JJG(气象)004-2011 自动气象站风向风速传感器检定规程

中国气象局部门计量检定规程JJG（气象）0042011自动气象站风向风速传感器WINDDIRECTIONANDWINDSPEEDSENSOROFAUTOMATICMETEOROLOGICALSTATION20110613发布0111001实施中国气象局发布附件4JJG（气象）0042011自动气象站风向风速传感器VERIFICATIONREGULATIONOFWINDDIRECTIONANDWINDSPEEDSENSOROFAUTOMATICMETEOROLOGICALSTATION本规程经中国气象局于2011年6月13日批准，并自2011年10月1日起施行。归口单位中国气象局主要起草单位国家气象计量站参加起草单位辽宁省气象计量站陕西省气象计量站安徽省气象计量站本规程委托国家气象计量站负责解释JJG（气象）0042011JJG（气象）0042011本规程主要起草人朱乐坤（国家气象计量站）沙奕卓（国家气象计量站）贺晓雷（国家气象计量站）参加起草人王军（辽宁省气象计量站）陈征（陕西省气象计量站）周昌文（安徽省气象计量站）畅世聪（国家气象计量站）JJG（气象）0042011目录1范围12术语和计量单位121流速均匀性122流速稳定性123气流偏角124阻塞系数125紊流度（湍流度）126计量单位13概述14计量性能要求241风速传感器242风向传感器25通用技术要求26计量器具控制261检定条件262检定项目363检定方法364检定结果处理465检定周期4附录A5附录B6附录C7附录D8JJG（气象）00420111自动气象站风向风速传感器检定规程1范围本规程适用于风向、风速传感器的首次检定、后续检定及修理后的检定。2术语和计量单位21流速均匀性UNIFORMITYOFFLOWVELOCITY风洞工作段流场的均匀程度。22流速稳定性STABILITYOFFLOWVELOCITY风洞工作段流场的稳定程度。23气流偏角ANGLEERRORFORAIRFLOW流场内气流偏离风洞工作段轴线的角度（）24阻塞系数OBSTRUCTINGCOEFFICIENT风速仪（传感器）的感应器的迎风面积与风洞工作段横截面积之比25紊流度（湍流度）TURBULENCEOFAIRFLOW气流在三维方向上的脉动分速的均方根值。26计量单位MEASUREMENTUNIT风向传感器检定使用“”作为计量单位；风速传感器检定使用“M/S”作为计量单位。3概述风速、风向传感器主要由风速、风向测量传感器、转换电路和信号输出电路组成。风速、风向结构图分别由图1和图2所示。图1风速传感器结构图图2风向传感器结构图1风杯部件2壳体3插座1风向标部件2壳体3插座风速传感器由三个铝质风杯互成120角、内装随风杯轴旋转的截光盘、光电转换器及信号输出插座等部件组成。风杯在风的带动下旋转，带动截光盘切割光电转换电路的红外光束产生电脉冲。风杯转速在风速测量范围内与风速有良好线性关系,使输出的脉冲频率与风速成正比。风向传感器由风向标部件、内装风向码信号发生器的壳体和信号输出插座等组成。风向标转轴连接一个由七位格雷码盘和红外发光二极管、光敏管组成的风向信号发生器。一组红外发光二极管和光敏管对正一个格雷码盘的码道，七组红外发光二极管和光敏管对正七个格雷码盘的码道产生代表风向的七位格JJG（气象）00420112雷码，转换成模拟电压输出。根据风向角、格雷码和输出电压的对应关系可测量出不同的风向角度。4计量性能要求41风速传感器测量范围（060）M/S分辨力01M/S最大允差（05003V）M/S注V为指示风速启动风速05M/S42风向传感器测量范围（0360）分辨力3最大允差5风向启动风速05M/S5通用技术要求传感器外型结构应完好，风杯无明显变形，转轴竖直时其转动应平稳、灵活。转轴呈水平状态时，风杯应能随遇平衡。传感器表面不应有明显凹迹、外伤、裂缝、变形等现象，表面涂层不应起泡、龟裂和脱落，金属件不应有严重锈蚀及其它机械损伤。风向指北标记应明显,不能脱落。传感器应有型号、出厂编号等明显标志。6计量器具控制计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中的检验。61检定条件611标准器皮托静压管皮托管的K值应在099101之间。皮托管系数的允许误差当510M/S时，不超过004当1025M/S时，不超过005数字微压计测量范围0800PA分辨力01PA零位对准误差02PA零位回复误差03PA最大允许误差08PA标准度盘测量范围0360分辨力1612检定设备回、直路低速风洞风速范围（0130）M/S；紊流度05工作段流速均匀性1；气流偏角1；6136位半数据采集器直流电压测量测量范围00V100V分辨力10VJJG（气象）00420113最大允许误差读数的PPM量程的PPM频率测量测量范围3HZ500KHZ最大允差读数的PPM量程的PPM62检定项目621外观检查按照通用技术要求进行外观检查。用目测方法检查风向、风速传感器外型结构是否完好传感器表面不应有明显的凹迹、外伤、裂缝、变形。传感器型号、出厂编号是否清晰，对于使用过的风向风速传感器，应重点检查风向、风速传感器外表面是否有裂纹等缺陷。622示值误差检定经过外观检查合格的风向、风速传感器，才能进行示值误差检定，检定项目见表1。表1检定项目表检定项目首次检定后续检定使用中检验外观检查启动风速检定示值误差检定注“”表示必须检定的项目63检定方法631检定前准备将皮托管和风速传感器安装于风洞实验段内，皮托管的总压输出和静压输出分别连至数字微压计的总压和静压输入端口上，风速传感器输出端连至采集器频率的输入端子上。打开数字微压计、采集器电源开关，预热5MIN后开始启动风速和风速示值检定。当风速传感器的阻塞系数大于50时，将会给检定结果带来误差，必须进行阻塞系数修正，风速传感器阻塞系数的测量方法见附录A632风向、风速检定点的选择风速检定点为2M/S、5M/S、10M/S、15M/S、20M/S、25M/S、30M/S。风向检定点为0、45、90、135、180、225、270、315。633检定数据读取采集方法6331风速启动风速检定在风速传感器的风杯处于静止状态下，按照启动风速的指标设定风速，调节变频器使风洞内气流缓慢增加，当风杯由静止变为连续转动时，等时距读取采集微压计示值共3次。用微压计3次示值的平均值，计算出风洞工作段内的实测风速值（实测风速的计算方法见附录B）,即为风速传感器的启动风速。6332风向启动风速检定将风向标0位对齐平行于风洞轴线安装在风洞工作段内，转动风向标角度至采集器显示15角，调整风洞内气流使之缓慢上升，当风向标向风洞轴线方向移动时，读取（采集）微压计示值PA、流场温度值、流场湿度值RH和室内大气压力值HPA，根据实测风速计算公式，计算出此时的实测风速值，即为风向标的启动风速。JJG（气象）004201146333风速示值检定按照532条规定调整风速检定点,当风速点调好后，稳定LMIN后用风速参数数据采集器自动采集微压计的实测风压值PA、流场温度值、流场湿度值RH和室内大气压力值HPA，用数据采集器读取（采集）被检风速传感器的输出值（如果输出值是频率信号，应根据风速方程转换成风速值）,根据实测风速计算公式，计算出各风速检定点上的实测风速值。检定开始前和检定结束后，分别读取（采集）环境温度、湿度和大气压力值，用两次读数（采集）到的环境条件的平均值作为检定时的环境条件，填写到检定记录表格中。风速示值检定记录表见附录C6334风向示值检定检定前首先按标准度盘使用说明，将风向测量仪器（传感器）和标准度盘安装在一起并固定于平坦的工作台（工作桌）面上。风向传感器和采集器牢固连接并加电预热5MIN后开始风向示值检定。用标准度盘的刻度值作为标准值，使风向标、指北线与标准度盘上的0点对齐，读取风向示值，一个风向检定点结束。再将风向标按照632条的风向检定点顺序进行其它各点检定。风向示值检定记录表见附录C。634示值误差计算6341风速示值误差计算用被检风速传感器在各风速检定点上的指示风速减去实测风速，得出各风速检定点上的测量误差（示值误差），再将各风速检定点上的指示风速值代入技术要求中给出的风速最大允许误差计算公式，得出各风速检定点上的允许误差值。当被检风速传感器，在各风速检定点上的测量误差均小于被检风速传感器在各风速检定点上的允许误差值时视为合格，否则应对风速传感器进行维修，维修后的风速传感器应按规程要求重新检定。重新检定仍不合格者，作为不合格处理并更换。6342风向示值误差计算用风向传感器在各个风向检点上的显示值减去标准值如果风向传感器输出值是六位和七位格雷码信号、电压信号,应转换成风向值，得出各个风向点上的测量误差。以8个检定点上的测量误差均不超过5为合格,否则应进行维修后重新检定。重新检定仍不合格，作不合格处理并更换。64检定结果处理经检定合格的风向、风速传感器，发给检定证书检定证书格式见附录C。检定不合格的风向、风速传感器，发给检定结果通知书，并在检定结果通知书中注明示值误差不合格对应的风速（风向）检定点。65检定周期风向、风速传感器的检定周期一般为2年。但有以下情况之一时须提前送检。1）自动气象站数据采集器经过维修或更换后。2）当发现风向、风速测量值出现异常时。JJG（气象）00420115JJG（气象）00420116附录A风速传感器阻塞系数的测试方法A1概述根据风速仪器检定规程要求，被检风速传感器在风洞工作段气流方向上的投影面积不大于整个工作段截面积的50，否则就会产生对气流的阻塞现象，从而形成乱流和回流压力，造成风速测量误差，因此必须知晓风速传感器的阻塞系数和测试方法。A2阻塞修正系数测量步骤和方法A21挑选两支性能稳定的风速传感器，送国家气象计量站大风洞测试后作为标准风速传感器使用。A22将其中的一支标准风速传感器安装在风洞工作段内已选定的位置上。利用静压落差法（见JJG43186DEM6型轻便三杯风向风速表检定规程）校准标准风速传感器，并绘制成校准图线。根据该校准图线和国家气象计量站给出的校准图线，分别查出指示风速为30M/S对应的实际风速值，将此值代入式1求出风速传感器的阻塞修正系数E10式中从国家气象计量站检定结果的校准图线上查出的实际风速；0从用静压落差法得到的校准图线上查出的实际风速；A23再用另外一支标准风速传感器以同样的方法复测一次。A24两次测量的值相差不超过20。两次值的平均值即为风速传感器的EE阻塞系数，取小数点后三位。如果风洞经过修理或重新安装后，应重新测试风速传感器的阻塞系数。JJG（气象）00420117附录B实测风速的计算方法B1相当风速计算用皮托管的测量结果计算实测风速。将微压计在各检定点上的读数平均值减去初始零位值，得出实测风压值（单位为PA），按式1计算标准状态下的VP相当风速值，见公式11V1VV2781对于采用MMH2O为刻度单位的微压计，计算相当风速的公式为4式1VH中为水柱高度MMHB2空气密度修正系数计算根据检定过程中检测到的流场内温度、湿度和大气压力平均值，用公式2计算出风速值的空气密度修正系数PK237801528WPUEPT式中流场内温度，；T流场内湿度，RH；U环境大气压力，HPA；P流场温度为时的饱和水汽压，HPA；WETB3总修正系数计算再用式（3）计算总修正系数K3CPR式中微压计工作液体的密度修正系数（工作液体为蒸馏水时，1）；RR皮托管系数；微压计系数（当采用二等微压计时，1）；CKCKB4实测风速计算最后根据式4计算出实测风速值41KVVJJG（气象）00420118附录C风速、风向示值检定记录表检定证书号检定记录流水号检定环境检定开始时检定结束时平均值起动风速温度（）湿度（RH）检定环境气压（HPA）标准器名称皮托管系数工作液体密度修正系数型号/规格微压计系数空气密度修正系数生产单位编号总修正系数准确度等级/最大允差风速传感器名称风速传感器阻塞修正系数型号/规格编号生产单位送检单位准确度等级/最大允差风向检定点风向示值风向差值风向检定结论风速检定点M/S实测风压PA实测风速M/S指示风速M/S示值误差M/S检定点允差M/S检定结论检定项目风速回归方程检定人复核人检定日期JJG（气象）00420119附录D检定证书封面格式式样（检定机构名称）NAMEFORINSTITUTEOFVERIFICATION检定证书VERIFICATIONCER