The 90 ° - bend represents the most common structural element in piping systems and can have a significant impact on the measuring accuracy of flow meters installed downstream. Within the type-approval procedure of water meters, its impact is emulated by means of a segmental orifice plate with a segment area of 7 % (SOP7). In research and development, coverage rates of 33 % (SOP33) or more are sometimes used as an alternative. The purpose of this study is to evaluate the comparability of the flow conditions and their influence on the measurement deviation of flow meters, which is the basic requirement for using SOPs as a substitute for the 90°- bend. We present laser Doppler measurements downstream of an SOP33 and a 90°- bend and describe the flow development in a distance range from 2 to 30 diameters. Besides a quantitative comparison with performance indicators, the measurements are used to model the response of an ultrasonic and electromagnetic flow meter, including recent investigations of an SOP7. The results demonstrate the consistently poor agreement between the SOP7 and the 90°- bend, whereas the SOP33 provides similar flow conditions starting at a distance of 10 diameters. Further studies are necessary to develop a disturbance generator emulating the near-field range.

Most flow metering methods used in industrial applications produce results sensitive to the local velocity profile. In response, manufacturers often implement correction algorithms; however, these are rarely supported by rigorous uncertainty evaluations. This paper presents a Reynolds number-dependent velocity profile correction, applicable under fully developed flow conditions and for the Reynolds-dependent part of the correction in disturbed flows, demonstrated on the example of an ultrasonic clamp-on flow meter. Measurement uncertainties are evaluated and propagated through a regression model using Monte Carlo simulation, in compliance with the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM). Special care is taken to assess the validity range and impact of assuming fully developed flow conditions at the test rig. A validation case demonstrates the reliability of the correction algorithm and its associated uncertainty within the tested conditions. The proposed approach is applicable to other meter types and can be extended to corrections for specific flow disturbances.

Zusammenfassung: Stereoscopic Particle Image Velocimetry (SPIV) eignet sich als schnelles und präzises Messverfahren zur zeitlich und räumlich hochaufgelösten Ermittlung von 3D-Geschwindigkeitsverteilungen in Rohrleitungen. Die Methode wird mit dem bekannten Laser Doppler Velocimetry (LDV)-Messverfahren und Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulationen am Beispiel einer stark gestörten Strömung hinter einem Drallgenerator bewertet. Erstmalig können so SPIV-Messabweichungen bei der Volumenstrombestimmung von deutlicher kleiner als 2% an einem komplexen Strömungszustand nachgewiesen werden.

Zusammenfassung Der Strömungszustand in einer geschlossenen Rohrleitung der Dimension DN 15 wird nach einer Änderung des Rohrdurchmessers (Sprung) anhand von Stereoscopic Particle Image Velocimetry (SPIV)-Messungen und Computational Fluid Dynamics (CFD) untersucht. Dabei werden deutliche Auswirkungen auf die Strömung durch die Änderungen des Rohrdurchmessers nachgewiesen. Mittels der hier gesammelten Erkenntnisse können in Folgeuntersuchungen Messabweichungen realer Zähler bestimmt werden. SPIV eignet sich als schnelles und präzises Messverfahren zur zeitlich und räumlich hochaufgelösten Ermittlung von 3D-Geschwindigkeitsverteilungen in Rohrleitungen. CFD bietet die Möglichkeit Strömungszustände abweichend vom Messort zu analysieren.

Zusammenfassung Die Ausbildung der Strömung fließenden Wassers einer gravimetrischen Kalt- und Warmwasser-Normalmessanlage für große Volumenströme wird anhand von Stereoscopic Particle Image Velocimetry (SPIV)-Messungen an verschiedenen Positionen gezeigt. Dabei wird nachgewiesen, dass an dieser Prüfanlage nahezu optimale Strömungszustände zur Kalibrierung von Durchflusssensoren gewährleistet werden. SPIV eignet sich als schnelles und präzises Messverfahren zur zeitlich und räumlich hochaufgelösten Ermittlung von 3D-Geschwindigkeitsverteilungen in Rohrleitungen.