Kalibreringsvindtunneler til anemometre: ISO 17025 & MEASNET

De fleste vindtunneler er testfaciliteter: Modellen er emnet, og tunnelen er miljøet. En kalibreringstunnel vender dette forhold på hovedet. Her er tunnelen selve instrumentet, og objektet i flowet er det, der vurderes i forhold til den.

Denne omvendte tilgang ændrer alt vedrørende, hvordan anlægget specificeres. Ingen forventer imponerende hastigheder eller en stor testsektion af en kalibreringstunnel. De forventer en referencevindhastighed, der kan forsvares med et usikkerhedsbudget over for et akkrediteringsorgan.

1. Hvad standarderne rent faktisk kræver

For vindenergisektoren — den største enkeltstående drivkraft bag efterspørgslen på anemometerkalibrering — er de gældende dokumenter IEC 61400-12-1 og MEASNET Anemometer Calibration Procedure . Den nuværende version 3 (december 2020) anvender bilag F i IEC 61400-12-1, udgave 2 (2017); tidligere versioner af proceduren fulgte 2005-udgaven, så det er værd at bekræfte, hvilken revision et givet laboratorium eller en kunde rent faktisk refererer til, før man angiver overensstemmelse.

To krav til flowkvalitet udgør kernen i dette:

Aksial turbulensintensitet under 2 % ved anemometerets position.
Flowuniformitet på 0,2 % over det område, som anemometeret dækker.

Sideløbende hermed forventes selve laboratoriet at operere under en ISO/IEC 17025 -akkreditering for de relevante målestørrelser, med national akkreditering (for eksempel DAkkS i Tyskland) og MEASNET-medlemskab som vejen til anerkendte kalibreringer. Sammenlignelighed verificeres gennem round robin -øvelser (ringprøvninger) mellem institutter, hvor der kræves en gennemsnitlig overensstemmelsesværdi på 1 % eller bedre.

Bemærk disse tals karakter: De er stramme, men de er ikke de turbulenstal på under 0,1 %, der angives for lavturbulent aerodynamisk forskning. En kalibreringstunnel er optimeret til stabilitet og sporbarhed, ikke til den lavest opnåelige turbulens.

2. Hvorfor disse tal er sværere at opnå, end de ser ud til

Instrumentet blokerer sin egen reference. Et kopanemometer i en lille testsektion er ikke en ubetydelig forhindring. Testsektionens størrelse skal vælges, så blokeringen holder sig inden for procedurens grænser for de instrumenter, du har til hensigt at kalibrere — hvilket er grunden til, at "vi bruger bare en lille tunnel" fejler ved den første akkrediteringsgennemgang.

Referencehastigheden skal være sporbar. Hastighed er afledt, ikke observeret: fra differenstryk, luftmassefylde og dermed fra kalibreret tryk-, temperatur- og fugtighedsinstrumentering, hver med sin egen sporbarhedskæde og sit eget bidrag til usikkerhedsbudgettet.

Stabilitet betyder mere end rækkevidde. Kalibreringspunkter ligger typisk i et beskedent hastighedsbånd, og hvert punkt skal holdes stabilt længe nok til at beregne et gennemsnit. Fin, gentagelig hastighedskontrol i den lave ende er et sværere ingeniørmæssigt problem end en høj tophastighed.

Uniformitet måles, den påstås ikke. Tallet på 0,2 % gælder over det område, som anemometeret optager, hvilket betyder, at testsektionen skal kortlægges, og kortlægningen skal vedligeholdes.

Bygningen er en del af usikkerheden. Laboratoriets temperaturstabilitet, barometriske målinger og selv personalets bevægelser påvirker resultaterne på dette niveau.

3. Designmæssige konsekvenser

En kalibreringstunnel er en lille maskine bygget med tolerancer på instrumentniveau:

Højt kontraktionsforhold med honningkagestruktur og flere flowgitre, dimensioneret til at levere den krævede turbulensintensitet og flowuniformitet ved måleplanet.
Testsektion dimensioneret til overholdelse af blokeringskrav for instrumentfamilien, ikke til den største tænkelige sensor.
En defineret, gentagelig montering til den enhed, der testes, med fast geometri i forhold til referencesonden.
Indbygget referenceinstrumentering — tryk, temperatur, fugtighed — med kalibreringsintervaller og sporbarhed planlagt fra starten.
Drev og styresystem tunet til stabilitet ved lav hastighed, herunder hvor hurtigt tunnelen stabiliserer sig efter en ændring af setpunktet.
Miljøkontrol af rummet , ikke kun af flowet.
Automation og datahåndtering , der producerer et certifikat med en usikkerhedsangivelse, fordi gennemløbshastigheden afgør, om laboratoriet er en forretning eller en hobby.

4. Business casen

Søgevolumen for dette emne er lille; købshensigten er tæt på absolut. Vindmølleparkudviklere, uafhængige måleinstitutter og turbine-OEM'er har brug for kalibreret anemometri, genkalibrering er periodisk snarere end en engangsforeteelse, og akkreditering skaber en forsvarlig position: Et akkrediteret laboratorium i en region uden et sådant tiltrækker arbejde, der i øjeblikket sendes til udlandet.

Det samme anlæg betjener normalt en bredere sensorpopulation end blot kopanemometre — ultralydsanemometre, pitotrør, flowsensorer, HVAC og procesinstrumentering — forudsat at testsektionen, monteringskonceptet og usikkerhedsbudgettet er designet med dette for øje.

5. Hvad man skal specificere ved anskaffelse

Den akkreditering, du har til hensigt at opnå , og de procedurer, du skal overholde. Dette bestemmer hele specifikationen og kan ikke tilføjes senere.
De instrumentfamilier , der skal kalibreres, med deres dimensioner — dette fastlægger testsektionens størrelse gennem blokeringsgrænser.
Hastighedsområdet og den krævede stabilitet , herunder stabiliseringstid pr. punkt.
Målet for usikkerhedsbudgettet , nedbrudt efter bidrag.
Gennemløbshastighed , som driver automation, monteringsdesign og hvor meget af processen, der er manuel.
Round robin-planen , fordi sammenlignelighed med tilsvarende institutter er det, der gør dine certifikater værd at udstede.

6. Almindelige fejl

At købe en generel vindtunnel og håbe på at få den akkrediteret. Flowkvalitet på et enkelt punkt er opnåeligt; dokumenteret flowuniformitet over instrumentområdet, med sporbarhed, er en designbeslutning.
At behandle usikkerhed som en efterbehandlingsopgave. Det er et arkitekturkrav.
At underdimensionere testsektionen. Blokeringsgrænser er uforsonlige, og at forstørre en færdig testsektion er ikke en modifikation, det er en ny tunnel.
At ignorere laboratoriemiljøet. Fremragende flow i et ustabilt rum giver ustabile resultater.
Kun at planlægge til kopanemometre. Sensorsammensætningen ændrer sig; det gør tunnelen ikke.

7. Specificering med sikkerhed

En kalibreringstunnel er en lille, præcis, kedelig maskine, der tjener penge i årtier — forudsat at dens specifikation tager udgangspunkt i akkrediteringen og arbejder baglæns derfra.

Vi designer og bygger kalibrerings- og lavturbulenstunneler ud fra præcis den logik: krævet usikkerhed først, derefter flowkvalitet, så geometri og til sidst drev. Relateret læsning:

Forbedring af den aerodynamiske flowkvalitet i eksisterende vindtunneler

og vores

Horisontale, vertikale og skrå vindtunneler

Fortæl os, hvilken akkreditering og hvilke instrumenter , og vi vil vende tilbage med et testsektionskoncept, et flowkvalitetsmål og en usikkerhedsstruktur at arbejde ud fra.

Kilder og noter

MEASNET Anemometer Calibration Procedure, version 3 (december 2020), som angiver, at den anvender bilag F i IEC 61400-12-1 udgave 2 (2017), hvor tidligere versioner af proceduren (V1 1997, V2 2009) var knyttet til 2005-udgaven: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
Aksial turbulensintensitet under 2 % ved anemometerets position og flowuniformitet på 0,2 % over det område, som anemometeret dækker, afspejler de tal, der anvendes i kalibreringspraksis for vindenergi; selve den nuværende MEASNET-procedure henviser læseren til standardteksten i IEC 61400-12-1 udgave 2:2017 for de nøjagtige klausuler, hvilket er et betalingsdokument, som vi ikke har gengivet her. Bekræft de aktuelle numeriske grænser i forhold til denne standardtekst, før de skrives ind i en specifikation.
ISO/IEC 17025-akkreditering og MEASNET-medlemskab som grundlag for anerkendte kalibreringer: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
Designvejledning (dimensionering af testsektion for blokering, referenceinstrumentering, stabilitet ved lav hastighed, automation) er ingeniørmæssig praksis hos TunnelTech.