大气数据测试仪校准规范

JJF1987—20221大气数据测试仪校准规范1范围本规范适用于大气数据测试仪的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJG875—2019数字压力计JJG1107—2015自动标准压力发生器HB6127—1986飞行大气参数凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡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大气数据测试仪airdatatestsystem;ADTS通过测量压力,并利用函数关系进行压力和飞行参数的相互转换,可以完成对飞行参数仪表校准的仪器。3.1.2静压staticpressure;Ps飞行器周围大气的压力,它是空气作用在相对静止物体表面上的单位面积的力。3.1.3动压differentialpressure;Qc静压。3.1.4全压totalpressure;Pt动压和静压之和,是空气作用到相对运动物体表面上的单位面积上的总压力,又称为皮托压力或总压。3.1.5指示空速indicatedairspeed;IAS根据飞行器测得的动压,按照海平面标准大气条件(大气压101.325kPa,温度15℃)飞行速度与动压关系表示的速度。3.1.6马赫数machnumber;Ma速度。3.2计量单位静压、动压和全压的法定计量单位为帕(Pa)或千帕(kPa),静压和全压为绝对压力,动压为表压力。2大气数据测试仪的原理是被测压力作用于内置压力显示器上可直接显示被测压力，同时利用飞行参与各种飞行参数(如高度、指示空速、真空速、马赫数、爬升率、空速变化率等)的转换，带自动压力控制系统的还可进行压力自动控制，进而标准飞行参数的输出。原理框图如图1所示。图1大气数据测试仪原理框图大气数据测试仪主要用于飞行参数仪表，如高度表5.1.1静压静压设置满量程压力值时，泄漏率一般不大于0.1kPa/min;设置10kPa时，泄漏率一般不大于0.2kPa/min。全压设置满量程压力值时，泄漏率一般不大于0.1kPa/min;设置10kPa时，泄漏率一般不大于0.2kPa/min。动压设置满量程压力值时，泄漏率一般不大于0.1kPa/min。静压、全压(或动压)的示值误差一般不超过表1规定的最大允许误差值。JJF1987—20223表1压力示值最大允许误差准确度等级0.01级0.02级0.05级示值最大允许误差(以测量范围上限的百分数表示)±0.01±0.02±0.055.3飞行参数5.3.1高度高度的示值误差一般不超过表2规定的最大允许误差值。表2高度示值最大允许误差对应静压值kPa高度m高度最大允许误差/m0.01级0.02级0.05级135-2487.5±0.9±1.7±4.3115-1080.7±0.9±1.7±4.3105-301.5±0.9±1.8±4.6100110.9±1.0±1.9±4.890988.5±1.1±2.1±5.3801949.0±1.2±2.3±5.8703012.2±1.3±2.5±6.5604206.4±1.5±2.9±7.3505574.4±1.7±3.4±8.5407185.4±2.0±4.0±10.1309164.0±2.6±5.1±12.82011784.0±3.7±7.3±18.21016179.7±7.3±14.6±36.5520575.4±14.5±29.0±73.55.3.2指示空速指示空速的示值误差一般不超过表3规定的最大允许误差值。表3指示空速最大允许误差指示空速km/h最大允许误差/(km/h)0.01级0.02级0.05级100±2.6±5.2±12.5200±1.3±2.6±6.5500±0.5±1.0±2.54表3(续)指示空速km/h最大允许误差/(km/h)0.01级0.02级0.05级800±0.3±0.6±1.41000±0.2±0.4±1.01200±0.2±0.3±0.81500±0.2±0.3±0.61800±0.1±0.2±0.55.3.3马赫数马赫数的示值误差一般不超过表4规定的最大允许误差值。表4马赫数最大允许误差马赫数测试点高度/m马赫数最大允许误差0.01级0.02级0.05级1.00±0.001±0.001±0.0025000±0.001±0.001±0.00310000±0.001±0.002±0.00515000±0.003±0.005±0.01120000±0.005±0.010±0.0245.4控制功能5.4.1控制稳定性大气数据测试仪两通道30s内的压力控制稳定性一般不大于示值最大允许误差绝对值的1/2,指标见表5。表5压力控制稳定性准确度等级0.01级0.02级0.05级控制稳定性(以测量范围上限的百分数表示)≤0.005≤0.01≤0.0255.4.2压力控制超(回)调量大气数据测试仪的压力控制超(回)调量一般不大于目标压力值的1%。注:以上指标不用于合格性判别,仅供参考。6校准条件6.1环境条件a)环境温度:20℃±2℃;b)相对湿度:不大于85%;JJF1987—20225c)其他:校准室内应无明显的机械振动和外磁场(地磁场除外)。6.2校准用标准装置校准用标准装置应经过计量技术机构有效溯源,量程范围应覆盖被校大气数据测试仪的测量范围。6.2.1压力及飞行参数示值误差校准项目标准装置(有绝压功能)可在下列仪器中选择:a)气体活塞式压力计;b)自动标准压力发生器(0.05级及以上,年稳定性合格);c)数字压力计(0.05级及以上,年稳定性合格);d)有飞行参数换算功能的自动标准压力发生器。压力示值误差校准所选标准装置的最大允许误差绝对值一般不大于被校最大允许误差绝对值的1/3,当选用气体活塞式压力计作为示值误差校准的标准装置时,最大允许误差绝对值一般不大于被校最大允许误差绝对值的1/2。飞行参数校准所选标准装置的最大允许误差绝对值一般不大于被校最大允许误差绝对值的1/2。6.2.2压力控制功能的标准装置选择校准大气数据测试仪压力控制功能的标准装置,选择由两支压力传感器、采集系统、显示器组成的测试系统。选用的测试系统的分辨力一般优于被校大气数据测试仪示值最大允许误差绝对值的1/10。6.2.3辅助设备a)压力源:气瓶、真空泵等。b)其他设备:秒表等。7校准项目和校准方法7.1校准前的准备工作及要求a)校准前对大气数据测试仪的外观进行目视检查。新制造的大气数据测试仪的结构应坚固,开关、按钮等功能键及接(插)件应完好牢固。使用中和修理后的大气数据测试仪不应有影响其计量性能的缺损。大气数据测试仪的铭牌上或适当位置上应标明产品名称、型号、测量范围、制造单位(商标)、出厂编号等信息,并清晰可辨。数字显示应笔画齐全,不应出现缺笔画的现象。b)大气数据测试仪应在校准环境条件下放置2h后方可进行校准。c)大气数据测试仪的压力示值误差和飞行参数校准时应通电预热,预热时间可依据厂家提供的信息,一般不少于30min,依次分别对压力示值和飞行参数进行校准。控制稳定性和超(回)调量校准时,按图2所示的方式连接,大气数据测试仪置于压力值控制状态,将测试系统与大气数据测试仪的压力输出口静压、全压(或动压)口相连。6显示器采集系统d)压力示值误差校准前应调整标准装置或被校大气数据测试仪，尽量使两者的参考位置在同一水平面上。当两者的参考位置不在同一水平面上时，因参考位置高度差引起的校准附加误差应不大于大气数据测试仪示值最大允许误差的1/10,否则，应进行附加误差修正，修正方法见附录D。e)校准范围和校准点的选取。校准压力示值误差时，校准点一般不少于10点，所选取的校准点尽可能均匀分布在全量程范围内。校准飞行参数时，校准点选取如下：校准高度示值，根据自身测试范围，推荐在表2内选取5个点，所选取的校准点尽可能均匀分布在全量程范围内。校准高度也可与校准静压压力同时进行。校准指示空速示值，根据自身测试范围，推荐在表3内选取3个点，所选取的校准点尽可能均匀分布在全量程范围内。校准马赫数示值，推荐选取马赫数1.0作为校准点，一般选取表4中所列3个高度点。校准控制稳定性和超(回)调量时，一般选取2～3个点作为目标压力值点，所选取的控制点尽可能均匀分布在全压和静压全量程范围内。7.2气密性大气数据测试仪按规定与气源、电源正确连接并接通电源后，静压、全压(或动压)分别按5.1中要求设置，压力控制到设置压力点后，切换到测漏模式，压力平衡5min后，记录之后1min内静压、全压(或动压)的泄漏率。7.3压力示值误差将标准装置分别与被校装置静压通道、全压通道(或动压通道)相连，先后对被校装置通道进行校准，分别读取标准装置和被校装置的压力值。压力示值误差按计算公式(1)计算：△p——大气数据测试仪各校准点示值误差，Pa或kPa;pg——大气数据测试仪各校准点正、反行程示值，Pa或kPa;ps——标准装置各校准点的标准示值，Pa或kPa。7.4飞行参数示值大气数据测试仪飞行参数示值误差按计算公式(2)计算：JJF1987—20227式中:Δx—大气数据测试仪各校准点示值误差,m、km/h或马赫数;xR—大气数据测试仪各校准点正、反行程示值,m、km/h或马赫数;xS—标准装置各校准点的标准示值,m、km/h或马赫数。7.4.1高度将标准装置置于绝压模式,被校装置置于高度模式,并将标准输出口与被校的静压通道相连接,依次逐点控压至各高度测量点,待系统压力稳定,读取标准和被校静压通道的高度值。7.4.2指示空速将标准装置置于表压模式,被校装置置于空速模式,将被校静压通道通大气,并将标准输出口与被校的全压(或动压)通道相连接,依次逐点加压至各空速测量点,待各点输出值稳定后,读取标准装置压力值(空速值)和被校装置的指示空速值。7.4.3马赫数将被校装置置于显示马赫数的状态,将被校静压通道与标准装置静压相连,将被校全压通道与标准装置全压相连,标准装置静压产生所需高度的静压值,待静压高度值稳定后,标准装置全压加压至各马赫数测量点,待输出值稳定后,读取标准装置压力值(马赫数值)和被校装置的马赫数值。7.5控制功能7.5.1控制稳定性利用大气数据测试仪控制输出压力,依次逐点加/降压,待各点压力输出值稳定后,读取并记录测试系统30s内示值。测试系统30s内示值最大值与最小值之差的1/2为大气数据测试仪控制稳定性,按公式(3)计算:Δpi=(3)式中:Δpi—第i个校准点,大气数据测试仪控制稳定性,Pa或kPa;pimax—30s内,第i个校准点,测试系统示值最大值,Pa或kPa;pimin—30s内,第i个校准点,测试系统示值最小值,Pa或kPa。7.5.2压力控制超(回)调量在进行控制稳定性校准时,同时记录大气数据测试仪在由上一个压力值控制升压(或降压)到下一压力值达到稳定过程中测试系统的压力值。升压(或降压)过程中,测试系统示值最大值(最小值)与目标压力稳定后测试系统的示值之差的绝对值为压力控制超(回)调量,按公式(4)计算:ΔpCk=pBk-pk(4)式中:ΔpCk—第k个校准点,压力控制超(回)调量;pBk—第k个校准点,升压(或降压)过程中,测试系统示值最大值(或最小8值);pk—第k个校准点,目标压力稳定后测试系统的示值。8校准结果表达校准结果应在校准证书或校准报告上反映。校准证书或报告应至少包括如下信息: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)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)送校单位的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,若与校准结果的有效性及应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)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;i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;o)校准结果仅是对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。经校准的大气数据测试仪,发给校准证书或校准报告,加盖校准印章。9复校时间间隔由于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,一般建议为1年。JJF1987—20229附录A飞行参数与压力之间的函数关系A.1高度依据HB6127—1986,标准大气的定义是根据大气温度分布规律,将高度分为若干层。表A.1为高度与垂直温度梯度对照表。表A.1高度与垂直温度梯度对照表高度H/km垂直温度梯度β/(K/km)-2.0-6.500-6.50110.00201.00322.80470.0051-2.80-gn(A.1)(A.2)当β≠0时,Ps=pb1+(H-Hb)β(A.1)(A.2)当β=0时,Ps=pbexp式中:Ps—静压,Pa;pb—相应层下界大气压力,Pa;Tb—相应层下界大气温度,K;H—高度,m;Hb—相应层下界高度,m;-gnR·Tb(H-Hb)gn—自由落体标准加速度,9.80665m/s2;R—专用气体常数,287.05287m2/K·s2。A.2指示空速在标准海平面状态下(温度15℃,大气压101325Pa)指示空速与真实空速相吻合,指示空速与动压之间的函数关系如下。当Ma≤1,Qc=p01+3.5-1(A.3)当Ma>1,Qc=p0-1(A.4)JJF1987—202210式中:Ma—马赫数;Qc—动压,kPa;—,p0=101.325kPa;A.3马赫数cn—海平面标准音速,cn=340.2941m/A.3马赫数(A.5)(A.6)当Ma≤1:Pt=Ps1+(A.5)(A.6)当Ma>1:Pt=Ps×1.2Ma2×7M2-a212.5式中:Ma—马赫数;Pt—全压,kPa;Ps—静压,kPa。JJF1987—202211附录B校准原始记录参考格式B.1压力示值误差校准记录的参考格式记录编号:校准日期:年月日送校单位仪表信息类型被校装置标准装置仪表名称型号规格制造单位仪器编号测量范围准确度等级依据文件有效期环境温度:相对湿度:静压气密性:()气密性:校准员:核验员:静压示值校准()示值校准标准装置示值()静压示值()标准装置示值()()示值()正行程反行程扩展不确定度(k=2)正行程反行程扩展不确定度(k=2)12B.2飞行参数示值校准记录的参考格式记录编号:校准日期:年月日送校单位仪表信息类型被校装置标准装置仪表名称型号规格制造单位仪器编号测量范围准确度等级校准员:核验员:高度标准压力()标准高度()高度示值()正行程反行程扩展不确定度(k=2)指示空速标准压力()标准指示空速()指示空速示值()正行程反行程扩展不确定度(k=2)马赫数标准压力()马赫数测试点马赫数示值正行程反行程扩展不确定度(k=2)1.0JJF1987—202213B.3控制功能校准记录的参考格式记录编号:校准日期:年月日送校单位仪表信息类型被校装置测试系统仪表名称型号规格制造单位仪器编号测量范围准确度等级—校准员:核验员:校准点()30s内测试系统示值()控制稳定性()第一循环正行程反行程最大值最小值最大值最小值校准点()升/降压过程测试系统示值()控制超调量/回调量()正行程反行程最大值示值平均值最大值示值平均值控制稳定性最大值:压力控制超(回)调量最大值:JJF1987—202214附录C校准结果内页格式压力示值校准标准装置示值()静压示值()标准装置示值()()示值()正行程反行程扩展不确定度(k=2)正行程反行程(k=(k=2)不确定度飞行参数标准压力()标准高度()高度示值()标准压力()标准指示空速()指示空速示值()正行程反行程扩展不确定度(k=2)正行程反行程扩展不确定度(k=2)标准高度()马赫数测试点马赫数示值正行程反行程扩展不确定度(k=2)控制功能控制稳定性最大值:压力控制超(回)调量最大值:JJF1987—202215附录D工作介质高度差引起的校准附加误差修正方法校准前应调整标准装置或被校大气数据测试仪,尽量使两者的参考位置在同一水平面上。当两者的参考位置不在同一水平面上时,因介质高度差引起的校准附加误差应不超过大气数据测试仪最大允许误差的十分之一,即当高度差不大于公式(D.1)的计算结果时,引入的误差可以忽略不计。a%pa%pFS式中:h—参考位置不在同一水平面上的高度差,m;a—大气数据测试仪准确度等级的等级指标;pFS—大气数据测试仪的量程,Pa;ρ—传压介质密度,kg/m3;g—校准当地的重力加速度,m/s2。否则,应进行附加误差修正,附加误差修正值按公式(D.2)计算。Δp=ρgh式中:Δp—因高度差引起的附加误差修正值,Pa。(D.1)(D.2)16附录E大气数据测试仪压力值校准不确定度评定E.1评定依据依据JJF1059.1—2012《测量不确定度评定和表示》。E.2测量方法由气体活塞式压力计通过直接比较法对大气数据测试仪压力值进行校准。通过对大气数据测试仪的静压、全压选取的压力点进行一个循环的测量,得出结果,进行各不确定度分量的计算,并得出最终的校准不确定度。E.3测量模型大气数据测试仪示值误差的测量模型为:Δp=pRΔp=pR-pSΔp—大气数据测试仪示值误差;pR—大气数据测试仪的示值;pS—气体活塞式压力计标准值。不确定度来源如下:a)测量重复性引入的不确定度分量;b)上级标准引入的不确定度分量;c)标准和被检参考位置高度差引入的不确定度分量;d)环境偏离参考温度引入的不确定度分量。E.4已知条件E.4.1被校大气数据测试仪静压压力测量范围:绝压(5~135.5)kPa。全压压力测量范围:绝压(5~350)kPa。准确度等级:0.02级。E.4.2压力标准装置标准名称:气体活塞式压力计。测量范围:(5~360)kPa。准确度等级:0.005级。E.4.3测量的环境环境温度:19.7℃。相对环境湿度:53%。E.5不确定度分量的评定a)测量重复性引入的不确定度分量u1根据JJF1059.1—2012中4.3.2.6,如果测量系统稳定,测量重复性无明显变化,JJF1987—202217则可用该测量系统以与测量被测件相同的测量程序、操作者,操作条件和地点,预先对典型的被测件的典型被测量值进行n次测量,由贝塞尔公式计算出单个测量值的实验标准偏差s(x),即测量重复性,则重复性导致的不确定度分量u1为:b)上级标准引入的不确定度u)=0.001kPa上级气体活塞式压力计的测量范围为(5~360)kPa,准确度等级为0.005级,所以由气体活塞式压力计引入的不确定度分量u2为:u2=c)标准和被检参考位置高度差引入的不确定度分量u3在检定之前,已经调整了气体活塞压力计和大气数据测试仪之间的相互位置,使二者的压力参考平面基本位于同一水平面上,所以由高度差引入的不确定度分量u3为:u3≈0d)环境偏离参考温度引入的不确定度分量u4气体活塞式压力计在(18~22)℃范围内进行了温度补偿和修正,因此,环境温度影响可忽略,则u4为:u4≈0E.6合成标准不确定度由于u1、u2、u3、u4不相关,因此表E.1不确定度分量汇总表uc表E.1不确定度分量汇总表标准压力值/kPau1/kPau2/kPauc/kPa5.0000.0010.000150.001170.0000.0010.002030.0023100.0000.0010.002890.0031250.0000.0010.007220.0073E.7扩展不确定度取k=2,扩展不U压压力示值扩展不确定度汇总表静压示值校准全压示值校准标准装置示值kPa静压示值/kPa标准装置示值kPa全压示值/kPa正行程反行程扩展不确定度(k=2)正行程反行程扩展不确定度(k=2)5.0005.0065.0060.0035.0005.0155.0120.00370.00070.00470.0060.005100.000100.014100.0160.006100.000100.006100.0040.006250.000250.016250.0160.015JJF1987—202218附录F大气数据测试仪飞行参数校准不确定度评定F.1评定依据依据JJF1059.1—2012《测量不确定度评定和表示》。F.2测量方法由气体活塞式压力计通过直接比较法对大气数据测试仪飞行参数进行校准。通过对大气数据测试仪的高度、指示空速、马赫数选取的典型点进行一个循环的测量,得出结果,进行各不确定度分量的计算,并得出最终的校准不确定度。F.3测量模型大气数据测试仪飞行参数示值误差的测量模型为:式中:Δx=xR式中:Δx—大气数据测试仪飞行参数各校准点示值误差;xR—大气数据测试仪飞行参数各校准点正、反行程示值;xS—标准装置各校准点的标准示值。不确定度来源如下:a)测量重复性引入的不确定度分量;b)上级标准压力引入的不确定度分量;c)标准和被检参考位置高度差引入的不确定度分量;d)环境偏离参考温度引入的不确定度分量。F.4已知条件F.4.1被校大气数据测试仪高度测量范围:(-1000~20000)m。指示空速测量范围:(50~1850)km/h。马赫数测量范围:0~1。准确度等级:0.02级。F.4.2压力标准装置标准名称:气体活塞式压力计。测量范围:(5~360)kPa。准确度等级:0.005级。F.4.3测量的环境环境温度:19.7℃。相对环境湿度:53%。F.5不确定度分量的评定a)测量重复性引入的不确定度分量u1根据JJF1059.1—2012中4.3.2.6,如果测量系统稳定,测量重复性无明显变化,JJF1987—202219则可用该测量系统以与测量被测件相同的测量程序、操作者,操作条件和地点,预先对典型的被测件的典型被测量值进行n次测量