《叶轮式风速计校准规范》征求意见稿pdf

  中华人民共和国国家计量技术规范 JJF XXXX—201X 叶轮式风速计校准规范 Calibration Specification for Fanning Mill Anemometer （报审稿） ××××- ××- ××发布 ××××- ××- ××实施 国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布 JJF ××××—×××× 叶轮式风速计校准规范 Calibration Specification for JJF XXXX—201X Fanning Mill Anemometer 归口单位：全国流量计量技术委员会 主要起草单位：辽宁省计量科学研究院 参加起草单位： 本规程委托全国流量计量技术委员会解释 JJF ××××—×××× 本规范主要起草人：？？？ （？？研究院） 参与起草人：？？？ （？？研究院） 3 JJF ××××—×××× 目录 引 言 II 1 范围 1 2 引用文件 1 3 术语和计量单位 1 4 概述 2 4.1 工作原理 2 4.2 用途 2 4.3 结构 2 5 计量特性 2 5.1 最大允许误差 2 5.2 叶轮起动风速 2 6 校准条件 3 6.1 环境条件 3 6.2 校准用介质 3 6.3 测量标准及别的设备 3 7 校准项目和校准方法 4 7.1 校准项目 4 7.2 校准方法 4 7.2.6 数据计算 5 8 校准结果 6 9 复校时间间隔 6 附录A 标准风速计算方式（皮托管做为标准器） 7 附录B 叶轮式风速计校准记录的参考格式（皮托管为标准器） 9 附录 C 叶轮式风速计校准记录的参考格式（热式风速仪为标准器） 10 附录D 叶轮风速计校准内页格式 11 附录E 不确定度评定示例 12 I JJFxxxx-20xx 引 言 本规范参照 QX/T 23-2004 《旋转式测风传感器》，并结合我国叶轮式风速 仪的生产、使用和校准现在的状况进行制定。 本规范所用术语，除在本规范中专门定义的外，均采用 JJF1001-2011 《通 用计量术语及定义》和 JJF1059.1-2012 《测量不确定度评定与表示》。 根据 JJF1071-2010 《国家计量校准规范编写规则》，本规范将叶轮起动风速 和示值误差列为计量性能并作为计量校准的主要工作。 本规范为首次发布。 II JJFxxxx-20xx 叶轮式风速计校准规范 1 范围 本规范适用于风速范围为 1m/s～45m/s 的叶轮式风速计（以下简称风速计） 的校准。 2 引用文件 JJF 1001 通用计量术语及定义 JJF 1004 流量计量名词术语及定义 JJF 1071-2010 国家计量校准规范编写 QX/T 23-2004 旋转式测风传感器 凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引 用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。 3 术语和计量单位 3.1 术语 3.1.1叶轮式风速计 fanning mill anemometer 以围绕水平轴旋转的叶轮为风速感应器的风速表。 3.1.2 叶轮起动风速 starting wind velocity of vane 风速计叶轮由静止开始变为能维持连续转动，风速计能输出信号的最低风速。 3.1.3阻塞比 blockage ratio 风洞试验段内风速计（包括安装支架）迎风面积与试验段流场均匀区横截 面积之比。 3.2 计量单位 3.2.1 风速单位：米每秒，符号m/s。 1 JJFxxxx-20xx 4 概述 4.1 工作原理 风速计是由叶轮和计算机构等组成，如图 1 所示。测量时使叶轮旋转面垂直 于气流方向，并需注意转动方向。叶轮的转数通过物理运动或磁耦合方式来进行转 换，由显示机构输出风速值。 4.2 用途 风速计是用于测量空气流动速度的仪表。 叶轮风速计根据其计算机构可分为两种：一种是内部自带计时装置，可以直 接读出风速，称自记叶轮风速计。另一种是不带计时装置的，使用时须另备秒表， 称不自记叶轮式风速计。 4.3 结构 风速计主要由外壳、叶轮、计数机构、显示机构等组成。见图 1。 图 1 风速计机构原理 5 计量特性 5.1 最大允许误差 风速计最大允许误差通常为± （3% R+0.1 ）m/s （R 为风速计读数）。 注：以上指标不用于合格性判定，仅供参考。 5.2 叶轮起动风速 叶轮起动风速通常应不大于0.8m/s 。 2 JJFxxxx-20xx 6 校准条件 6.1 环境条件 温度一般为：（23±5）℃ 相对湿度一般为：（30～90）% 大气压力一般为：（60～105）kPa 6.2 校准用介质 校准用介质一般为常压洁净的空气。 6.3 测量标准及别的设备 主标准器及其它设备均应有有效检定/校准证书。 6.3.1 主标准器 主标准器可选用皮托管（配微差压测量仪表）、热式风速仪等，其测量范围 应符合被测风速计的测量范围，具体实际的要求为： 皮托管系数在0.997～1.003之间，MPE：±0.5%；微差压测量仪表的测量范 围与皮托管量程相匹配，MPE：±3Pa。 热式风速仪MPE：±0.1m/s（风速不超过2 m/s）；MPE：±1.5%（风速2 m/s 以上）。 6.3.2其它设备 其它设备如表 3 所示。 表3其它设备 序号 设备名称 技术方面的要求 用 途 工作段内气流的均匀性优于1%； 1 风洞 工作段内气流的稳定性优于 提供流场 0.5%。 2 温度计 MPE：±0.5℃ 测量风洞流场温度 3 气压计 MPE：±40 Pa 测量风洞流场压力 4 湿度计 MPE：±5%RH 测量风洞流场湿度 3 JJFxxxx-20xx 7 校准项目和校准方法 7.1 校准项目 风速表校准项目及对应的校准方法条款见表 1。 表1 校准项目一览表 校准项目 校准方法对应条款 叶轮起动风速 校准方法见 7.2.4 示值误差校准 校准方法见 7.2.5 注：可结合实际应用需要，选择要校准的项目。 7.2 校准方法 7.2.1 外观检查 对风速计的外观进行全方位检查，目测风速计的叶轮几何形状无明显变形。风速计 显示的数字应清晰完整，风向标志应清晰易见。叶轮静止时，显示值应为零。 7.2.2 机械性能检查 将风速计叶轮转轴分别处于垂直和水平状态，吹动叶轮转动，观察叶轮转动 是否有轴向跳动或径向摆动。当风速为零时，观察叶轮是否能缓慢减速并自然地 停止在任意位置。 7.2.3 校准前的准备工作 7.2.3.1 标准器的检查 检查主标准器迎风面轴线与风洞试验段轴线 风速计的安装 将被校风速计安装在风洞工作段几何中心位置或风洞工作段来流流场风速 均匀区，风向标志对准风洞试验段轴向来流方向。 7.2.3.3 计算阻塞比 将被校风速计（包括安装支架）在迎风方向上的投影面积除以风洞试验段流 场均匀区面积，其比值不大于 0.05 时，才可以进行校准。 7.2.4 叶轮起动风速 4 JJFxxxx-20xx 缓慢增加风洞流场风速直到叶轮由静止开始变为连续转动。此时，测出的标 准风速值就是风速计的叶轮起动风速。 7.2.5 风速计的校准 a ）校准点的选择。在风速计的测量范围内均匀地选取不少于 7 个校准点， 其中应包含测量范围上限点和下限点，每个校准风速点的实际风速与设定风速的 最大偏差应符合：风速＜1m/s 时为±0.05 m/s ；风速≥1 m/s 时为±5%设定风速。在 校准过程中，最大校准风速点对应的风速应不大于风速计说明书给出的最大风速， 最小校准风速点对应的风速应不小于风速计说明书给出的最小风速。 b ）调整风速至校准点，稳定 1min 后，先记录标准器示值，再记录被校表风 速示值，重复三次，当以皮托管为标准器时，期间同步记录试验段内温度、相对 湿度及气压值。取三次标准器示值和被校表风速示值的算术平均值作为该校准点 的标准器示值和被校表风速示值。 7.2.6 数据计算 某校准点示值误差计算见式（1）。 ̅ ̅ （1） 式中： —第i校准点下示值误差，m/s； ̅ —第i校准点下被校风速计算数平均值值，m/s； ̅ —第i校准点下标准风速算数平均值值，m/s。 7.2.7 采用热式风速仪作为标准器校准时, 在标准器和被校风速计显示值稳定 的情况下进行读数，分别读取标准器测量值和被校风速计示值3次。按式（1） 计算示值误差。 7.2.8 采用皮托管配合微差压仪表作为标准器校准时，在差压值和被校风速计 显示值稳定的情况下，分别读数微差压仪表和被校风速计显示值3次，并记录 环境和温度、相对湿度和大气压力，按附录A计算标准风速值。按式（1）计算示 值误差。 7.2.9示值误差的标准不确定度按式（3）计算： （3） ̅ ̅ 5 JJFxxxx-20xx 式中， —某个校准点下风速计的示值误差标准不确定度，m/s； ̅ ）—被校风速计测量重复性引入的标准不确定度，m/s； ̅ —标准器引入的标准不确定度，m/s。 7.2.10示值误差的扩展不确定度按式（4）计算： （4） 式中，U—示值误差的扩展不确定度，m/s； k—包含因子，一般取2。 7.2.11示值误差不确定度分析示例见附录E。 8 校准结果 校准原始记录格式见附录B和附录C。按本规范要求校准后的叶轮式风速计 发给校准证书，校准证书格式见附录D。 9 复校时间间隔 复校时间间隔由使用者根据仪器使用情况、仪器本身性能等因素所决定，一 般建议复校时间间隔不超过1年。 6 JJFxxxx-20xx 附录A 标准风速计算方式（皮托管做为标准器） A.1 用风洞试验段内的空气温度按式（A.1 ）计算饱和水汽压： 2 D (AT BT C  ) ew k e T （A.1 ） 式中： ew——T温度下的饱和水汽压，Pa ； T——试验段内空气温度，K ； k=1 Pa ； A 、B 、C、D均为常数，其值如下： A =1.2378847×10-5K-2 ； B =-1.9121316×10-2K-1 ； C =33； 3 D=-6.3431645×10 K 。 A.2 用风洞试验段内空气温度、相对湿度和气压值按式(A.2)计算空气密度： 3 1 3.48353 10 ( 0.378 )    P  He (A.2) 0 w T 式中： P ——试验段内气压，Pa ； 0 H——试验段内空气相对湿度，用小数表示； A.3 再将空气密度值和微差压仪表示值代入式(A.3)计算出标准风速值。 2p v K (A.3)  式中： v ——标准风速，m/s ； K——皮托管校准系数； 3 ρ——空气密度，kg/m ； 7 JJFxxxx-20xx p ——微差压测量仪表示值，Pa ； 8 JJFxxxx-20xx 附录 B 叶轮式风速计校准记录的参考格式（皮托管为标准器） 客户名称 客户地址 生产单位 实验室名称 校准地点 证书编号 计量器具名称 型号规格 出厂编号 校准日期 环境条件 大气压力 /kPa 温度 /℃ 相对湿度 /% 其它 校 准 依 据 校准所用主要标准器具 准确度等级/测 名称 测量范围 编号 证书号 有效期至 量不确定度 校准结果： B.1 外观检查 B.2 叶轮起动风速 B.3 机械性能检查 B.4 示值校准结果 微差压仪表读 标 被校表示值 扩展不 风洞试验段 示值 校 数 Pa 准 m/s 确定度 误差 准 平 温 气 风 平 U 湿度 ρ 点 1 2 3 均 度 压 速 1 2 3 均 （k=2 ） %RH kg/m3 m/s 值 ℃ hPa m/s 值 （m/s） 9 JJFxxxx-20xx 附录 C 叶轮式风速计校准记录的参考格式（热式风速仪为标准器） 客户名称 客户地址 生产单位 实验室名称 校准地点 证书编号 计量器具名称 型号规格 出厂编号 校准日期 环境条件 大气压力 /kPa 温度 /℃ 相对湿度 /% 其它 校 准 依 据 校准所用主要标准器具 准确度等级/测 名称 测量范围 编号 证书号 有效期至 量不确定度 校准结果： C.1 外观检查 C.2 叶轮起动风速 C.3 机械性能检查 C.4 示值校准结果 扩展不 示值误 确定度 标准器风速值 被校表示值 校准 差 U m/s m/s 风速 m/s （k=2 ） 点 m/s 平均 平均 1 2 3 1 2 3 值 值 10 JJFxxxx-20xx 附录 D 叶轮风速计校准内页格式 本次校准所使用的标准仪器及设备可溯源至国家计量基准和标准。 本校准所依据技术文件（代号、名称） 校准环境条件及地点 温度（℃）： 相对湿度（%）： 大气压力（Pa）： 校准地点: 使用的计量（基）标准装置（或仪器设施） 名称 测量不确定度/准确度等级 证书编号 有效期至 校 准 结 果 序号 标准风速值 风速计示值 示值误差 扩展不确定度（m/s） k=2） （m/s） （m/s） （m/s） （ 1 2 3 4 5 6 7 注：下次送检请带此证书。 11 JJFxxxx-20xx 附录 E 不确定度评定示例 E.1 概述 被测风速计测量范围为 （1～30）m/s，根据本规范的校准方法，以9.95m/s、 25.08 m/s校准点为例，对被校风速计示值误差进行校准。 E.2 测量标准 所用标准器及配套设备名称及技术指标见表E.1。 表 E.1 标准器及配套设备 分类 名称 测量范围 技术指标 皮托管 （5～50）m/s  1.000 ；MPE：±0.5% 标准器 微差压仪表 （0～1600）Pa MPE： ±1Pa 风洞 （1～50）m/s 稳定性 0.5%；均匀性 1% 温度计 （0～50）℃ U=0.2℃（k=2） 配套设备 湿度计 （10～95）%RH U=1.5%RH（k=2） 气压计 （500～1050）hPa MPE：±0.07kPa E.3 测量模型 皮托管配合微差压仪表校准风速计的示值误差的计算公式如下： （2.1） 其中， 23.961 ∆ . （2.2） √ . （2.3） 23.961 ∆ . （2.4） √ . E.4不确定度传播率 引起示值误差测量结果不确定度的 和 分量彼此独立，依据公式 12 JJFxxxx-20xx ∑ ∙ ，则： 式中： 灵敏系数 1， 1。 因此， （2.5） 由式（2.2），再考虑风洞均匀性稳定性引入的不确定度分量，可得： ∆ 273.15 0.378 （2.6） E.5不确定度评定 E.5.1风洞均匀性引入的相对标准不确定度 将风洞的均匀性引入的不确定度计入流场压差测量的B类不确定度，风洞 均匀性要求为1%，按均匀分布，则风洞均匀性引入的B类相对不确定度为: 1% 0.58% √3 E.5.2 风洞稳定性引入的的相对标准不确定度 将风洞的稳定性引入的不确定度计入流场压差测量的B类不确定度，风洞稳 定性要求为0.5%，按均匀分布，则风洞稳定性引入的B类相对不确定度为: 0.5% 0.29% √3 E.5.3 皮托管配合微差压仪表测量引入的标准不确定度 皮托管配合微差压仪表测量引入的标准不确定度包括皮托管、温度、相对湿 度、大气压力、微差压仪表测量引入的不确定度。 测试时校准环境和温度为19.4℃，相对湿度为37%，大气压力为101.9kPa。 E.5.3.1皮托管系数的相对标准不确定度 皮托管系数 K 的不确定度按B类评定。根据所用皮托管的校准证书，皮托 管的系数 K=1，MPE为±0.5%，按均匀分布，则皮托管系数的相对标准不确定 度为： 13 JJFxxxx-20xx 0.5% 0.29% √3 E.5.3.2压差相对标准不确定度∆ 校准风速点为9.95m/s时，采用微差压仪表重复性测量3次压差∆的值分 别为60.0 Pa，59.9Pa，59.9 Pa。计算得到微差压仪表重复性测量的A类相对 不确定度 ∆ 0.098%。 , 用微差压仪表测量流场压差，微差压仪表本身引入的不确定度按B类评 定。采用量程为1600Pa的微差压仪表，根据所用微差压仪表校准证书，MPE 为±1Pa，则微差压仪表引入的B类相对标准不确定度为： 100% . √ 0.96% 压差相对标准不确定度： ∆ ∆ ∆ 0.098% 0.96% 0.96% , , 按照同样的方法得到校准风速点25.08 m/s时，流场压差的相对标准不确 定度分别为0.3%。 E.5.4风洞测量段气流温度 t 的相对标准不确定度 由温度计的校准证书可知，扩展不确定度为U=0.2℃（k=2），测量时风洞 测量段气流温度 t 为19.4 ℃，则 t 的相对标准不确定度为： 0.2 100%0.034% 2 （19.4273.15） E.5.5大气压力 P 的相对标准不确定度 用空盒气压表进行大气压力测量的不确定度按B类评定。根据所用空盒气 压表的校准证书，MPE为±0.07kPa，按均匀分布，测试时大气压力为 101.9kPa，则大气压力P 的相对标准不确定度为： 0.07 100%0.04% √3101.9 E.5.6空气相对湿度的相对标准不确定度 用湿度计进行风洞测量段内空气相对湿度测量，根据所用湿度计的校准证 书，扩展不确定度为 U=1.5%RH（k=2），测试时相对湿度为37%，则空气相对湿 度的相对标准不确定度为： 14 JJFxxxx-20xx 1.5% 100%2.03% 237% E.5.7 （0.378 ）的相对标准不确定度 0.378 由式（2.3），计算得到在校准环境和温度t 为19.4 ℃时，饱和水蒸汽压力 2253.61Pa，则0.378 70381.03Pa 0.378 0.378 e 0.378 0.378 0.378 （2.7） 由式（2.3），可得： e 2 7.0128Pa 综上根据式（2.7），计算可得： 0.378 17.267598 Pa . 因此， 0.3846 0.025% . 校准风速点9.95m/s时

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