岸基海洋环境自动观测系统传感器校准规范

JJF1794—20201岸基海洋环境自动观测系统传感器校准规范1范围本规范适用于岸基海洋环境自动观测系统中风向、风速、气温、湿度、气压、雨量、水温、盐度等参数传感器的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJG761—2016电极式盐度计JJG876—2019船舶气象仪JJG1084—2013数字式气压计JJG(气象)005—2011自动气象站雨量传感器JJF1001—2011通用计量术语及定义JJF1059—2012测量不确定度评定与表示JJF1071—2010国家计量校准规范编写规则JJF1076—2001湿度传感器校准规范GB/T14914—2006海滨观测规范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概述岸基海洋环境自动观测系统传感器是岸基海洋环境自动观测系统的重要组成部分,一般包括风向传感器、风速传感器、气温传感器、湿度传感器、气压传感器、雨量传感器、水温传感器、盐度传感器等。基于计算机和自动化技术,传感器向现场采集设备中的数据采集器输出测量信号,采集器得到测量值,通过有线或无线通信方式接入专网与岸基控制主机进行通信。岸基控制主机通过软件程序读取各测点采集器中的测量数据信息,其工作结构如图1所示。2图1岸基海洋环境自动观测系统工作结构图岸基海洋环境自动观测系统传感器观测要素的测量范围和最大允许误差等计量性能表1计量性能要求测量范围最大允许误差风速≤10.0m/s时：±0.5m/s风速>10.0m/s时：±5%×实测值一级：士5°;二级：士10°一级：士0.2℃;二级：士0.5℃湿度>80%RH时：士8%RH湿度≤80%RH时：±4%RH一级：士0.1hPa;二级：士0.5hPa;雨量传感器降雨量≤10mm时：士0.4mm降雨量>10mm时：±4%三级：士0.5℃一级：士0.02;二级：士0.05;三级：0.2;四级：±0.5JJF1794—202035校准条件5.1环境条件岸基海洋环境自动观测系统传感器校准环境条件要求见表2。表2环境条件要求传感器温度环境要求湿度环境要求风速传感器(15~30)℃≤85%RH风向传感器(15~30)℃≤85%RH气温传感器(15~30)℃≤85%RH湿度传感器(23±5)℃<85%RH气压传感器(20±2)℃≤85%RH水温传感器(15~30)℃≤85%RH盐度传感器(20±2)℃≤70%RH5.2测量标准及其他设备5.2.1风向、风速传感器校准所用的计量标准器及主要配套设备(见表3)表3风向、风速传感器校准用标准器及主要配套设备名称技术性能备注L型皮托管校准系数:0.998~1.004也可以使用准确度等级不低于上述要求的其他标准器微差压计或差压传感器测量范围:(0~2500)Pa;准确度等级:0.02标准方位盘测量范围:(0~360)°;分辨力:1°;最大允许误差:±0.5°风洞测量范围:(0.5~60)m/s;流速均匀性:≤1.0%;流速稳定性:≤1.0%;阻塞比:≤5%建立工作段内风速大气压计准确度等级优于0.03级测量工作段内气压温度计最大允许误差:±0.3℃测量工作段内温度湿度计最大允许误差:±4%RH测量工作段内湿度5.2.2气温传感器校准所用的计量标准器及主要配套设备(见表4)4表4气温传感器校准用标准器及主要配套设备名称技术性能备注铂电阻测温仪测量范围:(-30~+50)℃;分辨力:0.01℃;最大允许误差:±0.05℃也可以使用准确度等级不准器恒温水(酒精)槽温度控制范围:(-30~+50)℃;温场均匀性:±0.02℃;温场稳定性:±0.04℃/10min用于温度控制5.2.3湿度传感器校准所用的计量标准器及主要配套设备(见表5)表5湿度传感器校准用标准器及主要配套设备名称技术性能备注精密露点仪露点测量范围:(-20~+40)℃;露点测量扩展不确定度:U=0.2℃,k=3也可以使用准确度等级不准器湿度检定装置湿度控制范围:(10~90)%RH(20℃时);稳定性:1%RH用于湿度控制5.2.4气压传感器校准所用的计量标准器及主要配套设备(见表6)表6气压传感器校准用标准器及主要配套设备名称技术性能备注数字式气压计测量范围:(600~1100)hPa;准确度等级:0.01(一级)、0.02(二级及以下)也可以使用准确度等级不准器气体压力控制装置压力控制范围:(800~1100)hPa;密封性:由漏气造成的压力差不得超过气压计最大允许误差的1/10用于压力控制55.2.5雨量传感器校准所用的计量标准器及主要配套设备(见表7)表7雨量传感器校准用标准器及主要配套设备名称技术性能备注液体体积测量标准设备测量范围:50mL为一满量程,可连续加液至1000mL;最大允许误差:0.1%(50mL)也可以使用准确度等级不准器雨量传感器自动检测系统流量控制范围:(50~1000)mL;流速控制范围:(0.05~150)mL/min用于流量、流速控制5.2.6水温传感器校准所用的计量标准器及主要配套设备(见表8)表8水温传感器校准用标准器及主要配套设备名称技术性能备注铂电阻测温仪测量范围:(-30~+50)℃;分辨力:0.001℃;最大允许误差:±0.01℃(一级),±0.05℃(二级及以下)也可以使用准确度等级不准器恒温水(酒精)槽温度控制范围:(-30~+50)℃;温场均匀性:±0.01℃(一级),±0.02℃(二级及以下);温场稳定性:±0.02℃/10min(一级),±0.04℃/10min(二级及以下)用于温度控制5.2.7盐度传感器校准所用的计量标准器及主要配套设备(见表9)表9盐度传感器校准用标准器及主要配套设备名称技术性能备注系列标准海水U=0.003,k=2标准物质实验室盐度计测量范围:2~42;最大允许误差:±0.005(一级);最大允许误差:±0.01(二级及以下)标定参考溶液JJF1794—202066校准项目和校准方法6.1校准项目表10校准项目一览表序号校准项目外观检查测量值校准1风向++2风速++3气温++4湿度++5气压++6雨量++7水温++8盐度++注:“+”表示需检定。6.2外观和功能检查用目测和通电检查的方法检查岸基海洋环境自动观测系统传感器的外观和传感器功能,确认传感器工作状态正常。传感器的外形结构应完好,说明文字、标志、图形、数字和物理量代号等应清晰、完整。传感器表面不应有凹痕、外伤、裂缝和变形等现象,金属件不应有腐蚀及其他机械损伤。通电后能够正常启动并保持工作状态。6.3风向校准方法6.3.1风向测量值校准300°、330°和355°。稳定后的风向校准点不得偏离该校准点±2°。对螺旋桨式和三杯式风传感器进行校准时,将标准方位盘放置于风洞工作段下方平坦的工作台面上,使被校准传感器处在风场环境内。被校准传感器尾翼支撑座的中心与标准方位盘同心且指北标线与标准方位盘0°刻度线重合。保持尾翼支撑与标准方位盘的相对位置不变,调节风洞工作段风速为5m/s,转动标准方位盘使被校准仪器风向值为0°。以此为起始位,至每个风向校准点,读取被校准仪器风向测量值。对超声式风传感器进行校准时,将标准方位盘安装在风洞工作段下壁。安装被校准仪器时,使指北标线与标准方位盘0°刻度线重合。标准方位盘应能带动超声式风传感器整体转动。调节风洞工作段风速为5m/s,转动标准方位盘使被校准仪器风向值为0°。以此为起始位,至每个风向校准点,读取被校准仪器风向测量值。全部校准点完成1次操作后,反向转动标准方位盘进行重复测量,共完成正反各1次风向测量误差校准。测量完成后,取绝对值较大的误差值作为该校准点风向测量误差。JJF1794—202076.3.2风向测量值计算各校准点风向测量误差按公式(1)计算:式中:ΔDi=Di-Dsi(i=1,2,…,n)(1)ΔDi—被校准仪器第i个风向校准点的测量误差,°;Di—被校准仪器在第i个风向校准点的测量值,°;Dsi—在第i个校准点标准风向值,°。如在0°校准点出现校准顺序以0°为起点的反向测量值,或在355°校准点出现校准顺序以0°为起点的正向测量值时:ΔDi=360-Di(2)6.4风速校准方法6.4.1风速测量值校准测量上限为60m/s的风速传感器,校准点为5m/s、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s、50m/s和60m/s。测量范围上限为其他值的,均匀设置包括上下限测量点在内的7个点。上限测量点可根据实际工作需要选择确定。设定的风洞工作段标准风速与对应校准点的差值应在:±1m/s的范围内,在上限测量点风洞工作段标准风速与对应校准点的差值应在(-2~0)m/s的范围内。将L型皮托管安装在风洞工作段,测头轴线与风洞工作段轴线平行,总压孔位于工作段有效区域内,并对准气流来向。总压输出口连接微差压计的总压输入口,静压输域内。风速测量误差的校准按照从低风速到高风速的顺序进行。调整微差压计至正常工作状态,并读取微差压计零位,读到0.1Pa。调节风洞工作段风速达到设定的风速点,并稳定1min后开始读数。先读取标准器读数,后读被校准仪器风速测量值。1min内均匀读数3次。第一次读数时,同时读取工作段内温度、相对湿度和气压值。计算微差压计3次读数的算术平均值,然后减去零位,得到实际风压,计算标准风速值(计算方法参照JJG431—2014《轻便三杯风向风速表》)。6.4.2风速测量值计算各校准点风速测量误差按公式(3)计算:式中:Δvi=vi-vsi(i=1,2,…,n)(3)Δvi—被校准仪器第i个风速校准点的测量误差,m/s;vi—被校准仪器在第i个风速校准点测量值的平均值,m/s;vsi—在第i个风速校准点的标准风速值,m/s。6.5气温校准方法6.5.1气温测量值校准在气温传感器的测量范围内,根据实际使用情况选择包括0℃在内的连续整10℃点作为校准点,校准点不应少于6个。校准一般从低温向高温顺序逐点进行。JJF1794—20208根据所校准的温度点,将铂电阻测温仪、被校准温度传感器(注意避免传感器直接接触液体)放入恒温槽工作区域内。当标准器和被校准传感器同时感温稳定后,每隔1min读取一次标准器读数和被校准传感器的测量值,连续读取2次。取2次读数的算术平均值分别作为该校准点的标准温度值和被校准气温传感器测量值。接着进行下一个温度点的校准,至所有校准点校准完毕。6.5.2气温测量值计算各校准点气温测量误差按公式(4)计算:Δti=tΔti=ti-tsi(i=1,2,…,n)(4)Δti—被校准仪器第i个温度校准点的测量误差,℃;ti—被校准仪器在第i个温度校准点的测量值,℃;tsi—在第i个温度校准点的标准温度值,℃。6.6湿度校准方法6.6.1湿度测量值校准在湿度传感器的测量范围内,根据实际使用情况选择连续10%RH点作为校准点,校准点应不少于5个。校准一般从低湿点到高湿点顺序逐点进行。设定湿度校准装置的温度值为23℃。当温度平衡后,再设定湿度校准装置的湿度值。每个校准点的温湿度达到设定值并稳定后,每隔30s读取精密露点仪的读数和被校准湿度传感器的测量值,重复3次,取3次读数的算术平均值分别作为该校准点的标准湿度值和被校准湿度传感器测量值。然后做下一个校准点,至所有的校准点测试完毕。6.6.2湿度测量值计算各校准点湿度测量误差按公式(5)计算:式中:Δhi—被校准仪器第i个湿度校准点的测量误差,%RH;h式中:Δhi—被校准仪器第i个湿度校准点的测量误差,%RH;hi—被校准仪器在第i个湿度校准点的测量值,%RH;hsi—在第i个湿度校准点的标准湿度值,%RH。6.7气压校准方法6.7.1气压测量值校准在气压传感器的测量范围内,根据实际使用情况均匀地选取至少6个整10hPa校准点。按校准点的顺序逐点升压(或降压)进行校准,然后再逐点降压(或升压)进行校准。在校准过程中,应平稳地升压或降压。稳定后的压力值不得偏离该校准点±5hPa。在各校准点上,压力稳定后分别读取并记录标准器读数和被校准气压传感器测量值。接着进行下一个点的校准,至所有校准点校准完毕。6.7.2气压测量值计算a)正行程气压测量值计算计算方法如公式(6):JJF1794—20209式中:ΔpDi—被校准仪器正行程第i个气压校准点的测量误差,hPa;pDi—式中:ΔpDi—被校准仪器正行程第i个气压校准点的测量误差,hPa;pDi—被校准仪器正行程在第i个气压校准点的测量值,hPa;pDsi—正行程在第i个校准点的标准气压值,hPa。b)反行程气压测量值计算计算方法如公式(7):式中:ΔpRi=pRi-pRsi(i=1,2,…,n)(7)ΔpRi—被校准仪器反行程第i个气压校准点的测量误差,hPa;pRi—被校准仪器反行程在第i个气压校准点的测量值,hPa;pRsi—反行程在第i个校准点标准气压值,hPa。6.8雨量校准方法6.8.1雨量测量值校准降雨量选择10mm,降水强度选择1mm/min、4mm/min。或根据需要进行30mm降雨量的校准。将被校准雨量传感器安装在检测台上,导水管置入雨量传感器的承水口,加液器主机按程序运行,数据采集器记录翻斗的翻动次数,程序结束后察看数据采集器读数。加液器按设定雨强和雨量自动校准。每种雨强和雨量分别校准3次,取3次校准的算术平均值作为该校准点雨量传感器测量值。6.8.2雨量测量值的计算各校准点雨量测量误差按公式(8)计算:式中:ΔRi=Ri-Rsi(i=1,4)(8)ΔRi—该雨强下雨量的测量误差,mm;Ri—该雨强下被校准仪器3次测量值的平均值,mm;Rsi—该雨强下的标准雨量值,mm。6.9水温校准方法6.9.1水温测量值校准在水温传感器的测量范围内,根据实际使用情况选择包括0℃在内的连续整10℃点作为校准点,校准点不应少于5个。校准一般从低温向高温顺序逐点进行。根据所校准的温度点,将铂电阻测温仪、被校准水温传感器放入恒温槽工作区域内。当标准器和被校准水温传感器同时感温稳定后,每隔1min读取一次标准器读数和被校准水温传感器的测量值,连续读取2次。取2次读数的算术平均值分别作为该校准点的标准水温值和被校准水温传感器测量值。接着进行下一个温度点的校准,至所有校准点校准完毕。6.9.2水温测量值计算各校准点水温测量误差按公式(9)计算:JJF1794—202010式中:ΔTi—被校准仪器第i个校准点温度测量误差,℃;Ti—式中:ΔTi—被校准仪器第i个校准点温度测量误差,℃;Ti—被校准仪器在第i个校准点温度的测量值,℃;Tsi—在第i个校准点标准温度值,℃。6.10盐度校准方法6.10.1盐度测量值校准将天然洁净海水通过蒸发或加入蒸馏水配置为盐度值分别为35±1、30±1、20±1和5±1的标定参考溶液。盐度传感器放入恒温海水槽前,要用海水冲洗电导池3~5次。将配制的标定参考溶液按盐度值分别加入恒温海水槽,搅拌均匀后将被校准盐度传感器放入恒温海水槽(在放入恒温海水槽之前,需用相同盐度的海水冲洗导流孔3遍)。恒温海水槽内温度稳定后,在3min内读取至少10组被校准传感器盐度测量值,同时用带有编号的取样瓶从取样管里抽取海水标准溶液样品2瓶,先冲洗取样瓶3次,然后灌至瓶子颈部位置,最后盖好瓶塞并登记取样记录表。使用中国系列标准海水对高精度盐度计进行定标。使用定标后的高精度盐度计测量采集的标定参考溶液样品,每瓶样品测量3次,取其算数平均值为该瓶样品的标准盐度值。6.10.2盐度测量值计算各校准点盐度测量误差按公式(10)计算:式中:ΔSi=Si-Ssi(i=1,2,…,n)(10)ΔSi—被校准仪器第i个校准点盐度测量误差;Si—被校准仪器在第i个校准点盐度测量值的平均值;Ssi—在第i个校准点标准盐度值。取其绝对值最大的ΔSi为盐度传感器的盐度测量误差。7校准结果的表达经校准的岸基海洋环境自动观测系统传感器发给校准证书,其内页格式见附录B中的表B.1。8复校时间间隔岸基海洋环境自动观测系统传感器复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。建议复校时间间隔一般不超过1年。新购置或更换或经过调试维修后的传感器应及时进行校准。JJF1794—202011附录A校准记录表参考格式表A.1风速风向传感器校准记录表送检单位生产厂家传感器名称出厂编号传感器型号校准依据校准使用的计量(基)标准装置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/最大允许误差检定/校准证书编号有效期至校准时间、地点及其环境条件时间:地点:温度:相对湿度:气压:空气密度:风速校准结果标准器读数(□Pa□m/s)标准风速m/s仪器测量值/(m/s)测量误差m/s123平均123平均0零位0零位风向校准结果正向(°)0306090120150180210240270300330355测量值(°)测量误差(°)反向(°)0306090120150180210240270300330355测量值(°)测量误差(°)风速不确定度:风向不确定度:证书编号检定员:核验员:12表A.2温度传感器校准记录表送检单位生产厂家传感器名称出厂编号传感器型号校准依据校准使用的计量(基)标准装置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/最大允许误差检定/校准证书编号有效期至校准时间、地点及其环境条件时间:地点:温度:相对湿度:校准结果校准点℃℃℃标准读数值℃仪器读数值℃标准读数值℃仪器读数值℃标准读数值℃仪器读数值℃12平均值测量误差校准点℃℃℃标准读数值℃仪器读数值℃标准读数值℃仪器读数值℃标准读数值℃仪器读数值℃12平均值测量误差不确定度:证书编号:检定员:核验员:JJF1794—202013表A.3湿度传感器校准记录表送检单位生产厂家传感器名称出厂编号传感器型号校准依据校准使用的计量(基)标准装置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/最大允许误差检定/校准证书编号有效期至校准时间、地点及其环境条件时间:地点:温度:相对湿度:校准结果校准点%RH%RH%RH标准读数值%RH仪器读数值%RH标准读数值%RH仪器读数值%RH标准读数值%RH仪器读数值%RH123平均值测量误差校准点%RH%RH%RH标准读数值%RH仪器读数值%RH标准读数值%RH仪器读数值%RH标准读数值%RH仪器读数值%RH123平均值测量误差不确定度:证书编号:检定员:核验员:14表A.4气压传感器校准记录表送检单位生产厂家传感器名称出厂编号传感器型号校准依据校准项目序号校准项目不确定度校准使用的计量(基)标准装置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/最大允许误差检定/校准证书编号有效期至校准时间、地点及其环境条件时间:地点:温度:相对湿度:校准结果升压降压标准压力值hPa仪器压力测量值hPa测量误差hPa标准压力值hPa仪器压力测量值hPa测量误差hPa备注证书编号检定员:核验员:JJF1794—202015表A.5雨量传感器校准记录表送检单位生产厂家传感器名称出厂编号传感器型号校准依据校准使用的计量(基)标准装置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/最大允许误差检定/校准证书编号有效期至校准时间、地点及其环境条件时间:地点:温度:相对湿度:校准结果降雨量雨强mm/min标准值测量值测量误差10110平均值410平均值30130平均值430平均值不确定度:证书编号:检定员:核验员:16表A.6盐度传感器校准记录表送检单位生产厂家传感器名称出厂编号传感器型号校准依据校准使用的计量(基)标准装置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/最大允许误差检定/校准证书编号有效期至校准时间、地点及其环境条件时间:地点:温度:相对湿度:校准结果标定海水盐度值仪器盐度值测量误差不确定度:证书编号:检定员:核验员:17附录B校准证书内页信息参考格式表B.1校准证书内页信息参考格式(第2页)校准项目:××××本次校准所使用的计量(基)标准装置名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差计量标准证书编号有效期至本次校准所使用的主要计量标准器具名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差检定/校准证书编号有效期至校准地点及其环境条件地点:环境温度: