Калибровъчни аеродинамични тунели за анемометри: ISO 17025 и MEASNET

Повечето аеродинамични тунели са съоръжения за изпитване: моделът е обектът, а тунелът е средата. Калибровъчният тунел обръща тази връзка. Тук тунелът е инструментът, а обектът в потока е това, което се оценява спрямо него.

Това обръщане променя изцяло начина, по който се специфицира съоръжението. Никой не изисква от калибровъчния тунел впечатляваща скорост или голяма измервателна секция. От него се изисква референтна скорост на вятъра, която може да бъде защитена, заедно с бюджет на неопределеността, пред акредитиращ орган.

1. Какво реално изискват стандартите

За сектора на вятърната енергетика — най-големият двигател на търсенето на калибриране на анемометри — действащите документи са IEC 61400-12-1 и Процедурата за калибриране на анемометри на MEASNET . Текущата Версия 3 (декември 2020 г.) прилага Приложение F от IEC 61400-12-1, Издание 2 (2017 г.); по-ранните версии на процедурата следваха изданието от 2005 г., така че си струва да се потвърди коя ревизия реално цитира дадена лаборатория или клиент, преди да се декларира съответствие.

В основата стоят две изисквания за качеството на потока:

Интензивност на аксиалната турбулентност под 2% в позицията на анемометъра.
Равномерност на потока до 0,2% в зоната, обхваната от анемометъра.

Наред с това се очаква самата лаборатория да работи с акредитация по ISO/IEC 17025 за съответните измервани величини, като националната акредитация (например DAkkS в Германия) и членството в MEASNET са пътят към признати калибровки. Сравнимостта се проверява чрез кръгови (round robin) тестове между институтите, където се изисква средна стойност на съответствие от 1% или по-добра.

Обърнете внимание на тези стойности: те са строги, но не са под 0,1% турбулентност, каквито се цитират при аеродинамични изследвания с ниска турбулентност. Калибровъчният тунел е оптимизиран за стабилност и проследимост, а не за възможно най-ниската турбулентност.

2. Защо тези стойности са по-трудни за постигане, отколкото изглеждат

Инструментът блокира собствената си референция. Чашковият анемометър в малка измервателна секция не е пренебрежимо препятствие. Размерът на секцията трябва да бъде избран така, че блокирането да остане в границите на процедурата за инструментите, които възнамерявате да калибрирате — ето защо подходът „просто ще използваме малък тунел“ се проваля още при първия акредитационен одит.

Референтната скорост трябва да бъде проследима. Скоростта е производна, а не директно наблюдавана величина: тя се изчислява от диференциалното налягане, плътността на въздуха и съответно от калибрирана измервателна апаратура за налягане, температура и влажност, всяка със собствена верига на проследимост и принос към бюджета на неопределеността.

Стабилността е по-важна от диапазона. Точките за калибриране обикновено се намират в скромен диапазон на скоростта и всяка точка трябва да се поддържа стабилна достатъчно дълго за осредняване. Финото, повторяемо управление на скоростта в долния диапазон е по-труден инженерен проблем от високата максимална скорост.

Равномерността се измерва, а не се предполага. Стойността от 0,2% се отнася за зоната, която анемометърът заема, което означава, че секцията трябва да бъде картографирана и това картографиране да се поддържа.

Сградата е част от неопределеността. Температурната стабилност на лабораторията, барометричните измервания и дори движението на персонала влияят на резултатите на това ниво.

3. Последствия за проектирането

Калибровъчният тунел е малка машина, изградена с допуски за измервателна апаратура:

Високо съотношение на конфузора (свиващата секция) с „пчелна пита“ и множество изправителни мрежи, оразмерени така, че да осигурят необходимата интензивност на турбулентността и равномерност на потока в равнината на измерване.
Измервателна секция, оразмерена за съответствие с блокирането спрямо фамилията инструменти, а не за най-големия възможен сензор.
Дефиниран, повторяем монтаж за тестваното устройство, с фиксирана геометрия спрямо референтната сонда.
Вградена референтна измервателна апаратура — за налягане, температура, влажност — с интервали за калибриране и проследимост, планирани от самото начало.
Задвижване и система за управление, настроени за стабилност при ниска скорост, включително колко бързо се стабилизира тунелът след промяна на зададената стойност.
Контрол на околната среда в помещението , а не само на потока.
Автоматизация и обработка на данни , които генерират сертификат с декларация за неопределеност, тъй като производителността определя дали лабораторията е бизнес или хоби.

4. Бизнес обосновката

Обемите на търсене по тази тема са малки; намерението за покупка е почти абсолютно. Разработчиците на вятърни паркове, независимите измервателни институти и производителите на турбини се нуждаят от калибрирана анемометрия, прекалибрирането е периодично, а не еднократно, и акредитацията създава защитима позиция: акредитирана лаборатория в регион без такава привлича работа, която в момента се изпраща в чужбина.

Същото съоръжение обикновено обслужва по-широк набор от сензори, не само чашкови анемометри — ултразвукови анемометри, тръби на Пито, сензори за дебит, ОВК и процесна измервателна апаратура — при условие че измервателната секция, концепцията за монтаж и бюджетът на неопределеността са проектирани с тази цел.

5. Какво да специфицирате при закупуване

Акредитацията, която възнамерявате да притежавате , и процедурите, които трябва да изпълните. Това определя цялата спецификация и не може да бъде добавено по-късно.
Фамилиите инструменти , които ще се калибрират, с техните размери — това определя размера на измервателната секция чрез ограниченията за блокиране.
Диапазонът на скоростта и необходимата стабилност , включително времето за установяване за всяка точка.
Целевият бюджет на неопределеността , разбит по приноси.
Производителността , която определя автоматизацията, дизайна на монтажа и каква част от процеса е ръчна.
Планът за кръгови (round robin) тестове , защото сравнимостта със сродни институти е това, което прави вашите сертификати валидни за издаване.

6. Често срещани грешки

Закупуване на аеродинамичен тунел с общо предназначение с надеждата да бъде акредитиран. Качеството на потока в една точка е постижимо; документираната равномерност на потока в цялата зона на инструмента, заедно с проследимостта, е проектно решение.
Разглеждане на неопределеността като задача за последваща обработка. Това е архитектурно изискване.
Недостатъчно оразмеряване на измервателната секция. Ограниченията за блокиране са безкомпромисни, а разширяването на завършена секция не е модификация, това е нов тунел.
Пренебрегване на лабораторната среда. Отличен поток в нестабилно помещение води до нестабилни резултати.
Планиране само за чашкови анемометри. Миксът от сензори се променя; тунелът — не.

7. Специфициране с увереност

Калибровъчният тунел е малка, прецизна, скучна машина, която печели пари в продължение на десетилетия — при условие че нейната спецификация започва от акредитацията и се гради в обратна посока.

Ние проектираме и изграждаме калибровъчни и нискотурбулентни тунели точно около тази логика: първо необходимата неопределеност, след това качеството на потока, след това геометрията, след това задвижването. Свързани материали:

improving flow quality

и нашите

comparison of wind tunnel types

Кажете ни коя акредитация и кои инструменти и ние ще ви върнем концепция за измервателната секция, цел за качеството на потока и структура на неопределеността, върху които да работите.

Източници и бележки

Процедура за калибриране на анемометри на MEASNET, Версия 3 (декември 2020 г.), която посочва, че прилага Приложение F от IEC 61400-12-1 Издание 2 (2017 г.), като по-ранните версии на процедурата (V1 1997 г., V2 2009 г.) са обвързани с изданието от 2005 г.: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
Интензивност на аксиалната турбулентност под 2% в позицията на анемометъра и равномерност на потока от 0,2% в зоната, обхваната от анемометъра, отразяват стойностите, използвани в практиката за калибриране във вятърната енергетика; текущата процедура на MEASNET препраща читателя към стандартния текст на IEC 61400-12-1 Издание 2:2017 за точните клаузи, който е платен документ и не е възпроизведен тук. Потвърдете текущите числови ограничения спрямо този стандартен текст, преди да ги запишете в спецификация.
Акредитация по ISO/IEC 17025 и членство в MEASNET като основа за признати калибровки: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
Насоките за проектиране (оразмеряване на измервателната секция за блокиране, референтна измервателна апаратура, стабилност при ниска скорост, автоматизация) са инженерна практика на TunnelTech.

Калибровъчни аеродинамични тунели: Изпълнение на изискванията на ISO/IEC 17025, IEC 61400-12-1 и MEASNET