Flowmåling og kalibrering med kolde medier. Flowtemadag 3. december 2013 Teknologisk Institut Anders Niemann

Transkript

1

2 Flowmåling og kalibrering med kolde medier Flowtemadag 3. december 2013 Teknologisk Institut Anders Niemann

3 Baggrund Flowmålere bruges i mange forskelligartede applikationer og til mange forskellige formål Mange flowmålere bruges udenfor det område de er kalibreret til: Forskellige fluider i proces og kemiindustrien Regn- og spildevand Kølemidler og kølemiddelsblandinger i køleanlæg Legal afregning af fjernkøling Etc. Flowmålerne er som oftest kalibreret med vand

4 Køle- og køleenergimålere Kølemålere Flowmåler der måler masse eller volumeflowet af et kølemiddel eller en kølemiddelsblanding ingen temperatur definition Køleenergimålere Varmeenergimåler der anvendes til måling af forbrug af køleenergi - temperatur definition: 2 30 C (max. Δ20 K) Legale Ingen legale krav (endnu) Forslag til bekendtgørelse om måleteknisk kontrol med målere (nationalt) Ikke legal Ifølge EN 1434

5 Forslag til ny bekendtgørelse Køleenergimålere skal opfylde relevante krav i EN 1434 eller anden teknisk standard inden ibrugtagning Erhvervsmiljøer og lette industrimiljøer Nøjagtighedsklasse 2 eller bedre (fejl ikke mere en ±5%) Køleenergimålere til husholdninger Nøjagtighedsklasse 3 eller bedre (fejl ikke mere en ±5%) Køleenergimålere skal være typegodkendt inden markedsføring, salg og levering.og være førstegangsverificerede inden ibrugtagning Nationalt kontrolsystem skal etableres for idriftværende målere som ved vand og fjernvarmemålere

6 Krav i EN Specifikt for køleenergimålere Performance test (præstationsprøvning) Flowsensor: Cooling Mekaniske målere med q max/ q min 10 Statiske med q max /q min 25 Mekaniske målere med q max /q min > 10 Statiske med q max /q min > 25 (15 ± 5) C (15 ± 5) C (5 ± 1) C

7 Krav i EN Specifikt for køleenergimålere Performance test (præstationsprøvning) Flowsensor Temperatursensorer: Tre temperaturer fra nedenstående skala: (5 ± 5) C (40 ± 5) C (70 ± 5) C (90 ± 5) C (130 ± 5) C (160 ± 10) C

8 Krav i EN Specifikt for køleenergimålere Performance test (præstationsprøvning) Flowsensor Temperatursensorer Durability test (holdbarhedstest) Flowsensor: (15 ± 5) C Temperatursensorer: Cyklisk test fra højeste til laveste temperaturgrænse (gentages 10 gange)

9 Krav i EN Specifikt for køleenergimålere Performance test (præstationsprøvning) Flowsensor Temperatursensorer Durability test (holdbarhedstest) Flowsensor: (15 ± 5) C Temperatursensorer: Cyklisk test fra højeste til laveste temperaturgrænse (gentages 10 gange) Flow disturbances (flowforstyrrelsestest) Flowsensor: (15 ± 5) C Temperatursensorer: ingen

10 Kalibrering af flowmålere i vand - Indtil nu! Temperatur 4 C Flowområde 5 l/h l/h (500 m 3 /h) Medie Vand

11 Setupspecifikationer - Køleprøvestand (prototype) Kalibrering af målere baseres på reference flowmåling Reference flowmåleren er baseret på koriolis-flowmålingsprincippet Sporbar kalibrering af reference flowmåleren baseres på et vejesystem Prototypen skal udstyres med et integreret kølesystem Kalibreringsmediet skal være en kølemiddelsblandingen, der er et gængs kølemiddel med et frysepunkt på -25 C eller lavere 11

12 Setup et - Kølesystem CO 2 U-8 U-2 U-3 M-2 M-1 U-4 U-10 Water/ Glycol Mixture U-9 Vejetank U-5 U-6 U-7 U-1

13 Setup et - Referenceflowmåler CO 2 U-8 U-2 U-3 M-2 M-1 U-4 U-10 Water/ Glycol Mixture U-9 Vejetank U-5 U-6 U-7 U-1

14 Usikkerhed - Reference flow meter M kølemiddel = M vægt + M korr + M is + B [Kg] M kølemiddel : M vægt : M korr : M is : B: Masse af kølemiddel i vejetanken Udlæsning på vægtens display Korrektion af vægtudlæsning Estimering af is på ydersiden af vejetanken Korrektionen for opdriften som følge af den fortrængte mængde luft i vejetanken 14

15 Usikkerhed - Reference flowmåler M Korr = K M vægt B = M vægt 1 1 ρ luft ρ lodder ρ luft ρ køleemiddel M vægt [kg] ρ air = p h ( T ) T 15

16 Usikkerhedsbudget - Vægt Quantity Value Std. afvigelse Distribution Sensitivity Coeff. Uncertainty Cont. Index M vægt kg kg Rect ,0% M is 0.0 kg kg Rect ,6% ρ luft kg/m³ kg/m³ ρ lodder 8000 kg/m³ ρ kølemiddel 1080 kg/m³ 54.0 kg/m³ normal % K normal % p 1013 mbar 28.9 mbar Rect % h 50%rh 5.77%rh Rect. t 20 C 4.33 C Rect % M afvejning kg Expanded uncertainty (k=2) ± 0.23%

17 Fejl [%] Kalibrering - Referenceflowmåler 0,30 0,20 0,10 0,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0-0,10-0,20-0,30 Flowrate [kg/s] 17

18 Fejl [%] Kalibrering - Reference flowmåler 0,30 0,20 0,10 0,00-15,0-10,0-5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0-0,10-0,20-0,30 Temperature [ C ] Samlet usikkerhed på referenceflowmålingen: u(ref) = ±0.28% (k = 2) 18

19 Kalibrering af en måler - Måler under test CO 2 U-8 U-2 U-3 M-2 M-1 U-4 U-10 Water/ Glycol Mixture U-9 Vejetank U-5 U-6 U-7 U-1 19

20 Kalibrering af en måler - Måler under test CO 2 U-8 U-2 U-3 M-2 M-1 U-4 U-10 Water/ Glycol Mixture U-9 Vejetank U-5 U-6 U-7 U-1 20

21 Kalibrering af en måler - Måler under test CO 2 U-8 U-2 U-3 M-2 M-1 U-4 U-10 Water/ Glycol Mixture U-9 Vejetank U-5 U-6 U-7 U-1

22 Kalibrering af en måler - Måler under test CO 2 U-8 U-2 U-3 M-2 M-1 U-4 U-10 Water/ Glycol Mixture U-9 Vejetank U-5 U-6 U-7 U-1 22

23 Kalibrering af en måler Referencens usikkerhed Kalibreringsunsikkerhed (u(ref) = 0.28 %) Stabilitet af reference flowmåleren med tiden Usikkerheden ved konverteringen fra kg/s (ref. måleren) til m³/s (måler under test) Temperaturstabilitet af køleblandingen under kalibreringen. 23

24 Kalibrering af en MAG måler Temperaturniveauer: 22 C, 10 C, 0 C, and -10 C Flowrater 0.3 kg/s, 0.6 kg/s, 1.4 kg/s, 2.8 kg/s Viskositet Interval fra ~ Pa s (2.7 cp) til ~0.009 Pa s (9 cp) Reynoldstal niveauer Interval fra ~1100 til ~

25 Fejl [%] Temperaturafhængighed 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-20,00-10,00 0,00 10,00 20,00 30,00 Temperature [C]

26 Fejl [%] Reynoldtal-afhængighed 1,8 1,6 1,4 1,2 23 C 10 C 0 C -9 C 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Reynolds number

27 Fremtidige tests Kalibrering af testmåleren på en akkrediteret flow prøvestand med vand Kalibrering ned til -20 C på den nye facilitet Teste andre målere baseret på andre flowmålingsprincipper Ultralydsmåler Vortexmåler

28 Konklusion Protypen/konceptet er velegnet til at foretage kalibrering af flowmålere, der anvendes i køleanlæg, ned til -10 C eller lavere. Kalibreringer på prototypen kan foretages med et usikkerhedsinterval der højest er ± 0.3 %.