DE102019117151B4 - Verfahren zum Kalibrieren eines Volumenstromsensors - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2), der in einem Strömungskanal (1) zur Ermittlung eines Gesamtdifferenzdrucks und/oder eines Gesamtvolumenstroms angeordnet ist, vorzugsweise eines differenzdruckbasierten Volumenstromsensors (2), mit den Schritten:
- Unterteilen eines zu messenden Strömungsquerschnitts des Strömungskanals (1) in mehrere lokale Messfelder (32),
- Positionieren eines lokalen Messsensors (31) für Strömung oder Differenzdruck in einem lokalen Messfeld (32), und/oder Positionieren von mehreren lokalen Messsensoren (31) für Strömung oder Differenzdruck in mehreren lokalen Messfeldern (32), indem jeweils ein lokaler Messsensor (31) für Strömung oder Differenzdruck in einem der lokalen Messfelder (32) positioniert wird,
- Für alle lokalen Messfelder (32) Ermitteln und/oder Speichern lokaler Messwerte, umfassend wenigstens ein Messwertepaar des lokalen Messfelds (32) zu einem bestimmten Messzeitpunkt, wobei ein lokaler Messwert oder das lokale Messwertepaar einen von dem lokalen Messsensor (31) gemessenen Wert der lokalen Strömung oder einen gemessenen Wert des lokalen Differenzdrucks und den von dem Strömungssensor oder Massenstromsensor oder Volumenstromsensor (2) gemessenen Wert der Gesamtströmung oder den Wert des Gesamtdifferenzdrucks oder Gesamtvolumenstroms zu dem jeweiligen bestimmten Messzeitpunkt umfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass lokale Abweichungen im Strömungsprofil berücksichtigt werden, indem zunächst basierend auf den lokalen Messwerten der lokalen Messfelder (32) ein neuer mittlerer Wert der Gesamtströmung oder ein neuer mittlerer Gesamtdifferenzdruckwert oder ein neuer mittlerer Gesamtvolumenstromwert als ein Durchschnitt basierend auf den gemessenen Messwerten ermittelt wird, und
dass anschließend auf Basis dieses neuen mittleren Wertes der Gesamtströmung oder des neuen mittleren Gesamtdifferenzdruckwerts oder des neuen mittleren Gesamtvolumenstroms die gemessenen lokalen Differenzdruckwerte der lokalen Messwerte korrigiert werden und anschließend ein korrigierter Gesamtvolumenstrom und/oder korrigierter Gesamtmassenstrom auf Basis der korrigierten lokalen Messwerte ermittelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibieren eines Volumenstromsensors für ein gasförmiges Medium nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Aus der DE 695 122 45 T2 ist ein Messverfahren bzw. ein Kalibrierverfahren für ein Luftströmungsmesssystem bekannt. Dabei ist eine Kalibrierung des Sensorsystems vorgesehen, indem dieses mit unterschiedlichen Luftströmungen beaufschlagt wird. Etwaige Abweichungen der gemessenen Luftströmungen von den tatsächlichen Luftströmungen werden erfasst und als Wertepaar abgespeichert. Im Anschluss werden die ermittelten und tatsächlichen Luftströmungen ins Verhältnis gesetzt, um einen Kalibrierfaktor für den Sensor zu erhalten.
• Das Dokument US 2017/0016642 A1 beschreibt eine Kalibrierung eines Sensorsystems, welches in einem Kanal eines Heizungs-, Lüftungs- oder Klimatisierungssystems installiert wird. Dabei wird ein Luftströmungsgitter verwendet, welches eine Mehrzahl von Druckerfassungszellen aufweist. Über das Strömungsgitter wird ein Luftbehandlungsmodul konfiguriert, indem über das Luftbehandlungsmodul mehrere Geschwindigkeiten eingestellt und mit den durch das Luftströmungsgitter gemessenen Werten verglichen werden.
• Aus der US 7 480 577 B1 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Messen eines Gesamtvolumenstroms bekannt, wobei die Messergebnisse mehrerer über den Strömungsquerschnitt verteilter Sensoren kombiniert werden und zu einem Gesamtvolumenstrom verrechnet werden. Wird von dem System ein defekter Sensor erkannt, so wird ein zuvor ermittelter Kalibrierungswert als aktueller Messwert für den defekten Sensor verwendet.
• Die zur Messung bzw. zur Kalibrierung von druckdifferenzbasierten Strömungs-/ Volumenstrom- oder Massenstromsensoren verwendeten bekannten Methoden weisen den Nachteil auf, dass eventuelle Inhomogenitäten über den Messzeitraum hinweg nur unzureichend berücksichtigt werden. Dadurch ergeben sich zwangsläufig Abweichungen im Messergebnis bzw. relativ hohe Toleranzen für die Kalibrierung eines Sensors.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kalibrierverfahren für differenzdruckbasierte Strömungs-/ Volumenstrom- oder Massenstromsensoren zu schaffen, welches bei konstruktiv einfachem Aufbau ein genaues Messergebnis liefert und insbesondere über einen Messzeitraum hinweg auftretende Inhomogenitäten im Strömungsprofil berücksichtigt. Vorzugsweise sollen durch das erfindungsgemäße Verfahren auch lokale Inhomogenitäten in der Strömung berücksichtigt werden können.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Kalibrieren eines Volumenstromsensors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibieren eines Strömungs-/ Volumenstrom- oder Massenstromsensors der in einem Strömungskanal zur Ermittlung eines Gesamtdifferenzdrucks und/oder eines Gesamtvolumenstroms angeordnet ist, vorzugsweise eines differenzdruckbasierten Volumenstromsensors, umfasst wenigstens die Schritte:
• - Unterteilen eines zu messenden Strömungsquerschnitts des Strömungskanals in mehrere lokale Messfelder,
• - Positionieren eines lokalen Messsensors für Strömung oder Differenzdruck in einem Messfeld, und/oder Positionieren von mehreren lokalen Messsensoren für Strömung oder Differenzdruck in mehreren lokalen Messfeldern, indem jeweils ein lokaler Messsensor für Strömung oder Differenzdruck in einem der lokalen Messfelder positioniert wird,
• - Für alle lokalen Messfelder Ermitteln und/oder Speichern lokaler Messwerte, umfassend wenigstens ein Messwertepaar des lokalen Messfelds zu einem bestimmten Messzeitpunkt, wobei ein lokaler Messwert oder das lokale Messwertepaar eine von dem lokalen Messsensor gemessenen Wert der lokalen Strömung oder einen gemessenen Wert des lokalen Differenzdrucks und den von dem Strömungssensor oder Massenstromsensor oder Volumenstromsensor gemessenen Wert der Gesamtströmung oder den Wert des Gesamtdifferenzdrucks oder Gesamtvolumenstroms zu dem jeweiligen bestimmten Messzeitpunkt umfasst.
• Wesentlich ist, dass zunächst basierend auf den lokalen Messwerten der lokalen Messfelder ein neuer mittlerer Wert der Gesamtströmung oder ein neuer mittlerer Gesamtdifferenzdruckwert oder ein neuer mittlerer Gesamtvolumenstromwert als ein Durchschnitt basierend auf den gemessenen Messwerten ermittelt wird, und dass anschließend auf Basis dieses neuen mittleren Wertes der Gesamtströmung oder des neuen mittleren Gesamtdifferenzdruckwerts oder des neuen mittleren Gesamtvolumenstroms die gemessenen lokalen Differenzdruckwerte der lokalen Messwerte korrigiert werden und anschließend ein korrigierter Gesamtvolumenstrom und/oder korrigierter Gesamtmassenstrom auf Basis der korrigierten lokalen Messwerte ermittelt wird.
• Von Vorteil ist, dass durch die Unterteilung des zu messenden Strömungsquerschnitts in eine Vielzahl einzelner lokaler Messfelder lokale Abweichungen im Strömungsprofil berücksichtigt werden können. Durch eine Speicherung von lokalen Messwerten in einem Messwertetupel umfassend den zu diesem Zeitpunkt gemessenen Wert der Gesamtströmung oder den Gesamtdifferenzdruckwert oder den Gesamtvolumenstromwert oder Gesamtmassenstromwert, können zeitliche Schwankungen der Strömung berücksichtigt werden.
• Vorteilhafterweise erfolgt die Auswertung des Messergebnisses in drei Schritten. Zunächst werden im ersten Schritt wiederholt zu einem bestimmten Messzeitpunkt durch die lokalen Messsensoren lokale Messdaten und Gesamtmessdaten durch den Strömungssensor oder den Massenstromsensor oder den Volumenstromsensor gemessen und zu dem bestimmten Messzeitpunkt als Wertepaar gespeichert. Beispielsweise kann der Strömungssensor oder der Massenstromsensor oder der Volumenstromsensor einen wiederbeschreibbaren Speicher zum Speichern der Messwerte aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann auch ein externes Kalibriergerät oder Messgerät, beispielsweise ein mobiler Rechner oder ein Notebook, verwendet werden um die Messwerte zu speichern. Die Messung wird für jedes Messfeld durchgeführt bis der zu vermessende Strömungsquerschnitt vollständig erfasst ist. Diese Erfassung kann durch aufeinanderfolgende Messungen der einzelnen Messfelder mit einem einzelnen Messsensor erfolgen, oder es können mehrere lokale Messsensoren vorgesehen sein, die zu einem bestimmten Zeitpunkt mehrere lokale Messfelder oder alle lokalen Messfelder erfassen. Von Vorteil ist, dass die Messung zu einem bestimmten Zeitpunkt erfolgt und bei der Messung die zu diesem Zeitpunkt vorherrschenden Messwerte exakt erfasst werden können.
• Als ein Messensor für den lokalen Strömungswert kann beispielsweise ein Flügelrad oder eine differenzdruckbasierte Pitotsonde verwendet werden. Aber auch eine anemometrisch-thermische Strömungsmessung ist möglich.
• Es kann auch vorgesehen sein, dass zu jedem Messfeld über einen bestimmten Messzeitpunkt hinweg mehrere lokale Messwerte ermittelt werden und bei dem Kalibrierverfahren ein Durchschnitt der mehreren lokalen Messwerte ermittelt wird. Beispielsweise können je Messfeld 5, 10 oder 20 Messwertepaare gemessen werden, die jeweils einen Wert des Strömungssensors oder des Massenstromsensors oder des Volumenstromsensors, und einen lokalen Strömungswert, und einen lokalen Dichtewert umfassen.
• In einem zweiten Schritt wird auf Basis der gemessenen lokalen Messwerte ein neuer mittlerer Wert der Gesamtströmung oder ein neuer mittlerer Gesamtdifferenzdruckwert oder ein neuer mittlerer Gesamtvolumenstromwert als ein Durchschnitt basierend auf den gemessenen Messwerten ermittelt. Für den Durchschnitt können verschiedene Berechnungsmethoden verwendet werden. Der neue mittlere Wert der Gesamtströmung oder der neue Gesamtdifferenzdruckwert oder der neue mittlere Gesamtvolumenstromwert stellt sozusagen eine erste Verbesserung gegenüber den (bis dato noch nicht kalibrierten) gemessenen Werten des Strömungssensors oder des Massenstromsensors oder des Volumenstromsensors dar.
• Die gemessenen lokalen Messwerte eines Messfeldes können dann anhand des neuen mittleren Wertes der Gesamtströmung oder des neuen mittleren Gesamtdifferenzdruckwertes oder des neuen mittleren Gesamtvolumenstromwertes ebenfalls korrigiert werden.
• Als dritter Schritt erfolgt dann die Ermittlung eines korrigierten Wertes der Gesamtströmung oder eines korrigierten Wertes des Gesamtvolumenstroms und/oder des korrigierten Gesamtmassenstroms auf Basis der korrigierten lokalen Messwerte. Dieser korrigierte Wert der Gesamtströmung oder korrigierte Gesamtvolumenstrom und/oder korrigierte Gesamtmassenstrom besitzt eine hohe Genauigkeit und berücksichtigt insbesondere lokale und/oder zeitliche Inhomogenitäten der Messungen.
• Insbesondere ist vorgesehen, dass das Verfahren zum Kalibrieren von Strömungs-/ Massenstrom- oder Volumenstromsensoren zur Messung von gasförmigen Medien, beispielsweise Luft, verwendbar ist und in Anlagen zur Luftkonditionierung, wie beispielsweise Lüftungsanlagen und/oder Heizanlagen und/oder Klimaanlagen verwendet werden kann. Der Strömungskanal kann beispielsweise ein Luftkanal sein, insbesondere ein Luftkanal einer Lüftungsanlage oder einer Heizungsanlage oder einer Klimaanlage.
• Insbesondere ist vorgesehen, dass ein zu messender Strömungsquerschnitt in eine Vielzahl von Messfeldern unterteilt wird. Beispielsweise können mehrere Messfelder in Form einer Matrix über den Strömungsquerschnitt verteilt angeordnet werden. Vorzugsweise können die mehreren Messfelder jeweils dieselbe Fläche aufweisen. Insbesondere erfolgt die Aufteilung eines rechteckigen Strömungsquerschnitts nach einem Schachbrettmuster, insbesondere indem dieser in eine Vielzahl von mehreren lokalen Messfeldern unterteilt wird. Bei runden Strömungsquerschnitten kann eine Aufteilung auf Basis konzentrischer Kreise oder Ellipsen erfolgen. Jedes der Messfelder kann dabei eine gleiche Querschnittsfläche aufweisen. Alternativ kann bei der Messung die jeweilige Querschnittsfläche eines Messfeldes berücksichtigt werden.
• Als Volumenstromsensor und/oder als lokale Messsensoren können bekannte Messsensoren, beispielsweise Staudrucksonden oder Wirkdruckgeber mit Blenden, oder Sensoren mit Venturi-Rohren verwendet werden.
• Vorzugsweise wird für die Länge des Messzeitraums eine bestimmte Zeitspanne vorgegeben, innerhalb derer die Messung durchgeführt wird. Diese Zeitspanne kann beispielsweise in einem Bereich beginnend bei wenigen Sekunden, vorzugsweise 2 bis 4 Sekunden, bis zu wenigen Minuten, vorzugsweise 2 bis 5 Minuten, bis hin zu ein oder zwei Stunden liegen. Es ist dabei nicht zwingend erforderlich, dass die Messzeiträume unmittelbar aufeinanderfolgen. Der Messzeitraum wird in eine Mehrzahl von Messpunkten unterteilt, beispielsweise in 5 oder 10 oder 20 oder mehr zeitlich zueinander beabstandete Messpunkte unterteilt. Insbesondere können die Messpunkte äquidistant voneinander beabstandet sein, d.h. dass der zeitliche Abstand der Messpunkte untereinander jeweils identisch ist.
• Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln eines lokalen Messwertes, indem zu einem Messpunkt eine Strömungsmessung durch den Messsensor durchgeführt wird und die ermittelte Strömung mit der Querschnittsfläche des Messfelds multipliziert wird, um den lokalen Volumenstrom zum Zeitpunkt des Messpunktes zu ermitteln.
• Vorteilhafterweise kann durch einen lokalen Messsensor jeweils zu einem bestimmten Messzeitpunkt der lokale Strömungswert und die lokale Dichte des strömenden Mediums ermittelt werden. Zu einem bestimmten Messzeitpunkt können lokale Messwerte vorzugsweise als Wertetripel umfassend Volumenstrom und Strömung und Dichte gebildet und/oder gespeichert werden. Durch die Messung der lokalen Dichte wird das Ergebnis des Messverfahrens weiter verbessert, indem zusätzliche, von der Dichte des gemessenen Mediums abhängige Nichtlinearitäten der Sensoren berücksichtigt werden können. Zudem ist es so möglich, auf einfache Art und Weise den Massenstrom des strömenden, gasförmigen Mediums zu ermitteln.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zu einem bestimmten Messpunkt der lokale Massenstrom als Funktion aus gemessenem lokalen Strömungswert und gemessener lokaler Dichte ermittelt wird.
• In einer beispielhaften Ausgestaltung kann der Durchschnitt des mittleren Wertes der Gesamtströmung, oder des mittleren Gesamtvolumenstromwerts oder des mittleren Gesamtdifferenzdruckwerts, insbesondere der neue mittlere Gesamtvolumenstromwert oder der neue mittlere Gesamtdifferenzdruckwert, anhand einer mathematischen Regression ermittelt werden, vorzugsweise nach der Methode der kleinsten Quadrate aus der Menge der lokalen Messwerte ermittelt werden, oder anhand eines Mittelwertes, aus der Menge der lokalen Messwerte ermittelt werden. Der Mittelwert oder Durchschnitt kann entweder als arithmetisches Mittel oder als gewichtetes arithmetisches Mittel oder als geometrisches Mittel oder als quadratisches Mittel oder als kubisches Mittel aus den zu den bestimmten Messzeitpunkten gemessenen Volumenstromwerten und/oder Differenzdrücken gebildet werden.
• Zur Ermittlung eines Durchschnitts oder Mittelwertes der Messwerte kann wie folgt vorgegangen werden. Die von einem Messsensor bzw. von den Messsensoren gemessenen Messwerte bzw. Wertepaare für einen Messpunkt stellen, dargestellt in einer Grafik, eine Punktwolke dar, betreffend eine Strömung über Differenzdruck. Um den bereinigten Durchschnitt für diesen Messpunkt zu bestimmen, kann eine Ausgleichskurve als Mittelwert berechnet werden, indem eine Kurve derart durch die Punktwolke gelegt wird, dass der Abstand der Messwerte zu der Kurve minimal wird. Diese Kurve beschreibt vorzugsweise eine Wurzelfunktion, um den Funktionszusammenhang zwischen Strömung und Differenzdruck korrekt abzubilden.
• Anhand dieser Formel wird für jeden Messpunkt i gesondert jeweils eine Funktion derart durch die Menge der lokal ermittelten Strömungswerte und Gesamtdruckdifferenz-Werte gelegt, dass die Abstandsquadrate in Summe minimiert sind. Daraus ergibt sich ein Funktionszusammenhang zwischen Strömungswert und Gesamtdruckdifferenz nach der folgenden Gleichung: $${\mathbf{v}}_i=A_i\text{*}\surd \Delta {\mathbf{P}}_{ges,i}$$

  
• v_i: Strömungswert am Messpunkt i;
• A: Korrekturfaktor;
• ΔP_ges: Gesamtdifferenzdruckwert am Messpunkt i
• In einem zweiten Schritt wird der Mittelwert der Gesamtdruckdifferenz aus allen Messpunkten beispielsweise nach der folgenden Formel ermittelt: $$\Delta {\mathbf{P}}_{mit}=Summe\left(\Delta {\mathbf{p}}_n\right)/\mathbf{n}$$

  
• ΔP_mit: mittlerer Gesamtdifferenzdruck;
• n: Anzahl der Messpunkte;
• Δp_n: jeweilige Gesamtdruckdifferenz pro Messpunkt
• In einem dritten Schritt erfolgt nun die Ermittlung des korrigierten Strömungswerts vkorr, i am Messpunkt i, unter Zuhilfenahme der folgenden Formel: $${\mathbf{v}}_{korr,i}=A_i*\surd \Delta {\mathbf{P}}_{mit}$$

  
• v_i: korrigierter Strömungswert am Messpunkt i
• Analog zu der Bestimmung des Gesamtvolumenstroms lässt sich der Gesamtmassenstrom unter zusätzlicher Berücksichtigung der Dichte des strömenden Mediums bestimmen.
• Von Vorteil ist, dass pro Messpunkt nicht nur jeweils Strömungswerte und Differenzdruckwerte ermittelt werden können, sondern dass vorzugsweise zugleich auch die zugehörigen Dichtewerte ermittelt werden. Somit kann eine Menge von Wertetripeln erfasst bzw. gebildet werden, welche die Strömung und den Differenzdruck und die Dichte beinhalten.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zu einem Messpunkt ein lokaler Massenstrom als Produkt aus gemessenem lokalen Differenzdruck und gemessener lokaler Dichte ermittelt wird.
• Analog kann ein Gesamtmassenstrom ermittelt werden, indem vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Gesamtmassenstrom anhand eines Mittelwertes aus einer Mehrzahl der durchschnittlichen lokalen Massenströme aller Messfelder ermittelt wird, wobei der Mittelwert entweder als arithmetisches Mittel oder als geometrisches Mittel oder als quadratisches Mittel oder als kubisches Mittel aus den ermittelten lokalen Massenströmen gebildet wird.
• Um die Genauigkeit des Verfahrens weiter zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass ein Messsensor zu einem Messpunkt jeweils den lokalen Differenzdruck und die lokale Dichte und die lokale Temperatur und/oder vorzugsweise die lokale Feuchte des strömenden Mediums ermittelt.
• Vorzugsweise kann ein Kalibrierfaktor oder eine Kalibrierkurve durch Vergleich des korrigierten Gesamtvolumenstroms und/oder korrigierten Gesamtmassenstroms mit einem durch den Volumenstromsensor gemessenen Volumenstrom und/oder gemessenen Massenstrom ermittelt und/oder gespeichert werden. Beispielsweise kann der Kalibrierfaktor oder die Kalibrierkurve in dem Volumenstromsensor und/oder einem Kalibrierprotokoll abgespeichert werden, um die Kalibrierung des Volumenstromsensors langfristig zu erhalten bzw. zu dokumentieren
• Um die Genauigkeit des Verfahrens zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass der Kalibrierfaktor in Abhängigkeit der Dichte der strömenden Luft bestimmt wird, vorzugsweise indem die zu einem Messpunkt gemessene lokale Dichte berücksichtigt wird.
• Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit kann erzielt werden, indem der Kalibrierfaktor als eine Kalibrierfunktion in Abhängigkeit der Dichte ermittelt wird. Beispielsweise indem der Kalibrierfaktor mehrmals bei jeweils unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlicher Temperatur und/oder unterschiedlicher Feuchte der zu messenden Luft ermittelt wird, und aus den mehreren Kalibrierfaktoren eine Kalibrierfunktion errechnet wird.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der zu kalibrierende Volumenstromsensor stromaufwärts oder stromabwärts der lokalen Messfelder innerhalb eines Messabschnittes des Luftkanals angeordnet wird.
• Nach erfolgter Kalibrierung werden die lokalen Messsensoren aus dem Strömungskanal entfernt und etwaige zurückbleibende Öffnungen in einer Wand des Strömungskanals verschlossen. Der Volumenstromsensor kann nach erfolgter Kalibrierung in dem Strömungskanal bzw. Luftkanal dauerhaft verbleiben und beispielsweise eine Lüftungsanlage oder Heizungsanlage steuern. Auch als Basis für eine Verbrauchswerterfassung oder zum Zwecke einer Verbrauchsabrechnung kann der kalibrierte Volumenstromsensor verwendet werden.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben.
• Dabei zeigen:
• 1: eine schematische Darstellung eines Strömungskanals mit erfindungsgemäßer Sensoranordnung;
• 2: einen Schnitt durch den Strömungskanal von 1 im Bereich der Sensoranordnung;
• 3: eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Strömungskanals mit erfindungsgemäßer Sensoranordnung;
• 4: einen möglichen Verlauf einer zeitlichen Schwankung von Volumenstromwerten.
• Die 1 zeigt einen Luftkanal 1. In dem Luftkanal 1 wird Luft gefördert, wobei die Förderrichtung der Luft durch gestrichelte Pfeile kenntlich gemacht ist.
• In dem Luftkanal 1 ist über den Strömungsquerschnitt verteilt eine Luftvolumenstromsensoranordnung 3 angeordnet. Die Luftvolumenstromsensoranordnung 3 umfasst einen lokalen Messsensor 31 oder mehrere lokale Messsensoren 31 sowie mehrere Messfelder 32. Stromabwärts der Volumenstromsensoranordnung 3 ist ein zu kalibrierender Volumenstromsensor 2 in dem Luftkanal 1 eingesetzt. Sowohl der zu kalibrierende Volumenstromsensor 2 als auch die lokalen Sensoren 31 der Volumenstromsensoranordnung 3 sind mit einer Auswertevorrichtung 4, beispielsweise einem Messgerät 4, über Leitungen verbunden. Das Messgerät 4 ist dazu ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen bzw. die von den Sensoren ermittelten Messwerte zu speichern. Insbesondere ist das Messgerät 4 dazu ausgebildet, eine Vielzahl von Messwerten in Form von Messwertepaaren oder Messwertetripeln zu speichern.
• Aus den 2 und 3 ist der Aufbau der Messanordnung bzw. Kalibrieranordnung ersichtlich. Der Strömungsquerschnitt des Luftkanals 1 ist durch die Luftvolumenstromsensoranordnung 3 schachbrettartig in mehrere Messfelder 32 unterteilt. Wie in den 2 und 3 zu sehen ist, umfasst die schachbrettartige Anordnung der Messfelder 32 eine N * M Matrix, bestehend aus einer Vielzahl von Messfeldern 32. Ein Messsensor 31 ist dabei beispielhaft in einem Messfeld 32 dargestellt.
• Bei der Messung kann ein einzelner Messsensor 31 verwendet werden, mit dem nacheinander jedes einzelne Messfeld 32 vermessen wird. Alternativ kann auch eine Mehrzahl von Messsensoren 31 verwendet werden, um mehrere der Messfelder 32 zeitgleich zu vermessen. Insbesondere kann in jedem der Messfelder 32 ein Messsensor 31 positioniert werden, um zeitgleich sämtliche Messfelder 32 zu vermessen.
• Zur Durchführung einer Messung kann der Messsensor 31 beispielsweise an der Spitze einer Lanze positioniert werden, wobei die Lanze mittels einer Einführhilfe und einer Längenskala durch eine Öffnung in der Wand des Luftkanals 1 hindurchgeführt und in einem bestimmten Messfeld 32 für die Messung positioniert wird. Dies kann innerhalb eines Messzeitraumes mehrfach erfolgen, so dass nacheinander alle Messfelder 32 der Luftvolumenstromsensoranordnung 3 vermessen werden.
• In der 4 ist ein Beispiel für einen möglichen zeitlichen Verlauf des Volumenstroms V gezeigt. In der 4 oben ist schematisch ein zu vermessender Strömungsquerschnitt eines Luftkanals 1 gezeigt, wobei je skizziertem Teilbild ein lokaler Messsensor 31 in einem anderen Messfeld 32 angeordnet ist.
• In der Praxis wird der Messsensor 31 in dem Luftkanal 1 nacheinander in den Messfeldern positioniert, um die Messung durchzuführen. In der schematischen Darstellung der 4 schreiten die Messungen in den Messfeldern kontinuierlich von links oben nach rechts unten fort. Es sind jedoch auch andere Messreihen denkbar.
• Unterhalb der skizzierten Teilbilder sind die bei den Teilmessungen jeweils ermittelten Messwerte als Kurven in dem Schaubild gezeigt. Die durchgezogene Kurve V_G skizziert dabei die gemessenen Werte des Volumenstroms, die über die Zeit deutlich schwanken können. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kalibrierverfahren werden solche zeitlichen Inhomogenitäten nicht oder nur sehr begrenzt berücksichtigt. Die gestrichelte Kurve skizziert die anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens korrigierten Werte des Volumenstroms Vc, die eine genauere Kalibrierung des Volumenstromsensors 2 ermöglichen.
• Nach abgeschlossener Messung kann die Volumenstromsensoranordnung 3 aus dem Luftkanal 1 vollständig entfernt werden, wogegen der zu kalibrierende Volumenstromsensor 2 in dem Luftkanal 1 verbleibt.
• Über das erfindungsgemäße Messverfahren bzw. Kalibrierverfahren werden Kalibrierfaktoren bzw. eine Kalibrierfunktion ermittelt, die in dem Messgerät 4 abgespeichert werden. Bei einer Volumenstrommessung mit dem Volumenstromsensor 2 werden von dem Messgerät 4 mittels des Kalibrierfaktors oder der Kalibrierfunktion die von dem Volumenstromsensor 2 gemessenen Werte automatisch korrigiert, um ein exaktes Messergebnis zu erhalten.
• Ein Vorteil ist, dass das erfindungsgemäße Messverfahren, bzw. Kalibrierverfahren auch vor Ort, d.h. im Feld und unter realen Bedingungen durchführbar ist. Auch im Falle eines Defektes des Volumenstromsensors 2 oder im Rahmen einer Wartung ist es auf einfache Art und Weise möglich, das Messverfahren bzw. Kalibrierverfahren zu wiederholen, um erneut Kalibrierfaktoren bzw. eine Kalibrierfunktion für den Volumenstromsensor 2 zu ermitteln. Anstatt eines Volumenstromsensors kann anhand des beschriebenen Verfahrens auch ein anderer Sensor kalibriert werden, insbesondere ein Strömungssensor oder ein Massenstromsensor.
• Bezugszeichenliste

1

Luftkanal

2

Volumenstromsensor

3

Volumenstromsensoranordnung

31

Messsensor zur Strömungsermittlung (Flügelrad, Differenzdruck-basiert / Pitotsonde oder andere)

32

Messfeld

4

Messgerät

VG

gemessener Gesamtvolumenstromwert

VC

korrigierter Gesamtvolumenstromwert

Claims (10)

1. Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2), der in einem Strömungskanal (1) zur Ermittlung eines Gesamtdifferenzdrucks und/oder eines Gesamtvolumenstroms angeordnet ist, vorzugsweise eines differenzdruckbasierten Volumenstromsensors (2), mit den Schritten: - Unterteilen eines zu messenden Strömungsquerschnitts des Strömungskanals (1) in mehrere lokale Messfelder (32), - Positionieren eines lokalen Messsensors (31) für Strömung oder Differenzdruck in einem lokalen Messfeld (32), und/oder Positionieren von mehreren lokalen Messsensoren (31) für Strömung oder Differenzdruck in mehreren lokalen Messfeldern (32), indem jeweils ein lokaler Messsensor (31) für Strömung oder Differenzdruck in einem der lokalen Messfelder (32) positioniert wird, - Für alle lokalen Messfelder (32) Ermitteln und/oder Speichern lokaler Messwerte, umfassend wenigstens ein Messwertepaar des lokalen Messfelds (32) zu einem bestimmten Messzeitpunkt, wobei ein lokaler Messwert oder das lokale Messwertepaar einen von dem lokalen Messsensor (31) gemessenen Wert der lokalen Strömung oder einen gemessenen Wert des lokalen Differenzdrucks und den von dem Strömungssensor oder Massenstromsensor oder Volumenstromsensor (2) gemessenen Wert der Gesamtströmung oder den Wert des Gesamtdifferenzdrucks oder Gesamtvolumenstroms zu dem jeweiligen bestimmten Messzeitpunkt umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass lokale Abweichungen im Strömungsprofil berücksichtigt werden, indem zunächst basierend auf den lokalen Messwerten der lokalen Messfelder (32) ein neuer mittlerer Wert der Gesamtströmung oder ein neuer mittlerer Gesamtdifferenzdruckwert oder ein neuer mittlerer Gesamtvolumenstromwert als ein Durchschnitt basierend auf den gemessenen Messwerten ermittelt wird, und dass anschließend auf Basis dieses neuen mittleren Wertes der Gesamtströmung oder des neuen mittleren Gesamtdifferenzdruckwerts oder des neuen mittleren Gesamtvolumenstroms die gemessenen lokalen Differenzdruckwerte der lokalen Messwerte korrigiert werden und anschließend ein korrigierter Gesamtvolumenstrom und/oder korrigierter Gesamtmassenstrom auf Basis der korrigierten lokalen Messwerte ermittelt wird.
2. Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen lokalen Messsensor (31) jeweils zu einem Messzeitpunkt die lokale Strömung und die lokale Dichte des strömenden Mediums ermittelt werden, indem zu dem Messzeitpunkt lokale Messwerte als Wertetripel gebildet und/oder gespeichert werden, umfassend den von dem Strömungssensor oder Massenstromsensor oder Volumenstromsensor (2) gemessenen Wert der Gesamtströmung oder den Wert des Gesamtdifferenzdrucks oder Gesamtvolumenstroms, einen von dem lokalen Messsensor (31) gemessenen Wert der lokalen Strömung oder einen gemessenen Wert des lokalen Differenzdrucks und die Dichte des Mediums.
3. Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem bestimmten Messpunkt ein lokaler Massenstrom als Produkt aus gemessenem Wert der lokalen Strömung oder einem gemessenen Wert des lokalen Differenzdrucks und gemessener lokaler Dichte ermittelt wird.
4. Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchschnitt des mittleren Gesamtvolumenstromwerts oder des mittleren Gesamtdifferenzdruckwerts anhand einer mathematischen Regression ermittelt wird, vorzugsweise nach der Methode der kleinsten Quadrate aus der Menge der lokalen Messwerte ermittelt wird, oder anhand eines Mittelwertes, aus der Menge der lokalen Messwerte ermittelt wird, wobei der Mittelwert entweder als arithmetisches Mittel oder als gewichtetes arithmetisches Mittel oder als geometrisches Mittel oder als quadratisches Mittel oder als kubisches Mittel aus den zu den bestimmten Messzeitpunkten gemessenen Volumenstromwerten und/oder Differenzdrücken gebildet wird.
5. Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Gesamtvolumenstrom und/oder der korrigierte Gesamtmassenstrom auf Basis eines Durchschnitts oder Mittelwertes der korrigierten lokalen Messwerte ermittelt wird, indem aus der Menge der korrigierten lokalen Messwertepaare der Mittelwert entweder als arithmetisches Mittel oder als gewichtetes arithmetisches Mittel oder als geometrisches Mittel oder als quadratisches Mittel oder als kubisches Mittel aus den korrigierten lokalen Messwerten gebildet wird.
6. Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein lokaler Messsensor (31) zu einem Messpunkt jeweils den lokalen Strömungswert oder einen lokalen Differenzdruckwert, und die lokale Dichte und die lokale Temperatur und/oder vorzugsweise die lokale Feuchte des strömenden Mediums ermittelt.
7. Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kalibrierfaktor oder eine Kalibrierkurve durch Vergleich des korrigierten Gesamtvolumenstroms und/oder korrigierten Gesamtmassenstroms mit einem durch den Strömungssensor oder Massenstromsensor oder Volumenstromsensor (2) gemessenen Volumenstrom und/oder gemessenen Massenstrom ermittelt und/oder gespeichert wird.
8. Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierfaktor oder die Kalibrierkurve in Abhängigkeit der Dichte der strömenden Luft bestimmt wird, vorzugsweise indem die zu einem Messpunkt gemessene lokale Dichte berücksichtigt wird.
9. Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierfaktor als eine Kalibrierfunktion in Abhängigkeit der Dichte ermittelt wird, indem der Kalibrierfaktor mehrmals bei jeweils unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlicher Temperatur und/oder unterschiedlicher Feuchte der zu messenden Luft ermittelt wird, und aus den mehreren Kalibrierfaktoren eine Kalibrierfunktion errechnet wird.
10. Verfahren zum Kalibrieren eines Strömungssensors oder Massenstromsensors oder Volumenstromsensors (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu kalibrierende Strömungssensor oder Massenstromsensor oder Volumenstromsensor (2) entweder stromaufwärts oder stromabwärts der lokalen Messfelder (32) innerhalb eines Messabschnittes des Luftkanals (1) angeordnet wird.

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