JJF 1971-2022 叶轮式风速计校准规范-高清版-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 9 7 12 0 2 2叶轮式风速计校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rF a n n i n gM i l lA n e m o m e t e r s 2 0 2 2-0 6-2 8发布2 0 2 2-1 2-2 8实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布叶轮式风速计校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rF a n n i n gM i l lA n e m o m e t e r sJ J F1 9 7 12 0 2 2 归 口 单 位:全国流量计量技术委员会 主要起草单位:辽宁省计量科学研究院 参加起草单位:中国计量科学研究院北京市计量检测科学研究院天津市计量监督检测科学研究院沈阳加野科学仪器有限公司河北大学广东省计量科学研究院 本规范委托全国流量计量技术委员会负责解释J J F1 9 7 12 0 2 2本规范主要起草人:王 振(辽宁省计量科学研究院)参与起草人:崔骊水(中国计量科学研究院)杨有涛(北京市计量检测科学研究院)王锡钢(天津市计量监督检测科学研究院)李赫峰(沈阳加野科学仪器有限公司)方立德(河北大学)吴伟龙(广东省计量科学研究院)J J F1 9 7 12 0 2 2目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)4 概述(1)4.1 工作原理(1)4.2 用途(1)4.3 结构(2)5 计量特性(2)5.1 最大允许误差(2)5.2 起动风速(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 校准用介质(2)6.3 测量标准及其他设备(2)7 校准项目和校准方法(3)7.1 校准项目(3)7.2 校准方法(3)8 校准结果(5)9 复校时间间隔(5)附录A 标准风速计算方法(皮托管作为标准器)(6)附录B 叶轮式风速计校准记录的参考格式(皮托管作为标准器)(7)附录C 叶轮式风速计校准记录的参考格式(热式风速仪作为标准器)(8)附录D 叶轮式风速计校准内页格式(9)附录E 风速计测量结果不确定度评定示例(1 0)J J F1 9 7 12 0 2 2引 言J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。本规范参照了G B/T2 4 5 5 9 海洋螺旋桨式风向风速计、Q X/T2 3 旋转式测风传感器、J J G5 1 8 皮托管、J J G4 3 1 轻便三杯风向风速表,并结合我国叶轮式风速计的生产、使用和校准现状进行制定。本规范为首次发布。J J F1 9 7 12 0 2 2叶轮式风速计校准规范1 范围本规范适用于风速范围为(13 0)m/s的叶轮式风速计的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G4 3 1 轻便三杯风向风速表J J G5 1 8 皮托管J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义J J F1 0 7 1 国家计量校准规范编写规则G B/T2 4 5 5 9 海洋螺旋桨式风向风速计Q X/T2 3 旋转式测风传感器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 术语和计量单位3.1 术语3.1.1 叶轮式风速计 f a n n i n gm i l l a n e m o m e t e r以围绕水平轴旋转叶轮为风速感应器的风速测量仪器。3.1.2 起动风速 s t a r t i n gw i n dv e l o c i t y风速计叶轮由静止变为能维持连续转动时,风速计能输出信号的最低风速。3.1.3 阻塞比 b l o c k a g er a t i o风洞试验段内风速计(包括安装支架)迎风面积与试验段横截面积之比。3.2 计量单位3.2.1 风速单位:米每秒,符号m/s。3.2.2 压力单位:帕斯卡,符号P a。3.2.3 温度单位:摄氏度,符号。4 概述4.1 工作原理叶轮式风速计(以下简称风速计)由叶轮和风速计算显示机构等组成,如图1所示。测量时使叶轮旋转面垂直于气流方向,气流推动叶轮旋转。叶轮的转数通过机械传动或磁耦合方式进行转换,由显示机构输出风速值。4.2 用途风速计是用于测量空气流动速度的仪表。1J J F1 9 7 12 0 2 2风速计根据其计算机构可分为两种:一种是内部自带计时装置,可以直接读出风速,称自记叶轮式风速计;另一种是不带计时装置的,使用时需另备秒表,称不自记叶轮式风速计。4.3 结构风速计主要由叶轮、水平轴、转换机构、显示机构等组成,其中转换机构主要包括光电组件或磁电组件,风速计结构示意图见图1。图1 风速计结构示意图5 计量特性5.1 最大允许误差风速计最大允许误差通常为(3%vs+0.3m/s)。注:1.vs为标准风速值;2.以上指标不用于合格性判定,仅供参考。5.2 起动风速风速计起动风速通常应不大于0.8m/s。6 校准条件6.1 环境条件温度一般为:(1 53 0)。相对湿度一般为:不大于8 5%。大气压力一般为:(8 61 0 6)k P a。6.2 校准用介质校准用介质一般为空气。6.3 测量标准及其他设备主标准器及其他设备均应有有效的检定/校准证书。6.3.1 主标准器主标准器可选用皮托管(配微差压测量仪表)、热式风速仪等,其测量下限应满足被校风速计起动风速测量要求,其上限应符合被校风速计测量范围上限,推荐主标准器技术要求见表1。2J J F1 9 7 12 0 2 2表1 推荐主标准器技术要求序号设备名称技术要求1热式风速仪测量范围通常为(15)m/s,扩展不确定度不低于被校风速计最大允许误差绝对值三分之一2皮托管(配微差压测量仪表)测量范围通常为(53 0)m/s,皮托管系数K应在0.9 9 71.0 0 3;微差压测量仪表的测量范围与皮托管量程相匹配,MP E:0.8P a6.3.2 其他设备其他设备技术要求如表2所示。表2 其他设备技术要求序号设备名称技术要求用途1风洞工作段内气流的均匀性优于1%;工作段内气流的稳定性优于0.5%提供测量风速场2温度计MP E:0.5测量风洞内气体温度3气压计MP E:1 0 0P a测量大气压力4湿度计MP E:5%RH测量风洞内气体湿度5温湿度计温度:MP E:0.5;湿度:MP E:1 0%RH测量环境温湿度7 校准项目和校准方法7.1 校准项目风速计校准为示值误差校准。7.2 校准方法7.2.1 校准前的准备工作7.2.1.1 外观检查对风速计的外观进行检查,目测风速计的叶轮几何形状无明显变形。风速计显示应清晰完整,风向标志刻线应清晰易见,且刻线平行于叶轮旋转轴或垂直于叶轮旋转平面。叶轮静止时,显示值应为零。7.2.1.2 机械性能检查将风速计叶轮转轴分别处于垂直和水平状态,吹动叶轮转动,观察叶轮转动是否有轴向跳动或径向摆动。当风速为零时,观察叶轮是否能缓慢减速并自然地停止在任意位置。7.2.1.3 标准器检查主标准器迎风面轴线应与风洞试验段轴线平行,标准器感应端应在风洞工作段有效3J J F1 9 7 12 0 2 2区域。7.2.1.4 风速计的安装将被校风速计安装在风洞工作段几何中心位置或风洞工作段来流流场风速均匀区,与标准器保持互不干扰的一定间距,风向标志对准风洞试验段轴向来流方向,且叶轮轴线平行于风洞轴线。7.2.1.5 计算阻塞比将被校风速计(包括安装支架)在迎风方向上的投影面积除以风洞试验段面积,阻塞比不大于0.0 5时,方可进行校准。7.2.2 起动风速风洞流场风速从零逐渐增大,记录风速计叶轮开始并持续转动时的风速标准值,重复3次,以算术平均值作为起动风速。7.2.3 示值误差校准7.2.3.1 校准点的选择。在风速计的测量范围内选取校准点,一般不少于7个,其中应包含测量范围上限点和下限点,每个校准风速点的实际风速与设定风速的最大偏差应符合:风速2m/s时不超过0.0 5m/s;风速2m/s时不超过5%设定风速。在校准过程中,最大校准风速点对应的风速应不大于风速计说明书给出的最大风速,最小校准风速点对应的风速应不小于风速计说明书给出的最小风速。7.2.3.2 调整风速至校准点,稳定1m i n后,同时记录标准器和被校风速计示值,重复不少于3次,取多次标准器示值和被校风速计示值的算术平均值作为该校准点的标准器示值和被校风速计示值。7.2.3.3 按式(1)计算风速计各校准点示值误差:Ei=v-mi-v-si(1)式中:Ei 被校风速计第i校准点示值误差,m/s;v-mi 被校风速计第i校准点被校风速计示值平均值,m/s;v-si 被校风速计第i校准点标准风速示值平均值,m/s。7.2.3.4 采用热式风速仪作为标准器校准时,在标准器和被校风速计显示值稳定的情况下进行读数,分别读取标准器示值和被校风速计示值3次。按式(1)计算示值误差。7.2.3.5 采用皮托管配合微差压仪表作为标准器校准时,在差压值和被校风速计显示值稳定的情况下,分别读数微差压仪表和被校风速计示值3次,并记录风洞试验段内空气温度、相对湿度和气压值,按附录A计算标准风速值。按式(1)计算示值误差。7.2.4 重复性按式(2)计算风速计各校准点重复性:Eri=vmi m a x-vmi m i nC(2)式中:Eri 第i校准点被校风速计重复性,m/s;(vmi)m a x 被校风速计第i校准点示值最大值,m/s;4J J F1 9 7 12 0 2 2(vmi)m i n 被校风速计第i校准点示值最小值,m/s;C 极差系数,取值如表3所示。表3 极差系数表n2345678C1.1 31.6 92.0 62.3 32.72.8 52.8 58 校准结果校准原始记录格式参照附录B和附录C。按本规范要求校准后的风速计出具校准证书,校准证书格式参照附录D,风速计测量结果不确定度评定示例见附录E。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。一般建议复校时间间隔不超过1年。5J J F1 9 7 12 0 2 2附录A标准风速计算方法(皮托管作为标准器)A.1 用风洞试验段内的空气温度按式(A.1)计算饱和水汽压:ew=ke(A T2+B T+C+DT)(A.1)式中:ew T温度下的饱和水汽压,P a;T 试验段内空气温度,K;A、B、C、D、k均为常数,其值如下:A=1.2 3 78 8 471 0-5K-2;B=-1.9 1 21 3 161 0-2K-1;C=3 3.9 3 71 1 04 7;D=-6.3 4 31 6 451 03K;k=1P a。A.2 用风洞试验段内空气温度、相对湿度和气压值按式(A.2)计算空气密度:=3.4 8 35 31 0-31T(p0-0.3 7 8H ew)(A.2)式中:p0 试验段内气压,P a;H 试验段内空气相对湿度。A.3 再将空气密度值和微差压仪表示值代入式(A.3)计算出标准风速值:vs=K2 p(A.3)式中:vs 标准风速,m/s;K 皮托管系数;空气密度,k g/m3;p 微差压测量仪表示值,P a。6J J F1 9 7 12 0 2 2附录B叶轮式风速计校准记录的参考格式(皮托管作为标准器)客户名称客户地址制造单位实验室名称校准地点证书编号计量器具名称型号规格出厂编号校准日期环境条件大气压力/k P a温度/相对湿度/%其他校准依据校准所用主要标准器具名称测量范围编号准确度等级/测量不确定度证书号有效期至校准结果:外观检查:叶轮起动风速:机械性能检查:阻塞比:示值校准结果:校准点微差压仪表读数/P a风洞试验段123平均值温度相对湿度%气压h P ak g/m3标准风速值m/s风速计示值m/s123平均值示值误差Em/s重复性m/s扩展不确定度U(k=2)m/s 校准人:核验人:7J J F1 9 7 12 0 2 2附录C叶轮式风速计校准记录的参考格式(热式风速仪作为标准器)客户名称客户地址制造单位实验室名称校准地点证书编号计量器具名称型号规格出厂编号校准日期环境条件大气压力/k P a温度/相对湿度/%其他校准依据校准所用主要标准器具名称测量范围编号准确度等级/测量不确定度证书号有效期至校准结果:外观检查:叶轮起动风速:机械性能检查:阻塞比:示值校准结果:校准风速点标准风速值m/s风速计示值m/s123平均值123平均值示值误差Em/s重复性m/s扩展不确定度U(k=2)m/s 校准人:核验人:8J J F1 9 7 12 0 2 2附录D叶轮式风速计校准内页格式本次校准所使用的标准仪器及设备可溯源至国家计量基准和标准。本校准所依据技术文件(代号、名称)J J F1 9 7 12 0 2 2 叶轮式风速计校准规范校准环境条件及地点温度():相对湿度(%):大气压力(P a):校准地点:校准所用主要标准器具名称测量不确定度/准确度等级证书编号有效期至校 准 结 果序号标准风速值m/s风速计示值m/s示值误差m/s重复性m/s扩展不确定度(k=2)m/s12345679J J F1 9 7 12 0 2 2附录E风速计测量结果不确定度评定示例E.1 风速计测量结果不确定度评定示例风速 计 测 量 范 围 为(13 0)m/s,根 据 本 规 范 的 校 准 方 法,以9.9 5 m/s、2 5.0 8m/s校准点为例,对风速计测量结果进行校准。E.2 测量标准所用标准器及配套设备名称及技术指标见表E.1。表E.1 标准器及配套设备分类名称测量范围技术指标标准器皮托管(55 0)m/sK=1.0 0 0微差压仪表(016 0 0)P aMP E:0.8 P a配套设备风洞(15 0)m/s稳定性0.5%;均匀性1%温度计(05 0)U=0.2(k=2)湿度计(1 09 5)%RHU=1.5%RH(k=2)气压计(5 0 010 5 0)h P aMP E:0.0 7k P aE.3 测量模型皮托管配合微差压仪表校准风速计的示值误差的计算公式如下:E=vm-vs(E.1)其中,vs=2 3.9 6 1K p(2 7 3.1 5+t)(p-0.3 7 8ew)(E.2)ew=ke(A T2+B T+C+DT)(E.3)E=vm-2 3.9 6 1K p(2 7 3.1 5+t)(p-0.3 7 8ke(A T2+B T+C+DT)(E.4)E.4 风速计示值误差合成标准不确定度计算引起示值误差E测量结果不确定度的vm和vs分量彼此不相关,依据公式u2cy =Ni=1fxi2u2(xi),则:u2c=c21u21+c22u22式中:灵敏系数c1=Evm=1,c2=Evs=-1。因此:01J J F1 9 7 12 0 2 2u2c(E)=u2(vm)+u2(vs)(E.5)由式(E.2),再考虑风洞均匀性稳定性引入的不确定度分量,可得:uvs vs=u2j+u2w+u2rK +14u2rp +14u2r2 7 3.1 5+t +14u2rp-0.3 7 8ew (E.6)E.5 不确定度评定E.5.1 风洞均匀性引入的相对标准不确定度uj将风洞的均匀性引入的不确定度计入流场压差测量的不确定度,风洞均匀性要求为1%,按均匀分布,则风洞均匀性引入的相对标准不确定度为:uj=1%3=0.5 7 7%E.5.2 风洞稳定性引入的的相对标准不确定度uw将风洞的稳定性引入的不确定度计入流场压差测量的不确定度,风洞稳定性要求为0.5%,按均匀分布,则风洞稳定性引入的相对标准不确定度为:uw=0.5%3=0.2 8 9%E.5.3 皮托管配合微差压仪表测量引入的标准不确定度u(vs)皮托管配合微差压仪表测量引入的标准不确定度包括皮托管、微差压仪表测量引入的不确定度。测试时校准环境温度为1 9.4,相对湿度为3 7%,大气压力为1 0 1.9k P a。E.5.3.1 皮托管系数K的相对标准不确定度ur(K)根据所用皮托管的校准证书,皮托管的系数K=1,按MP E为0.3%均匀分布,则皮托管系数K的相对标准不确定度为:urK =0.3%3=0.1 7 3%E.5.3.2 压差相对标准不确定度ur(p)校准风速点为9.9 5m/s时,采用微差压仪表重复性测量3次压差p的值分别为6 0.0P a,5 9.9P a,5 9.9P a。计 算 得 到 微 差 压 仪 表 重 复 性 测 量 的 相 对 不 确 定 度ur,1p =0.0 9 8%。用微差压仪表测量流场压差,采用量程为16 0 0P a的微差压仪表,根据所用微差压仪表校准证书,MP E为0.8P a,则微差压仪表引入的相对标准不确定度为:ur,2p =0.85 9.9 3 31 0 0%=0.7 7 1%压差相对标准不确定度:urp =u2r,1p +u2r,2p =0.0 9 8%2+0.7 7 1%2=0.7 7 7%按照同样的方法得到校准风速点2 5.0 8m/s时,流场压差的相对标准不确定度分别为0.1 4%。11J J F1 9 7 12 0 2 2E.5.4 风洞测量段气流温度t的相对标准不确定度ur(t)由温度计的校准证书可知,扩展不确定度为U=0.2k(k=2),测量时风洞测量段气流温度t为1 9.4,则t的相对标准不确定度为:urt =0.22(1 9.4+2 7 3.1 5)1 0 0%=0.0 3 4%E.5.5 大气压力p的相对标准不确定度ur(p)根据所用空盒气压表的校准证书,MP E为0.0 7k P a,按均匀分布,测试时大气压为1 0 1.9k P a,则大气压力p的相对标准不确定度为:urp =0.0 7 31 0 1.91 0 0%=0.0 4 0%E.5.6 空气相对湿度的相对标准不确定度ur()用湿度计进行风洞测量段内空气相对湿度测量,根据所用湿度计的校准证书,扩展不确定度为U=1.5%RH(k=2),测试时相对湿度为3 7%,则空气相对湿度的相对标准不确定度为:ur =1.5%23 7%1 0 0%=2.3 4 1%E.5.7(p-0.3 7 8ew)的相对标准不确定度urp-0.3 7 8ew 由式(E.3),计算得到在校准环境温度t为1 9.4 时,饱和水蒸气压力ew=22 5 3.6 1P a,则p-0.3 7 8ew=70 3 8 1.0 3P a,则:u2p-0.3 7 8ew =u2p +0.3 7 822u2ew +0.3 7 82ew2u2 =p2u2rp +0.3 7 822u2ew +0.3 7 82ew22u2r (E.7)由式(E.3),可得:u(ew)=ew T u T =2A T+B-DT2 ewu T =7.0 1 3P a综上根据式(E.7),计算可得:up-0.3 7 8ew =1 7.2 6 8P a因此:urp-0.3 7 8ew =up-0.3 7 8ew p-0.3 7 8ew=0.0 2 5%E.5.8 vs相对标准不确定度urvs 根据式(E.6),校准风速点9.9 5m/s时,计算可得:urvs =uvs vs=0.0 0 6%根据式(E.2)计算得到标准器风速测量值vs为9.9 5 m/s,则标准不确定度uvs =urvs vs=0.0 6 0m/s。按照同样的方法,计算得到校准风速点2 5.0 8m/s时,标准器的标准不确定度为0.0 9 4m/s。E.5.9 被校风速计测量重复性引入的标准不确定度u(vm)21J J F1 9 7 12 0 2 2校准点9.9 5m/s时,被校风速计3次重复测量的数值为9.8 0m/s,9.8 0 m/s,9.8 0m/s。根据极差法计算实验标准差:svk =vm a x-vm i n1.6 9=0.0 0m/s则由被校风速计测量重复性引入的标准不确定度为:uvm =svk 3=0.0 0m/s按照同样的方法得到校准风速点2 5.0 8m/s时,被校风速计测量重复性引入的标准不确定度为0.0 5 9m/s,由于重复性带来的不确定度占主要,所以不考虑分辨力带来的不确定度分量。E.5.1 0 合成标准不确定度E.5.1 0.1 相对标准不确定分量一览表vs=9.9 5m/s时,vs各不确定度分量来源见表E.2。表E.2 vs各不确定度分量来源(vs=9.9 5m/s)序号符号不确定度分量来源输入量的标准不确定度分量灵敏系数1uj风洞均匀性0.5 7 7%12uw风洞稳定性0.2 8 9%13ur(K)皮托管系数0.1 7 3%14ur(p)微差压仪表0.7 7 7%0.55ur(t)风洞测量段气流温度0.0 3 4%0.56urp-0.3 7 8ew p-0.3 7 8ew0.0 2 5%-0.5uvs =0.0 6 0m/sE.5.1 0.2 计算合成标准不确定度根据式(E.4),合成标准不确定度按下式计算得到:ucE =u2vm +u2vs 具体计算结果见表E.3。表E.3 E不确定度分量来源(vs=9.9 5m/s)序号符号不确定度分量来源输入量的标准不确定度分量灵敏系数1uvs 标准风速0.0 6 0m/s-12u(vw)被校风速计重复性0.0 0m/s1合成标准不确定度ucE =0.0 6m/s31J J F1 9 7 12 0 2 2E.6 扩展不确定度取k=2,则U E =kucE ,被校风速计测量结果扩展不确定度见表E.4。表E.4 被校风速计测量结果扩展不确定度标准风速 值vsm/s风速计示值vmm/s示值误差Em/s合成标准不确定度ucE m/s扩展不确定度U E (k=2)m/s9.9 59.8 0-0.1 50.0 60.1 22 5.0 82 4.7 7-0.3 10.1 00.2 041J J F1 9 7 12 0 2 2