Hầm gió hiệu chuẩn máy đo gió: ISO 17025 & MEASNET

Hầu hết các hầm gió là cơ sở thử nghiệm: mô hình là đối tượng, và hầm gió là môi trường. Một hầm gió hiệu chuẩn đảo ngược mối quan hệ đó. Ở đây, hầm gió chính là thiết bị đo lường, và vật thể trong dòng chảy là thứ được đánh giá dựa trên nó.

Sự đảo ngược đó thay đổi mọi thứ về cách xác định thông số kỹ thuật của cơ sở này. Không ai yêu cầu một hầm gió hiệu chuẩn phải có tốc độ ấn tượng hay một đoạn thử nghiệm lớn. Họ yêu cầu nó cung cấp một tốc độ gió tham chiếu có thể chứng minh được, cùng với ngân sách độ không đảm bảo đo (uncertainty budget), trước một cơ quan công nhận.

1. Các tiêu chuẩn thực sự yêu cầu những gì

Đối với lĩnh vực năng lượng gió — động lực lớn nhất thúc đẩy nhu cầu hiệu chuẩn máy đo gió — các tài liệu áp dụng là IEC 61400-12-1 và Quy trình hiệu chuẩn máy đo gió MEASNET (MEASNET Anemometer Calibration Procedure) . Phiên bản 3 hiện tại (tháng 12 năm 2020) áp dụng Phụ lục F của IEC 61400-12-1, Phiên bản 2 (2017); các phiên bản quy trình trước đó tuân theo phiên bản 2005, vì vậy cần xác nhận xem một phòng thí nghiệm hoặc khách hàng cụ thể đang thực sự tham chiếu đến bản sửa đổi nào trước khi báo giá về sự tuân thủ.

Hai yêu cầu về chất lượng dòng chảy là trọng tâm của vấn đề này:

Cường độ nhiễu loạn dọc trục dưới 2% tại vị trí đặt máy đo gió.
Độ đồng đều dòng chảy đạt 0,2% trên toàn bộ diện tích mà máy đo gió bao phủ.

Cùng với đó, bản thân phòng thí nghiệm dự kiến sẽ hoạt động dưới sự công nhận ISO/IEC 17025 cho các đại lượng đo liên quan, với sự công nhận cấp quốc gia (ví dụ DAkkS ở Đức) và tư cách thành viên MEASNET như là con đường dẫn đến các chứng nhận hiệu chuẩn được công nhận. Tính có thể so sánh được xác minh thông qua các bài kiểm tra round robin (thử nghiệm vòng tròn) giữa các viện, trong đó yêu cầu giá trị tuân thủ trung bình từ 1% trở lên.

Lưu ý về bản chất của những con số này: chúng rất khắt khe, nhưng không phải là các con số nhiễu loạn dưới 0,1% được trích dẫn cho nghiên cứu khí động học có độ rối thấp. Một hầm gió hiệu chuẩn được tối ưu hóa cho tính ổn định và khả năng truy xuất nguồn gốc, chứ không phải cho mức độ nhiễu loạn thấp nhất có thể đạt được.

2. Tại sao những con số đó lại khó đạt được hơn vẻ bề ngoài

Thiết bị cản trở chính tham chiếu của nó. Một máy đo gió dạng cốc trong một đoạn thử nghiệm nhỏ không phải là một vật cản có thể bỏ qua. Kích thước đoạn thử nghiệm phải được chọn sao cho độ cản trở (blockage) nằm trong giới hạn của quy trình đối với các thiết bị mà bạn định hiệu chuẩn — đó là lý do tại sao suy nghĩ "chúng ta chỉ cần sử dụng một hầm gió nhỏ" sẽ thất bại ngay trong lần đánh giá công nhận đầu tiên.

Tốc độ gió tham chiếu phải có khả năng truy xuất nguồn gốc. Tốc độ gió được suy ra chứ không phải quan sát trực tiếp: từ chênh lệch áp suất, mật độ không khí và do đó từ các thiết bị đo lường áp suất, nhiệt độ và độ ẩm đã được hiệu chuẩn, mỗi thiết bị đều có chuỗi truy xuất nguồn gốc riêng và đóng góp vào ngân sách độ không đảm bảo đo.

Tính ổn định quan trọng hơn dải đo. Các điểm hiệu chuẩn thường nằm trong một dải tốc độ gió vừa phải, và mỗi điểm phải giữ ổn định đủ lâu để lấy giá trị trung bình. Việc kiểm soát tốc độ gió tinh chỉnh, có thể lặp lại ở dải tốc độ thấp là một bài toán kỹ thuật khó hơn so với việc đạt tốc độ tối đa cao.

Độ đồng đều được đo lường, không phải được khẳng định. Con số 0,2% áp dụng trên toàn bộ diện tích mà máy đo gió chiếm chỗ, điều đó có nghĩa là đoạn thử nghiệm phải được lập bản đồ phân bố và bản đồ này phải được duy trì.

Tòa nhà là một phần của độ không đảm bảo đo. Sự ổn định nhiệt độ của phòng thí nghiệm, phép đo áp suất khí quyển và thậm chí cả sự di chuyển của nhân sự đều ảnh hưởng đến kết quả ở mức độ này.

3. Hệ quả đối với thiết kế

Một hầm gió hiệu chuẩn là một cỗ máy nhỏ được chế tạo với dung sai cấp độ thiết bị đo lường:

Tỷ lệ thu hẹp cao với bộ chỉnh dòng dạng tổ ong (honeycomb) và nhiều lưới chỉnh dòng, được định cỡ để cung cấp cường độ nhiễu loạn và độ đồng đều dòng chảy theo yêu cầu tại mặt phẳng đo.
Đoạn thử nghiệm được định cỡ để tuân thủ giới hạn cản trở đối với nhóm thiết bị, chứ không phải cho cảm biến lớn nhất có thể tưởng tượng ra.
Một giá đỡ xác định, có thể lặp lại cho thiết bị cần kiểm tra, với hình học cố định so với đầu dò tham chiếu.
Thiết bị đo lường tham chiếu được thiết kế tích hợp — áp suất, nhiệt độ, độ ẩm — với chu kỳ hiệu chuẩn và khả năng truy xuất nguồn gốc được lên kế hoạch ngay từ đầu.
Hệ thống truyền động và điều khiển được tinh chỉnh cho tính ổn định ở tốc độ gió thấp, bao gồm cả việc hầm gió ổn định nhanh như thế nào sau khi thay đổi điểm cài đặt.
Kiểm soát môi trường của căn phòng , không chỉ của dòng chảy.
Tự động hóa và xử lý dữ liệu để tạo ra chứng nhận kèm theo tuyên bố về độ không đảm bảo đo, bởi vì thông lượng (throughput) quyết định xem phòng thí nghiệm là một doanh nghiệp hay chỉ là một sở thích.

4. Bài toán kinh doanh

Khối lượng tìm kiếm cho chủ đề này rất nhỏ; nhưng ý định mua hàng gần như là tuyệt đối. Các nhà phát triển trang trại điện gió, các viện đo lường độc lập và các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) tuabin cần hệ thống đo gió được hiệu chuẩn, việc hiệu chuẩn lại mang tính định kỳ chứ không phải chỉ một lần, và sự công nhận tạo ra một vị thế vững chắc: một phòng thí nghiệm được công nhận trong một khu vực chưa có cơ sở nào sẽ thu hút được các công việc mà hiện tại đang phải gửi ra nước ngoài.

Cùng một cơ sở thường phục vụ một lượng lớn cảm biến hơn là chỉ riêng máy đo gió dạng cốc — máy đo gió siêu âm, ống pitot, cảm biến lưu lượng, thiết bị đo lường HVAC và quy trình — với điều kiện là đoạn thử nghiệm, ý tưởng lắp đặt và ngân sách độ không đảm bảo đo được thiết kế có tính đến điều đó.

5. Cần chỉ định những gì khi mua sắm

Sự công nhận mà bạn dự định đạt được , và các quy trình bạn phải đáp ứng. Điều này quyết định toàn bộ thông số kỹ thuật và không thể bổ sung sau.
Các nhóm thiết bị cần được hiệu chuẩn, cùng với kích thước của chúng — điều này thiết lập kích thước đoạn thử nghiệm thông qua các giới hạn cản trở.
Dải tốc độ gió và tính ổn định yêu cầu , bao gồm thời gian ổn định cho mỗi điểm đo.
Ngân sách độ không đảm bảo đo mục tiêu , được phân tích theo từng yếu tố đóng góp.
Thông lượng , yếu tố thúc đẩy tự động hóa, thiết kế giá đỡ và mức độ thủ công của quy trình.
Kế hoạch thử nghiệm round robin , bởi vì tính có thể so sánh với các viện đồng cấp là điều làm cho các chứng nhận của bạn có giá trị phát hành.

6. Những sai lầm phổ biến

Mua một hầm gió đa dụng và hy vọng sẽ được công nhận. Chất lượng dòng chảy tại một điểm là có thể đạt được; nhưng độ đồng đều được lập hồ sơ trên toàn bộ khu vực đặt thiết bị, cùng với khả năng truy xuất nguồn gốc, là một quyết định thiết kế.
Coi độ không đảm bảo đo là một nhiệm vụ xử lý hậu kỳ. Đó là một yêu cầu về kiến trúc hệ thống.
Định cỡ đoạn thử nghiệm quá nhỏ. Các giới hạn cản trở rất khắt khe, và việc mở rộng một đoạn thử nghiệm đã hoàn thiện không phải là một sự sửa đổi, mà là làm một hầm gió mới.
Bỏ qua môi trường phòng thí nghiệm. Dòng chảy xuất sắc trong một căn phòng không ổn định sẽ tạo ra kết quả không ổn định.
Chỉ lên kế hoạch cho máy đo gió dạng cốc. Sự kết hợp các loại cảm biến sẽ thay đổi; nhưng hầm gió thì không.

7. Tự tin xác định thông số kỹ thuật

Một hầm gió hiệu chuẩn là một cỗ máy nhỏ, chính xác, nhàm chán nhưng có thể kiếm tiền trong nhiều thập kỷ — với điều kiện là thông số kỹ thuật của nó bắt đầu từ yêu cầu công nhận và tính ngược lại.

Chúng tôi thiết kế và chế tạo các hầm gió hiệu chuẩn và hầm gió có độ rối thấp xoay quanh chính xác logic đó: độ không đảm bảo đo yêu cầu trước tiên, sau đó là chất lượng dòng chảy, tiếp đến là hình học, và cuối cùng là hệ thống truyền động. Bài viết liên quan:

Cải thiện chất lượng dòng khí động học trong các hầm gió hiện hữu

và

Hầm gió ngang, thẳng đứng và nghiêng

của chúng tôi.

Hãy cho chúng tôi biết bạn cần sự công nhận nào và cho những thiết bị nào , chúng tôi sẽ phản hồi bằng một ý tưởng về đoạn thử nghiệm, mục tiêu chất lượng dòng chảy và cấu trúc độ không đảm bảo đo để bắt đầu công việc.

Nguồn và ghi chú

Quy trình hiệu chuẩn máy đo gió MEASNET (MEASNET Anemometer Calibration Procedure), Phiên bản 3 (tháng 12 năm 2020), trong đó nêu rõ việc áp dụng Phụ lục F của IEC 61400-12-1 Phiên bản 2 (2017), với các phiên bản quy trình trước đó (V1 1997, V2 2009) gắn liền với phiên bản 2005: MEASNET Anemometer Calibration Procedure.
Cường độ nhiễu loạn dọc trục dưới 2% tại vị trí máy đo gió và độ đồng đều dòng chảy 0,2% trên toàn bộ diện tích mà máy đo gió bao phủ phản ánh các con số được sử dụng trong thực tế hiệu chuẩn năng lượng gió; bản thân quy trình MEASNET hiện tại hướng người đọc đến văn bản tiêu chuẩn IEC 61400-12-1 Phiên bản 2:2017 để biết các điều khoản chính xác, đây là một tài liệu trả phí mà chúng tôi không sao chép ở đây. Hãy xác nhận các giới hạn bằng số hiện tại so với văn bản tiêu chuẩn đó trước khi đưa chúng vào bản thông số kỹ thuật.
Sự công nhận ISO/IEC 17025 và tư cách thành viên MEASNET làm cơ sở cho các chứng nhận hiệu chuẩn được công nhận: Ammonit wind tunnel, DIN EN ISO/IEC 17025 and MEASNET, IDR-UPM anemometer calibration laboratory.
Hướng dẫn thiết kế (định cỡ đoạn thử nghiệm cho độ cản trở, thiết bị đo lường tham chiếu, tính ổn định ở tốc độ gió thấp, tự động hóa) là thực tiễn kỹ thuật của TunnelTech.