Referenčna
Rezultati umerjanja merilnika tlaka prikazujejo histerezo, ki pa jo zaradi minimalnega vpliva lahko zanemarimo.
Rezultati in diskusija
Slika 11: Rezultati umerjanja merilnika tlaka grafično [15]
Linearna funkcijska odvisnost med kazanjem merilnika in referenčno vrednostjo tlaka:
𝑝𝑚 = 0,9991 ∙ 𝑝𝑟𝑒𝑓+ 3,2445 Negotovost zaradi aproksimacije znaša: 𝑢𝑎𝑝𝑟 = 0,06 ℎ𝑃𝑎
Časovno lezenje je bilo ocenjeno na podlagi primerjave z rezultati preverjanja merilne opreme v [7]. Za izračun lezenja oziroma drifta vzamemo povprečne korekcije.
𝑘𝑠𝑡𝑎𝑟𝑖 = −2 𝑘𝑛𝑜𝑣𝑖 = ∑𝑘𝑛𝑜𝑣𝑖,𝑖
12 = −2,36
12
𝑖=1
Rezultati CMC analize za merilnik tlaka so prikazani v preglednici 4.7.
Rezultati in diskusija
Preglednica 4.7: Rezultati CMC analize merilnika temperature Referenčna
Določili smo merilne zmogljivosti merilnikov, katere smo v okviru te diplomske naloge uporabili za določitev pogojev okolice.
4.2 Opis programa in podprogramov
Program je uporaben pri sinhronizaciji parametrov zraka v vetrovniku, kar vključuje pogoje okolice, hitrost zraka in druge parametre. Program, ki smo ga izdelali v okviru te diplomske naloge, deluje s pomočjo dveh podprogramov, ki jih imenujemo sub-VI’s. Eden izmed teh podprogramov je komunikacija z digitalnim prikazovalnikom temperature, tlaka in relativne vlažnosti, ki se imenuje modbus. Drugi podprogram pa na podlagi pogojev okolice s pomočjo metode CIPM-2007 izračuna dejansko gostoto zraka v vetrovniku, ki je potrebna za korekcijo merilnikov hitrosti zraka kot sta Pitotova cev ali vročežični anemometer.
4.2.1
Podprograma (sub-VI)
V glavnem programu smo uporabili dva že predhodno narejena programa, katera lahko uvozimo v svoj glavni program. Enega izmed podprogramov smo tudi nadgradili.
V prvem podprogramu zagotavljamo komunikacijo z digitalnim merilnikom, ki nam na računalnik pošilja trenutne vrednosti temperature, tlaka in relativne vlažnosti znotraj merilne sekcije vetrovnika. Vendar te vrednosti niso ustrezno korigirane, zato smo na podlagi
Rezultati in diskusija
Linearne značilnice za vse tri merilnike so:
- temperatura: 𝑇𝑚 = 0,9984 ∙ 𝑇𝑟𝑒𝑓+ 0,2193
- relativna vlažnost: 𝑟ℎ𝑚 = 0,9289 ∙ 𝑟ℎ𝑟𝑒𝑓− 1,5462 - tlak: 𝑝𝑚 = 0,9991 ∙ 𝑝𝑟𝑒𝑓+ 3,2445
Ker imamo znane smerne koeficiente k ter začetne vrednosti n vseh treh linearnih značilnic, lahko te vrednosti upoštevaamo v podprogramu za korekcijo kazanja merilnikov. Slika 12 prikazuje korekcijo teh treh merilnikov znotraj programa LabVIEW.
Drugi podprogram ali sub-VI pa na podlagi korigiranih vrednosti pogojev okolice izračuna gostoto zraka po metodi CIPM-2007.
Slika 12: Korekcija merilnikov pogojev okolice
Rezultati in diskusija
4.2.2
Glavni program
Osnovna ideja glavnega programa je ta, da zbere vse podatke, ki so potrebni pri umerjanju nekega merilnika hitrosti zraka na enem mestu. Pri umerjanju dobimo zapis referenčnih vrednosti iz LDA merilnega sistema, preko komunikacije pa prejemamo korigirane vrednosti pogojev okolice. Vsakič, ko LDA merilni sistem zajame izmerek in ga zapiše v datoteko, ki jo hočemo prebrati, program zajame vse željene podatke in zraven vključi še pogoje okolice. Te zbrane podatke potem program zapiše v novo datoteko. Ko pa želimo umerjati nek merilnik hitrosti (npr. Pitotova cev, vročežični anemometer), moramo pa referenčne vrednosti primerjati z nekim kazanjem merila. Te vrednosti, ki jih prikaže merilo, ki ga umerjamo, je treba ob vsaki meritvi LDA merilnega sistema ročno zapisati v tabelo na uporabniškem vmesniku programa. Tako program v svojo datoteko izpiše še vrednosti kazanja merila.
Rezultat programa so zbrane in urejene referenčne in merjene vrednosti ter pogoji, v katerih smo opravljali meritve.
Delovanje programa, ki smo ga naredili v okviru te diplomske naloge, je opisano s pomočjo diagrama, ki ga imenujemo flowchart in je prikazan na sliki 13.
Rezultati in diskusija
Merilni sistem podatke o hitrosti zraka zapiše v *.ldv datoteko. Glavni program to datoteko uporabi kot datoteko, iz katere bere izbrane parametre. Zapis podatkov v tej datoteki je prikazan na sliki 14.
Slika 14: Primer datoteke, iz katere beremo podatke
Izpisani podatki si sledijo od leve proti desni in ti so zaporedna številka zajema podatkov, koordinate merjenja X, Y, Z, nato pa so naslednji podatki zapisani najprej za smer x in potem še za smer y. Ti so povprečna izmerjena hitrost v m/s, povprečna izmerjena turbulenca v %, povprečna izmerjena frekvenca v Hz, število veljavnih preletov ter razdalja med interferenčnimi ravninami v μm. V zadnjih stolpcih sta podana še datum in čas začetka in zaključka meritve v posamezni točki.
Uporabniški vmesnik programa ali tako imenovan front panel vsebuje vhode (controls) in izhode (indicators), ki jih program potrebuje za delovanje. Prikazan je na sliki 15.
Slika 15: Uporabniški vmesnik ali front panel glavnega programa
Rezultati in diskusija
Najprej je potrebno določiti iz katere datoteke bomo podatke brali, v katero datoteko bomo podatke, ki zajemajo hitrost zraka skupaj s pogoji okolice, pisali, ter v katero datoteko bomo pisali kazanje merila, katerega umerjamo.
Svetleča dioda (LED), ki se imenuje ‘updated!’, zasveti ob vsaki spremembi vhodne datoteke branja, zaradi česar se izvede celoten program enkrat. Stikalo zapisuj je ob zagonu programa že sklenjeno, saj se brez njega parametri zraka ne bodo izpisovali v novo datoteko, se pa bodo prikazali na uporabniškem vmesniku programa. Tipka ‘STOP!’ program zaustavi.
Okence, imenovano ‘Komponente’, zajema 6 stikal, s katerimi določamo, kateri parametri iz vhodne datoteke branja se bodo izpisovali v datoteko pisanja. Če stikalo ni sklenjeno, se namesto prebrane vrednosti izpiše ‘NaN’, kar pomeni not a number (slov. ni številka).
Značilnost merilnega sistema, na katerem izvajamo meritve je, da lahko v večih točkah hrakti zajema parametre zraka. Zato ob vsaki novi meritvi pritisnemo gumb ‘Naslednja točka’, ki kot prvi podatek v datoteki pisanja izpiše število meritve. Okence ‘indeks’ pa le pove, koliko meritev smo že izvedli.
Na uporabniškem vmesniku so prav tako prikazane korigirane vrednosti pogojev okolice ter dejanska gostota zraka v vetrovniku, katere dobimo s pomočjo podprogramov, ki skrbita za izračun gostote in komunikacijo.
Matrika ‘Izpis meritev’ prikaže vse zbrane podatke na enem mestu, ki se (če je gumb
‘Zapisuj’ vključen) pozneje zapišejo v svojo datoteko. V primeru umerjanja nekega merilnika hitrosti zraka pa uporabimo tabelo ‘Kazanje merila’. Ko program izpiše in zbere vse parametre, lahko mi iz merilnika hitrosti zraka prepišemo odčitek v tabelo na uporabniškem vmesniku. Ta se ob naslednji meritvi zapiše v svojo datoteko, ki je izbrana v okencu ‘Datoteka, kamor pišemo kazanje merila’. Tako imamo vse potrebno za umerjanje nekega merilnika zbrano na enem mestu.
Izpis podatkov v datoteko, kamor se izpisujejo hitrost zraka, pogoji okolice in ostali parametri (koordinate, število veljavnih preletov ali number of bursts, razdalja med interferenčnimi ravninami LDA ali fringe), je prikazan na sliki 16.
Slika 16: Primer datoteke z izpisanimi podatki
Rezultati in diskusija
Datoteka, kamor izpisujemo kazanje merila pri umerjanju, je prikazana na sliki 17.
Tako glavni program zajame podatke iz ene datoteke, jih uredi in zapiše v dve novi datoteki.
Ena prikazuje parametre zraka v merilni sekciji vetrovnika, druga pa je namenjena izpisu kazanja merila pri umerjanju.
Slika 17: Primer datoteke, kamor se izpisujejo vrednosti kazanja merilnika
5 Zaključki
1) Spoznali smo različne metode merjenja hitrosti zraka znotraj merilne sekcije vetrovnika ter na kakšen način napravimo ustrezno korekcijo, ki se nanaša na dejanske pogoje pri umerjanju.
2) Spoznali in uporabili smo model CIPM-2007 za določevanje dejanske gostote vlažnega zraka, ki ima lahko zelo velik vpliv na izmerjene vrednosti hitrosti zraka.
3) Izvedli in razložili smo CMC analizo merilnikov, s katerimi merimo pogoje okolice, kar zajema temperaturo, absolutni tlak ter relativno vlažnost. Določili smo merilno zmogljivost vsakega merilnika posebej.
4) Predstavili smo celotni merilni sistem ter vse pripadajoče komponente skupaj s programskim okoljem.
5) Ustvarili smo program, ki nam omogoča zajem in zapis vseh veličin pri umerjanju merilnikov hitrosti zraka, kar vključuje podatke iz LDA merilnega sistema in parametre, ki popisujejo pogoje okolice, saj imajo ti velik vpliv na sam rezultat.
Predlogi za nadaljnje delo:
V nadaljevanju je potrebno oceniti merilno negotovost gostote, ki je določena na podlagi izmerjenih parametrov. Prav tako bi lahko izmerjene parametre vizualno predstavili v obliki grafov za boljšo predstavo samih izpisanih parametrov v odvisnosti od časa.
Literatura
[1] Guidelines on the Calibration of Solid Anemometer Part 2: Thermal Anemometers, EURAMET Calibration Guide No. 25, Version 1.0 (02/2021).
[2] ISO 3966:2008, Section 8.2. Measurement of fluid flow in closed conduits.
[3] Guidelines on the Calibration of Solid Anemometers, EURAMET Calibration Guide No. 24, Version 1.0 (02/2019).
[4] A. Picard, R. S. Davis, M. Gläser, K. Fujii: Revised formula for the density of moist air (CIPM-2007). Metrologia 45 (2008), str. 149–155.
[5] G. Bobovnik: Merilna zmogljivost in medlaboratorijske primerjave. Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 2020.
[6] WT180-3000 Wind tunnel: User manual, 2018.
[7] J. Letonje: Preverjanje merilnega sistema za določanje hitrosti zraka v vetrovniku:
diplomsko delo. Ljubljana, 2019.
[8] N. Hrušovar: Določanje homogenosti in stabilnosti tokovnega polja v merilni sekciji vetrovnika: magistrsko delo. Ljubljana, 2019.
[9] Multifunction Transmitter C 310: User manual, 2014.
[10] Temperature, hygometry, CO and CO2 probes for class 310 transmitters: Technical data sheet, 2014.
[11] Air velocity and temperature probes for class 310 transmitters: Technical data sheet, 2014.
[12] Accessories and interchangeable boards for class 310 sensors: Technical data sheet, 2014.
[13] Poročilo o umerjanju 21A02-34. Laboratorij za meritve v procesnem strojništvu (akreditiran laboratorij pri SA – LK-015). 2021.
[14] Poročilo o umerjanju 21A02-33. Laboratorij za meritve v procesnem strojništvu (akreditiran laboratorij pri SA – LK-015). 2021.
[15] Poročilo o umerjanju 21A01-11. Laboratorij za meritve v procesnem strojništvu (akreditiran laboratorij pri SA – LK-015). 2021.
Literatura
[16] What is LabVIEW? – NI. Dostopno na: https://www.ni.com/sl-si/shop/labview.html, ogled: 20.08.2021