LASER-optisches Normal für Heißwasser-Durchfluss

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1 LASER-optisches Normal für Heißwasser-Durchfluss Arbeitsgruppe 7.5: Neue Verfahren der Wärmemengenmessung Aktuelle Untersuchungen in der Strömungsmesstechnik, , PTB Braunschweig

2 LASER-optisches Durchflussnormal

3 Messprinzip Q A v da 3

4 Integration Aspekte der Messunsicherheit Geschwindigkeit Position A v da Ȧ.. v da Q Messraster Kalibrierung Positionierung Interpolation Messvolumen Geometrie Integration Statistik Strahlverfolgung 4

5 Messpunktanordnung [VDI 640] 5

6 Messpunktanordnung nach VDI 640 [VDI 640] 6

7 Integrationsfehler nach Norm für GH-Profil [VDI 640] [DIN-EN-1384] 7

8 Strömungsprofil in der Kontraktion U U 1 U vol U A U A1 1 U 8 1 [Merzkirch 005] [Schober 00]

9 Integrationsfehler nach Norm für Düsenprofil 9

10 Verbesserte Stützpunktanordnung 1. Einteilung der Kreisfläche in flächengleiche Teile. Ermittlung der charakteristischen Profilform 3. Bestimmen der angepassten Punktkoordinaten durch Iteration 4. Auswahl der Anzahl der Traversen nach der Unregelmäßigkeit des Profils [Weisse 014] 10

11 Analytische Vergleichsprofile wesentliche Eigenschaften abbilden Referenzdurchfluss Messgitter laminar Gersten (005) tanh-ansatz Gersten [Strunck 011], [Merzkirch 005] 11

12 Raytracing/ Bestimmung des Messortes Einflussparameter: Ausrichtung LASER-Sonde Geometrie Brechzahlen Wasser, Glas, Luft Temperatur 1

13 Raytracing / Bestimmung des Messortes Einflussparameter: Ausrichtung LASER-Sonde Geometrie Brechzahlen Wasser, Glas, Luft Temperatur 13

14 Unsicherheit des Strahlverlaufs Numerical Uncertainty Evaluation, (C), PTB Berlin, Version case: inputraymub3.txt o o Budget Ray-Tracing Input[i] U[i] C[i] (UC)^ % o o Nr 0 Position x e e e % Nr 1 Position y e e e % Nr RGlas 4.43e e e % Nr 3 IGlas 3.75e e e % Nr 4 pipewall 5.1e e e % Nr 5 pressureglas 3.50e e e % Nr 6 alphalens 5.17e e e % Nr 7 beamdistance 4.50e e e % Nr 8 n e e e % Nr 9 n0 1.48e e e % Nr 10 n1 1.33e e e % Nr 11 n 1.47e e e % Nr 1 n3 1.33e e e % Nr 13 UTraverseX 1.00e e-01.73e % Nr 14 UTraverseY 1.00e e e % Nr 15 X0 0.00e e e % Nr 16 Y0 0.00e e e % o o sum 8.556e % o o mean value f (input) = e+01 combined standard Uncertainty Uc (k=1.00) =.95e-0 abs combined standard Uncertainty Uc (k=1.00) = % combined standard Uncertainty Uc (k=.00) = 5.850e-0 abs combined standard Uncertainty Uc (k=.00) = 0.1 % combined standard Uncertainty Uc(f)(k=.00) = 5.850e-0 abs combined standard Uncertainty Uc(f)(k=.00) = 0.1 % o o Uncertainty evaluation of Ray-Tracing [Juling 014] [GUM008] 14

15 Wandkorrektur Schwerpunktslage 15

16 Wandkorrektur Schwerpunktslage 1D/D I 1D xs x 1D e 1 x (-a e /erf /) b - e (-b /) - erf a I D xs D e (-0.5x ) e (-0.5y ( /.) *e ) (0.5(-a -b )) (e (a /) - e (b ) (erf(c/ ) - erf(d/ )) 0.5 (erf(a/ ) - erf(b/ ))*(erf(c/ ) - erf(d/ )) /) 16

17 Wandkorrektur Schwerpunktslage D 17

18 Numerische MUB der Messung Numerical Uncertainty Evaluation, (C), PTB Berlin, Version o o Budget Volume Flow Input[i] U[i] C[i] (UC)^ % o o Nr 0 Diameter 7.50e e e e Nr 1 LDA-Calib 0.00e e e e Nr rr[0] 0.00e e e e : Nr 0 rr[18] 9.36e e e e Nr 1 rr[19] 9.63e e e e Nr rr[0] 9.87e e e e : Nr 41 Velo [18] 1.4e e e e Nr 4 Velo [19] 1.19e e e e Nr 43 Velo [0] 9.94e e e e o o sum 6.14e % o o mean value f (input) = e+01 combined standard Uncertainty Uc (k=1.00) =.478e-0 abs combined standard Uncertainty Uc (k=1.00) = 0.15 % combined standard Uncertainty Uc (k=.00) = 4.957e-0 abs combined standard Uncertainty Uc (k=.00) = 0.51 % o o Uncertainty evaluation for LDA-Integration [GUM008] 18

19 Zusammenfassung Prototyp für Normal aufgebaut Industrietauglich Validierungsmessungen finden derzeit statt 19

20 Literatur [Merzkirch 005] Wolfgang Merzkirch (Hrsg.): Fluid Mechanics of Flow Metering, Springer Verlag, ISBN [Schober 00] Strömungsmesstechnik I+II, Vorlesungsskript, TU-Berlin [VDI 640] Netzmessungen in Strömungsquerschnitten [DIN-EN-1384] Ermittlung der Staubkonzentration bei geringen Staubkonzentrationen [DIN-EN -1599] Lüftung von Gebäuden - Prüf- und Messverfahren für die Übergabe Raumlufttechnischer Anlagen, 01 [Weisse 014] Andreas Weissenbrunner: persönliche Kommunikation [Strunck 011] Volker Strunk et. Al.: Durchflussmessung am optischen Normal für Erdgas unter Hochdruck, Vortrag, GALA 011 [Davis 1975] Philip J. Davis, Philip Rabinowitz: Methods of numerical integration, Academic Press New York, 1975 [Juling 014] Markus Juling, persönliche Kommunikation [GUM 008] JCGM 100:008 (GUM) 5.1.3, Note 0

21 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig und Berlin Abbestr Berlin Dipl.-Ing. Arbeitsgruppe Neue Verfahren der Wärmemengenmessung Telefon: /