Αεροσήραγγες Βαθμονόμησης: Πληρώντας τις Απαιτήσεις των ISO/IEC 17025, IEC 61400-12-1 και MEASNET

Οι περισσότερες αεροσήραγγες είναι εγκαταστάσεις δοκιμών: το μοντέλο είναι το αντικείμενο μελέτης και η αεροσήραγγα είναι το περιβάλλον. Μια αεροσήραγγα βαθμονόμησης αντιστρέφει αυτή τη σχέση. Εδώ, η αεροσήραγγα είναι το όργανο, και το αντικείμενο στη ροή είναι αυτό που αξιολογείται σε σχέση με αυτήν.

Αυτή η αντιστροφή αλλάζει τα πάντα όσον αφορά τον καθορισμό των προδιαγραφών της εγκατάστασης. Κανείς δεν ζητά από μια αεροσήραγγα βαθμονόμησης εντυπωσιακή ταχύτητα ή ένα μεγάλο τμήμα δοκιμών. Αυτό που ζητούν είναι μια ταχύτητα αέρα αναφοράς που να μπορεί να τεκμηριωθεί, με έναν προϋπολογισμό αβεβαιότητας, σε έναν φορέα διαπίστευσης.

---

1. Τι απαιτούν πραγματικά τα πρότυπα

Για τον τομέα της αιολικής ενέργειας — τον μεγαλύτερο μεμονωμένο παράγοντα ζήτησης για βαθμονόμηση ανεμομέτρων — τα ισχύοντα έγγραφα είναι το IEC 61400-12-1 και η MEASNET Anemometer Calibration Procedure (Διαδικασία Βαθμονόμησης Ανεμομέτρων MEASNET). Η τρέχουσα Έκδοση 3 (Δεκέμβριος 2020) εφαρμόζει το Παράρτημα F του IEC 61400-12-1, Έκδοση 2 (2017). Παλαιότερες εκδόσεις της διαδικασίας ακολουθούσαν την έκδοση του 2005, επομένως αξίζει να επιβεβαιώσετε σε ποια αναθεώρηση αναφέρεται πραγματικά ένα δεδομένο εργαστήριο ή πελάτης πριν δηλώσετε συμμόρφωση.

Δύο απαιτήσεις ποιότητας ροής βρίσκονται στο επίκεντρο:

• Αξονική ένταση τυρβώδους κάτω από 2% στη θέση του ανεμομέτρου.
• Ομοιομορφία ροής στο 0,2% σε όλη την περιοχή που καλύπτει το ανεμόμετρο.

Παράλληλα με αυτά, το ίδιο το εργαστήριο αναμένεται να λειτουργεί υπό διαπίστευση ISO/IEC 17025 για τα σχετικά μεγέθη μέτρησης, με εθνική διαπίστευση (για παράδειγμα DAkkS στη Γερμανία) και συμμετοχή στο MEASNET ως την οδό για αναγνωρισμένες βαθμονομήσεις. Η συγκρισιμότητα επαληθεύεται μέσω ασκήσεων round robin (κυκλικών δοκιμών) μεταξύ ινστιτούτων, όπου απαιτείται μέση τιμή συμμόρφωσης 1% ή καλύτερη.

Σημειώστε τη φύση αυτών των αριθμών: είναι αυστηροί, αλλά δεν είναι τα νούμερα τυρβώδους ροής κάτω του 0,1% που αναφέρονται για αεροδυναμική έρευνα χαμηλής τυρβώδους ροής. Μια αεροσήραγγα βαθμονόμησης βελτιστοποιείται για σταθερότητα και ιχνηλασιμότητα, όχι για τη χαμηλότερη δυνατή τυρβώδη ροή.

---

2. Γιατί αυτοί οι αριθμοί είναι πιο δύσκολοι από όσο φαίνονται

Το όργανο μπλοκάρει τη δική του αναφορά. Ένα κυπελλοφόρο ανεμόμετρο σε ένα μικρό τμήμα δοκιμών δεν αποτελεί αμελητέο εμπόδιο. Το μέγεθος του τμήματος πρέπει να επιλέγεται έτσι ώστε το μπλοκάρισμα να παραμένει εντός των ορίων της διαδικασίας για τα όργανα που σκοπεύετε να βαθμονομήσετε — γι' αυτό και η λογική «θα χρησιμοποιήσουμε απλώς μια μικρή αεροσήραγγα» αποτυγχάνει στην πρώτη αξιολόγηση διαπίστευσης.

Η ταχύτητα αναφοράς πρέπει να είναι ιχνηλάσιμη. Η ταχύτητα παράγεται, δεν παρατηρείται: από τη διαφορική πίεση, την πυκνότητα του αέρα και, συνεπώς, από βαθμονομημένα όργανα πίεσης, θερμοκρασίας και υγρασίας, το καθένα με τη δική του αλυσίδα ιχνηλασιμότητας και συμβολή στον προϋπολογισμό αβεβαιότητας.

Η σταθερότητα έχει μεγαλύτερη σημασία από το εύρος. Τα σημεία βαθμονόμησης βρίσκονται συνήθως σε μια μέτρια ζώνη ταχυτήτων, και κάθε σημείο πρέπει να παραμένει σταθερό για αρκετό χρόνο ώστε να εξαχθεί ο μέσος όρος. Ο ακριβής, επαναλήψιμος έλεγχος της ταχύτητας στο χαμηλό άκρο είναι ένα πιο δύσκολο μηχανικό πρόβλημα από μια υψηλή μέγιστη ταχύτητα.

Η ομοιομορφία μετράται, δεν εικάζεται. Το ποσοστό 0,2% ισχύει σε όλη την περιοχή που καταλαμβάνει το ανεμόμετρο, πράγμα που σημαίνει ότι το τμήμα δοκιμών πρέπει να χαρτογραφηθεί και η χαρτογράφηση να διατηρηθεί.

Το κτίριο αποτελεί μέρος της αβεβαιότητας. Η σταθερότητα της θερμοκρασίας του εργαστηρίου, η βαρομετρική μέτρηση, ακόμη και η κίνηση του προσωπικού επηρεάζουν τα αποτελέσματα σε αυτό το επίπεδο.

---

3. Συνέπειες στον σχεδιασμό

Μια αεροσήραγγα βαθμονόμησης είναι ένα μικρό μηχάνημα κατασκευασμένο με ανοχές επιπέδου οργάνων μέτρησης:

• Υψηλός λόγος συστολής με κηρήθρα (ισιωτή ροής) και πολλαπλά πλέγματα εξομάλυνσης, διαστασιολογημένα ώστε να παρέχουν την απαιτούμενη ένταση τυρβώδους και ομοιομορφία στο επίπεδο μέτρησης.
• Τμήμα δοκιμών διαστασιολογημένο για συμμόρφωση μπλοκαρίσματος με την οικογένεια οργάνων, όχι για τον μεγαλύτερο αισθητήρα που μπορεί να φανταστεί κανείς.
• Μια καθορισμένη, επαναλήψιμη βάση στήριξης για τη συσκευή υπό δοκιμή, με σταθερή γεωμετρία σε σχέση με τον αισθητήρα αναφοράς.
• Ενσωματωμένη οργανολογία αναφοράς — πίεση, θερμοκρασία, υγρασία — με διαστήματα βαθμονόμησης και ιχνηλασιμότητα σχεδιασμένα από την αρχή.
• Σύστημα μετάδοσης κίνησης και ελέγχου ρυθμισμένα για σταθερότητα σε χαμηλή ταχύτητα, συμπεριλαμβανομένου του πόσο γρήγορα σταθεροποιείται η αεροσήραγγα μετά από μια αλλαγή του σημείου ρύθμισης.
• Περιβαλλοντικός έλεγχος του χώρου , όχι μόνο της ροής.
• Αυτοματισμός και διαχείριση δεδομένων που παράγουν ένα πιστοποιητικό με δήλωση αβεβαιότητας, επειδή η απόδοση καθορίζει αν το εργαστήριο είναι επιχείρηση ή χόμπι.

---

4. Το επιχειρηματικό μοντέλο

Ο όγκος αναζητήσεων για αυτό το θέμα είναι μικρός· η πρόθεση αγοράς είναι σχεδόν απόλυτη. Οι κατασκευαστές αιολικών πάρκων, τα ανεξάρτητα ινστιτούτα μετρήσεων και οι κατασκευαστές (OEM) ανεμογεννητριών χρειάζονται βαθμονομημένη ανεμομετρία, η επαναβαθμονόμηση είναι περιοδική και όχι εφάπαξ, και η διαπίστευση δημιουργεί μια ισχυρή θέση: ένα διαπιστευμένο εργαστήριο σε μια περιοχή που δεν διαθέτει κανένα, προσελκύει εργασίες που επί του παρόντος κατευθύνονται στο εξωτερικό.

Η ίδια εγκατάσταση εξυπηρετεί συνήθως έναν ευρύτερο πληθυσμό αισθητήρων πέρα από τα κυπελλοφόρα ανεμόμετρα — ανεμόμετρα υπερήχων, σωλήνες pitot, αισθητήρες ροής, οργανολογία HVAC και διεργασιών — υπό την προϋπόθεση ότι το τμήμα δοκιμών, η φιλοσοφία στήριξης και ο προϋπολογισμός αβεβαιότητας σχεδιάστηκαν με γνώμονα αυτό.

---

5. Τι να προδιαγράψετε κατά την προμήθεια

1. Τη διαπίστευση που σκοπεύετε να αποκτήσετε , και τις διαδικασίες που πρέπει να ικανοποιήσετε. Αυτό καθορίζει το σύνολο των προδιαγραφών και δεν μπορεί να προστεθεί αργότερα.
2. Τις οικογένειες οργάνων που πρόκειται να βαθμονομηθούν, με τις διαστάσεις τους — αυτό καθορίζει το μέγεθος του τμήματος δοκιμών μέσω των ορίων μπλοκαρίσματος.
3. Το εύρος ταχυτήτων και την απαιτούμενη σταθερότητα , συμπεριλαμβανομένου του χρόνου σταθεροποίησης ανά σημείο.
4. Τον στοχευόμενο προϋπολογισμό αβεβαιότητας , αναλυμένο ανά συνεισφορά.
5. Την απόδοση (throughput) , η οποία καθοδηγεί τον αυτοματισμό, τον σχεδιασμό της βάσης στήριξης και το πόσο μέρος της διαδικασίας είναι χειροκίνητο.
6. Το σχέδιο κυκλικών δοκιμών (round robin) , επειδή η συγκρισιμότητα με ομότιμα ινστιτούτα είναι αυτό που δίνει αξία στην έκδοση των πιστοποιητικών σας.

---

6. Συνηθισμένα λάθη

• Αγορά μιας αεροσήραγγας γενικής χρήσης με την ελπίδα να διαπιστευτεί. Η ποιότητα ροής σε ένα σημείο είναι εφικτή· η τεκμηριωμένη ομοιομορφία σε όλη την περιοχή του οργάνου, με ιχνηλασιμότητα, είναι μια σχεδιαστική απόφαση.
• Αντιμετώπιση της αβεβαιότητας ως εργασία μετεπεξεργασίας. Αποτελεί απαίτηση αρχιτεκτονικής.
• Υποδιαστασιολόγηση του τμήματος δοκιμών. Τα όρια μπλοκαρίσματος δεν συγχωρούν, και η μεγέθυνση ενός ολοκληρωμένου τμήματος δεν είναι τροποποίηση, είναι μια νέα αεροσήραγγα.
• Αγνόηση του περιβάλλοντος του εργαστηρίου. Η εξαιρετική ροή σε έναν ασταθή χώρο παράγει ασταθή αποτελέσματα.
• Σχεδιασμός μόνο για κυπελλοφόρα ανεμόμετρα. Το μείγμα των αισθητήρων αλλάζει· η αεροσήραγγα όχι.

---

7. Καθορισμός προδιαγραφών με σιγουριά

Μια αεροσήραγγα βαθμονόμησης είναι ένα μικρό, ακριβές, «βαρετό» μηχάνημα που αποφέρει κέρδη για δεκαετίες — υπό την προϋπόθεση ότι οι προδιαγραφές της ξεκινούν από τη διαπίστευση και προχωρούν προς τα πίσω.

Σχεδιάζουμε και κατασκευάζουμε αεροσήραγγες βαθμονόμησης και χαμηλής τυρβώδους ροής ακριβώς γύρω από αυτή τη λογική: πρώτα η απαιτούμενη αβεβαιότητα, μετά η ποιότητα ροής, μετά η γεωμετρία, μετά το σύστημα μετάδοσης κίνησης. Σχετική βιβλιογραφία:

Βελτίωση της ποιότητας της αεροδυναμικής ροής σε υφιστάμενες αεροσήραγγες

και το

Οριζόντιες, Κατακόρυφες και Κεκλιμένες Αεροσήραγγες

μας.

Πείτε μας ποια διαπίστευση και ποια όργανα και θα σας επιστρέψουμε μια φιλοσοφία τμήματος δοκιμών, έναν στόχο ποιότητας ροής και μια δομή αβεβαιότητας για να ξεκινήσετε.

---

Πηγές και σημειώσεις

• MEASNET Anemometer Calibration Procedure, Έκδοση 3 (Δεκέμβριος 2020), η οποία αναφέρει ότι εφαρμόζει το Παράρτημα F του IEC 61400-12-1 Έκδοση 2 (2017), με παλαιότερες εκδόσεις της διαδικασίας (V1 1997, V2 2009) να συνδέονται με την έκδοση του 2005: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
• Η αξονική ένταση τυρβώδους κάτω από 2% στη θέση του ανεμομέτρου και η ομοιομορφία ροής 0,2% σε όλη την περιοχή που καλύπτει το ανεμόμετρο αντικατοπτρίζουν τα νούμερα που χρησιμοποιούνται στην πρακτική βαθμονόμησης αιολικής ενέργειας. Η τρέχουσα διαδικασία MEASNET παραπέμπει τον αναγνώστη στο κείμενο του προτύπου IEC 61400-12-1 Έκδοση 2:2017 για τις ακριβείς ρήτρες, το οποίο είναι ένα επί πληρωμή έγγραφο που δεν έχουμε αναπαραγάγει εδώ. Επιβεβαιώστε τα τρέχοντα αριθμητικά όρια σε σχέση με αυτό το κείμενο του προτύπου πριν τα συμπεριλάβετε σε μια προδιαγραφή.
• Η διαπίστευση ISO/IEC 17025 και η συμμετοχή στο MEASNET ως βάση για αναγνωρισμένες βαθμονομήσεις: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
• Οι οδηγίες σχεδιασμού (διαστασιολόγηση τμήματος δοκιμών για μπλοκάρισμα, οργανολογία αναφοράς, σταθερότητα σε χαμηλή ταχύτητα, αυτοματισμός) αποτελούν μηχανική πρακτική της TunnelTech.