自动气象站的检验规程

自动气象站检定规程 1 范围 本规程适用于自动气象站的各要素传感器 采集器的首次检定 后续检定和使 用中的检定及校准 2 引用文献 编写规程时主要引用了以下技术文献 1 II型自动气象站行业标准 2 JJF1059 1999测量不确定度评定与表示 3 JJF1001 1998通用计量术语及定义 4 JJF1002 1998国家计量检定规程编写规则 使用本规程时应注意使用上述引用文献的现行有效版本 3 术语和计量单位 本规程引用JJF1001 1998 通用计量术语及定义 JJF1059 1999 测量不确 定度评定与表示 中的相关定义 并列出一些适用于本规程的其它定义和计量单位 3 1 术语及定义 3 1 1 稳定性 stability 测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力 3 1 2流速均匀性 uniformity of velocity of flow 风洞工作段流场的均匀程度 3 1 3流速稳定性 stability of flow velocity 风洞工作段流场的稳定程度 3 1 4气流偏角 angle error for air flow 流场内气流偏离风洞工作段轴线的角度 3 1 5阻塞系数 obstructing coefficient 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 3 1 6 紊流度 湍流度 turbulence of air flow 3 1 7 工作区域 working area 检定设备中受检和标准计量器具敏感部分能够和可能触及到的 满足 检定规 程 相关指标要求的最大范围 3 1 8温度均匀性 degree of temperature homogeneity 在恒温控制条件下 恒温槽工作区域中任意两点间温度差值的绝对值 3 1 9温度稳定性 degree of temperature fluctuate 在恒温控制条件下 恒温槽工作区域任一点在规定时间内的温度变化量 用规 定时间内所有测试位置最大和最小温差平均值的1 2加 号表示 3 1 10湿度均匀性 degree of humidity homogeneity 在湿度控制条件下 湿度箱 测试室 工作区域中任意两点间的湿度差值的绝对 值 3 1 11湿度稳定性 degree of humidity fluctuate 在湿度控制条件下 湿度箱 测试室 工作区域中任一点在规定时间内的湿度变 化量 用规定时间内所有测试点最大和最小湿度差平均值的1 2加 号表示 3 1 12湿度检定箱 hygrostat 采用自动或手动控制方法 使干空气和湿空气按照一定的比例充分混合 在一 个箱体内形成稳定 均匀的湿度条件 对湿度测量仪器或传感器进行校准用的箱体 3 1 13湿度发生装置 apparatus of adjustment humidity 采用使饱和湿空气与干空气定比混合 或直接将高压饱和湿空气扩散 或改变 饱和湿空气温度等方法 以得到不同湿度条件的测试设备 3 1 14蒸发量evaporation 在单位时间内单位面积所蒸发的液态水的质量或体积 3 1 15 降水precipitation 从云中降落或从大气中沉降到达地面的固态或液态水汽的凝结物 3 1 16 总辐射global radiation 一个水平表面从2 球面度立体角中接收到的太阳辐射 注1 入射在地球表面上的约99 的总日射的波长范围在0 3 m 3 m之间 注2 通常使用 总 辐射来替代半球向辐射 如果参考面不是水平面 这种使用可能会引起混淆 3 1 17直接辐射 direct radiation beam radiation 从日面及其周围一小立体角内发出的辐射 注1 一般来说 直接日射是由高达6 的视场角的仪器进行测定的 因此 它包括日面周围的部分散射辐 射 环日辐射 见3 18 因为日面本身仅0 5 的视场角 3 1 18净 全 辐射 辐射差额 net radiation 水平面上下两表面所接收到的半球向全辐射的差额 3 2计量单位 unit of measurement 3 2 1 气压 hPa 3 2 2 气温和地温 3 2 3 湿度 RH 3 2 4 风速 m s 3 2 5 雨量 mm 3 2 6 蒸发 mm 3 2 7 太阳辐射 W m2 瞬时值 MJ m 2 累积值 4 概述 自动气象站是一种能自动获取和存储气象观测数据的设备 它由传感器 数 据采集器 微机 应用软件等组成 其中应用软件包括数据采集器软件和业务测报 软件 能连续测量气压 气温 地温 湿度 风向 风速 雨量 蒸发 辐射和日 照等气象要素 并按要求进行所获取数据的自动处理 各要素传感器将所感应的气象要素的变化量转换成相应的电量变化量 其 变化由数据采集器采集 线性化和标定处理 实现电量到气象要素量转换 并对气 象数据量进行质量控制 经预处理后显示出各气象要素观测值 分别在采集器面板 和终端显示器上显示出来 5 计量性能要求 5 1气压 最大允许误差 0 3hPa 5 2气温 最大允许误差 0 2 5 3 地温 最大允许误差 0 5 最大允许误差 0 3 基准站 5 4空气湿度 最大允许误差 干 湿 表 4 RH 湿敏电容 4 RH 80 RH 8 RH 80 RH 5 5风速 最大允许误差 0 5 0 03V m s 注 V为风速示值 启动风速 0 6m s 5 6雨量 最大允许误差 降水强度1mm min时 0 3mm 降水强度4mm min时 0 4mm 5 7 蒸发 最大允许误差 1 5 FS 0 50 5 9总辐射 最大允许误差 5 累积值 5 10直接辐射 最大允许误差 2 累积值 5 11采集器 最大允许误差 模拟量 1 2分辨率 数字量 无附加误差 6 通用技术要求 6 1自动气象站的采集器 各要素传感器应有编号 字迹清晰 端正 6 2各传感器外型结构应完好 表面不应有明显的凹迹 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 6 2 所有测试设备和被检仪器均按其说明书要求进行预热 6 3 采集器各通道工作应正常 7 检定条件 7 1标准器 7 1 1气压 7 1 1 1数字式气压仪 测量范围 500 1100hPa 测量不确定度 0 1 hPa 7 1 2温度 7 1 2 1数字式铂电阻温度计 测量范围 60 80 测量不确定度 0 06 7 1 3湿度 7 1 3 1精密露点仪 测量范围 10 100 RH 测量不确定度 1 RH 7 1 4降水 7 1 4 1雨量标准球 测量范围 314 16mL 测量不确定度 0 2mL 7 1 4 2 雨量检测系统 测量范围 50mL为一满量程 可连续加液至1000ml 流速范围 0 05mL min 150ml min 不确定度 0 1 50mL 7 1 5蒸发 测量范围 0 100mm 不确定度 0 04mm 7 1 6风速 7 1 6 1 L型皮托静压管 皮托管的K值应在0 99 1 01之间 皮托管系数的允许误差 当5 10 m s 时 不超过0 04 当10 25 m s 时 不超过0 05 7 1 6 2数字微压计 测量范围 0 800 Pa 零位回复误差 0 3 Pa 不确定度 0 8Pa 7 1 7 辐射 7 1 7 1标准总辐射表 测量范围 0 1400W m2 测量不确定度 2 FS 7 1 7 2标准直接辐射表 测量范围 0 1400W m2 测量不确定度 1 FS 7 1 8采集器 7 1 8 1精度6 位半以上多用数字表 电压测量 测量范围 100 0000mV 1000 00V 不确定度 读数的ppm 量程的ppm 分辨率 0 1 V 1mV 电阻测量 测量范围100 0000 1 000000M 准确度 读数的ppm 量程的ppm 分辨率 100 1 0 7 1 9专用标准信号源 7 1 9 1气压 设定气压点 500 600 800 900 1000 1020 1050 1100 hPa 分辨率 0 01 hPa 输出量 数字量输出 最大误差 无附加误差 7 1 9 2温度 气温 地温 设定温度点 50 30 10 0 10 30 50 80 对应电阻输出值 80 31 88 22 96 09 100 00 103 90 119 40 130 89 最大允许误差 0 018 0 05 7 1 9 3相对湿度 设定范围 5 100 RH 对应电压输出值 50 1000 mV 分辨率 1 mV 0 1 RH 最大允许误差 1mV 0 1 RH 7 1 9 4风向 设定范围 0 360 对应输出值 并行七位格雷码 分辨率 1 最大允许误差 无附加误差 7 1 9 5风速 设定范围 0 60 m s 对应的频率输出值 0 600 Hz 分辨率 1 Hz 0 1 m s 最大允许误差 1 Hz 0 1 m s 7 1 9 6雨强 设定范围 0 40 mm min 对应的脉冲输出数 0 40 个脉冲数 分钟 对应的周期数 1 0 40 个脉冲数 分钟 分辨率 1个脉冲数 0 1mm 最大允许误差 1个脉冲数 0 1mm 输出量 数字量输出 最大误差 无附加误差 7 2检定设备 7 2 1气压 7 2 1 1气压传感器检定装置 压力调整范围 400 1100 hPa 压力点的波动度 0 05hPa 7 2 1 2温度系数检定箱 温度调整范围 30 30 控制精度 0 5 7 2 2温度 7 2 2 1传感器检定装置 液体槽 温度调节范围 60 80 南方 30 80 温度波动度 0 02 30 以下 0 04 均匀度 0 02 30 以下 0 04 7 2 3湿度 7 2 3 1传感器检定装置 湿度调节范围 10 95 RH 工作温度范围 30 50 最大允许误差 2 RH 10 以上 4 RH 10 以下 7 2 3 2 7 2 4 全自动太阳跟踪器 最大跟踪误差 0 5 24h 7 2 5 回直路低速风洞 风速范围 0 1 30 m s 紊流度 0 5 工作段流速均匀性 1 工作 段流速均匀性 1 气流偏角 1 7 3 环境条件 7 3 1气温5 35 湿度不大于90 RH 风速不大于5m s 7 3 2在所有项目的检定过程中 要记录下当时的气压 温度 湿度 风速等环境 情况 8 自动气象站各要素传感器实验室检定方法 8 1温度传感器的检定 8 1 1外观检查 检查温度传感器金属外保护管 有否有压痕或裂纹 传感器的标签是否清晰可 见 记录下传感器的名称 型号和编号等 8 1 2 功能检查 被检温度传感器 气温和地温 与标准数据采集器连接后上电检查 观察能否 有输出 在常温条件下与标准铂电阻温度计进行比较 看两者测量值是否接近 如 发现相差较大 应分析原因 排除故障后再进行正式检定 对故障原因 应做好详 细记录 8 1 3 检定时温度点的选择 检定点及顺序 50 30 10 0 10 30 50 检定点可根据实际使用范围选择 点数不少于5个 间隔不大于30 8 1 3 1 温度传感器的示值检定 经过外观检查合格的传感器 才能进行示值检定 检定前根据所设的温度点将 槽内灌入相关恒温液体后 将标准数字温度计的传感器 气温和所有地温传感器的 头部对齐并捆扎在一起放入恒温槽中 将被检的温度传感器输出连至温湿电子扫描 开关 扫描开关的输出连接多路数据采集器 分别打开标准数字温度计 电子扫描 开关 标准数据采集器 检定数据处理终端的电源开关 预热30min钟后再开始变 温检定 8 1 4 检定方法 按以上温度点及顺序调节槽温 当槽温达到或接近设定温度后稳定1分钟后开 始检定 检定时 每隔30秒钟读取 采集 一次标准值和被测温度传感器的输出电 阻值 连续读取 采集 4次 一个温度检定点检定完毕 紧接着调整下一个温度 点 以下各温度检定点的稳定时间 示值读取 采集 次数 读 采集 取数据间 隔 数据处理方法完全一致 8 1 6 数据处理 用标准器的4次读数值的平均值 加上该温度点的修正值 作为该检定温度点 上的标准值 用被检温度传感器的4次读数值的平均值减去标准值得出该温度点上 的测量误差 用 1 和 2 式计算各温度点上温度传感器的测量误差和全温范围下的 测量误差的总平均 1 Ts 4 2 j 式中 温度传感器在各温度点的测量误差 iT 4T 温度传感器各温度点上4次测量值平均值 4sT 标准器在各温度点上4次测量值平均值 t 标准器在该温度点上修正值 iT 温度传感器在所有温度点上的测量误差的总平均值 nTTn n 检定温度点数 用被检温度传感器在所有温度点测量误差的总平均值 作为基点调整依据 当 温度传感器测量误差总平均值 超出自动气象站温度传感器 气温和地温 测量准 确度指标时 应按照自动气象站使用说明书要求 进行基点调整 经过基点调整后 的温度传感器 应在0 点上进行验证 在该温度点用标准温度计与之比较4次数据 用被测温度传感器4次测量值饿平均值减去标准器4次测量值的平均值 得出的测量 误差值应在自动气象站测量准确度允许范围以内为合格 否则判为不合格 或调整 无效 检定记录格式见附录A1 8 1 7 检定结果的处理 检定合格的传感器 发给检定证书 检定不合格的传感器 发给检定结果通知 书 8 2湿度传感器的检定 8 2 1外观检查 检察温湿传感器的标签是否齐全 是否有清晰的产品名称 型号和编号等 如 果是使用过的传感器 检查时应用软毛刷清除传感器头部及过滤帽中的尘土 8 2 2 功能检查 将传感器与标准数据采集器连接 上电检查能否正常工作 主要检查能否显示 正常测量数据 与精密露点仪相比 若发现异常 应做好详细记录并进行原因查 找修理后再进行检定 8 2 3湿度传感器示值检定 按照精密露点仪的使用说明书中要求 将温湿传感器头与露点仪相连 检定开 始前 先将被检温湿传感器 精密露点仪的温湿传感器 置入到调温调湿箱中等高 度上 被检湿度传感器的输出端连到标准数据采集器的相关输入端子上 分别打开 调温调湿箱 标准数据采集器 精密露点仪的电源开关 预热半小时后再开始检定 8 2 4 检定湿度点的选择 湿度检定点及顺序为30 40 55 75 95 RH 8 2 5 检定方法 按8 2 4条规定的湿度检定点调整箱内湿度 其顺序为先低湿逐点到高湿 再 从高湿点逐点降至低湿点 一次循环检定 在调湿过程中 必须保持整个过程的变化趋势 即在降湿的整个过程中 不能 有升湿趋势 相反 在升湿过程中 不能有降湿趋势 每个湿度检定点调整完毕 应有5分钟的稳定时间后才能开始检定 检定时 同时读取湿度传感器的输出值和精密露点仪的显示值 每个湿度检测 点进行一次读数 标准器的读数准确到0 01 RH 被检湿度传感器的读数准确到 0 1 RH 一个湿度点检测完毕 将测试室内湿度调到下一个湿度点 其它各点的检测方 法相同 8 2 6数据处理 用 3 和 4 式分别计算出被测湿度传感器的正 反行程时各湿度检定点上的测 量误差 3 HH 4 DisDiDiHH 式中 正行程时湿度传感器在各湿度点的测量误差 RH IiH DiH 反行程时湿度传感器各湿度点的测量误差 RH IiH 正行程时湿度传感器在各湿度点的测量值 RH DiH 反行程时湿度传感器在各湿度点的测量值 RH IisH 正行程时标准器在各湿度点的测量值 RH DisH 反行程时标准器在各湿度点的测量值 RH 用式 5 计算湿度传感器在全程范围内测量误差的总平均值 5 nID 式中 n 检定点数 IisIiIiH 当各湿度点的修正值 呈分段分布时 80 RH以下修正值小 而80 RH以上修 正值变大 若应按两点调整法进行调整 调整方法详见附录B1 当各湿度点修 正值均匀分布且方向一直 应采用单点调整法 8 2 7 检定结果的处理 对检定合格的传感器 发给检定证书 检定不合格的传感器 发给检定结果通 知书 8 3 风向传感器的实验室检定 8 3 1 风向传感器的外观检查 风向标无明显变形 转轴竖直时其转动平稳 灵活 能随遇平衡 8 3 2 检定前准备 检定前 先将风向风速传感器放入风洞内 风向风速传感器的输出连到标准数 据采集器上 标准数据采集器的输出连到检定数据处理终端上 开启标准数据采集 器和检定数据处理终端的电源 预热10分钟后开始检定 8 3 3 风向检定点选择 风向检定点及顺序为 0 90 180 270 8 3 4 检定方法 用标准度盘的刻度值作为标准值 将风向标对准标准度盘上的0 点 记录检 定数据处理终端显示的风向值 一个风向点检定结束 再将风向标对准标准度盘 90 180 270 其它各检定点的数据录取方法与0 点相同 8 3 5 数据处理 4个风向点检测结束 用风向传感器在各个风向点上的显示值减去标准值 得 出各个风向点上的测量误差 以4个检定点上的测量误差的最大值作为风向准确度 的评定依据 8 3 6风向传感器启动风速检定 将风向传感器安装在风洞的实验段 分别使风标与风洞轴线夹角成 20 20 从静止状态开始 缓慢增加风速 当风向标启动并向风洞轴线方向转动 当夹角 5 时 停止加速 读取风速值 按上述操作再重复一次 并取四次测试中之起 动风速最大值作为本次检定结果 8 3 6 检定结果处理 8 3 7启动风速的检定 8 3 7 1 检定前的准备 对于检定合格的风向传感器 发给检定证书 对于检定不合格的风向传感器 发给检定结果通知书 将风向风速传感器安装于风洞实验段内 输出端连至标准数据采集器的输入端 子上 标准数据采集器的输出连至检定数据处理终端上 分别打开标准数据采集器 和检定数据处理终端的电源开关 预热10分钟后开始启动风速的检定 8 3 7 2 检定方法 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 当风杯开始转动时 从采集器上记录此时的风速值 该风速值为风速传感器的单次检定启动风速值 按上述方法重复进行3次 8 3 7 3数据处理 取3次启动风速的最大值 作为风速传感器的启动风速评定依据 8 3 7 4检定结果的处理 经过检定合格的传感器 发给检定证书 经检定后不合格的风速传感器 要进 行修理 修理后再检定仍不合格的风速传感器 发给检定结果通知书 8 4风速传感器的实验室检定 8 4 1外观检查 风杯无明显变形 转轴竖直时其转动平稳 灵活 能随遇平衡 启动风速合格 的风速传感器 才能进行风速示值的检定 8 4 2 检定前的准备 检定前 将风速传感器安装在风洞试验段内 风速传感器的通讯电缆连至标准 数据采集器的输入端 标准数据采集器的输出连至检定数据处理终端 开机预热10 分钟后 开始风速示值检定 8 4 3检定风速点的选择 检定风速点及顺序 2 5 10 15 20 25 30m s 8 4 4 检定结果处理 经检定合格的辐射传感器 发给检定证书 不合格的辐射传感器 发给检定结 果通知书 8 5气压传感器的室内检定 8 5 1检定前的准备 8 5 2检定时压力点选择 检定时的压力点为500 600 700 800 900 950 1000 1050hPa 8 5 3 检定方法 检定时调压顺序依次为 500 600 700 800 900 950 1000 1050 1050 1000 950 900 800 700 600 500hPa 检定时当压力点调好后稳定2分钟后才能开始 检定开始和结束时 分别读取当时的环境温度和空气湿度值 用两次读取的环境温度和空气湿度值的平 均值 作为检定时的环境条件 检定时同时采集被检气压传感器的示值和气压标准 器的示值 检定记录见附录A1 8 5 4 数据处理 用 12 和 13 式分别计算出气压传感器在正反行程时 各压力点上的测量误差 12 PP 13 PP 式中 正行程各压力点的测量误差 hPa IiP DiP 反行程各压力点的测量误差 hPa IiP 正行程各压力点的测量值 hPa DiP 反行程各压力点的测量值 hPa IisP 正行程各压力点标准器的测量值 hPa IisIiIi DisDiDi 用 14 式计算被检气压传感器 在全程范围内的误差总平均 n 14 IDP 误差总平均值 hPa n 检定总次数 8 5 5 数据处理 根据误差总平均值大小和自动气象站的准确度指标 来确定修正值的调整方法 如果各压力点修正值方向一致且大小相近 采用单点调整就可以了 如果各压力点 上修正值分压力范围分布 一般采用两点调整法 气压传感器的基点值调整方法见 附录B3 经过基点调整后的气压传感器 应在常压点上进行验证 其方法是每隔1分钟 读取1次标准值和被测气压传感器的测量值 总共读取3次数据 用3 次气压传感器 的测量值的平均值减去3次标准器测量值 得出被测气压传感器的测量误差 该测 量误差应在允许范围内 否则应对气压传感器进行更换或维修 8 5 6 检定结果处理 经检定合格的气压传感器 发给检定证书 否则发给检定结果通知书 8 6 雨量传感器的检定 8 6 1 检定前的准备 按操作规范要求 将雨量检定装置安装在平坦 牢固工作台面上并调整水平 8 6 2降水强度选择 0 5mm min 1mm min和4mm min 8 6 3 检定方法 将被检雨量传感器放在雨量检定装置旁边并调整其水平 将雨量传感器和数据 采集器连接好 雨量检定装置的储水器加满水 按照降雨量和雨强要求来设顶定检 定装置的出水流速 雨强 和雨量 雨量检定装置降雨量和雨强的设定方法见附录 B4 nPPP 8 6 4 数据处理 以被检雨量传感器的3次测量值的平均值减去标准值 得出该雨强下的测量误 差 分别用公式 15 16 和 17 式计算各雨强下的测量误差值 5 0 3 5 0 5 0sRRR 15 16 sRR 17 sRR 式中 5 0R 雨强为0 5mm时的测量误差 mm 3 5 0 R 雨强为0 5mm时3次测量值的平均值 mm 5 0 sR 雨强为0 5mm时标准值 mm 1R 雨强为1mm时的测量误差 mm