Kalibrační větrné tunely pro anemometry: ISO 17025 a MEASNET

Většina větrných tunelů slouží jako zkušební zařízení: model je předmětem zkoumání a tunel tvoří prostředí. Kalibrační tunel tento vztah obrací. Zde je samotný tunel měřicím přístrojem a objekt v proudu je tím, co se vůči němu posuzuje.

Toto obrácení mění vše, co se týká specifikace zařízení. Od kalibračního tunelu nikdo nepožaduje ohromující rychlost nebo obrovský zkušební úsek. Požaduje se od něj referenční rychlost proudění, kterou lze spolu s rozpočtem nejistot obhájit před akreditačním orgánem.

1. Co normy skutečně vyžadují

Pro odvětví větrné energetiky — které je největším hnacím motorem poptávky po kalibraci anemometrů — jsou platnými dokumenty IEC 61400-12-1 a MEASNET Anemometer Calibration Procedure . Současná verze 3 (prosinec 2020) aplikuje přílohu F normy IEC 61400-12-1, vydání 2 (2017); dřívější verze postupů vycházely z vydání z roku 2005, proto se před potvrzením shody vyplatí ověřit, na kterou revizi se daná laboratoř nebo klient skutečně odvolává.

V centru pozornosti stojí dva požadavky na kvalitu proudění:

Axiální intenzita turbulence pod 2 % v místě anemometru.
Rovnoměrnost proudění do 0,2 % v celé ploše pokrývané anemometrem.

Kromě toho se očekává, že samotná laboratoř bude fungovat s akreditací ISO/IEC 17025 pro příslušné měřené veličiny, přičemž cestou k uznávaným kalibracím je národní akreditace (například DAkkS v Německu) a členství v MEASNET. Porovnatelnost se ověřuje pomocí kruhových testů (round robin ) mezi instituty, kde je vyžadována průměrná hodnota shody 1 % nebo lepší.

Všimněte si povahy těchto čísel: jsou přísná, ale nejedná se o hodnoty turbulence pod 0,1 %, které se uvádějí pro aerodynamický výzkum s nízkou turbulencí. Kalibrační tunel je optimalizován pro stabilitu a návaznost, nikoliv pro dosažení co nejnižší turbulence.

2. Proč je dosažení těchto čísel těžší, než se zdá

Přístroj blokuje svou vlastní referenci. Miskový anemometr v malém zkušebním úseku nepředstavuje zanedbatelnou překážku. Velikost zkušebního úseku musí být zvolena tak, aby blokování zůstalo v mezích postupu pro přístroje, které hodláte kalibrovat — což je důvod, proč přístup „prostě použijeme malý tunel“ selže hned při první akreditační kontrole.

Referenční rychlost musí být navázaná. Rychlost se odvozuje, nikoliv přímo pozoruje: z diferenčního tlaku, hustoty vzduchu, a tedy z kalibrované měřicí techniky pro tlak, teplotu a vlhkost, z nichž každá má svůj vlastní řetězec návaznosti a příspěvek k rozpočtu nejistot.

Stabilita je důležitější než rozsah. Kalibrační body se obvykle nacházejí v mírném pásmu rychlostí a každý bod musí zůstat stabilní dostatečně dlouho pro zprůměrování. Jemné a opakovatelné řízení rychlosti v dolní části rozsahu je složitější inženýrský problém než dosažení vysoké maximální rychlosti.

Rovnoměrnost se měří, nikoliv pouze deklaruje. Hodnota 0,2 % platí pro celou plochu, kterou anemometr zabírá, což znamená, že zkušební úsek musí být zmapován a toto mapování musí být udržováno.

Budova je součástí nejistoty. Teplotní stabilita laboratoře, barometrická měření a dokonce i pohyb personálu ovlivňují výsledky na této úrovni.

3. Důsledky pro návrh

Kalibrační tunel je malý stroj postavený s tolerancemi na úrovni měřicích přístrojů:

Vysoký kontrakční poměr s voštinovým usměrňovačem proudění a několika síty, dimenzovaný tak, aby v rovině měření zajistil požadovanou intenzitu turbulence a rovnoměrnost proudění.
Zkušební úsek dimenzovaný pro shodu blokování s danou rodinou přístrojů, nikoliv pro největší představitelný senzor.
Definované, opakovatelné upevnění pro testované zařízení s pevnou geometrií vůči referenční sondě.
Zabudovaná referenční měřicí technika — tlak, teplota, vlhkost — s intervaly kalibrace a návazností plánovanými od samého začátku.
Pohon a řídicí systém vyladěné pro stabilitu při nízkých rychlostech, včetně toho, jak rychle se tunel ustálí po změně nastavené hodnoty.
Kontrola prostředí v místnosti , nikoliv pouze samotného proudění.
Automatizace a zpracování dat , které vygenerují certifikát s prohlášením o nejistotě, protože propustnost určuje, zda je laboratoř byznysem, nebo koníčkem.

4. Obchodní případ

Objemy vyhledávání pro toto téma jsou malé; nákupní záměr se však blíží absolutní jistotě. Vývojáři větrných farem, nezávislé měřicí instituty a výrobci turbín potřebují kalibrovanou anemometrii, rekalibrace je spíše periodická než jednorázová a akreditace vytváří obhajitelnou pozici: akreditovaná laboratoř v regionu, kde žádná jiná není, získá zakázky, které v současnosti putují do zahraničí.

Stejné zařízení obvykle slouží širší populaci senzorů než jen miskovým anemometrům — ultrazvukovým anemometrům, Pitotovým trubicím, snímačům průtoku, HVAC a procesní měřicí technice — za předpokladu, že zkušební úsek, koncepce upevnění a rozpočet nejistot byly navrženy s ohledem na tuto skutečnost.

5. Co specifikovat při jeho pořizování

Akreditace, kterou hodláte získat , a postupy, které musíte splnit. To určuje celou specifikaci a nelze to doplnit později.
Rodiny přístrojů , které se mají kalibrovat, s jejich rozměry — to určuje velikost zkušebního úseku prostřednictvím limitů blokování.
Rozsah rychlostí a požadovaná stabilita , včetně doby ustálení pro každý bod.
Cílový rozpočet nejistot , rozložený podle jednotlivých příspěvků.
Propustnost , která určuje automatizaci, návrh upevnění a to, jak velká část procesu je manuální.
Plán kruhových testů (round robin) , protože porovnatelnost s partnerskými instituty je to, co dává vašim certifikátům hodnotu.

6. Časté chyby

Nákup víceúčelového tunelu a naděje na jeho akreditaci. Kvalita proudění v jednom bodě je dosažitelná; zdokumentovaná rovnoměrnost proudění v celé oblasti přístroje s návazností je však rozhodnutím při návrhu.
Považování nejistoty za úkol pro následné zpracování. Jedná se o požadavek na architekturu.
Poddimenzování zkušebního úseku. Limity blokování jsou neúprosné a zvětšení hotového zkušebního úseku není úprava, je to nový tunel.
Ignorování laboratorního prostředí. Vynikající proudění v nestabilní místnosti přináší nestabilní výsledky.
Plánování pouze pro miskové anemometry. Skladba senzorů se mění; tunel nikoliv.

7. Specifikace s jistotou

Kalibrační tunel je malý, přesný a nudný stroj, který vydělává peníze po celá desetiletí — za předpokladu, že jeho specifikace vychází z akreditace a postupuje zpětně.

Navrhujeme a stavíme kalibrační tunely a tunely s nízkou turbulencí přesně podle této logiky: nejprve požadovaná nejistota, poté kvalita proudění, následně geometrie a nakonec pohon. Související čtení:

improving flow quality

a naše

comparison of wind tunnel types

Řekněte nám, jakou akreditaci a jaké přístroje požadujete , a my vám navrhneme koncepci zkušebního úseku, cíl kvality proudění a strukturu nejistot, ze kterých lze vycházet.

Zdroje a poznámky

MEASNET Anemometer Calibration Procedure, verze 3 (prosinec 2020), která uvádí, že aplikuje přílohu F normy IEC 61400-12-1 vydání 2 (2017), přičemž dřívější verze postupů (V1 1997, V2 2009) byly vázány na vydání z roku 2005: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
Axiální intenzita turbulence pod 2 % v místě anemometru a rovnoměrnost proudění 0,2 % v celé ploše pokrývané anemometrem odrážejí hodnoty používané v kalibrační praxi větrné energetiky; samotný současný postup MEASNET odkazuje čtenáře na text normy IEC 61400-12-1 vydání 2:2017 pro přesná ustanovení, což je placený dokument, který jsme zde nereprodukovali. Před zanesením do specifikace si ověřte aktuální číselné limity podle textu této normy.
Akreditace ISO/IEC 17025 a členství v MEASNET jako základ pro uznávané kalibrace: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
Pokyny pro návrh (dimenzování zkušebního úseku s ohledem na blokování, referenční měřicí technika, stabilita při nízkých rychlostech, automatizace) vycházejí z inženýrské praxe společnosti TunnelTech.

Kalibrační větrné tunely: Splnění požadavků ISO/IEC 17025, IEC 61400-12-1 a MEASNET