Dynamic weighing calibration method for liquid flowmeters - A new approach

Aguilera Mena, Jesus Jaime GND

Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es, die ersten Schritte zur Umsetzung einer neuen Kalibriermethode für Durchflussmessgeräte zu beschreiben. Diese Forschungsarbeit wurde im Fachbereich „Flüssigkeiten“ der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt durchgeführt. Sie realisiert ein dynamisches Wägeverfahren, welches es ermöglicht, den Massendurchfluss mehrmals unter stationären und quasistationären Bedingungen zu messen. Eine somit verkürzte Kalibrierzeit bringt einen wichtigen Vorteil für Durchfluss-Kalibrierlaboratorien, um ihre Kalibrierkosten, den Energieverbrauch und die Arbeitsbelastung zu reduzieren.Die vorgeschlagene Kalibriermethode beruht auf einer gründlichen Analyse der Wechselwirkungzwischen den durchflussinduzierten Kräften im Messprozess und der Dynamik des Wäge-Systems. Basierend auf dieser Analyse wird anschließend eine Reihe von Signalverarbeitungstechniken angewandt, um sowohl die Stärke der unerwünschten, durch den Durchfluss induzierten Kräfte zu verringern, als auch das Messrauschen im Ausgangsignal zu dämpfen. Damit kann die Messgröße einerseits sehr genau und andererseits auch als Funktion der Zeit ermittelt werden.Die Wirksamkeit der neuen Kalibriermethode für Durchfluss-Messgeräte wird durch numerische und experimentelle Tests validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Genauigkeit kleiner als 0,1 % erreichbar ist. Außerdem gibt die vorliegende Arbeit Empfehlungen, wie das vorgeschlagene Messprinzip zukünftig noch weiter verbessert werden kann.

The aim of this dissertation is to describe the first steps made towards the realization of a new calibration method for liquid flowmeters. Such a research work carried out at the liquid flow department of the Physikalisch-Technische Bundesanstalt consists in a dynamic weighing approach, which enables to estimate the mass flow rate several times under stationary and quasi-steady conditions, and thus shortening the calibration time. The latter statement represents a significant benefit for flow calibration laboratories, which seek to reduce their calibration costs, energy consumption, and workload.The proposed calibration method relies on a thorough analysis of the interaction between the acting flow-induced forces present in the measurement process, and the dynamics of the weighing system. Then, a series of signal processing techniques based on such an analysis are implemented, in order to attenuate the magnitude of the undesired flow-induced forces as well as the embedded measurement noise from the system´s output signal, so that the measurand can be determined as a time-varying state variable.The effectiveness of this new flowmeter calibration method is validated by a series of numerical and experimental tests, in which according to their results, it reveals that an accuracy level smaller than 0,1% is attainable by applying the proposed method. Furthermore, this document offers a guideline of how to improve in future the performance of the proposed measurement principle.

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Aguilera Mena, Jesus Jaime: Dynamic weighing calibration method for liquid flowmeters - A new approach. 2013.

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