中華人民共和國國家計量技術規范2螺旋槳式測風儀校準規范s7發布 7實施國家市場監督管理總局 發布2螺旋槳式測風儀校準規范rs

2歸 口 單 位:全國氣象專用計量器具計量技術委員會主要起草單位:中國氣象局氣象探測中心江蘇省無線電科學研究所有限公司參加起草單位:浙江省大氣探測技術保障中心江蘇省氣象探測中心本規范委托全國氣象專用計量器具計量技術委員會負責解釋本規范主要起草人:李松奎中國氣象局氣象探測中心)劉昕中國氣象局氣象探測中心)邊澤強中國氣象局氣象探測中心)周琦江蘇省無線電科學研究所有限公司)參加起草人:肖 漢中國氣象局氣象探測中心)羅 昶浙江省大氣探測技術保障中心)張 正江蘇省氣象探測中心)目 錄引言………………………

Ⅱ)1范圍……………………2引用文件………………3術語和計量單位………………………1術語…………………2計量單位……………4概述……………………5計量特性………………1風速起動風速………………………2風速示值誤差………………………3風向起動風速………………………4風向示值誤差………………………6校準條件………………1環境條件……………2計量標準測量設備及其他設備……………………7校準項目和校準方法…………………1校準項目……………2校準方法……………8校準結果的表達………………………9復校時間間隔…………

1)1)1)1)1)1)2)2)2)2)2)2)2)3)3)3)3)5)5)附錄A 標準風速值計算方法…………

6)附錄B 螺旋槳式測風儀校準記錄參考格式)……

7)附錄C 校準證書參考格式)………

8)附錄D 風速測量不確定度評定示附錄E 風向測量不確定度評定示例

……………………

))Ⅰ引言1國家計量校準規范編寫規則F1通用計量術語及定義1測量不確定度評定與表示》共同構成支撐本規范編寫工作的基礎性系列規范。本規范為首次發布。Ⅱ螺旋槳式測風儀校準規范范圍本規范適用于螺旋槳式測風儀的校準。引用文件本規范引用下列文件:4輕便三杯風向風速表9海洋螺旋槳式風向風速計2氣象儀器術語6氣象低速風洞技術條件中國氣象局.地面氣象自動觀測規范:第一版.北京:氣象出版社0凡是注日期的引用文件,僅所注日期的版本適用于本規范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本包括所有的修改單適用于本規范。術語和計量單位術語風速起動風速gd螺旋槳由靜止開始變為能夠連續轉動,螺旋槳式測風儀能顯示速度變化的最低風速。風向起動風速ge螺旋槳式測風儀機身由某一偏角釋放返回到與風洞軸線相同時的最低風速。螺旋槳式測風儀 r利用一種始終迎風轉動的螺旋槳旋轉的快慢來測量風速的儀器。計量單位 t風速計量單位為米每秒風向計量單位為度。概述螺旋槳式測風儀以下簡稱測風儀”)是集風向風速測量功能于一體的測風儀,測風儀由風向組件、風速組件、安裝桿、指北套件等部件組成其外觀示意如圖1所示,組成結構如圖2所示。1 圖1螺旋槳式測風儀外觀示意圖 圖2螺旋槳式測風儀結構圖風速組件由螺旋槳、風速軸承、風速發電線圈等組成。在風力作用下,螺旋槳轉動,帶動軸上的磁極旋轉在線圈中感應出正弦信號其頻率隨風速的增大而線性增加。風速與正弦頻率信號的關系見公式。 ()式中:

νf 1風速,;換算系數,/·f正弦頻率,。風向組件由尾翼、風向軸承、風向電位器等組成。當尾翼隨風向轉動時,轉軸帶動電位器的調節指輪轉動,電位器的調節比例與風向對應,即0 0 對應于。計量特性風速起動風速 /。風速起動風速不超過2ms風速示值誤差

( / 。風速示值最大允許誤差為±5m

其中ν為標準風速風向起動風速測風儀機身與風洞軸向夾角為或時,

風向起動風速不超過5。°風向示值誤°風向示值最大允許誤差為注:以上指標不作為合格性判據,僅供參考。校準條件環境條件溫度℃。相對濕度:不大于5。2大氣壓力。計量標準測量設備及其他設備 。測量設備及其他設備主要技術指標見表1表1標準器及配套設備分類名稱主要技術指標標準器皮托靜壓管k取值范圍不大于5微差壓計最大允許誤差:a標準度盤最大允許誤差:°熱線風速計最大允許誤差:1s配套設備溫度儀最大允許誤差:5℃濕度儀最大允許誤差:0H氣壓計最大允許誤差:a風洞穩定性均勻性校準項目和校準方法校準項目 。校準項目及對應的校準方法條款編號見表2表2校準項目表校準項目校準方法對應條款編號風速起動風速2風速示值誤差3風向起動風速4風向示值誤差5注:可根據實際應用需要,選擇要校準的項目。校準方法校準前準備外觀檢查用目測的方法,對測風儀的外觀和結構進行檢查并記錄。標準器的安裝將熱線風速計牢固安裝在風洞試驗段流場均勻區內,來向,熱線風速計的探頭與風洞軸線垂直。

熱線風速計的感風面朝向風的將皮托靜壓管牢固安裝在風洞試驗段流場均勻區內,皮托靜壓管的總壓孔應朝向風的來向,皮托靜壓管探頭與風洞軸線平行。皮托靜壓管的總壓接頭、靜壓接頭分別與微差壓計的測試端、參考端通過管路相連。3測風儀的安裝將測風儀垂直固定在風洞底座的水平旋轉平臺上

,調節高度使測風儀感應部分位于風洞試驗段截面積中心位置測風儀位于皮托靜壓管測量探頭后端相對氣流來向測風儀與皮托靜壓管探頭的距離應不小于0。風速起動風速校準調節測風儀機身,使螺旋槳正對風的來向,且處于靜止狀態。啟動風洞,從零逐漸增大風速,記錄螺旋槳開始并持續轉動時的標準風速值由熱線風速計讀取重復上述步驟3次,取標準風速值的平均值作為風速的起動風速。風速示值誤差風速校準點2500000。也可根據客戶要求選擇校準點。調節測風儀機身,使螺旋槳正對風的來向,且處于任意靜止狀態。啟動風洞,在每個風速校準點,風速穩定后1n內等間隔記錄微差壓計示值和工作段內溫度、濕度、氣壓值及測風儀的風速示值各3次分別計算微差壓計示值和工作段內溫度、濕度、氣壓算術平均值,使用各參數算數平均值按附錄A的方法計算標準風速值。計算風速示值的算術平均值,該算術平均值作為該風速校準點的被校風速值,按公式)計算該風速校準點的示值誤差。式中:

ν'ν )風速示值誤差,;被校風速值,標準風速,。風向起動風速校準將測風儀安裝到風洞試驗段內方向盤上,

定北針對準

使機身與風洞軸向依次成夾角,在每個位置啟動風洞,從零逐漸增加風速,使尾翼起動,機身向°方向轉動,記錄機身與風洞軸線平行時的標準風速值由熱線風速計讀取重復上述步驟三次,取標準風速值的平均值作為風向的起動風速。風向示值誤差風向校準點。也可根據客戶要求選擇校準點。將測風儀安裝到風洞內標準度盤上,定北針對準。在0s風速下,按照風向校準點依次轉動機身讀取標準風向值同時記錄測風儀的風向示值并作為被校風向值。各風向校準點風向示值誤差計算見公式。 ()式中:

D'-D 3D風向示值誤差被校風向值4D標準風向值。校準結果的表達校準結果應在校準證書上反映校準證書內頁格式參考附錄校準證書至少應包括以下信息:標題校準證書;實驗室名稱和地址;進行校準的地點如果與實驗室的地址不同證書的唯一性標識如編號每頁及總頁數的標識;客戶的名稱和地址;被校對象的描述和明確標識;進行校準的日期,如果與校準結果的有效性或應用有關時,應說明被校對象的接收日期;如果與校準結果的有效性或應用有關時,應對被校樣品的抽樣程序進行說明;校準所依據的技術規范的標識,包括名稱及代號;本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;校準環境的描述;校準結果及其測量不確定度的說明;對校準規范的偏離的說明;校準證書或校準報告簽發人的簽名、職務或等效標識;校準結果僅對被校對象有效性的聲明;未經實驗室書面批準,不得部分復制證書的聲明。復校時間間隔建議螺旋槳式測風儀的復校時間間隔為1年。但當發現風速、風向測量值出現異常時建議提前送校。5附錄A標準風速值計算方法用風洞試驗段內的空氣溫度按公式)計算出飽和水汽壓。Twk )T式中:

wT溫度下的飽和水汽壓;T試驗段內空氣溫度;;ABCD均為常數,其值如下:A52B=21C7D=3K用風洞試驗段內的空氣溫度、相對濕度和氣壓值按公式)計算出空氣密度。ρ3×0w) )式中:T試驗段內空氣溫度;0試驗段內氣壓;H試驗段內空氣相對濕度,用小數表示;wT溫度下的飽和水汽壓。 ( ) 。ppρνk

3

計算出標準風速值

)式中:標準風速,;空氣密度3;p微壓計示值;皮托靜壓管系數。6附錄B

螺旋槳式測風儀校準記錄參考格式)送檢單位記錄編號儀器名稱型號/規格儀器編號生產廠商校準依據校準地點客戶地址標準器環境參數氣壓:(~,溫度:(~℃,濕度:(~)一、外觀檢查外觀二、起動風速風速起動風速s風向起動風速°s°s三、風速示值誤差風速示值誤差標準值s被校值s示值誤差s不確定度)四、風向示值誤差風向示值誤差標準值)被校值)示值誤差)不確定度)校準人: 核驗人: 校準日期:7附錄C1校準證書封面格式式樣

校準證書參考格式)( ( ny校 準 證 書計量器具名稱t

證書e 號.型號規格e制造廠e器具編號t送檢單位t校準依據n 批準人y 校準專用章) 核驗人p y 校準人y 校準日期n 年 月 日地址: 郵編: 電話: 傳真:82PAGE2內頁第2頁參考格式校準機構授權說明校準環境條件及地點溫度℃氣壓a濕度RH其他校準使用的計量基)標準名稱測量范圍不確定度/準確度等級/最大允許誤差計量基)標準證書編號有效期至校準使用的標準器名稱測量范圍不確定度/準確度等級/最大允許誤差計量基)標準證書編號有效期至校準時標準器與被校螺旋槳式測風儀安裝位置的描述923內頁第3頁參考格式校準結果風速起動風速風向起動風速°風速起動風速風向起動風速°°三、風速示值誤差標準風速被校示值示值誤差擴展不確定度)四、風向示值誤差標準風向被校示值示值誤差擴展不確定度)以下空白)0附錄D風速測量不確定度評定示例評定依據

— 《 。本規范的測量不確定度評定依據是1標準設備和被校對象

2

測量不確定度評定與表示標準設備標準器及配套設備為皮托靜壓管檢定裝置,

主要技術指標見表。表1標準器及配套設備主要技術指標分類名稱主要技術指標標準器皮托靜壓管k取值范圍不大于5微差壓計最大允許誤差不大于a標準度盤最大允許誤差:°配套設備溫度儀最大允許誤差不大于5℃濕度儀最大允許誤差不大于0H氣壓計最大允許誤差不大于a風洞穩定性均勻性被校對象器具名稱:螺旋槳式測風儀。風速測量范圍)。最大允許誤差:±5。主要測量方法由風洞產生穩定均勻的空氣流場

,標準器和螺旋槳式測風儀置于其流場中

。用標準皮托靜壓管感應風洞中流動空氣的差壓總壓和靜壓之差并由微差壓計測出壓力值,通過該壓力值及流場的空氣密度,用伯努利方程得出風洞的流場風速,該風速作為流場的標準風速。螺旋槳式測風儀風速示值減去標準風速即為風速示值誤差。將校準點選擇為2500000,并逐點分析不確定度。建立測量模型和分析不確定度來源測量模型,

, ( 。在校準過程中

測量結果為示值誤差 計算如公

1 ( )式中:

ν'ν

1風速示值誤差,;1被校風速值,標準風速值,

( ,3×0w)2ξ

1

同時考慮到風洞均勻性對測量結果的ν'- +f )公式)即為被校表風速測量結果不確定度評定的測量模型。式中:p微差壓計示值;皮托靜壓管校準系數;T試驗段內溫度;0試驗段內氣壓;H—試驗段內空氣相對濕度,用 H表示;wT溫度下的飽和水汽壓,;f風洞均勻性對測量結果的影響,。不確定度來源分析螺旋槳式測風儀測量重復性引入的標準不確定度;微差壓計引入的標準不確定度;皮托靜壓管校準系數引入的標準不確定度;溫度儀引入的標準不確定度;氣壓計引入的標準不確定度;濕度儀引入的標準不確定度;風洞均勻性引入的標準不確定度。不確定度分量評定 ()螺旋槳式測風儀測量重復性引入的標準不確定度u'根據不同的風速點進行的3次重復風速測量值,用極差法求出實驗標準差i)=Ci3時C螺旋槳式測風儀測量值為3次測量結果的平均值,因此計算C示值誤差重復測量引入的標準不確定度見表。表2螺旋槳式測風儀測量重復性引入的標準不確定度)項目)2500000極差1111112標準不確定度)4444448微差壓計引入的標準不確定度)微差壓計的最大允許誤差為5,取均勻分布,則微差壓計引入的標準不確2定度:

/3≈a皮托靜壓管校準系數引入的標準不確定度)試驗使用的標準皮托靜壓管的校準系數為,相對擴展不確定度為1。故由標準皮托靜壓管校準系數引入的標準不確定度分量為:)

ξ3≈5= 2 2溫度儀引入的標準不確定度T)溫度儀的最大允許誤差為5℃,按均勻分布,則溫度儀引入的標準不確定度:35℃≈9℃3氣壓計引入的標準不確定度氣壓計的最大允許誤差為,按均勻分布,則氣壓計引入的標準不確定度:3a≈a3濕度儀引入的標準不確定度濕度儀的最大允許誤差為8,按均勻分布,則濕度儀引入的標準不確定度:38H1H3風洞均勻性引入的不確定度風洞的不均勻性最大為0,因螺旋槳式測風儀安裝在風洞中,會對風場的均勻性產生影響。但由于皮托靜壓管和風速儀感應部分基本相近均勻區,按均勻分布,則有:1 8其標準不確定度見表。 3表3風洞均勻性引入的標準不確定度1)25000001)2986406合成標準不確定度 。標準不確定度匯總見表4表4標準不確定度一覽表標準不確定度來源靈敏度系數螺旋槳式測風儀測量重復性引入的標準不確定度)'微差壓計引入的標準不確定度)cp3表4標準不確定度一覽表續)標準不確定度來源靈敏度系數皮托靜壓管校準系數引入的標準不確定度)ξ溫度儀引入的標準不確定度cT氣壓計引入的標準不確定度0濕度儀引入的標準不確定度cH風洞均勻性引入的標準不確定度f其中,靈敏度系數可由公式)求偏導得出,具體如下:''=ν'p=ν=-2×T111×3×0-22p 2

2 2 (3w)22 2 ξ=ν=-2×T1p11×3×02 2 23w)2T=ν=-2×T1p11×3×0-2

2 2 2 (3w)2P=ν=23×T1p11×0 0 2

2 2 2H=ν=-2H=ν=-23w×T1p11×

×03w)22

2 2 23

×0f=ν

w)2本次試驗環境溫度為氣壓為相對濕度為則各靈:本次試驗環境溫度為氣壓為相對濕度為則各靈

f

6,敏度系數計算結果見表。

表5各靈敏度系數1)2500000'11111111)56428721)59442974表5各靈敏度系數續)1)39741501)13505551)1248310f11111111由于各分量之間相互不相關,合成標準不確定度的計算公式如公式)。12222222222222=uuuuuuu2222222222222其計算結果見表

表6合成標準不確定度

)1)25000001)5623955擴展不確定度取,則擴展不確定度U,則擴展不確定度計算結果見表。表7擴展不確定度U)1)2500000U1)53456935附錄E評定依據—

風向測量不確定度評定示例《 。1

測量不確定度評定與表示標準設備和被校對象標準設備標準器及配套設備為皮托靜壓管檢定裝置,

主要技術指標見表。表1標準器及配套設備主要技術指標分類名稱主要技術指標標準器皮托靜壓管k取值范圍不大于5微差壓計最大允許誤差不大于a標準度盤最大允許誤差:°配套設備溫度儀最大允許誤差不大于5℃濕度儀最大允許誤差不大于0H