Kalibračné veterné tunely pre anemometre: ISO 17025 a MEASNET

Väčšina veterných tunelov slúži ako skúšobné zariadenia: model je predmetom skúmania a tunel predstavuje prostredie. Kalibračný tunel tento vzťah obracia. V tomto prípade je samotný tunel meracím prístrojom a objekt v prúdení je tým, čo sa voči nemu posudzuje.

Toto obrátenie mení všetko, čo sa týka špecifikácie zariadenia. Od kalibračného tunela nikto nepožaduje ohromujúcu rýchlosť alebo obrovský skúšobný úsek. Požaduje sa od neho referenčná rýchlosť vetra, ktorú možno spolu s rozpočtom neistôt obhájiť pred akreditačným orgánom.

1. Čo normy skutočne vyžadujú

Pre sektor veternej energetiky — najväčšieho hnacieho motora dopytu po kalibrácii anemometrov — sú platnými dokumentmi norma IEC 61400-12-1 a MEASNET Anemometer Calibration Procedure (Postup kalibrácie anemometrov MEASNET). Súčasná verzia 3 (december 2020) uplatňuje prílohu F normy IEC 61400-12-1, vydanie 2 (2017); staršie verzie postupov vychádzali z vydania z roku 2005, preto sa pred deklarovaním zhody oplatí overiť, na ktorú revíziu sa dané laboratórium alebo klient skutočne odvoláva.

V centre pozornosti sú dve požiadavky na kvalitu prúdenia:

Intenzita axiálnej turbulencie pod 2 % v mieste anemometra.
Rovnomernosť prúdenia do 0,2 % v celej oblasti pokrývanej anemometrom.

Okrem toho sa očakáva, že samotné laboratórium bude fungovať na základe akreditácie ISO/IEC 17025 pre príslušné merané veličiny, pričom národná akreditácia (napríklad DAkkS v Nemecku) a členstvo v sieti MEASNET predstavujú cestu k uznávaným kalibráciám. Porovnateľnosť sa overuje prostredníctvom medzilaboratórnych porovnávacích skúšok (round robin ) medzi inštitútmi, kde sa vyžaduje priemerná hodnota zhody 1 % alebo lepšia.

Všimnite si charakter týchto čísel: sú prísne, ale nejde o hodnoty turbulencie pod 0,1 %, ktoré sa uvádzajú pri aerodynamickom výskume s nízkou turbulenciou. Kalibračný tunel je optimalizovaný na stabilitu a nadväznosť, nie na najnižšiu dosiahnuteľnú turbulenciu.

2. Prečo sú tieto čísla náročnejšie, než sa zdá

Prístroj blokuje svoju vlastnú referenciu. Miskový anemometer v malom skúšobnom úseku nepredstavuje zanedbateľnú prekážku. Veľkosť úseku sa musí zvoliť tak, aby blokovanie zostalo v rámci limitov postupu pre prístroje, ktoré plánujete kalibrovať — čo je dôvod, prečo prístup „použijeme jednoducho malý tunel“ zlyhá hneď pri prvom akreditačnom audite.

Referenčná rýchlosť musí byť nadväzná. Rýchlosť sa odvodzuje, nepozoruje sa priamo: z diferenčného tlaku, hustoty vzduchu, a teda z kalibrovaných prístrojov na meranie tlaku, teploty a vlhkosti, z ktorých každý má svoj vlastný reťazec nadväznosti a príspevok k rozpočtu neistôt.

Stabilita je dôležitejšia ako rozsah. Kalibračné body sa zvyčajne nachádzajú v miernom pásme rýchlostí a každý bod musí zostať stabilný dostatočne dlho na spriemerovanie. Jemné a opakovateľné riadenie rýchlosti v dolnej časti rozsahu je náročnejší inžiniersky problém ako vysoká maximálna rýchlosť.

Rovnomernosť sa meria, netvrdí sa len tak. Hodnota 0,2 % platí pre celú oblasť, ktorú anemometer zaberá, čo znamená, že skúšobný úsek sa musí zmapovať a toto mapovanie sa musí udržiavať.

Budova je súčasťou neistoty. Teplotná stabilita laboratória, barometrické merania a dokonca aj pohyb personálu ovplyvňujú výsledky na tejto úrovni.

3. Dôsledky pre návrh

Kalibračný tunel je malý stroj postavený s toleranciami na úrovni meracích prístrojov:

Vysoký kontrakčný pomer s voštinovým usmerňovačom prúdenia (voštinou) a viacerými sitovými clonami, dimenzovaný tak, aby poskytoval požadovanú intenzitu turbulencie a rovnomernosť prúdenia v rovine merania.
Skúšobný úsek dimenzovaný na dodržanie limitov blokovania pre danú rodinu prístrojov, nie pre najväčší predstaviteľný snímač.
Definované, opakovateľné upevnenie pre testované zariadenie s pevnou geometriou vzhľadom na referenčnú sondu.
Zabudovaná referenčná meracia technika (inštrumentácia) — tlak, teplota, vlhkosť — s intervalmi kalibrácie a nadväznosťou naplánovanými od samého začiatku.
Pohon a riadiaci systém vyladené na stabilitu pri nízkej rýchlosti, vrátane toho, ako rýchlo sa tunel ustáli po zmene žiadanej hodnoty.
Kontrola prostredia v miestnosti , nielen samotného prúdenia.
Automatizácia a spracovanie dát , ktoré vygenerujú certifikát s vyhlásením o neistote, pretože priepustnosť určuje, či je laboratórium podnikaním alebo koníčkom.

4. Obchodný prípad

Objemy vyhľadávania pre túto tému sú malé; nákupný zámer sa však blíži k absolútnemu. Developeri veterných parkov, nezávislé meracie inštitúty a výrobcovia turbín (OEM) potrebujú kalibrovanú anemometriu, rekalibrácia je skôr periodická ako jednorazová a akreditácia vytvára obhájiteľnú pozíciu: akreditované laboratórium v regióne, kde žiadne iné nie je, získa zákazky, ktoré v súčasnosti putujú do zahraničia.

To isté zariadenie zvyčajne slúži pre širšiu populáciu snímačov, nielen pre miskové anemometre — ultrazvukové anemometre, Pitotove trubice, snímače prietoku, HVAC a procesnú meraciu techniku — za predpokladu, že skúšobný úsek, koncepcia upevnenia a rozpočet neistôt boli navrhnuté s ohľadom na túto skutočnosť.

5. Čo špecifikovať pri obstarávaní

Akreditácia, ktorú plánujete získať , a postupy, ktoré musíte spĺňať. To určuje celú špecifikáciu a nedá sa to doplniť neskôr.
Rodiny prístrojov , ktoré sa majú kalibrovať, s ich rozmermi — to určuje veľkosť skúšobného úseku prostredníctvom limitov blokovania.
Rozsah rýchlostí a požadovaná stabilita , vrátane času ustálenia pre každý bod.
Cieľový rozpočet neistôt , rozložený podľa jednotlivých príspevkov.
Priepustnosť , ktorá určuje automatizáciu, dizajn upevnenia a to, aká časť procesu je manuálna.
Plán medzilaboratórnych porovnávacích skúšok (round robin) , pretože porovnateľnosť s partnerskými inštitútmi je to, čo dáva vašim certifikátom hodnotu.

6. Časté chyby

Kúpa univerzálneho tunela s nádejou na jeho akreditáciu. Kvalita prúdenia v jednom bode je dosiahnuteľná; zdokumentovaná rovnomernosť v celej oblasti prístroja s nadväznosťou je však konštrukčným rozhodnutím.
Považovanie neistoty za úlohu následného spracovania (post-processing). Je to požiadavka na architektúru.
Poddimenzovanie skúšobného úseku. Limity blokovania sú neúprosné a zväčšenie hotového úseku nie je úprava, je to nový tunel.
Ignorovanie laboratórneho prostredia. Vynikajúce prúdenie v nestabilnej miestnosti prináša nestabilné výsledky.
Plánovanie len pre miskové anemometre. Zloženie snímačov sa mení; tunel sa nezmení.

7. Špecifikácia s istotou

Kalibračný tunel je malý, presný a nudný stroj, ktorý zarába peniaze celé desaťročia — za predpokladu, že jeho špecifikácia vychádza z akreditácie a postupuje spätne.

Navrhujeme a staviame kalibračné veterné tunely a tunely s nízkou turbulenciou presne podľa tejto logiky: najprv požadovaná neistota, potom kvalita prúdenia, následne geometria a nakoniec pohon. Súvisiace čítanie:

improving flow quality

a naše

comparison of wind tunnel types

Povedzte nám, akú akreditáciu a aké prístroje požadujete , a my vám navrhneme koncepciu skúšobného úseku, cieľovú kvalitu prúdenia a štruktúru neistôt, z ktorých môžete vychádzať.

Zdroje a poznámky

MEASNET Anemometer Calibration Procedure, verzia 3 (december 2020), ktorá uvádza, že uplatňuje prílohu F normy IEC 61400-12-1, vydanie 2 (2017), pričom staršie verzie postupu (V1 1997, V2 2009) boli viazané na vydanie z roku 2005: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
Intenzita axiálnej turbulencie pod 2 % v mieste anemometra a rovnomernosť prúdenia 0,2 % v celej oblasti pokrývanej anemometrom odrážajú hodnoty používané v kalibračnej praxi veternej energetiky; samotný súčasný postup MEASNET odkazuje čitateľa na presné body v texte normy IEC 61400-12-1 Edition 2:2017, čo je platený dokument, ktorý sme tu nereprodukovali. Pred ich zapísaním do špecifikácie si overte aktuálne číselné limity podľa textu danej normy.
Akreditácia ISO/IEC 17025 a členstvo v sieti MEASNET ako základ pre uznávané kalibrácie: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
Usmernenia pre návrh (dimenzovanie skúšobného úseku z hľadiska blokovania, referenčná meracia technika, stabilita pri nízkej rýchlosti, automatizácia) vychádzajú z inžinierskej praxe spoločnosti TunnelTech.

Kalibračné veterné tunely: Splnenie požiadaviek noriem ISO/IEC 17025, IEC 61400-12-1 a MEASNET