröße (Zeitfehler der Umschalteinrichtung) auf die Gesamtmessunsicherheit beim dynamischen Wägeverfahren ein Nachweis für die absolute Genauigkeit beider Messverfahren. Die zur Prüfung von Volumenmessteilen von Wärmezählern der Klasse 1 erforderliche relative Standardunsicherheit der neuen gravimetrischen Normalmessanlage der PTB, Institut Berlin, von 4·10-4 konnte im Rahmen dieser Arbeit nachgewiesen werden. |
