Vindtunneler for anemometerkalibrering: ISO 17025 og MEASNET

De fleste vindtunneler er testanlegg: modellen er subjektet, og tunnelen er miljøet. En kalibreringstunnel snur dette forholdet på hodet. Her er tunnelen selve instrumentet, og objektet i luftstrømmen er det som blir vurdert opp mot det.

Denne omvendingen endrer alt ved hvordan anlegget spesifiseres. Ingen ber en kalibreringstunnel om imponerende hastighet eller en stor måleseksjon. De ber om en referansevindhastighet som kan forsvares, med et usikkerhetsbudsjett, overfor et akkrediteringsorgan.

1. Hva standardene faktisk krever

For vindenergisektoren – den største enkeltstående pådriveren for etterspørsel etter anemometerkalibrering – er de gjeldende dokumentene IEC 61400-12-1 og MEASNET Anemometer Calibration Procedure . Den nåværende versjon 3 (desember 2020) anvender vedlegg F i IEC 61400-12-1, utgave 2 (2017); tidligere versjoner av prosedyren fulgte 2005-utgaven, så det er verdt å bekrefte hvilken revisjon et gitt laboratorium eller en kunde faktisk refererer til før man garanterer samsvar.

To krav til strømningskvalitet står sentralt:

Aksial turbulensintensitet under 2 % ved anemometerets posisjon.
Strømningsuniformitet på 0,2 % over området som dekkes av anemometeret.

Ved siden av disse forventes det at selve laboratoriet opererer under ISO/IEC 17025 -akkreditering for de relevante målestørrelsene, med nasjonal akkreditering (for eksempel DAkkS i Tyskland) og MEASNET-medlemskap som veien til anerkjente kalibreringer. Sammenlignbarhet verifiseres gjennom round robin -øvelser (ringtester) mellom institutter, der det kreves en gjennomsnittlig samsvarsverdi på 1 % eller bedre.

Legg merke til disse tallene: de er strenge, men de er ikke turbulenstallene på under 0,1 % som oppgis for lavturbulent aerodynamisk forskning. En kalibreringstunnel er optimalisert for stabilitet og sporbarhet, ikke for den lavest oppnåelige turbulensen.

2. Hvorfor disse tallene er vanskeligere enn de ser ut til

Instrumentet blokkerer sin egen referanse. Et koppanemometer i en liten måleseksjon er ikke en ubetydelig hindring. Størrelsen på måleseksjonen må velges slik at blokkeringen holder seg innenfor prosedyrens grenser for instrumentene du har tenkt å kalibrere – noe som er grunnen til at «vi bruker bare en liten tunnel» feiler ved første akkrediteringsgjennomgang.

Referansehastigheten må være sporbar. Hastighet er utledet, ikke observert: fra differansetrykk, lufttetthet og dermed fra kalibrert instrumentering for trykk, temperatur og fuktighet, hver med sin egen sporbarhetskjede og sitt bidrag til usikkerhetsbudsjettet.

Stabilitet betyr mer enn rekkevidde. Kalibreringspunkter ligger typisk i et beskjedent hastighetsbånd, og hvert punkt må holdes stabilt lenge nok til å beregne et gjennomsnitt. Fin, repeterbar hastighetskontroll i det nedre sjiktet er et vanskeligere ingeniørproblem enn en høy topphastighet.

Uniformitet måles, ikke påstås. Tallet på 0,2 % gjelder over området anemometeret opptar, noe som betyr at måleseksjonen må kartlegges og kartleggingen vedlikeholdes.

Bygningen er en del av usikkerheten. Laboratoriets temperaturstabilitet, barometriske målinger og til og med bevegelse av personell påvirker resultatene på dette nivået.

3. Designkonsekvenser

En kalibreringstunnel er en liten maskin bygget med toleranser på instrumentnivå:

Høyt kontraksjonsforhold med bikubestruktur (strømningsretter) og flere utjevningsnett, dimensjonert for å levere den påkrevde turbulensintensiteten og strømningsuniformiteten i måleplanet.
Måleseksjon dimensjonert for blokkeringssamsvar med instrumentfamilien, ikke for den største tenkelige sensoren.
En definert, repeterbar montering for enheten som testes, med fast geometri i forhold til referansesonden.
Integrert referanseinstrumentering – trykk, temperatur, fuktighet – med kalibreringsintervaller og sporbarhet planlagt fra starten av.
Drift og styresystem finjustert for stabilitet ved lav hastighet, inkludert hvor raskt tunnelen stabiliserer seg etter en endring av settpunktet.
Miljøkontroll av rommet , ikke bare av luftstrømmen.
Automasjon og datahåndtering som produserer et sertifikat med en usikkerhetserklæring, fordi gjennomstrømming avgjør om laboratoriet er en bedrift eller en hobby.

4. Forretningscaset

Søkevolumene for dette emnet er små; kjøpsintensjonen er nesten absolutt. Utviklere av vindparker, uavhengige måleinstitutter og turbinprodusenter (OEM-er) trenger kalibrert anemometri, rekalibrering er periodisk snarere enn en engangshendelse, og akkreditering skaper en forsvarbar posisjon: et akkreditert laboratorium i en region uten et slikt, fanger opp arbeid som for øyeblikket sendes til utlandet.

Det samme anlegget betjener vanligvis en bredere sensorpopulasjon enn bare koppanemometre – ultralydanemometre, pitotrør, strømningssensorer, VVS- og prosessinstrumentering – forutsatt at måleseksjonen, monteringskonseptet og usikkerhetsbudsjettet ble designet med dette i tankene.

5. Hva du må spesifisere ved anskaffelse

Akkrediteringen du har tenkt å inneha , og prosedyrene du må oppfylle. Dette bestemmer hele spesifikasjonen og kan ikke legges til senere.
Instrumentfamiliene som skal kalibreres, med deres dimensjoner – dette bestemmer størrelsen på måleseksjonen gjennom blokkeringsgrenser.
Hastighetsområdet og den påkrevde stabiliteten , inkludert stabiliseringstid per punkt.
Målet for usikkerhetsbudsjettet , brutt ned etter bidrag.
Gjennomstrømming , som driver automasjon, monteringsdesign og hvor mye av prosessen som er manuell.
Planen for round robin (ringtester) , fordi sammenlignbarhet med tilsvarende institutter er det som gjør sertifikatene dine verdt å utstede.

6. Vanlige feil

Å kjøpe en generell vindtunnel og håpe på å få den akkreditert. Strømningskvalitet i ett punkt er oppnåelig; dokumentert strømningsuniformitet over hele instrumentområdet, med sporbarhet, er en designbeslutning.
Å behandle usikkerhet som en etterbehandlingsoppgave. Det er et arkitekturkrav.
Å underdimensjonere måleseksjonen. Blokkeringsgrenser er nådeløse, og å forstørre en ferdig måleseksjon er ikke en modifikasjon, det er en ny tunnel.
Å ignorere laboratoriemiljøet. Utmerket luftstrøm i et ustabilt rom gir ustabile resultater.
Å planlegge kun for koppanemometre. Sensorsammensetningen endres; tunnelen gjør det ikke.

7. Å spesifisere med selvtillit

En kalibreringstunnel er en liten, presis, kjedelig maskin som tjener penger i flere tiår – forutsatt at spesifikasjonen starter med akkrediteringen og jobber seg bakover.

Vi designer og bygger kalibrerings- og lavturbulenstunneler basert på nøyaktig den logikken: påkrevd usikkerhet først, deretter strømningskvalitet, så geometri, og til slutt drift. Relatert lesning:

improving flow quality

og vår

comparison of wind tunnel types

Fortell oss hvilken akkreditering og hvilke instrumenter , så vil vi returnere et konsept for måleseksjonen, et mål for strømningskvalitet og en usikkerhetsstruktur å jobbe ut fra.

Kilder og merknader

MEASNET Anemometer Calibration Procedure, versjon 3 (desember 2020), som angir at den anvender vedlegg F i IEC 61400-12-1 utgave 2 (2017), med tidligere prosedyreversjoner (V1 1997, V2 2009) knyttet til 2005-utgaven: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
Aksial turbulensintensitet under 2 % ved anemometerets posisjon og strømningsuniformitet på 0,2 % over området som dekkes av anemometeret, gjenspeiler tallene som brukes i kalibreringspraksis for vindenergi; selve den nåværende MEASNET-prosedyren henviser leseren til standardteksten i IEC 61400-12-1 utgave 2:2017 for de nøyaktige klausulene, som er et betalt dokument vi ikke har gjengitt her. Bekreft de gjeldende numeriske grensene mot den standardteksten før du skriver dem inn i en spesifikasjon.
ISO/IEC 17025-akkreditering og MEASNET-medlemskap som grunnlag for anerkjente kalibreringer: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
Designveiledning (dimensjonering av måleseksjon for blokkering, referanseinstrumentering, stabilitet ved lav hastighet, automasjon) er ingeniørpraksis hos TunnelTech.

Kalibreringsvindtunneler: Oppfyllelse av kravene i ISO/IEC 17025, IEC 61400-12-1 og MEASNET