日照计校准规范

日照计校准规范范畴本规范合用于光电式数字日照计（下列简称“日照计”）的校准。引用文献本规程引用下列文献：JJF1001―通用计量术语及定义GB/T31163―太阳能资源术语GB/T33702―光电式日照传感器ISO9060―太阳能—半球向日射表和直接日射表的规范和分类（Solarenergy—Specificationandclassificationofinstrumentsformeasuringhemisphericalsolaranddirectsolarradiation）WMONo.1227―观察仪器和办法委员会第十七次届会最后节略报告（CommissionforInstrumentsandMethodsofObservationAbridgedFinalReportoftheSeventeenthSession）WMONo.8―气象仪器和观察办法指南（GuidetoMeteorologicalInstrumentandMethodofObservation）但凡注日期的引用文献，仅所注日期的版本合用于本规范；但凡不注日期的引用文献，其最新版本（涉及全部的修改单）合用于本规范。术语和计量单位直接辐照度directnormalirradiance太阳直接辐射在与光线垂直的平面上的辐照度，单位为瓦每平方米（）。日照sunshine不不大于或等于120的直接辐照度。世界气象组织规定直接辐照度120为日照阈值。日照时数sunshineduration实际存在符合日照定义时段的总和，单位为小时（h）。日照时数的基本计量时间段为日，月和年的日照时数以日值进行累计。概述日照计是用于测量日照时数的仪器，典型的构造如图1所示，由光电感应器件、遮光组件、信号输出端和构造部件等构成，它通过采集软件实现日照时数的测量与显示。日照计共有3个光电感应器件，其中一种完全暴露，用于测量总辐射，另外两个由于遮光组件特殊的全分天空方式，不同时暴露于阳光下，用于测量散射辐射，运用总辐射和散射辐射计算出直接辐射，累计统计直接辐射达成或超出阈值120W·m-2的时间，实现日照时数的测量。图1日照计典型构造示意图计量特性阈值日照时数校准条件室外校准环境室外校准环境条件涉及：（1）阈值测试：天空应晴朗；日照时数测试：日累计日照时数应不少于3h。（2）四周空旷，仪器周边应无障碍物，特别是在日出至日落方位角范畴内无障碍物。（3）环境温度介于（5～35）℃，相对湿度不大于或等于80%，风速不大于或等于5m/s。室内校准环境环境温度介于（15～25）℃，相对湿度不大于或等于80%。计量原则计量原则涉及原则器及配套设施，其重要技术指标见表1。表1原则器及配套设施分类名称测量范畴重要技术指标原则器一级直接辐射表(0～1400)开敞角5°，斜角1°，不拟定度≤1%（k=2）配套设备数字多用表(0～10)V分辨力：100mV量程：≤0.1μV；10V量程：≤10μV。最大允许误差：100mV量程：≤±（50×10-6×读数+35×10-6×量程）；10V量程：≤±（30×10-6×读数+5×10-6×量程）。日照计室内测试装置模拟太阳辐照度范畴（50-300）1、光源有效辐照面直径：不不大于150mm；2、光源均匀性：±3％（Φ150mm）；3、光源稳定性：±1％；4、积分球漫反射涂层反射率：≥R97；5、光谱符合国际A级AM1.5太阳光谱匹配。直接辐射测量用全自动太阳跟踪器/跟踪范畴：高度角：-5°~+95°；方位角：0°~±180°。跟踪误差：≤1.5°（太阳直接辐照度不大于120）；≤0.2°（太阳直接辐照度不不大于等于120）；捕获角≥5°；捕获速度≥0.5°/s。校准项目校准项目及对应的校准办法条款见表2表2校准项目表校准项目校准办法对应条款阈值误差校准办法见8.2。日照时数校准办法见8.3。注：可根据实际应用需要，选择要校准的计量特性项目。校准办法8.1外观检查以目测及手动方式对日照计的外观和构造进行检查，铭牌和标记应完整、清晰、醒目，日照计表面应完好，无明显变形和机械损伤。统计被校日照计名称、型号、出厂编号、制造厂家等。8.2阈值误差校准8.2.1室外校准法8.2.1.1校准程序按下列环节进行：将直接辐射表安装在自动太阳跟踪器上，被校日照计安置在室外平台上，两者距离不超出10m。若直接辐射表为模拟输出，则将其与数字多用表连接，采集电压信号并计算直接辐照度值；若直接辐射表为数字输出，则通过串口将其与计算机连接，采集直接辐照度值。设立直接辐射表采样间隔与被校日照计采样间隔一致，且时间间隔不不不大于10s，同时、持续采集直接辐射表与被校日照计输出。测量普通在日出后或日落前的较短时间内进行，直接辐射表每组测量输出介于（120±8）范畴内的数据量不少于5个时测量有效，有效测量组数不少于2组，统计在附录A表中。测量期间严禁人员靠近测量场地，以免遮蔽或反射日光对测量成果造成影响。8.2.1.2数据解决按下列环节进行数据解决：当直接辐射表为模拟输出时，按式（1）计算直接辐照度：（1）式中：——直接辐射表的输出电压，单位为微伏（）；——直接辐射表的敏捷度，单位为微伏平方米每瓦（）。当直接辐射表为数字输出，则直接读取直接辐射表输出的直接辐照度值。计算直接辐射表每组介于（120±8）范畴内的直接辐照度的平均值作为每组测量的阈值参考值，读取对应时间段内被校日照计的直接辐照度并算得平均值。按式（2）计算被校日照计每组阈值误差：…（i=1,2,…）（2）式中：——被校日照计第组阈值测量误差，单位为瓦每平方米（）；——被校日照计第组测量的阈值平均值，单位为瓦每平方米（）；——直接辐射表第组测量的阈值参考值，单位为瓦每平方米（）。8.2.2室内校准法8.2.2.1校准程序按下列环节进行：打开日照计室内测试装置直接辐射和散射辐射光源；将直接辐射表安装在测试装置工作台上，确保直接辐射表窗口对准入射光线，调节光源，使直接辐射表输出辐照度为（120±8），稳定0.5h后，以被校日照计相似的采样间隔，读取直接辐射表输出辐照度10次，并计算直接辐照度算术平均值；取下直接辐射表，定义光线照射方向为室外正东方向，将被校日照计南北向安装在工作台上，调节被校日照计垂直于工作台面，稳定2min后，以不不不大于10s的采样间隔，读取被校日照计阈值10次，计算阈值算术平均值为；工作台水平旋转180°，再次进行测量，采样间隔和测量次数同上，计算阈值算术平均值为；取下被校日照计，按环节（2）安装上直接辐射表，统计直接辐射表输出值，再次计算直接辐照度算术平均值为。8.2.2.2数据解决按下列环节进行数据解决：将直接辐射表前后两次辐照度测量值的算术平均值作为阈值参考值，按式（3）计算：(3)式中：——阈值参考值，单位为瓦每平方米（）；——直接辐射表第一次测量值的算术平均值，单位为瓦每平方米（）；——直接辐射表第二次测量值的算术平均值，单位为瓦每平方米（）按式（4）计算被校日照计各校准点上的日照阈值测量误差：…（i=1,2）(4)式中：——被校日照计第i个校准点时的阈值测量误差，单位为瓦每平方米（）；——被校日照计第i个校准点时测量的阈值平均值，单位为瓦每平方米（）。8.3日照时数校准8.3.1校准程序日照时数校准在室外进行，校准时间最少包含3个白天。校准程序按下列环节进行：将直接辐射表安装在自动太阳跟踪器上，被校日照计安置在室外平台上，两者距离不超出10m。直接辐射表的采样间隔须与被校日照计采样间隔保持一致，若直接辐射表为模拟输出，则将其与数字多用表连接，采集电压信号并计算直接辐照度值；若直接辐射表为数字输出，则通过串口将其与计算机连接，采集直接辐照度值。被校日照计与计算机连接，采样时间与直接辐射表同时，采样间隔不不不大于10s，输出日照时数。测量期间严禁人员靠近测量场地，以免遮蔽或反射日光对测量成果造成影响。8.3.2数据解决按下列环节进行数据解决：当直接辐射表为模拟输出时，按式（5）计算直接辐照度：（5）式中：——直接辐射表的输出电压，单位为微伏（）；——直接辐射表的敏捷度，单位为微伏平方米每瓦（）。当直接辐射表为数字输出，则直接读取直接辐射表输出的直接辐照度值。统计求和每天由直接辐射表测量的不不大于或等于120W·m-2的直接辐照度对应的时段，作为日累计日照时数参考值SDr，读取同日被校日照计测量的日照时数日累计值SD，统计在附录A表中。按式（6）或式（7）计算被校日照计日照时数日累计误差：（6）或（7）式中：——被校日照计第i天测量的日累计日照时数值，单位为小时（h）；——直接辐射表第i天测量的日累计日照时数参考值，单位为小时（h）。校准成果校准成果应在校准证书上反映（校准证书内页格式参考附录B）。校准证书最少应涉及下列信息：a)标题“校准证书”；b)实验室名称和地址；c)进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；d)证书的唯一性标记（如编号），每页及总页数的标记；e)客户的名称和地址；f)被校对象的描述和明确标记；g)进行校准的日期，如果与校准成果的有效性和应用有关时，应阐明被校对象的接受日期；h)如果与校准成果的有效性应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行阐明；i)校准所根据的技术规范的标记，涉及名称及代号；j)本次校准所用测量原则的溯源性及有效性阐明；k)校准环境的描述；l)校准成果及其测量不拟定度的阐明；m)对校准规范的偏离的阐明；n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标记；o)校准成果仅对被校对象有效性的声明；p)未经实验室书面同意，不得部分复制证书的声明。复校时间间隔建议日照计的复校时间间隔为2年。当发现日照时数测量值出现异常时建议提前送校。附录A日照计校准统计（参考格式）送检单位统计编号校准证书编号仪器名称型号/规格仪器编号生产厂商校准类型室外校准□室内校准□校准地点原则器名称型号编号校准/测试日期证书编号证书使用期配套设备环境参数温度：（～）℃，湿度：（～）%RH，风速：m/s一、外观检查外观二、阈值（W·m-2）组数第一组第二组第三组第四组第五组第六组测量仪器原则器被校仪器原则器被校仪器原则器被校仪器原则器被校仪器原则器被校仪器原则器被校仪器测量值平均值误差三、日照时数（h）序号原则器被校日照计误差第1天第2天第3天校准人：复核人：校准日期：附录B校准证书（参考格式）校准证书封面格式式样（校准机构名称）NameforInstituteofCalibration校准证书CalibrationCertificate证书编号：CertificateNo.客户名称Client计量器具名称NameofInstrument型号/规格Model/Type出厂编号SerialNo.制造单位Manufacturer校准依据CalibrationRegulation客户地址ClientAddress同意人Approvedby(校准专用章)核验员StampInspectedby校准员Calibratedby校准日期年月日DateofCalibrationYearMonthDay地址（Add）:邮编（PostCode）:电话（Tel）:传真（Fax）:（内页第2页参考格式）证书编号：CertificateNo.校准阐明DescriptionofCalibration校准机构授权阐明/Authorizationspecificationofthecalibrationagency校准环境条件及地点/AddressandAmbientconditionsforthecalibration温度/Temperature℃湿度/Humidity%RH风速/Windspeedm/s地点/Address校准使用的计量（基）原则Mainreferencesandequipmentusedforthecalibration名称STDNames测量范畴Measuringrange不拟定度/精确度等级/最大允许误差Uncertainty/Accuracygrade/MPE计量（基）原则证书编号CertificateNo.使用期至DateofexpiryYYYY-MM-DD校准使用的原则器Mainstandardsandequipmentusedforthecalibration名称STDNames测量范畴Measuringrange不拟定度/精确度等级/最大允许误差Uncertainty/Accuracygrade/MPE计量（基）原则证书编号CertificateNo.使用期至DateofexpiryYYYY-MM-DD校准时原则器与被校日照计安装位置的描述Descriptionoftheinstallationlocationofthestandardandsunshinedurationrecorderduringcalibration第×页/共×页（内页第3页参考格式）证书编号：CertificateNo.校准成果ResultsofCalibration外观：符合□不符合□阈值单位：序号阈值参考值阈值示值阈值误差阈值误差不拟定度（k=2）日照时数单位：h序号原则器被校日照计误差第1天第2天第3天备注：Note下次校准请带此证书Pleaseprovidethiscertificateforthenextcalibration.声明：本单位仅对完整的证书原件负责。Statement：Theinstituteisresponsibleforthecompleteoriginalcertificateonly.第×页/共×页附录C阈值测量不拟定度评定示例C.1概述C.1.1评定根据JJF1059.1-测量不拟定度评定与表达。C.1.2原则设备和被校对象C.1.2.1原则设备原则器及配套设备分别为一级直接辐射表、数字多用表、直接辐射测量用全自动太阳跟踪器和日照计室内测试装置（见图C.1），重要技术指标见表C.1。表C.1原则器及配套设备重要技术指标分类名称测量范畴重要技术指标原则器一级直接辐射表(0～1400)开敞角5°，斜角1°，不拟定度≤1%（k=2）配套设备数字多用表(0～10)V分辨力：100mV量程：≤0.1μV；10V量程：≤10μV。最大允许误差：100mV量程：≤±（50×10-6×读数+35×10-6×量程）；10V量程：≤±（30×10-6×读数+5×10-6×量程）。日照计室内测试装置模拟太阳辐照度范畴（50-300）1、光源有效辐照面直径：不不大于150mm；2、光源均匀性：±3％（Φ150mm）；3、光源稳定性：±1％；4、积分球漫反射涂层反射率：≥R97；5、光谱符合国际A级AM1.5太阳光谱匹配。直接辐射测量用全自动太阳跟踪器/跟踪范畴：高度角：-5°~+95°；方位角：0°~±180°。跟踪误差：≤1.5°（太阳直接辐照度不大于120）；≤0.2°（太阳直接辐照度不不大于等于120）；捕获角≥5°；捕获速度≥0.5°/s。1.积分球2.太阳模拟器3.散射辐射探测器4.遮光板5.散射光源6.被测日照计7.光陷阱8.旋转平台图C.1日照计室内测试装置构造示意图C.1.2.2被校对象器具名称：光电式数字日照计型号规格：×××出厂编号：×××C.1.3重要测量办法以室外校准为例：将直接辐射表安装在太阳跟踪器上，被校日照计安置在室外平台上，两者距离不超出10m。若直接辐射表为模拟输出，则将其与数字多用表连接，采集电压信号并计算直接辐照度值；若直接辐射表为数字输出，则通过串口将其与计算机连接，直接采集辐照度值。设立直接辐射表采样间隔与被校日照计采样间隔一致，且时间间隔不不不大于10s，同时、持续采集直接辐射表与被校日照计输出。测量普通在日出后或日落前的较短时间内进行，直接辐射表每组测量输出介于（120±8）范畴内的数据量不少于5个时测量有效，统计在附录A表中，有效测量组数不少于2组。测量期间严禁人员靠近测量场地，以免遮蔽或反射日光对测量成果造成影响。C.2分析不拟定度来源和建立数学模型C.2.1不拟定度来源分析C.2.1.1A类不拟定度来源被校日照计阈值测量重复性引入的不拟定度。C.2.1.2B类不拟定度来源被校日照计阈值误差的B类不拟定度来源重要有：原则器直接辐射表引入的不拟定度；日照计温度响应误差引入的不拟定度；直接辐射表跟踪及装调误差引入的不拟定度。C.2.2数学模型在校准过程中，测量成果为阈值误差，计算如式（C.1）。…（i=1,2,…）（C.1）式中：——被校日照计第组阈值测量误差，单位为瓦每平方米（）；——被校日照计第组测量的阈值平均值，单位为瓦每平方米（）；——直接辐射表第组测量的阈值参考值，单位为瓦每平方米（）。C.2.3不拟定度评定办法与环节C.2.3.1A类原则不拟定度阈值误差的测量重复性引入的原则不拟定度为A类原则不拟定度QUOTEuA。5月28日～29日，对被校日照计进行了测试，采样间隔5s，测试时间和有效数据个数见下表C.2。表C.2阈值测试数据日期时间阈值参考值（）被校日照计()阈值误差()每组有效数据个数/5/2819:04~19:05120.0101.6-18.420/5/2919:17~19:18120.1100.1-20.010极差法计算原则偏差1.4159用极差法计算单次阈值误差的原则偏差：(C.2)式中：——极差系数，当测量组数为2时，查表得为1.13。单次测量阈值误差的原则偏差就是该值的A类原则不拟定度：(C.3)C.2.3.2B类原则不拟定度原则器直接辐射表引入的原则不拟定度本次校准使用原则器为一级直接辐射表No.×××，型号为×××，其测量不拟定度为1%（k=2），则原则器引入的原则不拟定度为