Messunsicherheiten in der Durchflussmessung: Der Weg zum Messunsicherheitsmodell und zur Unsicherheitsanalyse – Teil 1
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Rainer Engel
Rainer Engel ist Leiter der Arbeitsgruppe „Rückführung Flüssigkeitsmessungen“ des Fachbereiches 1.5 der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt. Er war maßgeblich an der Entwicklung des Hydrodynamischen Prüffeldes der PTB beteiligt, dem nationalen Normal für Flüssigkeitsmessungen. In seinen Aufgabenbereich fallen u. a., neben den wissenschaftlichen Fragestellungen der Rückführung der Durchflussmessgrößen, die Untersuchung von Durchflussmessgeräten, Messunsicherheitsanalysen und die Evaluierung und Akkreditierung von Mess- und Prüfeinrichtungen für Durchflussmessgeräte. Des Weiteren ist er für verschiedene Fachzeitschriften als Reviewer bzw. Referee auf Anfrage tätig.
PTB Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Tel.: +49 531 592-1321
Zusammenfassung
Durchflusskalibriereinrichtungen lassen sich generell in drei am Messprozess beteiligte Funktionselemente strukturieren, unabhängig von der Art des Fluids und des verwendeten Referenznormals: das Referenznormal (Volumen oder Masse), das zu kalibrierende Durchflussmessgerät sowie das Verbindungselement dazwischen, das Zwischenrohrvolumen [1]. Mittels modellbasierter Analyse können diese Elemente separat einer Unsicherheitsanalyse unterzogen werden, deren Einzelergebnisse in einem Gesamtmodell zusammengeführt werden. Eine „exakte“ Analyse der Messunsicherheit im Rahmen von Messungen in Durchflusskalibriereinrichtungen erfordert die Berücksichtigung von Unsicherheitsbeiträgen, die aus den dynamischen Effekten des Messprozesses und der daran beteiligten Funktionskomponenten resultieren. Deren Ursachen wiederum sind im Wesentlichen in mehr oder weniger zufälligen Schwankungen der Messgröße Volumen- bzw. Massedurchfluss in der Messanlage begründet. Eine Komponente, die wesentlich zur Gesamtmessunsicherheit bei Durchflussmessungen und -kalibrierungen beiträgt, ist der Prüfling selbst, d. h. der zu kalibrierende Durchflusssensor. Dieser Unsicherheitsbeitrag resultiert sowohl aus dem Messprozess als auch aus inhärenten Eigenschaften dieses Messgerätes.
Abstract
Calibration facilities for fluid flow, generally, can be structured into three functional elements which are involved in the measurement process, regardless of the fluid type and the type of the reference standard in use. By means of a model-based analysis, these three elements are subjects of uncertainty analysis, separately, and, then, the results of these submodels can be combined in a model that represents the total uncertainty of the whole measurement process. An „exact“ analysis of the measurement uncertainty referring to measurements in fluid flow calibration facilities requires the consideration of uncertainty contributions which result from the dynamic effects within the measurement process and the functional components involved in this process. These effects, essentially, result from the measurand flowrate in the calibration facility, whose magnitudes and time responses reveal random-like characteristics. One component in the measurement process which represents a significant source of uncertainty is the Meter Under Test (MUT), i. e., the flow sensor to be calibrated. These meter-dependent contributions to the measurement uncertainty are caused by both the measurement process and the inherent characteristics of the MUT.
Über den Autor / die Autorin
Rainer Engel ist Leiter der Arbeitsgruppe „Rückführung Flüssigkeitsmessungen“ des Fachbereiches 1.5 der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt. Er war maßgeblich an der Entwicklung des Hydrodynamischen Prüffeldes der PTB beteiligt, dem nationalen Normal für Flüssigkeitsmessungen. In seinen Aufgabenbereich fallen u. a., neben den wissenschaftlichen Fragestellungen der Rückführung der Durchflussmessgrößen, die Untersuchung von Durchflussmessgeräten, Messunsicherheitsanalysen und die Evaluierung und Akkreditierung von Mess- und Prüfeinrichtungen für Durchflussmessgeräte. Des Weiteren ist er für verschiedene Fachzeitschriften als Reviewer bzw. Referee auf Anfrage tätig.
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©2014 Walter de Gruyter Berlin/Boston
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