Úvod > Procedura
Kalibrační procedura
Kalibrace hydrometrických vrtulí se provádějí zásadně v souladu s ČSN ISO 3455 „Měření průtoků kapalin v otevřených korytech – Kalibrace vodoměrných vrtulí s rotačním prvkem v přímých otevřených nádržích”.
Předmětem kalibrace je experimentální stanovení vztahu mezi rychlostí kapaliny a frekvencí otáčení otočného prvku (propeleru) vrtule. Podle předpisu této normy je hydrometrická vrtule tažena řadou konstantních rychlostí v klidné (stojící) vodě v přímé nádrži prizmatického průřezu. Geometrické uspořádání upevnění vrtule je při kalibraci vyžadováno stejné, jako bude použito při měření. Přitom se stanovuje rychlost vozíku v [ms-1] a frekvence otáček vrtule n [s-1] na základě měření vzdálenosti L [m] projeté vlečným vozíkem, počtu otáček vrtule N [-] a příslušného času t [s]. Vzájemný vztah mezi rychlostí vlečného vozíku a specifickými otáčkami (frekvencí otáčení) vrtule se pak vyjádří kalibrační rovnicí. Uvedený postup nebere v úvahu případné rozdíly mezi chováním vrtule pohybující se v klidné vodě a chováním vrtule v turbulentním proudu.
Při vlastní kalibraci se prostřednictvím uživatelského rozhraní řídícího počítače předem nastaví požadovaný počet otáček vrtule a požadovaná rychlost vozíku. Vozík se rozjede a po dosažení nastavené rychlosti a jejím ustálení zahájí řídící počítač sběr dat. První příchozí signál od vrtule zapíná měření projeté vzdálenosti a času; přitom se načítají signály od vrtule. Jakmile je dosažen jejich nastavený počet, měření dráhy a času se ukončí a data jsou bezdrátově předána řídícímu počítači ve velínu.
Měření dráhy je založeno na snímání počtu impulzů od měřítka dráhy (26.2 kB, ). To je realizováno jako kovový pás s výřezy o rozteči 0,1 m, snímání je optoelektronické. Toto uspořádání dovoluje při typické vzdálenosti 50 m, projeté vozíkem při kalibraci, dosáhnout rozlišovací schopnosti a nejistoty určení dráhy 0,1 %. Celková dráha projetá kalibračním vozíkem se pak určí jako počet impulzů dráhy krát jednotková vzdálenost. Pro zajištění metrologické návaznosti je měřítko pravidelně ověřováno s pomocí kalibrovaného pásma délky 100 m. Měření času se provádí softwarovým čítačem kmitočtu odvozeného z krystalového generátoru počítače in-line. I měření času podléhá metrologické návaznosti a oscilátor je pravidelně kalibrován.
Standardní počet kalibračních bodů (počet jízd) je 16–20, přičemž vzdálenost mezi body se poněkud zvětšuje se zvyšující se rychlostí. Protože při každé kalibrační jízdě se rozvíří voda v kalibračním žlabu (a to tím více, čím vyšší je rychlost; záleží i na upevnění vrtule – vrtule se závažím na laně rozvíří vodu více než vrtule na tyči), jsou pro jednotlivé typy vrtulí a jejich upevnění stanoveny čekací doby mezi jízdami, sloužící k tomu, aby se voda v kalibračním žlabu uklidnila.
Po realizaci všech určených vlečných rychlostí jsou data zpracována počítačem a je vyhodnocena kalibrační rovnice. Kalibrační rovnice má ČSN ISO 3455 předepsaný tvar po částech lineární závislosti*)
kde v [ms-1] je rychlost vrtule ve vodě, která se určí z uražené dráhy a času, n [s-1] je frekvence otáček vrtule, určená z nastaveného celkového počtu otáček a času a αi a βi jsou kalibrační konstanty vrtule platné ve specifikovaném rozmezí specifických otáček n. Počet dílčích lineárních úseků kalibrační závislosti je i ≤ 3.
Kalibrační rovnice je určena metodou nejmenších čtverců; software určuje i pozici lomových bodů, ale pracovník provádějící vyhodnocení má možnost jejich polohu v případě potřeby optimalizovat. K tomu slouží pomocný graf (31.8 kB, ), do nějž se vynášejí rozdíly
kde k [m] je stoupání propeleru vrtule. Z tohoto grafu lze mnohem spolehlivěji určit lomové body i případné body odlehlé než z běžného kalibračního grafu v = f(n). Z tohoto důvodu je též pro tento účel doporučen normou; jiný význam tento pomocný graf nemá.
Pokud se při vyhodnocování (a totéž je možné již v průběhu kalibrace) projeví odlehlé body, je možné je vyřadit a kalibraci v tomto bodě (při dané rychlosti) popřípadě zopakovat.
Elektronický „Protokol o kalibraci” obsahuje kromě vlastních kalibračních dat ještě řadu dalších údajů sloužících k jednoznačné identifikaci hydrometrické vrtule (výrobce, typ, výrobní číslo těla vrtule, typ propeleru a jeho výrobní číslo), jejího majitele, způsobu upevnění vrtule při kalibraci a její polohy v příčném profilu kalibračního žlabu, data kalibrace a teploty vody v kalibračním žlabu (viz též Zařízení, Software).
Nedílnou součástí „protokolu” je též jeho jedinečné číslo. To se skládá z dvojčíslí udávajícího rok kalibrace (94 odpovídá r. 1994, 07 odpovídá r. 2007) a trojčíslí udávajícího pořadové číslo kalibrace v daném roce. V případě, že kalibrace byla z nějakého důvodu opakována (větší počet odlehlých bodů, porucha zařízení apod.), uvádí se za číslo ještě písmeno (postupně a, b, ...). Číslo kalibračního listu tedy může být např. 06092a – 92. kalibrace v roce 2006, jedenkrát opakovaná.
Všechny tyto údaje se vyplňují ještě před zahájením vlastní kalibrační procedury při zadávání kalibračního protokolu do řídícího počítače ve velínu.
Po zpracování kalibrační závislosti jsou vytištěny přílohy kalibračního listu v interní formě (47.5 kB, ) a předány ke kontrole manažeru kvality ČKSVV. Teprve po jeho schválení je vydán
kalibrační list (78.8 kB, ) se všemi náležitostmi pro zákazníka.
*) tento tvar kalibrační rovnice vychází z rozboru L. Otta (Ott, L.: Teorie und Konstantenbestimmung des hydrometrischen Flügels. Berlin 1925)