KHÍ TƯỢNG HỌC - ĐO LƯỜNG GIÓ - PHẦN 1: PHƯƠNG PHÁP THỬ TÍNH NĂNG CỦA PHONG KẾ CÁNH QUAY TRONG ỐNG KHÍ ĐỘNG

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 10958-1:2015 ISO 17713-1:2007 KHÍ TƯỢNG HỌC - ĐO LƯỜNG GIÓ - PHẦN 1: PHƯƠNG PHÁP THỬ TÍNH NĂNG CỦA PHONG KẾ CÁNH QUAY TRONG ỐNG KHÍ ĐỘNG Meteorology - Wind measurements - Part 1: Wind tunnel test methods for rotating anemometer performance Lời nói đầu TCVN 10958-1:2015 hoàn toàn tương đương với ISO 17713-1:2007; TCVN 10958-1:2015 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 30 Đo lưu lượng lưu chất ống dẫn kín biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học Công nghệ công bố Lời giới thiệu Thiết bị đo gió hình cốc dạng cánh quạt sử dụng thường xuyên để đo tốc độ gió trung bình lớp gần bề mặt, mà phần khí nằm vịng vài chục mét mặt đất Một vài thiết bị đo gió dạng cốc cánh quạt đo gió tốc độ phần mười mét giây loại khác đo tốc độ 100 m.s-1 Mục đích chung thiết bị đo gió sử dụng rộng rãi đo lường gió, hàng khơng, nhiễm khơng khí, lượng gió nhiều ứng dụng khác KHÍ TƯỢNG HỌC - ĐO LƯỜNG GIĨ - PHẦN 1: PHƯƠNG PHÁP THỬ TÍNH NĂNG CỦA PHONG KẾ CÁNH QUAY TRONG ỐNG KHÍ ĐỘNG Meteorology - Wind measurements - Part 1: Wind tunnel test methods for rotating anemometer performance Phạm vi áp dụng 1.1 Tiêu chuẩn quy định phương pháp thử nghiệm ống khí động để xác định đặc tính tính phong kế cánh quay, đặc biệt phong kế hình cốc phong kế dạng cánh quạt 1.2 Tiêu chuẩn quy định phép thử chấp nhận phương pháp để đo vận tốc ngưỡng khởi động, số khoảng cách, hàm truyền phản ứng lệch trục phong kế cánh quay ống khí động Lưu ý chuyển kết xác định phương pháp sang dịng khí có khác biệt tính phong kế khơng khí bên ngồi ống khí động Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn Đối với tài liệu viện dẫn ghi năm cơng bố áp dụng phiên nêu Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm cơng bố áp dụng phiên nhất, bao gồm sửa đổi, bổ sung (nếu có) TCVN 6910-1 (ISO 5725-1), Độ xác (độ độ chụm) phương pháp đo kết đo Phần - Nguyên tắc định nghĩa chung) TCVN 6910-2 (ISO 5725-2), Độ xác (độ độ chụm) phương pháp đo kết đo Phần - Phương pháp để xác định độ lặp lại độ tái lập phương pháp đo chuẩn Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn áp dụng thuật ngữ định nghĩa sau: 3.1 Hằng số khoảng cách (distance constant) LU Khoảng cách mà dịng khơng khí qua phong kế cánh quay khoảng thời gian làm quay cốc cánh quạt đến (1 - 1/e) 63 % vận tốc cân sau thay đổi tăng bước tốc độ khơng khí 3.2 Tỷ lệ phản ứng lệch trục (off-axis response ratio) QU Tỷ lệ vận tốc gió thị (Uθ) góc khác (θ) với tích vận tốc gió thị (Ui) góc 0° cosin góc (θ) Do đó, tỷ lệ (QU) so sánh phản ứng lệch trục thực với phản ứng cosin thực 3.3 Ngưỡng khởi động (starting threshold) U0 Vận tốc gió thấp mà phong kế cánh quay bắt đầu tiếp tục quay, đưa tín hiệu đo lắp vị trí vận hành bình thường máy CHÚ THÍCH: Vị trí vận hành bình thường cho phong kế dạng cốc trục quay vuông góc với hướng dịng khí cịn vị trí vận hành bình thường cho phong kế dạng cánh quạt trục quay chỉnh song song với hướng dịng khí 3.4 Hàm truyền (transfer function) Mối quan hệ vận tốc khơng khí thị ống khí động tốc độ quay phong kế phạm vi làm việc cụ thể: (Û = a + bR + ) Ký hiệu Ký hiệu Đại lượng a số phần bù điểm "không" (m/s) b số đoạn gió (cường độ biểu kiến) số hiệu chuẩn (mét vòng quay hay m.r-1) Dp khoảng cách đoạn gió (m) xung đầu cho phong kế có tín hiệu đầu xung ° ký hiệu cho độ định hướng e số lơgarit tự nhiên L giá trị trung bình số khoảng cách (m) vận tốc m.s-1 10 m.s-1 LU số khoảng cách (m) vận tốc khơng khí ống khí động U (m/s) MRU độ phân giải phép đo vận tốc gió, nghĩa số gia tốc độ nhỏ (m.s) báo cáo QU tỷ lệ phản ứng lệch trục vận tốc khơng khí ống khí động U (m/s) r vòng quay trục R tốc độ quay (số vòng quay s, r.s-1) t thời gian (s) tf thời gian (s) để đạt đến 74 % vận tốc cân phong kế Uf(m.s) ti thời gian (s) để đạt đến 30 % vận tốc cân phong kế Uf(m.s) T khoảng thời gian đo (s) TR độ phân giải thời gian phép đo (s) U vận tốc khơng khí ống khí động (m.s-1) Û vận tốc gió thị (m.s-1) tính từ hàm truyền phong kế Uf vận tốc gió thị (m.s-1) phong kế trạng thái cân Ui vận tốc gió thị (m.s-1) phong kế vị trí thơng thường ống khí động Umax vận tốc hoạt động tối đa phong kế (m.s-1) Umin vận tốc hoạt động tối thiểu phong kế (m.s-1) Ut vận tốc gió thời điểm t (m.s-1) U0 ngưỡng khởi động (m.s-1) Uθ vận tốc gió thị (m.s-1) phong kế góc ngoại trục θ θ góc lệch trục (°) θs góc tốc (°) cho phong kế dạng cánh quạt có trục cố định  thời gian phản hồi phong kế (s) để đạt đến vận tốc cân Uf Tóm tắt phương pháp thử nghiệm 5.1 Phương pháp thử nghiệm u cầu phải có ống khí động mô tả Phụ lục A Những thông tin bổ sung liên quan đến việc kiểm tra ống khí động liệt kê [7][10][12][13] 5.2 Ngưỡng khởi động (U0) xác định qua việc đo vận tốc thấp mà phong kế cánh quay bắt đầu tiếp tục quay, đưa tín hiệu đo gắn vào vị trí vận hành thông thường Trục phong kế dạng cánh quạt chỉnh song song với hướng dịng khơng khí, cịn trục phong kế dạng cốc đặt vng góc với hướng dịng khơng khí 5.3 Hàm truyền (Û = a + bR + ) [1] [6] xác định thông qua việc đo tốc độ quay tín hiệu đầu phong kế vận tốc gió khác suốt phạm vi làm việc (phạm vi sử dụng mong muốn) Với vận tốc gió mà phản ứng phong kế phi tuyến tính (gần ngưỡng) ghi phép đo tối thiểu năm vận tốc khác Các phép đo năm vận tốc khác nằm ngưỡng phi tuyến tính ghi lại phạm vi làm việc phong kế ống khí động (xem Hình 1) Nếu việc ứng dụng phạm vi phi tuyến tốc độ cao phép đo tốc độ bổ sung phải bao gồm phạm vi đo phép xác định biểu thức đa thức phù hợp Phải thực ba lần đo Các giá trị a b xác định hồi quy bình phương nhỏ phép đo riêng lẻ điểm liệu Hàm truyền xấp xỉ tuyến tính số phạm vi ứng dụng định với số loại phong kế Hàm truyền phi tuyến tính thời điểm vận tốc đường hầm thấp (thường gấp hai đến năm lần U0) cao Û vận tốc gió (m.s-1) ước tính; a b số Khi hàm truyền tuyến tính, số khác ngồi b coi Trong trường hợp tuyến tính này, số a thường gọi phần bù điềm "khơng" (phần lệch so với vị trí 0); b số đoạn gió tính số mét vòng quay phong kế dạng cốc dạng cánh quạt; R vận tốc quay tính số vòng quay/giây Chú ý phần bù điềm “không” không giống tham số ngưỡng khởi động Ở vài phong kế cảm ứng, số a (phần bù điềm “khơng") khơng lớn “khơng” Các số a b phải xác định thông qua phép đo ống khí động cho loại phong kế Đối với trường hợp phong kế mà không trực tiếp đưa vận tốc quay, ví dụ đưa vận tốc gió (tính theo ASCII, hệ thập lục phân, v.v.) đơn vị điện (vơn, mi-li- am-pe,v.v.) R b có đơn vị tính khác phù hợp với liệu đầu CHÚ THÍCH: Mặc dù mơ hình hàm truyền khơng hồn tồn thể phản ứng phong kế phần đầu phi tuyến tính đường cong đồ thị hầu hết ứng dụng, việc tăng độ xác nhờ vận dụng nhiều phương pháp tốn học chặt chẽ lại khơng đảm bảo Những điểm liệu miền bắt đầu phi tuyến tính sở cho mơ hình tốn học tiên tiến hàm truyền CHÚ DẪN: X vận tốc khơng khí ống khí động, U, (m.s-1) Y tốc độ quay, R, (r.s-1) a phần bù điềm “không”, a, (m.s-1) b ngưỡng khởi động, U0, (m.s-1) Hình - Đường cong hiệu chuẩn phong kế thông thường 5.4 Hằng số khoảng cách (LU) phải xác định vận tốc gió khác m.s-1 10 m.s-1 Hằng số tính dựa thời gian cần thiết để rơto phong kế tăng tốc đến (1 - 1/e) hay 63 % mức thay đổi tăng bước tốc độ quay sau thoát khỏi trạng thái bị hạn chế quay [4] Cuối cùng, Uf, vận tốc gió vị trí cân phong kế (xem Hình 2) Thời gian phản hồi (T) áp dụng tốc độ kiểm tra cụ thể Trong số ứng dụng, việc tăng vận tốc gió ngồi phạm vi hoạt động phong kế quan tâm CHÚ THÍCH: Khi có thay đổi giảm bước vận tốc có số khoảng cách khác Giá trị cho biết lượng tốc độ máy điều kiện gió có gió mạnh (các phong kế báo cáo giá trị vận tốc gió cao so với vận tốc gió thực) Đối với số ứng dụng riêng phong kế, số khoảng cách giảm tốc độ gió quan tâm Việc xác định số khoảng cách giảm tốc độ gió vượt phạm vi nghiên cứu tiêu chuẩn Phản ứng phong kế cánh quay trước thay đổi vận tốc không khí tăng từ U = tới U = Uf [5]: Ut = Uf(1-e-(t/)) (1)  = tf - ti (2) LU = U (3) Thời gian phản hồi là: Khoảng cách cố định là: CHÚ DẪN: X thời gian, t (s) Y vận tốc gió thị mà phong kế đo được, Ui, (m.s-1) a phản hồi cuối b thời gian phản hồi,  Hình - Đường cong phản ứng phong kế thơng thường thay đổi tăng bước vận tốc gió Để tránh kết khơng xác đo điều kiện hạn chế, Hình 2, thời gian đo nên từ 0,30 đến 0,74 Uf Từ tính tốn khoảng thời gian phản hồi т (s) nằm khoảng % giá trị lý thuyết (1- 1/e) phản ứng lý thuyết thiết bị chuyển đổi sang số khoảng cách cách nhân với vận tốc khơng khí ống khí động (U) [1] 5.5 Tỷ lệ phản ứng lệch trục (QU) hàm vận tốc Tỷ lệ phản ứng lệch trục phải đo vận tốc gió khác bao gồm m.s -1 10 m.s-1 5.5.1 Đối với phong kế dạng cốc, phép đo lấy từ tín hiệu đầu phong kế nghiêng hướng vào gió (thể hướng trục từ xuống) nghiêng xa hướng gió (thể hướng trục lên), đường ống khí động chạy tốc độ ổn định Tín hiệu đầu đo trục phong kế đặt khoảng góc 5° trục thẳng đứng đến ± 30° Tín hiệu đo chuyển sang tỷ lệ cho khoảng góc cách chia tích cosin góc với tín hiệu đo phong kế vị trí thơng thường (chiều thẳng đứng) 5.5.2 Đối với phong kế dạng cánh quạt có gắn chong chóng gió, phép đo lấy từ tín hiệu đầu trục quay phong kế nghiêng vào gió (thể hướng trục từ xuống) nghiêng dốc lên gió (thể hướng trục lên) đường ống khí động chạy tốc độ ổn định Tín hiệu đầu đo khoảng góc 5° từ vị trí trục quay nằm ngang đến ± 30° Tín hiệu đo chuyển sang tỷ lệ cho khoảng góc chia tích cosin góc tín hiệu đo chia cho trục phong kế vị trí thơng thường (chiều nằm ngang) Thử nghiệm thực chong chóng gió gắn vào bỏ Nhưng trường hợp trục quay phải cố định theo hướng xuống ống khí động 5.5.3 Đối với phong kế dạng cánh quạt có trục cố định, phép đo lấy từ tín hiệu đầu phong kế quay khơng khí hết góc 360° Tín hiệu đo góc khác từ 0° đến 360° với khoảng góc 10°, trừ góc 90° 270° Các phép đo bổ sung góc 85°, 95°, 265° 275° u cầu Tín hiệu đo góc chuyển sang tỷ lệ cách chia giá trị đo cho tích phép đo dọc theo trục ống khí động góc 0° (dịng chảy dọc trục) với cosin góc thử Thêm vào đó, góc tốc (θs) cánh quạt đo cách định hướng cho trục quay phong kế cánh quạt vng góc với dịng khơng khí ống khí động, sau từ từ cho quay bên bên ngồi luồng khơng khí cánh quạt bắt đầu quay liên tục Góc tốc tổng góc chặn mà góc này, cánh quạt khơng quay liên tục Phương pháp lặp lại góc 270° Lập hồ sơ Dữ liệu cho tất lần vận hành ghi lại theo định dạng tương tự ví dụ đưa Phụ lục B Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm: - Ngày, giờ, tên ống khí động địa điểm; nhận diện thiết bị đo vận tốc khơng khí ống khí động với số sê-ri ngày hiệu chuẩn; kiểu số sê-ri phong kế thử nghiệm, phiên phần mềm điều khiển, bao gồm nhận biết đơn thiết bị Nên đưa thêm ảnh phong kế thử nghiệm gắn thiết bị gá khác đường ống khí động - Mơ tả điều kiện mơi trường thử nghiệm hiệu để đạt điều kiện tiêu chuẩn (A.2) Tối thiểu thông số môi trường phải liệt kê báo cáo thử nghiệm phải liệt kê giá trị riêng lẻ cho thông số phép đo - Lập bảng liệu sử dụng để xác định kết phương pháp thử nghiệm (Phụ lục B) - Phạm vi tốc độ ứng dụng mà phong kế thử nghiệm - Độ không đảm bảo đo ống khí động phải ghi lại sở đường ống khí động liên quan đến phép đo phịng thí nghiệm quốc gia thơng qua báo cáo phịng thí nghiệm quốc gia chuẩn truyền Độ không đảm bảo đo chứng minh phép đo đường ống khí động phải cơng bố báo cáo hiệu chuẩn phong kế Thiết bị, dụng cụ 7.1 Hệ thống đo 7.1.1 Quay Độ phân giải cảm biến phong kế hạn chế khả lặp lại phép đo Độ phân giải hệ thống đo ghi liệu thể cho tốc độ gió với độ phân giải 0,02m.s -1 tốt 7.1.2.Thời gian Độ phân giải thời gian (TR) phải phù hợp với độ xác khoảng cách quy định Do đó, độ phân giải thời gian thay đổi vận tốc ống khí động thay đổi Độ phân giải phép đo số khoảng cách 0,1 m (MR) yêu cầu độ phân giải thời gian 0,05 s vận tốc m.s -1 0,01 vận tốc 10 m.s-1 TR = MR/U (4) 7.1.3 Góc Độ phân giải góc (θ) phải nằm khoảng 0,5° Một thước đo góc thơng thường có kích thước thích hợp với độ chia 0,5° cho phép đo với độ phân giải đầy đủ Bộ gá phải chế tạo cho phép chỉnh máy tới góc lệch trục ống khí động chạy tốc độ ổn định 7.1.4 Khoảng cách cố định Phương pháp học cần thiết để giữ phong kế vị trí thử nghiệm thơng thường mà khỏi điều kiện hạn chế, tình trạng khơng quay, đường ống khí động chạy tốc độ thử nghiệm Cơ chế di chuyển rôto phong kế kích hoạt ống khí động dừng hoạt động 7.2 Các kỹ thuật ghi liệu 7.2.1 Đối với mơi trường ống khí động, nhiệt độ, áp suất, độ ẩm tương đối (hoặc điểm tụ sương) môi trường bên khu vực ống khí động dùng thử nghiệm phải ghi lại cho lần đo 7.2.2 Đối với phép đo hệ số khoảng cách (LU), hệ thống ghi kỹ thuật số chương trình rút gọn thích hợp thỏa mãn tỷ lệ lấy mẫu 100 mẫu giây Phải ý tránh mạch điện có số thời gian làm hạn chế việc ghi tính phong kế Máy dao động với nhớ khả chép đĩa cứng sử dụng Một kỹ thuật đơn giản khác sử dụng máy ghi băng phản ứng nhanh (đáp ứng tần phẳng đến 10 Hz tốt hơn) với hệ số tăng ích đủ để tín hiệu mà phong kế đưa đường ống khí động chạy vận tốc m.s-1 đủ để cung cấp độ lệch đầu ghi toàn thang máy ghi Bộ đẩy biểu đồ ghi chuyển động phải có tốc độ nhanh 50 mms-1 Với phong kế có đầu xung, phải ý đảm bảo xung đủ thường xuyên để cung cấp độ phân giải đo lường thỏa đáng Trường hợp độ phân giải phép đo bị hạn chế, kỹ thuật nội suy cần thiết để đo xác khoảng cách cố định Một số phong kế đưa vận tốc gió trung bình bên mà khơng cung cấp vận tốc gió tức thời Ví dụ phong kế có thơng tin liệu đầu nối tiếp gặp vấn đề độ phân giải Trong trường hợp này, cần điều chỉnh phận bên phong kế, phần cứng phần mềm điều khiển, để có phương pháp thực phép đo liên quan trực tiếp đến tốc độ quay cánh quạt hay dạng cốc Nhà sản xuất phong kế phải tư vấn để xác định thay đổi cần thiết Quy trình thử 8.1 Ngưỡng khởi động (U0) 8.1.1 Đặt vận tốc ống khí động "0" Từ từ tăng tốc độ ống khí động cánh quạt hay cánh dạng cốc bắt đầu chuyển động tiếp tục quay đưa tín hiệu đầu đo Xác nhận vận tốc khơng khí ổn định thấp ống khí động trước bắt đầu thử nghiệm (A.1.3) Do có biến động lớn (lên đến 300 %) lực xoắn mà phong kế dạng cốc tạo nên phải thay đổi vị trí cánh cốc khoảng 12° lần chạy để đạt giá trị trung bình đại diện cho ngưỡng khởi động phong kế 8.1.2 Lặp lại quy trình 8.1.1 mười lần ghi lại kết Tính tốn ghi lại giá trị trung bình cộng (Ū0) 10 lần thử Những dao động gây ống khí động ngun nhân khác khiến phép đo ngưỡng khởi động bị sai số Chú ý loại bỏ dao động khu vực ống khí động thử nghiệm suốt trình đo ngưỡng khởi động 8.2 Hàm truyền (Û = a + bR + ) 8.2.1 Đặt vận tốc gió đường hầm khoảng hai lần ngưỡng khởi động (U0) xác định 8.1 Sau vận tốc không khí ống khí động đạt đến trạng thái cân bằng, đo tín hiệu đầu phong kế khoảng thời gian đo cố định (T) kéo dài từ 30 s đến 100 s Khoảng thời gian đo (T) cung cấp độ phân giải phép đo vận tốc gió (MRU) 0,1m.s-1 lớn cho hầu hết phong kế Một số phong kế có độ phân giải thấp với xung tín hiệu đầu cần khoảng thời gian đo (T) dài để đạt độ phân giải phép đo vận tốc gió (MRU) 0,1 m.s-1 Độ phân giải phép đo tốc độ gió (MRU) (m.s-1) cho phong kế với xung tín hiệu đầu kết phép chia đoạn gió khoảng cách xung đầu (Dp) (m) cho khoảng thời gian đo (T)(s) (MRU) = (Dp) / T (5) Nếu độ phân giải phép đo gió (MRU) phong kế lớn, hệ số hồi quy bình phương tối thiểu xác định 8.2.4 không hợp lệ Ghi lại vận tốc ống khí động tốc độ quay (R) phong kế liệu đầu tương đương Tăng vận tốc ống khí động lên gấp ba lần U0 ghi lại kết đo Lặp lại với vận tốc ống khí động tăng gấp bốn lần, năm lần sáu lần U0 8.2.2 Đặt vận tốc khơng khí ống khí động khoảng 10 % vận tốc hoạt động tối đa phong kế (Umax) Sau vận tốc ống khí động đạt đến trạng thái cân bằng, đo đầu phong kế cho khoảng thời gian đo cố định (T) sử dụng 8.2.1 Ghi lại vận tốc trung bình khơng khí ống khí động tốc độ quay phong kế (R) liệu đầu tương đương Tăng vận tốc khơng khí ống khí động lên khoảng 20 % Umax sau đạt đến trạng thái cân bằng, ghi lại kết đo giống trước khoảng thời gian đo cố định tương tự Lặp lại phương pháp với vận tốc khơng khí đạt khoảng 30 %, 40 % 50 % Umax Để xác định hàm truyền yêu cầu bổ sung tối thiểu năm phép đo vận tốc khoảng cách gần Umax Việc xác định hàm truyền hoàn chỉnh cần thiết cho thiết kế thay đổi lớn thiết kế phong kế Trong trường hợp việc đo vận tốc khơng khí bị giới hạn phần phạm vi ứng dụng, ví dụ hạn chế vận tốc ống khí động, phép ngoại suy liệu vượt phạm vi phép đo thực tế làm tăng độ không đảm bảo đo Nếu tiến hành thử nghiệm với Umax, báo cáo thử nghiệm phải ghi phong kế không thử nghiệm đến Umax vận tốc thử nghiệm cao phải ghi báo cáo 8.2.3 Lặp lại quy trình 8.2.1 8.2.2 ba lần 8.2.4 Sử dụng liệu ghi lại từ 8.2.2 8.2.3 để xác định giá trị số (a, b,.v.v.) phương trình hàm truyền (Û = a + bR + ) hồi quy bình phương nhỏ Khơng sử dụng liệu gần ngưỡng U0 ghi 8.2.1 cho phép tính CHÚ THÍCH: Đối với phần lớn phong kế cánh quạt dạng cốc có thiết kế tốt, phương pháp hồi quy tuyến tính đưa giá trị xấp xỉ hàm truyền phạm vi làm việc phong kế Tuy nhiên, tiêu chuẩn khơng loại trừ việc sử dụng phương trình hồi quy bậc cao để thiết lập mơ hình hàm truyền phong kế 8.2.5 Sử dụng giá trị số hàm truyền (a, b, v.v.) tính 8.2.4 để tìm Û cho R đo 8.2.1 8.2.2 Lấy U đo trừ Û Báo cáo độ chênh lệch (m.s-1) cho vận tốc thử nghiệm hầm 8.2.1 8.2.2 CHÚ THÍCH: Những liệu cịn lại sử dụng để xác định phần phi tuyến tính hàm truyền giá trị ngoại lai 8.3 Hằng số khoảng cách (LU) 8.3.1 Đặt vận tốc ống khí động mức m.s-1 Giữ cho cánh quạt cánh dạng cốc không tiếp tục quay khơng để cánh khỏi trạng thái đứng yên theo phương pháp 7.1.4 Ghi lại mười phép đo cho L5 8.3.2 Lặp lại quy trình 8.3.1 với vận tốc 10 m.s-1 cho L10 8.3.3 Từ liệu ghi được, đo thời gian (ti) (s) từ lúc vận tốc rôto đạt 0,30 vận tốc cân cuối (Uf) tới thời điểm (tf) tốc độ rôto đạt 0,74 tốc độ cân cuối (Uf) (xem Hình 2) Cần chạy thử lần để xác định tốc độ cân cuối (Uf) Khi t ≥ 7, tốc độ rôto đạt 99,9 % tốc độ cân (Uf) Tốc độ không vượt 0,01 m.s -1 tốc độ cân lý thuyết (Uf) vận tốc thử nghiệm 10 m.s-1 Thời gian phản hồi () là:  = tf - ti (6) Hằng số khoảng cách (LU) xác định cách nhân vận tốc ống khí động (U) với thời gian phản hồi () Hằng số khoảng cách là: LU = U (7) Các bước phải tiến hành với phép đo mười phép đo vận tốc m.s-1 10 m.s-1 Giá trị trung bình mười phép đo m.s-1 mười phép đo 10 m.s-1 cho số khoảng cách nằm khoảng 10 % trung bình cộng hai mươi phép đo m.s-1 10 m.s-1 8.4 Tỷ lệ phản ứng lệch trục (QU) - Máy đo gió dạng cốc 8.4.1 Đặt thiết bị cố định góc lệch trục cho phong kế dạng cốc nêu 7.1.3 đặt phong kế thẳng hàng với vị trí thơng thường (trục quay thẳng đứng) Để vận tốc ống khí động mức m.s-1 Lấy mẫu thử với phong kế đặt thẳng đứng mẫu thử với máy đặt khoảng góc 5° nghiêng vào luồng khơng khí, nghiêng dần lên tới 30° Lấy thêm mẫu thử với phong kế đặt thẳng đứng mẫu thử khoảng góc 5° nghiêng xa luồng khơng khí, nghiêng dần lên tới 30° so với trục thẳng Chia giá trị cho tích vận tốc gió phong kế vị trí thơng thường với cosin góc nghiêng để tính tỷ lệ phản ứng lệch trục QU = Uθ/(Uicosθ)(8) 8.4.2 Lặp lại quy trình 8.4.1 vận tốc 10 m.s-1 Lập bảng kết cách tính trung bình tỷ lệ vận tốc cho khoảng góc 5° 8.5 Tỷ lệ phản ứng lệch trục (QU) - Máy đo gió cánh quạt có gắn chong chóng gió 8.5.1 Đặt thiết bị cố định góc lệch trục cho phong kế cánh quạt có gắn chong chóng gió nêu 7.1.3 đặt trục quay cánh quạt thẳng hàng với vị trí thơng thường (nằm ngang) Đặt vận tốc ống khí động mức m.s-1 Lấy mẫu thử với trục cánh quạt nằm ngang mẫu thử khoảng góc 5° thể trục từ xuống (cánh quạt nghiêng xuống phía sàn ống khí động), nghiêng đến 30° Tiến hành thêm phép đo vị trí thơng thường (nằm ngang) phép đo khoảng góc 5° thể trục lên (cánh quạt nghiêng lên phía trần ống khí động), nghiêng đến 30° Tỷ lệ phản ứng lệch trục tính cách chia giá trị cho tích giá trị đo vị trí thơng thường với cosin góc nghiêng Xem phương trình (8) 8.5.2 Lặp lại quy trình 8.5.1 với vận tốc 10 m.s-1 Lập bảng kết cách tính trung bình tỷ lệ vận tốc cho khoảng góc 5° 8.6 Tỷ lệ phản ứng lệch trục (QU) - Máy đo gió cánh quạt có trục cố định 8.6.1 Đặt thiết bị cố định góc lệch trục cho phong kế cánh quạt nêu 7.1.3 đặt phong kế cánh quạt thẳng hàng với vị trí thơng thường (nằm ngang), trục cánh quạt vị trí 0° (được đặt thẳng trực tiếp luồng khơng khí) Đặt vận tốc ống khí động mức m.s-1 Tín hiệu đo góc khác từ 0° đến 360° phải bao gồm khoảng gốc 10°, trừ góc 90° 270° Các phép đo bổ sung góc 85°, 95°, 265° 275° cần thiết Tín hiệu đo góc chuyển sang tỷ lệ cách chia giá trị đo cho tích kết đo dọc theo trục ống khí động góc 0° (dịng chảy dọc trục) với cosin góc thử nghiệm Xem phương trình (8) 8.6.2 Thêm vào đó, góc tốc (θs) cánh quạt đo cách định hướng cho phong kế vng góc với dịng khơng khí đường hầm, sau từ từ cho quay bên bên ngồi luồng khơng khí cánh quạt bắt đầu quay liên tục Góc tốc tổng góc chặn mà góc này, cánh quạt không quay liên tục Phương pháp lặp lại góc 270° 8.6.3 Lặp lại quy trình 8.6.1 8.6.2 với vận tốc 10 m.s-1 Lập bảng kết cách tính trung bình tỷ lệ cho vận tốc khoảng góc 8.7 Phép thử chấp nhận Các phần phương pháp thử thực để đánh giá đặc tính tính phong kế Các kết sử dụng cho mục đích xác định liệu đặc tính có thay đổi theo thời gian hay không Những nội dung tối thiểu phép thử chấp nhận bao gồm việc xác định ngưỡng khởi động (U0) theo 8.1 việc tiến hành đo năm vận tốc khác phạm vi phù hợp cho mục đích ứng dụng, việc sử dụng kỹ thuật đưa để xác định hàm truyền 8.2 So sánh kết quả, sử dụng vận tốc phong kế thị (Û) từ hàm truyền có với vận tốc khơng khí đo ống khí động (U) Chất lượng phương pháp thử 9.1 Yêu cầu chung Việc xác định độ không đảm bảo đo phương pháp phải phù hợp với TCVN 6910-1 (ISO 5725-1) TCVN 6910-2 (ISO 5725-2) 9.2 Ống khí động Chất lượng đo ống khí động hạn chế độ không đảm bảo đo phương pháp thử Nên sử dụng ống khí động với độ khơng đảm bảo đo 0,2 m.s-1 tốt 9.3 Độ lặp lại 9.3.1 Yêu cầu chung Sử dụng thiết bị quy trình này, ước tính độ lặp lại phương pháp sau: 9.3.2 Ngưỡng khởi động Độ lặp lại ngưỡng khởi động liên quan tới ống khí động sử dụng cho phương pháp độ chụm kỹ thuật đo thời gian khoảng cách sở sử dụng Độ lặp lại phương pháp ước lượng 0,1 m.s-1 9.3.3 Hằng số khoảng cách Độ lặp lại ước lượng phương pháp 0,2 m tốt 9.3.4 Hàm truyền Độ lặp lại ước lượng phương pháp 0,15 m.s -1 tốt 9.3.5 Tỷ lệ phản ứng lệch trục Độ lặp lại ước lượng phương pháp 0,02 m tốt 9.4 Độ không đảm bảo 9.4.1 Ngưỡng khởi động Độ không đảm bảo đo phương pháp ước lượng không lớn 0,2 m.s -1 Các liệu phép đo thời gian khoảng cách tốc độ m.s -1 yêu cầu 9.4.2 Hằng số khoảng cách Độ không đảm bảo đo phương pháp ước lượng không lớn 0,3 m 9.4.3 Hàm truyền Độ không đảm bảo đo phương pháp ước lượng không lớn 0,2 m.s -1 9.4.4 Tỷ lệ phản ứng lệch trục Độ không đảm bảo đo phương pháp ước lượng không lớn % PHỤ LỤC A (quy định) Những điều kiện tiêu chuẩn ống khí động thử nghiệm A.1 Ống khí động A.1.1 Kích cỡ A.1.1.1 Các vật rắn làm chặn gió khu vực ống khí động thử nghiệm bao gồm tiết diện mặt cắt ngang cánh quay dạng cốc hay cánh quạt, phận cảm biến thiết bị hỗ trợ Mức độ chặn gió việc thiết lập phong kế thử nghiệm gây 10 % ống khí động có khu vực thử nghiệm mở % ống khí động có khu vực thử nghiệm khép kín Rất khó để đạt mức độ chặn gió nhỏ % diện tích mặt cắt khu vực ống khí động thử nghiệm để giảm thiểu độ không đảm bảo đo A.1.1.2 Cần sử dụng hai ống khí động để tiến hành thử nghiệm hiệu chuẩn toàn thang đo thử ngưỡng khởi động Các ống khí động thiết kế để vận tốc khơng khí cao có luồng khơng khí khơng đồng khu vực thử nghiệm có tốc độ khơng khí thấp A.1.1.3 Phải ý giữ cố định khu vực bị chặn suốt trình thử nghiệm Trừ phương pháp thay (xem A.1.1.4) sử dụng cho việc hiệu chuẩn phong kế, khơng ảnh hưởng từ việc chặn gió phong kế khu vực ống khí động thử nghiệm phải xác định để tìm vận tốc gió thực mà phong kế đo thử nghiệm [7] A.1.1.4 Kiểm định lại hàm truyền phong kế phương pháp thay Trong ống khí động nhỏ hơn, ảnh hưởng việc chặn gió gây sai số không chấp nhận việc xác định hàm truyền, vấn đề khắc phục cách thay chuẩn truyền vị trí thiết bị thử nghiệm để thiết lập mối quan hệ vận tốc khơng khí ống khí động với số vịng quay phút (r/min) quạt gió hầm Chuẩn truyền sau thay thiết bị thử nghiệm đầu đo tương vận tốc khơng khí ống khí động dựa r/min xác định quạt gió Máy đo gió truyền cho chạy lại sau phong kế thử nghiệm để xác nhận việc hiệu chuẩn ống khí động thử nghiệm hiệu chuẩn cụ thể Vì phương pháp địi hỏi phải có chuẩn chuyển mà hiệu chuẩn phịng thí nghiệm quốc gia sở hiệu chuẩn cơng nhận, nên áp dụng để thử nghiệm chế tạo thử nghiệm chấp nhận cảm biến giống hệt A.1.1.5 Trong trường hợp, cần hiểu ảnh hưởng chặn gió việc đặt phong kế khu vực ống khí động thử nghiệm gây ảnh hưởng đến kết thử nghiệm Tuy nhiên, việc bù ảnh hưởng yêu cầu phương pháp cụ thể mà không thuộc phạm vi tiêu chuẩn A.1.2 Dải vận tốc Ống khí động phải có điều khiển vận tốc, cho phép điều chỉnh vận tốc dịng khơng khí từ đến tối thiểu 50 % dải vận tốc ứng dụng phong kế thử nghiệm Bộ điều khiển vận tốc cần trì lưu lượng khơng khí khoảng ± 0,2 m.s -1 A.1.3 Hiệu chuẩn Lưu lượng trung bình phải kiểm định mức vận tốc bắt buộc cách sử dụng chuẩn truyền mà hiệu chuẩn phòng thí nghiệm quốc gia phương pháp vật lý Một phong kế cảm biến, ví dụ phong kế dây nhiệt, phong kế la-ze Doppler thiết bị cảm biến đo luồng khơng khí tương tự khác, phải sử dụng để kiểm định vận tốc m.s-1 xác định ngưỡng khởi động Các kỹ thuật đo luồng khơng khí khác sử dụng vài kỹ thuật khoảng cách thời gian sở, ví dụ với khoảng cách biết, đo thời gian chuyển tiếp hai thời điểm riêng biệt từ lúc phun khói đến xuất bong bóng xà phịng đến lúc phun nóng Nên lập bảng số vịng quay phút (r/min) máy quạt gió hầm số số khác liên quan đến phương pháp điều chỉnh lưu lượng khơng khí kỹ thuật với vận tốc m.s-1 nhỏ [12][13] A.1.4 Biên dạng vận tốc Các ống khí động phải có biên dạng vận tốc tương đối phẳng Các luồng không khí đường ống khí động phải đồng khoảng ± % xuyên suốt khu vực thử nghiệm cánh quay dạng cốc hay cánh quạt phong kế Ở mức vận tốc khơng khí lớn 10 m.s-1, ống khí động phải có mức cường độ nhiễu quanh trục thấp % đo vị trí thử nghiệm phong kế [3] Cường độ nhiễu quanh trục tính cách chia độ lệch chuẩn vận tốc khơng khí trung bình ống khí động cho vận tốc khơng khí trung bình ống khí động Các dịng khơng khí đồng cường độ nhiễu đo phong kế dây nhiệt, phong kế la-ze Doppler thiết bị cảm biến đo luồng khơng khí tương tự khác A.2 Môi trường thử nghiệm A.2.1 Chênh lệch mật độ khơng khí mơi trường thử nghiệm mà lớn % hạn chế so sánh tương quan phép đo độc lập ngưỡng khởi động (U0) số khoảng cách (LU) giá trị phụ thuộc vào mật độ khơng khí [8] [9] [10] [13] A.2.2 Ghi lại thơng số mơi trường ống khí động mật độ khơng khí cho tất lần thử Mật độ khơng khí tính toán xác định cách sử dụng bảng giống tài liệu tham khảo [11] A.2.3 Các phép đo với ống Pitot tĩnh hiệu với điều kiện tiêu chuẩn cho khơng khí khơ nhiệt độ môi trường 15 °C, áp suất khơng khí 1013,250 hPa hệ số nén 0,99958 Những điều kiện tương ứng với mật độ khơng khí 1,2250 kg/m [11] A.2.4 Áp suất khơng khí, nhiệt độ khơng khí độ ẩm tương đối phải đo khu vực ống khí động thử nghiệm để tính tốn mật độ khơng khí xác Kích thước vị trí cảm biến nhiệt cần lựa chọn cẩn thận để giảm thiểu ảnh hưởng lên luồng khơng khí vị trí thử nghiệm phong kế Sai số 10 hPa kết đo áp suất khơng khí dẫn đến sai số khoảng % tính tốn mật độ khơng khí 1013,250 hPa Những sai số đo nhiệt độ khơng khí chí có ảnh hưởng lớn đến việc tính tốn mật độ khơng khí Sai số °C phép đo nhiệt độ không khí làm thay đổi kết tính mật độ khơng khí khoảng % 15 °C Nhiệt độ khơng khí khu vực thử nghiệm ống khí động khép kín tăng thêm 10 °C nhiều suốt thử nghiệm phong kế Một sai số phép đo nhiệt độ gây sai số lớn việc tính tốn mật độ khơng khí gây sai số tương ứng tính tốn vận tốc khơng khí ống khí động phép đo vận tốc khơng khí thực ống Pitot tĩnh hệ thống đo lường phụ thuộc vào mật độ Vì vậy, việc đo xác nhiệt độ khơng khí trung bình khu vực thử nghiệm quan trọng Do có phân tầng nhiệt độ khu vực thử nghiệm nên cần sử dụng nhiều cảm biến nhiệt luồng khơng khí để xác định xác nhiệt độ khơng khí trung bình khu vực thử nghiệm Bảng A.1 tóm tắt ảnh hưởng sai số phép đo thông số môi trường đến việc tính tốn mật độ khơng khí Bảng A.1 - Ảnh hưởng sai số phép đo thông số mơi trường đến việc tính tốn mật độ khơng khí Thơng số mơi trường Sai lệch phép đo thơng số  mật độ khơng khí Áp suất hPa 0,10 Nhiệt độ °C 0,34 Điểm tụ sương °C 0,02 Độ ẩm tương đối 3,5 % 0,02 % A.2.5 Dữ liệu cho tất lần chạy thử nghiệm cần ghi lại theo định dạng tương tự ví dụ Phụ lục B PHỤ LỤC B (tham khảo) Các ví dụ định dạng cho việc ghi chép liệu lần thử nghiệm Bảng B.1 - Ngưỡng khởi động (U0) - Các kết đo ống khí động (trong 8.1) Lần thử 10 Nhiệt độ (°C) Điểm tụ sương (°C) Hoặc: Độ ẩm tương đối (%) Áp suất khí (hPa) Mật độ khơng khí (kg.m-3) Vận tốc khơng khí ống khí động U, ngưỡng (m.s1 ) Ngưỡng khởi động trung bình cho mười phép thử Ū0 = m.s-1 Bảng B.2 - Hàm truyền (trong 8.2) Các phép đo dải vận tốc khơng khí ứng dụng phong kế Lần thử Nhiệt độ (°C) Điểm tụ sương (°C) Hoặc: Độ ẩm tương đối (%) Áp suất khí 10 11 12 13 14 15 (hPa) Mật độ khơng khí (kg.m-3) Vận tốc khơng khí ống khí động, U, (m.s-1) Tốc độ quay R (r.s-1) a = m.s-1 Giá trị a b tính (trong 8.2.4) b = m.r-1 Dự đoán Û(m.s-1) (trong 8.2.5) Hiệu Û - U (m.s-1) Bảng B.3 - Hằng số khoảng cách (L5) - Các kết đo ống khí động vận tốc m.s-1 (trong 8.3) Lần thử 10 Nhiệt độ (°C) Điểm tụ sương (°C) Hoặc: Độ ẩm tương đối (%) Áp suất khí (hPa) Mật độ khơng khí (kg.m-3) Vận tốc cân cuối phong kế Uf (m.s-1) Thời gian ti 0,30 vận tốc cân Uf(s) Thời gian tf 0,74 vận tốc cân Uf(s) Thời gian phản hồi т (s)  = tf - ti Vận tốc khơng khí thực ống khí động, U(m.s-1) Hằng số khoảng cách tính được, L5(m), L5 = Uт Hằng số khoảng cách trung bình m.s-1 L5 = m Bảng B.4 - Hằng số khoảng cách (L10) - Các kết đo ống khí động vận tốc m.s-1 (trong 8.3) Lần thử Nhiệt độ (°C) Điểm tụ sương (°C) Hoặc: Độ ẩm tương đối (%) Áp suất khí (hPa) Mật độ khơng khí (kg.m-3) Vận tốc cân cuối phong kế Uf(m.s-1) Thời gian tf 0,30 vận tốc cân Uf(s) Thời gian tf 0,74 vận tốc cân Uf(s) Thời gian phản hồi т(s)  = tf - ti Vận tốc thực khơng khí 10 ống khí động U (m.s-1) Khoảng cách cố định tính L10(m) L10 = U  Khoảng cách cố định trung bình 10 m.s-1 L10 = m Khoảng cách cố định L = ( L5 + L10 )/2 = m Bảng B.5 - Tỷ lệ phản ứng ngoại trục (Q5) vận tốc m.s-1 (trong 8.4.1 8.5.1) Góc θ 0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° 0° -5° -10° -15° -20° -25° -30° Nhiệt độ (°C) Điểm tụ sương (°C) Độ ẩm tương đối (%) Khí áp (hPa) Mật độ khơng khí (kg.m-3) Vận tốc thực khơng khí ống khí động U (m.s-1) Vận tốc gió ước tính Uθ góc θ (m.s-1) Tỷ lệ phản ứng ngoại trục vận tốc m.s-1 Q = Uθ / (Uicosθ) Bảng B.6 - Tỷ lệ phản ứng ngoại trục (Q10) vận tốc 10m.s-1 (trong 8.4.2 8.5.2) Góc θ 0° Nhiệt độ (°C) Điểm tụ sương (°C) Độ ẩm tương đối (%) Khí áp (hPa) Mật độ khơng khí (kg.m -3) Vận tốc thực khơng khí ống khí động U (m.s-1) Vận tốc gió ước tính Ui góc θ (m.s-1) Tỷ lệ phản ứng ngoại trục vận 5° 10 o 15° 20° 25° 30° 0° -5° -10° -15° -20° -25° -30° tốc 10 m.s-1 Q10 = Ui/ (Uθ=0cosθ) Tỷ lệ phản ứng ngoại trục trung bình Q (trong 8.4.2 8.5.2) Q =(Q5+Q10)/2 THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ASTM D5096-96, Standard test method for determining the performance of a cup anemometer or propeller anemometer, American Society For Testing And Materials, 1996 [2] VDI 3786 Part 2, Environmental meteorology, Meteorological measurements concerning questions of air pollution - Wind Verein Deutscher Ingenieure, December 2000 [3] MEASNET Cup Anemometer Calibration Procedures Version 1, September 1997 [4] SCHUBAUER, G.B and ADAMS, G.H Lag of Anemometers Report No 3245, National Bureau of Standards, 1954 [5] MACCREADY, P.B JR and JEX, H.R Response Characteristics and Meteorological Utilization of Propeller and Vane Wind Sensors.Journal of Applied Meteorology, 3(2), 1964, pp 182-193 [6] BAYNTON, H.W Errors in Wind Run Estimates from Rotational Anemometers Bulletin of the American Meteorological Society, 57(9), 1976, pp 1127-1130 [7] BARLOW, J B., RAE, W.H and HARPER, J.J Low-Speed Wind Tunnel Testing Third Edition, John Wiley & Sons, 1999, pp 328-427 [8] SCHUBAUER, G.B and MASON, M.A Performance Characteristics of a Water Current Meter in Water and in Air Journal of Research of National Bureau of Standards, 18,1937, pp 351-360 [9] RHYNE, R.H and GREENE, G.c Aerodynamic Tests of Propeller and Cup Anemometers at Simulated Mars Surface Pressures.Langley Working Paper LWP-742, Langley Research Center N.A.S.A., 1969 [10] OWER, E and PANKHURST, R.C The Measurement of Air Flow Fourth Edition, Pergamon Press, 1966, pp 220-225 [11] ISO 2533:1975, Standard atmosphere [12] LOCKHART, T.J Relative Accuracy of Wind Tunnel Calibration Speeds American Meteorological Society 7th Symposium on Observations And Measurements Preprints, New Orleans, Louisiana, USA, 1991 [13] MEASE, N.E., CLEVELAND, W.G JR., MATTINGLY, G.E and HALL, J.M Air Speed Calibrations at the National Institute of Standards and Technology, Proceedings of the 1992 Measurement Science Conference Anaheim, California USA [14] BROCK, F.V and RICHARDSON, S.J Meteorological Measurement Systems Oxford University Press, New York, 2001, 290 pp [15] DEFELICE, T.P An Introduction to Meteorological Instrumentation and Measurement Prentice Hall, Upper Sadle River, 1998, 229 pp