DIN V 19218-2008 Measurement of fluid flow - Procedures for the evaluation of uncertainties (ISO 5168 2005 modified)《流体流量的测量 不确定度的评估程序》.pdf

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1、Januar 2008 Normenausschuss Technische Grundlagen (NATG) im DINPreisgruppe 25DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 17.120.10!$I43“1381716www.din.deDVornormDIN V 192

2、18Durchflussmessung von Fluiden Verfahren zur Unsicherheitsermittlung (ISO 5168:2005, modifiziert)Measurement of fluid flow Procedures for the evaluation of uncertainties (ISO 5168:2005, modified)Mesure de dbit des fluides Procdures pour le calcul de lincertitude (ISO 5168:2005, modifie)Alleinverkau

3、f der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 74 SeitenDIN V 19218:2008-01 2 Vorwort Diese Vornorm wurde vom Arbeitsausschuss NA 152-04-02 AA Durchfluss und Menge“ im Normenausschuss Technische Grundlagen (NATG) im DIN erstellt. Dieses Dokument wurde auf der Grundlage d

4、er ISO 5168:2005, des ISO/TC 30/SC 9 Measurement of fluid flow in closed conduits General topics“ erarbeitet. DIN V 19218 folgt im Aufbau und in der Struktur der ISO 5168:2005, enthlt aber fr den Anwender erforderliche Klarstellungen in vielen Textpassagen, um damit die Nutzung der Vornorm deutlich

5、zu erleichtern. Gleichzeitig wurden die bei der bersetzung erkannten Fehler in ISO 5168:2005 richtig gestellt, um fehlerhafte Berechnungen und Interpretationen zu vermeiden. Das Sekretariat von ISO/TC 30/SC 9 ist unterrichtet und wird geeignete Manahmen sptestens bei der erforderlichen Prfung von IS

6、O 5168 in 2010 ergreifen. Der in Abschnitt 2 aufgefhrte Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen (GUM) ist als DIN V ENV 13005 ins Deutsche bernommen worden. Vornorm DIN V 19218:2008-01 3 Inhalt Seite Vorwort 2 Einleitung 6 1 Anwendungsbereich .6 2 Normative Verweisungen6 3 Begriffe .6 4 Fo

7、rmelzeichen und Abkrzungen8 4.1 Formelzeichen .8 4.2 Indizes.12 5 Unsicherheitsermittlung in einem Messprozess13 6 Ermittlungsmethode A der Messunsicherheit14 6.1 Allgemeines .14 6.2 Rechenverfahren .14 7 Ermittlungsmethode B der Messunsicherheit15 7.1 Allgemeines .15 7.2 Rechenverfahren .15 7.3 Rec

8、hteckverteilung .15 7.4 Normalverteilung .16 7.5 Dreieckverteilung 16 7.6 Bimodalverteilung .16 7.7 Zuweisen einer Wahrscheinlichkeitsverteilung .16 7.8 Unsymmetrische Wahrscheinlichkeitsverteilungen 17 8 Empfindlichkeiten17 8.1 Allgemeines .17 8.2 Analytische Ermittlung .17 8.3 Numerische Ermittlun

9、g.18 9 Kombination von Unsicherheiten 19 10 Angabe von Ergebnissen .19 10.1 Erweiterte Unsicherheit 19 10.2 Unsicherheitsbilanz.20 Anhang A (normativ) Schrittweises Verfahren zur Unsicherheitsberechnung 22 A.1 Absolute oder relative Unsicherheit22 A.2 Mathematische Beziehung .22 A.3 Standardunsicher

10、heit22 A.3.1 Allgemeines .22 A.3.2 Ermittlungsmethode A Standardabweichung des Mittelwerts aus wiederholten Messungen.22 A.3.3 Ermittlungsmethode B Subjektive Schtzung und Erfahrung.22 A.4 Empfindlichkeiten23 A.4.1 Allgemeines .23 A.4.2 Absolut .23 A.4.3 Relativ.23 A.5 Kombinierte Standardunsicherhe

11、it .23 A.5.1 Allgemeines .23 A.5.2 Absolut .23 A.5.3 Relativ.23 A.6 Nicht verlssliche Eingangsgren 24 A.7 Erweiterte Unsicherheit 24 A.8 Angabe von Ergebnissen .24 Anhang B (normativ) Wahrscheinlichkeitsverteilungen.25 Vornorm DIN V 19218:2008-01 4 Seite Anhang C (normativ) Erweiterungsfaktoren 27 A

12、nhang D (informativ) Statistische Grundregeln fr Ermittlungsmethode A der Unsicherheit. 29 D.1 Mittelwert x eines Datensatzes 29 D.2 Empirische Standardabweichung s eines Datensatzes 29 D.3 Anzahl der einer Varianz oder Standardabweichung einer Stichprobe zu Grunde liegenden Freiheitsgrade . 30 D.4

13、Auf der empirischen Standardabweichung basierende Standardunsicherheit xu eines Stichprobenmittelwerts 30 D.5 Auf der Standardabweichung aus frher gewonnenen Kenntnissen basierende Standardunsicherheit xu eines Stichprobenmittelwerts. 30 D.6 Auf der Standardabweichung aus frher gewonnenen Kenntnisse

14、n basierende Standardunsicherheit smu eines Einzelwerts . 30 D.7 Aus mehreren Datenstzen kombinierte Standardabweichung pos 31 D.8 Anzahl po der einer kombinierten Standardabweichung zu Grunde liegenden Freiheitsgrade . 32 D.9 Auf der Standardabweichung eines Datensatzes basierende erweiterte Unsich

15、erheit xU eines Stichprobenmittelwerts 32 D.10 Auf der Standardabweichung aus frher gewonnenen Kenntnissen basierende erweiterte Unsicherheit xU eines Stichprobenmittelwerts. 32 D.11 Erweiterte Unsicherheit smU eines Einzelwerts fr diesen Fall aus D.10 . 32 D.12 Statistischer Anteilsbereich fr Einze

16、lmessungen. 32 D.13 Erkennen von Ausreiern 34 D.14 Berechnungsbeispiele 35 D.14.1 Mittelwert, Varianz, Standardabweichung, Anzahl der Freiheitsgrade, Variationskoeffizient. 35 D.14.2 Auf der Standardabweichung basierende Standard- und erweiterte Unsicherheit eines Mittelwerts . 35 D.14.3 Standard- u

17、nd erweiterte Unsicherheit eines Einzelwerts . 36 D.14.4 Aus mehreren Datenstzen kombinierte Standardabweichung 36 D.14.5 Auf der Standardabweichung aus frher gewonnenen Kenntnissen basierende erweiterte Unsicherheit eines Stichprobenmittelwerts. 37 D.14.6 Statistischer Anteilsbereich fr Einzelwerte

18、 38 D.14.7 Verwerfen von Ausreiern . 39 Anhang E (informativ) Messunsicherheitsquellen 41 E.1 Kategorien von Messunsicherheitsquellen 41 E.2 Kalibrierunsicherheit 41 E.3 Datenerfassungsunsicherheit . 41 E.4 Datenverarbeitungsunsicherheit. 42 E.5 Messmethodenbedingte Unsicherheit 42 Anhang F (informa

19、tiv) Korrelierte Eingangsgren . 43 Anhang G (informativ) Beispiele. 45 G.1 Beispiel 1 Eine kalibrierte Dse fr kritische Strmung wird zur Messung des Massendurchflusses von Luft benutzt . 45 G.1.1 Das mathematische Modell 45 G.1.2 Beitragende Varianzen . 45 G.2 Beispiel 2 Vergleich zweier mit demselb

20、en Messgert gemessenen Durchflsse . 48 G.2.1 Allgemeines. 48 G.2.2 Mathematisches Modell 48 G.2.3 Beitragende Varianzen . 50 G.2.4 Messunsicherheit der Dichte. 50 G.2.5 Unsicherheit der Messwerte des Druckmessgertes . 51 G.2.6 Kombinierte Unsicherheit des Durchflussverhltnisses F . 52 Vornorm DIN V

21、19218:2008-01 5 Seite G.3 Beispiel 3 Berechnung der durch eine Blende verursachten Unsicherheit der Durchflussmessung54 G.3.1 Allgemeines .54 G.3.2 Das mathematische Modell 55 G.3.3 Beitragende Varianzen56 G.3.4 Unsicherheit des Rohrdurchmessers dp,0.58 G.3.5 Unsicherheit des Durchmessers do,0der Bl

22、endenffnung58 G.3.6 Unsicherheit der Temperatur T0,x.58 G.3.7 Unsicherheit der Fluidtemperatur Top59 G.3.8 Unsicherheit der Dichte .59 G.3.9 Unsicherheit der Druckdifferenz p.59 G.3.10 Unsicherheit des thermischen Lngenausdehnungskoeffizienten .59 G.3.11 Unsicherheit der Viskositt des Fluids 59 G.3.

23、12 Unsicherheit der Reader-Harris-Gallagher-Gleichung (1998).60 G.3.13 Kombinierte Standardunsicherheit des Durchflusses 60 G.4 Beispiel 4 Berechnung der Durchfluss-Messunsicherheit bei Netzmessungen mit einem Messflgel.61 G.4.1 Das mathematische Modell 61 G.4.2 Beitragende Varianzen61 G.4.3 Kombini

24、erte Unsicherheit.63 G.5 Beispiel 5 Berechnung der Durchfluss-Messunsicherheit bei einer Rinne mit Wehr .63 G.5.1 Das mathematische Modell 63 G.5.2 Beitragende Varianzen64 Anhang H (informativ) Kalibrierung eines Durchflussmessgertes in einer Kalibriereinrichtung.66 H.1 Allgemeines .66 H.2 Unsicherh

25、eit der Kalibriereinrichtung.66 H.3 Benutzung der Kalibriereinrichtung 66 H.3.1 Allgemeines .66 H.3.2 Kalibrierung bei verschiedenen Durchflssen mit n Messungen je Durchfluss.67 Anhang I (informativ) Unsicherheiten nach den Ermittlungsmethoden A und B, entsprechend den Unsicherheitsbeitrgen aus zufl

26、ligen“ und systematischen“ Quellen.70 Anhang J (informativ) Besondere Bedingungen bei der Benutzung zweier oder mehrerer parallel geschalteter Durchflussmessgerte71 Anhang K (informativ) Alternative Methoden zur Unsicherheitsberechnung.73 Literaturhinweise74 Vornorm DIN V 19218:2008-01 6 Einleitung

27、Wenn eine Durchflussmessung durchgefhrt wird, ist der Messwert prinzipiell der beste Schtzwert, der fr den Durchfluss oder die Menge erhalten werden kann. Tatschlich kann der Durchfluss oder die Menge etwas grer oder kleiner als dieser Wert sein. Die Messunsicherheit kennzeichnet einen Wertebereich,

28、 innerhalb dessen der wahre Durchfluss oder die Menge mit einem festgelegten Vertrauensniveau erwartet wird. Der Leitfaden fr die Angabe der Unsicherheit beim Messen DIN V ENV 13005 (GUM) ist das magebliche Dokument zu allen Aspekten der Terminologie und Ermittlung der Messunsicherheit und sollte im

29、mer dann zu Rate gezogen werden, wenn diese Internationale Norm nicht genug Einzelheiten liefert. Z. B. enthlt Anhang F des GUM Leitlinien zur Ermittlung von Unsicherheitskomponenten. 1 Anwendungsbereich Diese Vornorm enthlt allgemeine Prinzipien zur Ermittlung der Unsicherheit eines Durchflusses od

30、er einer Menge und beschreibt die anzuwendenden Verfahren. Anhang A enthlt ein schrittweises Verfahren zur Unsicherheitsberechnung. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genomme

31、ne Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN ISO 9300, Durchflussmessung von Gasen mit Venturidsen bei kritischer Strmung DIN V ENV 13005, Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen Internationales W

32、rterbuch der Metrologie (VIM), 19931)3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe des VIM (1993) und die folgenden Begriffe. 3.1 Unsicherheit dem Messergebnis zugeordneter Parameter, der die Streuung der Werte kennzeichnet, die vernnftigerweise der Messgre zugeordnet werden knnte

33、 ANMERKUNG Unsicherheiten werden als absoluter Betrag angegeben und haben kein positives oder negatives Vorzeichen. 3.2 Standardunsicherheit )(xu als Standardabweichung ausgedrckte Unsicherheit des Ergebnisses einer Messung 1) Zu beziehen bei: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Vornorm DIN V 19218:2008

34、-01 7 3.3 relative Standardunsicherheit ( )xuStandardunsicherheit dividiert, durch den besten Schtzwert ANMERKUNG 1 () ( ) .xxuxu =ANMERKUNG 2 ()xukann als reine Zahl, in Prozent oder als Vielfaches von 106angegeben werden. ANMERKUNG 3 Der beste Schtzwert ist in den meisten Fllen der arithmetische M

35、ittelwert des zugehrigen Unsicherheitsintervalls. 3.4 kombinierte Standardunsicherheit ()yucStandardunsicherheit eines Messergebnisses, wenn dieses Ergebnis aus den Werten einer Anzahl anderer Gren gewonnen wird, in Form der positiven Quadratwurzel einer Summe von Gliedern, wobei die Glieder Varianz

36、en oder Kovarianzen dieser anderen Gren sind, gewichtet danach, wie das Messergebnis mit nderungen dieser Gren variiert 3.5 relative kombinierte Unsicherheit ()yuckombinierte Standardunsicherheit, dividiert durch den besten Schtzwert ANMERKUNG 1 ()yuckann als reine Zahl, in Prozent oder als Vielfach

37、es von 106angegeben werden. ANMERKUNG 2 () () .ccyyuyu =ANMERKUNG 3 Der beste Schtzwert ist in den meisten Fllen der arithmetische Mittelwert des zugehrigen Unsicherheitsintervalls. 3.6 erweiterte Messunsicherheit U Kennwert, der einen Bereich um das Messergebnis kennzeichnet, von dem erwartet werde

38、n kann, dass er einen groen Anteil der Verteilung der Werte umfasst, die der Messgre vernnftigerweise zugeordnet werden knnten ANMERKUNG 1 Der Anteil kann als berdeckungswahrscheinlichkeit oder Vertrauensniveau des Bereiches angesehen werden. ANMERKUNG 2 ()yukUc= . 3.7 relative erweiterte Unsicherhe

39、it U erweiterte Messunsicherheit, dividiert durch den besten Schtzwert ANMERKUNG 1 U kann als reine Zahl, in Prozent oder als Vielfaches von 106angegeben werden. ANMERKUNG 2 ().cyukU= ANMERKUNG 3 Der beste Schtzwert ist in den meisten Fllen der arithmetische Mittelwert des zugehrigen Unsicherheitsin

40、tervalls. Vornorm DIN V 19218:2008-01 8 3.8 Erweiterungsfaktor k Zahlenfaktor, mit dem die kombinierte Standardunsicherheit multipliziert wird, um eine erweiterte Messunsicherheit zu erhalten ANMERKUNG Ein Erweiterungsfaktor liegt typischerweise zwischen 2 und 3. 3.9 Ermittlungsmethode A Methode zur

41、 Berechnung der Messunsicherheit durch statistische Analyse von Reihen von Beobachtungen 3.10 Ermittlungsmethode B Methode zur Berechnung der Messunsicherheit mit anderen Mitteln als der statistischen Analyse von Reihen von Beobachtungen 3.11 Empfindlichkeit ic nderung des Wertes der Ausgangsgre ,y

42、dividiert durch die sie verursachende nderung des Wertes der Eingangsgre ix 3.12 relative Empfindlichkeit ic relative nderung des Wertes der Ausgangsgre ,y dividiert durch die sie verursachende relative nderung des Wertes der Eingangsgre ix 4 Formelzeichen und Abkrzungen 4.1 Formelzeichen ia geschtz

43、te halbe Spannweite einer der Eingangsgre ix anhaftenden symmetrischen Unsicherheitsverteilung, wie in Anhang B beschrieben; tA Querschnittsflche des Halsteils; ib Breite des der Vertikalen zugeordneten Segments ;i ib obere Schranke einer unsymmetrischen Unsicherheitsverteilung, wie in Anhang B besc

44、hrieben; ic Empfindlichkeit (oder auch Empfindlichkeitskoeffizient, siehe 8.1), mit der die Unsicherheit der Eingangsgre ix multipliziert wird, um die Auswirkung einer nderung der Eingangsgre auf die Unsicherheit der Ausgangsgre y zu erhalten; ic relative Empfindlichkeit, mit der die relative Standa

45、rdunsicherheit der Eingangsgre ix multipliziert wird, um die Auswirkung einer relativen nderung der Eingangsgre auf die relative Unsicherheit der Ausgangsgre y zu erhalten; cC Kalibrierkoeffizient; C Durchflusskoeffizient; Vornorm DIN V 19218:2008-01 9 VC Variationskoeffizient; id Hhe des der Vertik

46、alen zugeordneten Segments ;i od Blendendurchmesser; 0o,d Blendendurchmesser bei der Temperatur ;,xT0pd Rohrdurchmesser; 0p,d Rohrdurchmesser bei der Temperatur ;,xT0E mittlere relative Messabweichung des Messgertes bei vorgegebenem Durchfluss; jE relative Messabweichung des Messung, ten-j bei vorge

47、gebenem Durchfluss; f Funktion der Messgre y von den Eingangsgren ;ix ixfpartielle Ableitung der Funktion f der Messgre nach der Eingangsgre ;ix F Durchflusszahl r pqF = ; expF Durchflusszahl fr eine Neuanfertigung; dpReF ()8000019,dpRe ; refF Referenz-Durchflusszahl; sF Faktor, als 1 angenommen, de

48、r die diskrete Summe ber die endliche Anzahl von Vertikalen zum Integral der kontinuierlichen Funktion ber den Querschnitt in Beziehung setzt; k Erweiterungsfaktor zur Berechnung der erweiterten Unsicherheit ;U tk einer Tabelle entnommener Erweiterungsfaktor, siehe D.12; K Messgertefaktor bei vorgeg

49、ebenem Durchfluss; K mittlerer Messgertefaktor bei vorgegebenem Durchfluss; jK Messgertefaktor fr die te-j Messung bei vorgegebenem Durchfluss; bl Breite der Krone; hl gemessene Hhe; 1l Abstand der Plus-Druckentnahme von der vorderen Stirnflche der Blende; 1L ;pdl12l Abstand der Minus-Druckentnahme von der hinteren Stirnflche der Blende; 2L ;pdl2 m spezi