Vindtunnlar för anemometerkalibrering: ISO 17025 & MEASNET

De flesta vindtunnlar är testanläggningar: modellen är objektet och tunneln är miljön. En kalibreringstunnel vänder på det förhållandet. Här är tunneln instrumentet, och objektet i flödet är det som bedöms utifrån den.

Den omkastningen förändrar allt när det gäller hur anläggningen specificeras. Ingen förväntar sig imponerande hastigheter eller en stor mätsektion av en kalibreringstunnel. Man kräver en referensvindhastighet som kan försvaras, med en osäkerhetsbudget, inför ett ackrediteringsorgan.

1. Vad standarderna faktiskt kräver

För vindenergisektorn – den enskilt största drivkraften bakom efterfrågan på anemometerkalibrering – är de gällande dokumenten IEC 61400-12-1 och MEASNET Anemometer Calibration Procedure . Den nuvarande version 3 (december 2020) tillämpar bilaga F i IEC 61400-12-1, utgåva 2 (2017); tidigare versioner av proceduren följde 2005 års utgåva, så det är värt att bekräfta vilken revision ett visst laboratorium eller en viss kund faktiskt hänvisar till innan man garanterar överensstämmelse.

Två krav på flödeskvalitet står i centrum:

Axial turbulensintensitet under 2 % vid anemometerns position.
Flödesuniformitet på 0,2 % över den yta som anemometern täcker.

Utöver dessa förväntas själva laboratoriet arbeta under en ISO/IEC 17025 -ackreditering för de relevanta mätstorheterna, med nationell ackreditering (till exempel SWEDAC eller DAkkS) och MEASNET-medlemskap som vägen till erkända kalibreringar. Jämförbarheten verifieras genom round robin -tester mellan institut, där ett genomsnittligt överensstämmelsevärde på 1 % eller bättre krävs.

Notera dessa siffror: de är snäva, men de är inte de turbulenssiffror på under 0,1 % som anges för aerodynamisk forskning med låg turbulens. En kalibreringstunnel är optimerad för stabilitet och spårbarhet, inte för lägsta möjliga turbulens.

2. Varför dessa siffror är svårare att uppnå än de verkar

Instrumentet blockerar sin egen referens. En skålanemometer i en liten mätsektion är inte ett försumbart hinder. Mätsektionens storlek måste väljas så att blockeringen håller sig inom procedurens gränser för de instrument du avser att kalibrera – vilket är anledningen till att "vi använder bara en liten tunnel" underkänns vid den första ackrediteringsgranskningen.

Referenshastigheten måste vara spårbar. Hastighet härleds, den observeras inte: från differenstryck, luftdensitet och därmed från kalibrerad instrumentering för tryck, temperatur och luftfuktighet, var och en med sin egen spårbarhetskedja och sitt eget bidrag till osäkerhetsbudgeten.

Stabilitet är viktigare än räckvidd. Kalibreringspunkter ligger vanligtvis i ett blygsamt hastighetsintervall, och varje punkt måste hållas stabil tillräckligt länge för medelvärdesbildning. Fin, repeterbar hastighetskontroll i det lägre registret är ett svårare tekniskt problem än en hög topphastighet.

Uniformitet mäts, den antas inte. Siffran 0,2 % gäller över den yta som anemometern upptar, vilket innebär att mätsektionen måste kartläggas och kartläggningen underhållas.

Byggnaden är en del av osäkerheten. Laboratoriets temperaturstabilitet, barometriska mätningar och till och med personalens rörelser påverkar resultaten på denna nivå.

3. Designkonsekvenser

En kalibreringstunnel är en liten maskin byggd med toleranser av instrumentklass:

Hög kontraktionskvot med honungskaka (flödesriktare) och flera flödesskärmar, dimensionerade för att leverera den turbulensintensitet och flödesuniformitet som krävs vid mätplanet.
Mätsektion dimensionerad för att uppfylla blockeringskrav för instrumentfamiljen, inte för den största tänkbara sensorn.
En definierad, repeterbar montering för den enhet som testas, med fast geometri i förhållande till referenssonden.
Inbyggd referensinstrumentering – tryck, temperatur, luftfuktighet – med kalibreringsintervall och spårbarhet planerad från start.
Drivning och styrsystem finjusterade för stabilitet vid låga hastigheter, inklusive hur snabbt tunneln stabiliseras efter en ändring av börvärdet.
Miljökontroll av rummet , inte bara av flödet.
Automation och datahantering som genererar ett certifikat med en osäkerhetsdeklaration, eftersom genomströmningen avgör om laboratoriet är en verksamhet eller en hobby.

4. Affärsnyttan

Sökvolymerna för detta ämne är små; köpavsikten är nästintill absolut. Vindkraftsutvecklare, oberoende mätinstitut och turbintillverkare behöver kalibrerad anemometri, omkalibrering är periodisk snarare än en engångsföreteelse, och ackreditering skapar en försvarbar position: ett ackrediterat laboratorium i en region som saknar ett sådant fångar upp arbete som för närvarande skickas utomlands.

Samma anläggning betjänar vanligtvis en bredare sensorpopulation än enbart skålanemometrar – ultraljudsanemometrar, pitotrör, flödessensorer, VVS- och processinstrumentering – förutsatt att mätsektionen, monteringskonceptet och osäkerhetsbudgeten utformades med detta i åtanke.

5. Vad man ska specificera vid upphandling

Den ackreditering ni avser att inneha , och de procedurer ni måste uppfylla. Detta avgör hela specifikationen och kan inte läggas till i efterhand.
De instrumentfamiljer som ska kalibreras, med deras dimensioner – detta bestämmer mätsektionens storlek genom blockeringsgränserna.
Hastighetsområdet och den nödvändiga stabiliteten , inklusive stabiliseringstid per punkt.
Målet för osäkerhetsbudgeten , uppdelat per bidragande faktor.
Genomströmning , vilket styr automation, monteringsdesign och hur stor del av processen som är manuell.
Planen för round robin-tester , eftersom jämförbarhet med branschkollegor är det som gör era certifikat värda att utfärda.

6. Vanliga misstag

Att köpa en allmän vindtunnel och hoppas på att kunna ackreditera den. Flödeskvalitet vid en specifik punkt är uppnåeligt; dokumenterad flödesuniformitet över instrumentytan, med spårbarhet, är ett designbeslut.
Att behandla osäkerhet som en uppgift för efterbearbetning. Det är ett arkitekturkrav.
Att underdimensionera mätsektionen. Blockeringsgränser är oförlåtande, och att förstora en färdig mätsektion är inte en modifiering, det är en ny tunnel.
Att ignorera laboratoriemiljön. Ett utmärkt flöde i ett instabilt rum ger instabila resultat.
Att enbart planera för skålanemometrar. Sensormixen förändras; det gör inte tunneln.

7. Att specificera med tillförsikt

En kalibreringstunnel är en liten, exakt och tråkig maskin som tjänar pengar i årtionden – förutsatt att dess specifikation utgår från ackrediteringen och arbetar bakåt.

Vi designar och bygger kalibreringstunnlar och lågturbulenstunnlar utifrån exakt den logiken: nödvändig osäkerhet först, sedan flödeskvalitet, därefter geometri och slutligen drivning. Relaterad läsning:

improving flow quality

och vår

comparison of wind tunnel types

Berätta för oss vilken ackreditering och vilka instrument det gäller , så återkommer vi med ett koncept för mätsektionen, ett mål för flödeskvalitet och en osäkerhetsstruktur att arbeta utifrån.

Källor och anteckningar

MEASNET Anemometer Calibration Procedure, Version 3 (december 2020), som anger att den tillämpar bilaga F i IEC 61400-12-1 utgåva 2 (2017), med tidigare versioner av proceduren (V1 1997, V2 2009) knutna till 2005 års utgåva: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
Axial turbulensintensitet under 2 % vid anemometerns position och flödesuniformitet på 0,2 % över den yta som anemometern täcker återspeglar de siffror som används i praxis för vindenergikalibrering; den nuvarande MEASNET-proceduren hänvisar i sig läsaren till standardtexten i IEC 61400-12-1 utgåva 2:2017 för de exakta klausulerna, vilket är ett betaldokument som vi inte har återgett här. Bekräfta de aktuella numeriska gränserna mot denna standardtext innan de skrivs in i en specifikation.
ISO/IEC 17025-ackreditering och MEASNET-medlemskap som grund för erkända kalibreringar: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
Designvägledning (dimensionering av mätsektion för blockering, referensinstrumentering, stabilitet vid låg hastighet, automation) är TunnelTechs tekniska praxis.

Kalibreringsvindtunnlar: Att uppfylla kraven i ISO/IEC 17025, IEC 61400-12-1 och MEASNET