JJF 2011-2022 螺旋桨式测风仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范2螺旋桨式测风仪校准规范s7发布 7实施国家市场监督管理总局 发布2螺旋桨式测风仪校准规范rs

2归 口 单 位:全国气象专用计量器具计量技术委员会主要起草单位:中国气象局气象探测中心江苏省无线电科学研究所有限公司参加起草单位:浙江省大气探测技术保障中心江苏省气象探测中心本规范委托全国气象专用计量器具计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:李松奎中国气象局气象探测中心)刘昕中国气象局气象探测中心)边泽强中国气象局气象探测中心)周琦江苏省无线电科学研究所有限公司)参加起草人:肖 汉中国气象局气象探测中心)罗 昶浙江省大气探测技术保障中心)张 正江苏省气象探测中心)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3术语和计量单位………………………1术语…………………2计量单位……………4概述……………………5计量特性………………1风速起动风速………………………2风速示值误差………………………3风向起动风速………………………4风向示值误差………………………6校准条件………………1环境条件……………2计量标准测量设备及其他设备……………………7校准项目和校准方法…………………1校准项目……………2校准方法……………8校准结果的表达………………………9复校时间间隔…………

1)1)1)1)1)1)2)2)2)2)2)2)2)3)3)3)3)5)5)附录A 标准风速值计算方法…………

6)附录B 螺旋桨式测风仪校准记录参考格式)……

7)附录C 校准证书参考格式)………

8)附录D 风速测量不确定度评定示附录E 风向测量不确定度评定示例

……………………

))Ⅰ引言1国家计量校准规范编写规则F1通用计量术语及定义1测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范编写工作的基础性系列规范。本规范为首次发布。Ⅱ螺旋桨式测风仪校准规范范围本规范适用于螺旋桨式测风仪的校准。引用文件本规范引用下列文件:4轻便三杯风向风速表9海洋螺旋桨式风向风速计2气象仪器术语6气象低速风洞技术条件中国气象局.地面气象自动观测规范:第一版.北京:气象出版社0凡是注日期的引用文件,仅所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。术语和计量单位术语风速起动风速gd螺旋桨由静止开始变为能够连续转动,螺旋桨式测风仪能显示速度变化的最低风速。风向起动风速ge螺旋桨式测风仪机身由某一偏角释放返回到与风洞轴线相同时的最低风速。螺旋桨式测风仪 r利用一种始终迎风转动的螺旋桨旋转的快慢来测量风速的仪器。计量单位 t风速计量单位为米每秒风向计量单位为度。概述螺旋桨式测风仪以下简称测风仪”)是集风向风速测量功能于一体的测风仪,测风仪由风向组件、风速组件、安装杆、指北套件等部件组成其外观示意如图1所示,组成结构如图2所示。1 图1螺旋桨式测风仪外观示意图 图2螺旋桨式测风仪结构图风速组件由螺旋桨、风速轴承、风速发电线圈等组成。在风力作用下,螺旋桨转动,带动轴上的磁极旋转在线圈中感应出正弦信号其频率随风速的增大而线性增加。风速与正弦频率信号的关系见公式。 ()式中:

νf 1风速,;换算系数,/·f正弦频率,。风向组件由尾翼、风向轴承、风向电位器等组成。当尾翼随风向转动时,转轴带动电位器的调节指轮转动,电位器的调节比例与风向对应,即0 0 对应于。计量特性风速起动风速 /。风速起动风速不超过2ms风速示值误差

( / 。风速示值最大允许误差为±5m

其中ν为标准风速风向起动风速测风仪机身与风洞轴向夹角为或时,

风向起动风速不超过5。°风向示值误°风向示值最大允许误差为注:以上指标不作为合格性判据,仅供参考。校准条件环境条件温度℃。相对湿度:不大于5。2大气压力。计量标准测量设备及其他设备 。测量设备及其他设备主要技术指标见表1表1标准器及配套设备分类名称主要技术指标标准器皮托静压管k取值范围不大于5微差压计最大允许误差:a标准度盘最大允许误差:°热线风速计最大允许误差:1s配套设备温度仪最大允许误差:5℃湿度仪最大允许误差:0H气压计最大允许误差:a风洞稳定性均匀性校准项目和校准方法校准项目 。校准项目及对应的校准方法条款编号见表2表2校准项目表校准项目校准方法对应条款编号风速起动风速2风速示值误差3风向起动风速4风向示值误差5注:可根据实际应用需要,选择要校准的项目。校准方法校准前准备外观检查用目测的方法,对测风仪的外观和结构进行检查并记录。标准器的安装将热线风速计牢固安装在风洞试验段流场均匀区内,来向,热线风速计的探头与风洞轴线垂直。

热线风速计的感风面朝向风的将皮托静压管牢固安装在风洞试验段流场均匀区内,皮托静压管的总压孔应朝向风的来向,皮托静压管探头与风洞轴线平行。皮托静压管的总压接头、静压接头分别与微差压计的测试端、参考端通过管路相连。3测风仪的安装将测风仪垂直固定在风洞底座的水平旋转平台上

,调节高度使测风仪感应部分位于风洞试验段截面积中心位置测风仪位于皮托静压管测量探头后端相对气流来向测风仪与皮托静压管探头的距离应不小于0。风速起动风速校准调节测风仪机身,使螺旋桨正对风的来向,且处于静止状态。启动风洞,从零逐渐增大风速,记录螺旋桨开始并持续转动时的标准风速值由热线风速计读取重复上述步骤3次,取标准风速值的平均值作为风速的起动风速。风速示值误差风速校准点2500000。也可根据客户要求选择校准点。调节测风仪机身,使螺旋桨正对风的来向,且处于任意静止状态。启动风洞,在每个风速校准点,风速稳定后1n内等间隔记录微差压计示值和工作段内温度、湿度、气压值及测风仪的风速示值各3次分别计算微差压计示值和工作段内温度、湿度、气压算术平均值,使用各参数算数平均值按附录A的方法计算标准风速值。计算风速示值的算术平均值,该算术平均值作为该风速校准点的被校风速值,按公式)计算该风速校准点的示值误差。式中:

ν'ν )风速示值误差,;被校风速值,标准风速,。风向起动风速校准将测风仪安装到风洞试验段内方向盘上,

定北针对准

使机身与风洞轴向依次成夹角,在每个位置启动风洞,从零逐渐增加风速,使尾翼起动,机身向°方向转动,记录机身与风洞轴线平行时的标准风速值由热线风速计读取重复上述步骤三次,取标准风速值的平均值作为风向的起动风速。风向示值误差风向校准点。也可根据客户要求选择校准点。将测风仪安装到风洞内标准度盘上,定北针对准。在0s风速下,按照风向校准点依次转动机身读取标准风向值同时记录测风仪的风向示值并作为被校风向值。各风向校准点风向示值误差计算见公式。 ()式中:

D'-D 3D风向示值误差被校风向值4D标准风向值。校准结果的表达校准结果应在校准证书上反映校准证书内页格式参考附录校准证书至少应包括以下信息:标题校准证书;实验室名称和地址;进行校准的地点如果与实验室的地址不同证书的唯一性标识如编号每页及总页数的标识;客户的名称和地址;被校对象的描述和明确标识;进行校准的日期,如果与校准结果的有效性或应用有关时,应说明被校对象的接收日期;如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;校准环境的描述;校准结果及其测量不确定度的说明;对校准规范的偏离的说明;校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;校准结果仅对被校对象有效性的声明;未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。复校时间间隔建议螺旋桨式测风仪的复校时间间隔为1年。但当发现风速、风向测量值出现异常时建议提前送校。5附录A标准风速值计算方法用风洞试验段内的空气温度按公式)计算出饱和水汽压。Twk )T式中:

wT温度下的饱和水汽压;T试验段内空气温度;;ABCD均为常数,其值如下:A52B=21C7D=3K用风洞试验段内的空气温度、相对湿度和气压值按公式)计算出空气密度。ρ3×0w) )式中:T试验段内空气温度;0试验段内气压;H试验段内空气相对湿度,用小数表示;wT温度下的饱和水汽压。 ( ) 。ppρνk

3

计算出标准风速值

)式中:标准风速,;空气密度3;p微压计示值;皮托静压管系数。6附录B

螺旋桨式测风仪校准记录参考格式)送检单位记录编号仪器名称型号/规格仪器编号生产厂商校准依据校准地点客户地址标准器环境参数气压:(~,温度:(~℃,湿度:(~)一、外观检查外观二、起动风速风速起动风速s风向起动风速°s°s三、风速示值误差风速示值误差标准值s被校值s示值误差s不确定度)四、风向示值误差风向示值误差标准值)被校值)示值误差)不确定度)校准人: 核验人: 校准日期:7附录C1校准证书封面格式式样

校准证书参考格式)( ( ny校 准 证 书计量器具名称t

证书e 号.型号规格e制造厂e器具编号t送检单位t校准依据n 批准人y 校准专用章) 核验人p y 校准人y 校准日期n 年 月 日地址: 邮编: 电话: 传真:82PAGE2内页第2页参考格式校准机构授权说明校准环境条件及地点温度℃气压a湿度RH其他校准使用的计量基)标准名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差计量基)标准证书编号有效期至校准使用的标准器名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差计量基)标准证书编号有效期至校准时标准器与被校螺旋桨式测风仪安装位置的描述923内页第3页参考格式校准结果风速起动风速风向起动风速°风速起动风速风向起动风速°°三、风速示值误差标准风速被校示值示值误差扩展不确定度)四、风向示值误差标准风向被校示值示值误差扩展不确定度)以下空白)0附录D风速测量不确定度评定示例评定依据

— 《 。本规范的测量不确定度评定依据是1标准设备和被校对象

2

测量不确定度评定与表示标准设备标准器及配套设备为皮托静压管检定装置,

主要技术指标见表。表1标准器及配套设备主要技术指标分类名称主要技术指标标准器皮托静压管k取值范围不大于5微差压计最大允许误差不大于a标准度盘最大允许误差:°配套设备温度仪最大允许误差不大于5℃湿度仪最大允许误差不大于0H气压计最大允许误差不大于a风洞稳定性均匀性被校对象器具名称:螺旋桨式测风仪。风速测量范围)。最大允许误差:±5。主要测量方法由风洞产生稳定均匀的空气流场

,标准器和螺旋桨式测风仪置于其流场中

。用标准皮托静压管感应风洞中流动空气的差压总压和静压之差并由微差压计测出压力值,通过该压力值及流场的空气密度,用伯努利方程得出风洞的流场风速,该风速作为流场的标准风速。螺旋桨式测风仪风速示值减去标准风速即为风速示值误差。将校准点选择为2500000,并逐点分析不确定度。建立测量模型和分析不确定度来源测量模型,

, ( 。在校准过程中

测量结果为示值误差 计算如公

1 ( )式中:

ν'ν

1风速示值误差,;1被校风速值,标准风速值,

( ,3×0w)2ξ

1

同时考虑到风洞均匀性对测量结果的ν'- +f )公式)即为被校表风速测量结果不确定度评定的测量模型。式中:p微差压计示值;皮托静压管校准系数;T试验段内温度;0试验段内气压;H—试验段内空气相对湿度,用 H表示;wT温度下的饱和水汽压,;f风洞均匀性对测量结果的影响,。不确定度来源分析螺旋桨式测风仪测量重复性引入的标准不确定度;微差压计引入的标准不确定度;皮托静压管校准系数引入的标准不确定度;温度仪引入的标准不确定度;气压计引入的标准不确定度;湿度仪引入的标准不确定度;风洞均匀性引入的标准不确定度。不确定度分量评定 ()螺旋桨式测风仪测量重复性引入的标准不确定度u'根据不同的风速点进行的3次重复风速测量值,用极差法求出实验标准差i)=Ci3时C螺旋桨式测风仪测量值为3次测量结果的平均值,因此计算C示值误差重复测量引入的标准不确定度见表。表2螺旋桨式测风仪测量重复性引入的标准不确定度)项目)2500000极差1111112标准不确定度)4444448微差压计引入的标准不确定度)微差压计的最大允许误差为5,取均匀分布,则微差压计引入的标准不确2定度:

/3≈a皮托静压管校准系数引入的标准不确定度)试验使用的标准皮托静压管的校准系数为,相对扩展不确定度为1。故由标准皮托静压管校准系数引入的标准不确定度分量为:)

ξ3≈5= 2 2温度仪引入的标准不确定度T)温度仪的最大允许误差为5℃,按均匀分布,则温度仪引入的标准不确定度:35℃≈9℃3气压计引入的标准不确定度气压计的最大允许误差为,按均匀分布,则气压计引入的标准不确定度:3a≈a3湿度仪引入的标准不确定度湿度仪的最大允许误差为8,按均匀分布,则湿度仪引入的标准不确定度:38H1H3风洞均匀性引入的不确定度风洞的不均匀性最大为0,因螺旋桨式测风仪安装在风洞中,会对风场的均匀性产生影响。但由于皮托静压管和风速仪感应部分基本相近均匀区,按均匀分布,则有:1 8其标准不确定度见表。 3表3风洞均匀性引入的标准不确定度1)25000001)2986406合成标准不确定度 。标准不确定度汇总见表4表4标准不确定度一览表标准不确定度来源灵敏度系数螺旋桨式测风仪测量重复性引入的标准不确定度)'微差压计引入的标准不确定度)cp3表4标准不确定度一览表续)标准不确定度来源灵敏度系数皮托静压管校准系数引入的标准不确定度)ξ温度仪引入的标准不确定度cT气压计引入的标准不确定度0湿度仪引入的标准不确定度cH风洞均匀性引入的标准不确定度f其中,灵敏度系数可由公式)求偏导得出,具体如下:''=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本次试验环境温度为气压为相对湿度为则各灵:本次试验环境温度为气压为相对湿度为则各灵

f

6,敏度系数计算结果见表。

表5各灵敏度系数1)2500000'11111111)56428721)59442974表5各灵敏度系数续)1)39741501)13505551)1248310f11111111由于各分量之间相互不相关,合成标准不确定度的计算公式如公式)。12222222222222=uuuuuuu2222222222222其计算结果见表

表6合成标准不确定度

)1)25000001)5623955扩展不确定度取,则扩展不确定度U,则扩展不确定度计算结果见表。表7扩展不确定度U)1)2500000U1)53456935附录E评定依据—

风向测量不确定度评定示例《 。1

测量不确定度评定与表示标准设备和被校对象标准设备标准器及配套设备为皮托静压管检定装置,

主要技术指标见表。表1标准器及配套设备主要技术指标分类名称主要技术指标标准器皮托静压管k取值范围不大于5微差压计最大允许误差不大于a标准度盘最大允许误差:°配套设备温度仪最大允许误差不大于5℃湿度仪最大允许误差不大于0H