Anemométer kalibráló szélcsatornák: ISO 17025 és MEASNET

A legtöbb szélcsatorna tesztlétesítmény: a modell a vizsgálat tárgya, a szélcsatorna pedig a környezet. Egy kalibráló szélcsatorna megfordítja ezt a viszonyt. Itt maga a szélcsatorna az eszköz, és az áramlásba helyezett tárgy az, amit hozzá viszonyítva értékelnek.

Ez a fordított felállás mindent megváltoztat a létesítmény specifikációjával kapcsolatban. Senki sem vár el egy kalibráló szélcsatornától lenyűgöző sebességet vagy hatalmas mérőszakaszt. Azt várják el tőle, hogy olyan referencia szélsebességet biztosítson, amely egy akkreditáló testület előtt is megvédhető, megfelelő mérési bizonytalansági költségvetéssel.

1. Mit követelnek meg valójában a szabványok?

A szélenergia-szektor számára – amely az anemométer-kalibrálási igények legnagyobb hajtóereje – az irányadó dokumentumok az IEC 61400-12-1 és a MEASNET Anemometer Calibration Procedure (MEASNET Anemométer Kalibrálási Eljárás). A jelenlegi 3. verzió (2020. december) az IEC 61400-12-1 2. kiadásának (2017) F függelékét alkalmazza; a korábbi eljárásverziók a 2005-ös kiadást követték, így a megfelelőség igazolása előtt érdemes tisztázni, hogy egy adott laboratórium vagy ügyfél ténylegesen melyik revízióra hivatkozik.

Ennek középpontjában két áramlásminőségi követelmény áll:

2% alatti axiális turbulencia-intenzitás az anemométer pozíciójában.
0,2%-os áramlás-egyenletesség az anemométer által lefedett területen.

Ezek mellett magának a laboratóriumnak is ISO/IEC 17025 akkreditációval kell működnie a vonatkozó mérendő mennyiségekre, ahol az elismert kalibrálásokhoz a nemzeti akkreditáció (például a DAkkS Németországban) és a MEASNET-tagság vezet. Az összehasonlíthatóságot az intézetek közötti körvizsgálatok (round robin) igazolják, ahol 1%-os vagy annál jobb átlagos megfelelési érték az elvárás.

Figyeljük meg ezeket a számokat: szigorúak, de nem érik el az alacsony turbulenciájú aerodinamikai kutatásoknál idézett 0,1% alatti turbulenciaértékeket. Egy kalibráló szélcsatornát a stabilitásra és a visszavezethetőségre optimalizálnak, nem pedig az elérhető legalacsonyabb turbulenciára.

2. Miért nehezebb teljesíteni ezeket a számokat, mint amilyennek látszanak?

A műszer blokkolja a saját referenciáját. Egy kanalas anemométer egy kis mérőszakaszban nem elhanyagolható akadály. A mérőszakasz méretét úgy kell megválasztani, hogy a blokkolás az eljárás határértékein belül maradjon a kalibrálni kívánt műszerek esetében – ezért bukik el a „majd használunk egy kis szélcsatornát” hozzáállás már az első akkreditációs felülvizsgálaton.

A referenciasebességnek visszavezethetőnek kell lennie. A sebesség egy származtatott, nem pedig közvetlenül megfigyelt érték: a nyomáskülönbségből, a levegő sűrűségéből, és ezáltal a kalibrált nyomás-, hőmérséklet- és páratartalom-mérő műszerekből származik, amelyek mindegyike saját visszavezethetőségi lánccal és a mérési bizonytalansági költségvetéshez való hozzájárulással rendelkezik.

A stabilitás fontosabb, mint a tartomány. A kalibrálási pontok jellemzően egy szerény sebességsávban helyezkednek el, és minden pontnak elég ideig stabilnak kell maradnia az átlagoláshoz. A finom, megismételhető sebességszabályozás az alsó tartományban sokkal nehezebb mérnöki feladat, mint a magas végsebesség elérése.

Az egyenletességet mérni kell, nem csak állítani. A 0,2%-os érték az anemométer által elfoglalt területre vonatkozik, ami azt jelenti, hogy a mérőszakaszt fel kell térképezni, és ezt a feltérképezést fenn is kell tartani.

Az épület is része a bizonytalanságnak. A laboratórium hőmérséklet-stabilitása, a barometrikus mérések, sőt még a személyzet mozgása is befolyásolja az eredményeket ezen a szinten.

3. Tervezési következmények

A kalibráló szélcsatorna egy kisméretű, műszeres pontosságú tűrésekkel épített gép:

Magas kontrakciós arány méhsejttel és többszörös szitákkal, úgy méretezve, hogy a mérési síkban biztosítsa a szükséges turbulencia-intenzitást és áramlás-egyenletességet.
A blokkolási megfelelőségre méretezett mérőszakasz az adott műszercsaládhoz, nem pedig az elképzelhető legnagyobb érzékelőhöz.
Meghatározott, megismételhető rögzítés a vizsgált eszköz számára, a referenciaszondához képest rögzített geometriával.
Beépített referenciaműszerek – nyomás, hőmérséklet, páratartalom –, ahol a kalibrálási intervallumokat és a visszavezethetőséget a kezdetektől fogva megtervezték.
Alacsony sebességű stabilitásra hangolt hajtás és vezérlőrendszer , beleértve azt is, hogy a szélcsatorna milyen gyorsan áll be egy alapjel-változtatás után.
A helyiség környezeti szabályozása , nem csak az áramlásé.
Automatizálás és adatkezelés , amely bizonytalansági nyilatkozattal ellátott tanúsítványt állít ki, mivel az áteresztőképesség határozza meg, hogy a laboratórium üzlet vagy csupán hobbi.

4. Az üzleti indoklás

A témára vonatkozó keresési volumen kicsi; a vásárlási szándék viszont szinte abszolút. A szélerőműpark-fejlesztőknek, a független mérőintézeteknek és a turbinagyártóknak (OEM) kalibrált anemometriára van szükségük, az újrakalibrálás pedig nem egyszeri, hanem időszakos feladat, az akkreditáció pedig védhető pozíciót teremt: egy akkreditált laboratórium egy olyan régióban, ahol eddig nem volt ilyen, megszerzi azt a munkát, amely jelenleg külföldre vándorol.

Ugyanez a létesítmény általában a kanalas anemométereknél szélesebb érzékelőállományt is kiszolgál – ultrahangos anemométereket, Pitot-csöveket, áramlásérzékelőket, HVAC- és folyamatműszereket –, feltéve, hogy a mérőszakaszt, a rögzítési koncepciót és a mérési bizonytalansági költségvetést ennek figyelembevételével tervezték.

5. Mit kell specifikálni a beszerzéskor?

A megszerezni kívánt akkreditációt és a teljesítendő eljárásokat. Ez határozza meg a teljes specifikációt, és utólag nem adható hozzá.
A kalibrálandó műszercsaládokat és azok méreteit – ez határozza meg a mérőszakasz méretét a blokkolási határértékeken keresztül.
A sebességtartományt és a megkövetelt stabilitást , beleértve a pontonkénti beállási időt.
A célzott mérési bizonytalansági költségvetést , hozzájárulások szerint lebontva.
Az áteresztőképességet , amely meghatározza az automatizálást, a rögzítés kialakítását és azt, hogy a folyamat mekkora része manuális.
A körvizsgálati (round robin) tervet , mert a társintézményekkel való összehasonlíthatóság az, ami miatt érdemes kiállítani a tanúsítványokat.

6. Gyakori hibák

Általános célú szélcsatorna vásárlása abban a reményben, hogy majd akkreditálják. Az áramlás minősége egy adott pontban elérhető; a műszer területén dokumentált áramlás-egyenletesség és a visszavezethetőség azonban tervezési döntés kérdése.
A bizonytalanság utófeldolgozási feladatként való kezelése. Ez egy alapvető architekturális követelmény.
A mérőszakasz alulméretezése. A blokkolási határértékek nem elnézőek, és egy kész mérőszakasz megnagyobbítása nem módosítás, hanem egy új szélcsatorna építése.
A laboratóriumi környezet figyelmen kívül hagyása. A kiváló áramlás egy instabil helyiségben instabil eredményeket produkál.
Kizárólag kanalas anemométerekkel való tervezés. Az érzékelők összetétele változik; a szélcsatorna viszont nem.

7. Magabiztos specifikáció

A kalibráló szélcsatorna egy kisméretű, precíz, unalmas gép, amely évtizedeken át termeli a pénzt – feltéve, hogy a specifikációja az akkreditációból indul ki, és onnan halad visszafelé.

Mi pontosan ezen logika mentén tervezzük és építjük a kalibráló és alacsony turbulenciájú szélcsatornákat: először a megkövetelt bizonytalanság, majd az áramlás minősége, utána a geometria, végül a hajtás. Kapcsolódó olvasmányok:

improving flow quality

és a

comparison of wind tunnel types

Mondja el nekünk, milyen akkreditációt és milyen műszereket tervez , és mi egy mérőszakasz-koncepciót, egy áramlásminőségi célt és egy bizonytalansági struktúrát adunk, amelyből kiindulhat.

Források és megjegyzések

MEASNET Anemometer Calibration Procedure, 3. verzió (2020. december), amely kimondja, hogy az IEC 61400-12-1 2. kiadásának (2017) F függelékét alkalmazza, míg a korábbi eljárásverziók (V1 1997, V2 2009) a 2005-ös kiadáshoz kötődtek: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
Az anemométer pozíciójában 2% alatti axiális turbulencia-intenzitás és az anemométer által lefedett területen 0,2%-os áramlás-egyenletesség a szélenergia-kalibrálási gyakorlatban használt számokat tükrözi; a jelenlegi MEASNET-eljárás maga az IEC 61400-12-1 Edition 2:2017 szabvány szövegére utal a pontos záradékok tekintetében, amely egy fizetős dokumentum, és itt nem reprodukáltuk. Mielőtt beírná ezeket egy specifikációba, ellenőrizze az aktuális numerikus határértékeket a szabvány szövegében.
Az ISO/IEC 17025 akkreditáció és a MEASNET-tagság mint az elismert kalibrálások alapja: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
A tervezési útmutató (a mérőszakasz méretezése a blokkoláshoz, referenciaműszerek, alacsony sebességű stabilitás, automatizálás) a TunnelTech mérnöki gyakorlatán alapul.

Kalibráló szélcsatornák: Az ISO/IEC 17025, az IEC 61400-12-1 és a MEASNET követelményeinek teljesítése