JJF 1939-2021 热式风速仪校准规范 高清晰版

中华人民共和国国家计量技术规范1热式风速仪校准规范s8发布 8实施国家市场监督管理总局 发布1热式风速仪校准规范rs

1归 口 单 位:全国流量计量技术委员会主要起草单位:中国建筑科学研究院有限公司参加起草单位:中国计量科学研究院建研爱康北京)科技发展公司提赛环科仪器贸易北京)有限公司北京麦迪光流测控技术有限公司上海博卡实业有限公司本规范委托全国流量计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:王智超中国建筑科学研究院有限公司)参加起草人:崔骊水中国计量科学研究院)杨英霞中国建筑科学研究院有限公司)高 松建研爱康北京)科技发展公司]王泰宏提赛环科仪器贸易北京)有限公司]张 尧北京麦迪光流测控技术有限公司)俞平权上海博卡实业有限公司)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3术语……………………4概述……………………5计量特性………………1风速示值误差………………………2风速重复性…………6校准条件………………1环境条件……………2标准器及配套设备要求……………7校准项目和校准方法…………………1校准项目……………2校准方法……………8校准结果………………9复校时间间隔…………

1)1)1)1)2)2)2)2)2)2)3)3)3)5)5)附录A 激光多普勒流速仪校准风速仪的示值误差测量不确定度评定示例………6)附录B 皮托管配合微差压计校准风速仪的示值误差测量不确定度评定示例……9)附录C 热式风速仪校准原始记录格式激光多普勒流速仪或热式风速仪校)……)附录D 热式风速仪校准原始记录格式皮托管配合微差压计校准) )附录E 热式风速仪校准证书内页格式 )Ⅰ引 言1国家计量校准规范编写规则F1通用计量术语及定义》和1测量不确定度评定与表示》共同构成支持本规范制定工作的基础性系列规范。本规范的校准方法参考了2测量仪器特性评定本规范为首次发布。Ⅱ热式风速仪校准规范范围本规范适用于风速范围为50s的热式风速仪的校准。引用文件本规范引用了下列文件:1通用计量术语及定义2测量仪器特性评定7气象低速风洞性能测试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。术语热式风速仪e利用风速敏感元件的热耗散效应测量风速的计量器具。示值误差n测量仪器示值与对应输入量的参考量值之差。重复性y在一组重复性测量条件下的测量精密度。紊流度y ,风洞工作段内相对于任何一点的气流速度而存在的高频脉动程度方根表示。

用脉动速度的均均匀性 y风洞工作段内同一横截面上气流速度分布的均匀程度相对标准偏差表示。

,用该截面上各点气流速度的稳定性y风洞工作段内气流速度随时间脉动的程度,

用规定时间间隔内气流速度相对于气流平均速度变化量的最大值与平均速度之比表示。皮托管系数e利用标准皮托管对皮托管测得的差压值进行修正的系数,得的差压值比值的均方根乘以标准皮托管系数表示。概述

用标准皮托管和皮托管测热式风速仪以下简称风速仪是用来测量气体流速的仪表。风速仪按工作原理分为两种,即恒流式、恒温式。恒流式是给风速敏感元件一恒定1电流,加热至一定温度后,其随气流变化被冷却的程度为风速的函数。恒温式是供给风速敏感元件电流可调,在不同的风速下使处于不同的热平衡状态的风速敏感元件的工作温度基本维持不变,即阻值基本恒定,该敏感元件所消耗的功率为风速的函数。风速仪按风速敏感元件的不同,分为热球式风速仪、热线式风速仪和热膜式风速仪。风速仪由传感器和测量指示仪表组成风速仪结构示意图如图1所示。传感器用于感应风速信息;测量指示仪表将感应到的风速信息转换成电信号后,以指针式或数字式显示输出风速。计量特性风速示值误差

图1风速仪结构示意图。风速仪的风速示值误差不超过表1中的最大允许误差表1风速仪最大允许误差风速仪测量范围最大允许误差备注50s±5R)sR为测量值00s±3R)s风速重复性 /。风速仪的风速重复性不超过最大允许误差绝对值的14校准条件环境条件温度:一般为5℃0℃。相对湿度:一般不大于0。大气压力:一般为。标准器及配套设备要求 / , 。标准器及配套设备应有有效的检定校准证书 其技术要求见表22表2标准器及配套设备技术要求序号设备名称技术要求用途1风洞风速仪传感器的迎风面积与风洞工作段截面积之比不应大于;工作段内气流的均匀性不大于1;工作段内气流的稳定性1)不大于5;工作段内气流的紊流度不大于5提供校准的风速场2激光多普勒流速仪校准的风速段);扩展不确定度不低于5 )作为标准器测量风洞工作段的风速3标准热式风速仪校准的风速段为);扩展不确定度不低于5 )作为标准器测量风洞工作段的风速4皮托管配合微差压计校准的风速段);皮托管系数K应在3之间;微差压计的测量上限不低于,准确度等级1级作为标准器测量风洞工作段的风速5温度测量仪表测量范围为℃;最大允许误差为2℃测量环境温度6湿度测量仪表测量范围为);最大允许误差为5 H测量环境湿度7大气压力计测量范围为;最大允许误差为a测量大气压力校准项目和校准方法校准项目示值误差和重复性。校准方法校准前的检查传感器测杆应笔直

上下调节活动自如

。风向标志应清晰易见。指针风速仪仪表的玻璃表盖应无色透明刻度盘应平整且分度线应清楚、匀直、标字应正确。指针风速仪在非工作状态时,开关指示在断的位置仪表指标在机械零的位置。数显风速仪的显示器应能正常清晰地显示数字。数显风速仪在非工作状态时,电源接通时,显示器的显示值应为零。示值误差校准3将被校风速仪的传感器放置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,风向标志对准风洞试验段轴向来流方向。采用单回流式风洞时,传感器插入风洞处要密封,不得漏风。根据被校风速仪的测量范围,可以从以下工况点中选取校准风速点5、000000505、0。每个校准风速点的实际风速与设定风速的最大偏差,风速风速1时为5设定风速。 ,

1s时为5;各校准风速点的风速值调好后要稳定至少1准。校准过程中的校准环境应符合本规范的要求。

确定风速值稳定后才能校采用激光多普勒流速仪或标准热式风速仪作为标准器校准时在标准器和被校风速仪显示值稳定时进行读数,依次读取标准器测量值和被校风速仪示值3次。同时记录环境温度、相对湿度和大气压力。按公式)计算示值误差: ()式中:

δvs 1某校准点被校风速仪示值的算术平均值,;某校准点标准器风速测量平均值,。采用皮托管配合微差压计作为标准器校准时

在微差压计和被校风速仪显示值稳定时进行读数,微差压计示值读取3次,被校风速仪示值读取3次。同时记录环境温度、相对湿度和大气压力。按公式)计算标准器风速测量值,再按公式)计算示值误差。s×K×式中:

)× pw×

)p微差压计示值的算术平均值;K皮托管系数;环境温度℃;p大气压力;相对湿度,;Tww温度为t℃)时的饱和水汽压;Tw;

ekD)T校准环境空气绝对温度T;A2;B=1;C;D3。4示值误差的标准不确定度按公式)计算:式中:

=) )某个校准点下风速仪的示值误差标准不确定度,;被校风速仪测量重复性引入的不确定度,;标准器引入的不确定度,。示值误差的扩展不确定度按公式)计算:式中:

Uk )U示值误差的扩展不确定度,;k—包含因子。 。示值误差测量不确定度分析示例见附录A和附录B重复性在每个校准风速点计算风速重复性:

,根据4或5读取的被校风速仪示值

按公式

))

x

)= C式中:风速重复性,;xn被校风速仪示值的最大值和最小值,;C极差系数,测量3次时C。校准结果校准原始记录格式见附录C和附录。按本规范要求校准后的热式风速仪发给校准证书,校准证书格式见附录。复校时间间隔复校时间间隔由使用者根据仪器使用情况、仪器本身性能等因素所决定,建议复校时间间隔不超过1年。5附录A激光多普勒流速仪校准风速仪的示值误差测量不确定度评定示例概述采用激光多普勒流速仪进行热式风速仪示值误差校准

。按本规范的校准方法,以风速校准点分别为000s时为例,进行被校风速仪示值误差的不确定度评定。被校风速仪热线风速仪:测量范围),分辨率1。标准器 : (

)/,

( 。激光多普勒流速仪配套设备

测量范围

0

ms扩展不确定度5

k=2风洞:稳定性5,均匀性1,紊流度5;空盒气压表:量程,准确度;温湿度表:温度量程℃,扩展不确定度2℃k湿度量程~),扩展不确定度9。测量结果 。测量有关参数见表1

表1校准数据校准风速点标准器示值/)风速仪示值/)123平均值vs123平均值v0s318488980s424711210s87299809测量模型

( :激光多普勒流速仪校准风速仪的示值误差的计算公式见公式

1式中:

δvs )v某校准点风速仪示值的算术平均值,;s某校准点标准器风速测量平均值,。合成标准不确定度计算公式)由公式)可见,示值误差δ测量结果不确定度的来源主要有:被校风速仪测量的不确定度分量标准器的不确定度分量。6v的不确定度互不相关,因此:) )不确定度评定 ()被校风速仪测量的不确定度分量uv被校风速仪测量的不确定度分量由被校风速仪重复性测量得到。,

校准风速点0s时 重复性条件下被校风速仪3次测量值分别为889。按极差法计算标准差:v

x

8

)k= C

9 =则由被校风速仪重复性测量引入的标准不确定度:=0 )=3同样的方法得到校准风速点 /和

/时,被校风速仪测量重复性引入的0ms 0ms标准不确定度分别为4s和8。标准器的不确定度分量)激光多普勒流速仪引入的不确定度分量分为激光多普勒流速仪测量重复性引入的不确定度和仪器本身引入的不确定度。校准风速点0s时,激光多普勒流速仪测量3次读数分别为3、1s和8,按极差法计算标准差:v,

,x,

1

)sk= C

9 =则由激光多普勒流速仪测量重复性引入的标准不确定度为:=)=35按均匀分布,激光多普勒流速激光多普勒流速仪的扩展不确定度为仪本身引入的标准不确定度为:5)2将风洞的稳定性计入激光多普勒流速仪测量的不确定度5,按均匀分布,则风洞稳定性引入的不确定度为:54。

风洞的稳定性要求为3激光多普勒流速仪测量引入的标准不确定度为:=222)同样的方法得到校准风速点0s和0s时,激光多普勒流速仪校准引入的标准不确定度分别为0s和5。合成标准不确定度的计算根据公式合成标准不确定度按下式计算得到:7计算结果见表。扩展不确定度的计算

=)取k,则k,各校准风速点示值误差的扩展不确定度见表。表2各校准风速点示值误差的扩展不确定度校准风速点示值误差合成标准不确定度)扩展不确定度)0s4980s7770s9508附录B皮托管配合微差压计校准风速仪的示值误差测量不确定度评定示例概述采用皮托管和微差压计进行热式风速仪示值误差校准

。按本规范的校准方法,以风速校准点分别为000s时为例,进行被校风速仪示值误差的不确定度评定。被校热式风速仪热线风速仪:测量范围),分辨率1。标准器皮托管:皮托管系数K,准确度为0。微压差计:量程,最大误差为。配套设备风洞:稳定性5,均匀性1,紊流度5。空盒气压表:量程,准确度为。( 温湿度表:温度量程℃,扩展不确定度2℃k湿度量程),扩展不确定度9H。校准结果校准时环境温度为4℃参数见表。

相对湿度为7

,大气压力为

测量有关表1校准数据校准风速点微差压计示值a标准风速值vss风速仪示值)123平均值123平均值v0s4565082890s8009032360s253301377测量模型皮托管配合微差压计校准风速仪的示值误差的计算公式如下:其中,

δvs )s×K×

)× D× D)T

))9式中:v某校准点风速仪示值的算术平均值,;s某校准点标准器风速测量值,;p微差压计示值的算术平均值;K皮托管系数;t校准环境空气温度℃;p校准环境大气压力;φ标准环境空气相对湿度,;w空气温度为t℃)时的饱和水汽压;k;T校准环境空气绝对温度T;A2;B=1;C;D=3。合成标准不确定度计算公式)由公式示值误差δ测量结果不确定度的来源主要有:)被校风速仪测量的不确定度分量标准器的不确定度分量。v的不确定度互不相关,因此:) )12Ns的测量模型为YA12…N12N

,且各输入量的不确定度不相关,由此得:=K+++pw)4 4 4不确定度评定 ()被校风速仪测量的不确定度分量uv被校风速仪测量的不确定度分量由被校风速仪重复性测量得到。

校准点0s时,重复性条件下被校风速仪3次测量值分别为828。根据极差法计算标准差:v

x

8

)k= 9 = 9 =则由被校风速仪测量重复性引入的标准不确定度为:=)=3按照同样的方法得到校准风速点 /

/时,被校风速仪测量重复性引入/ 0ms 0ms的标准不确定度分别为1ms和1。标准器的不确定度分量)皮托管配合微差压计引入的不确定度包括皮托管

、流场压差

、温度

、相对湿度、大0气压力测量引入的不确定度。,根据所用皮托管的校准证书,皮托管的系数K,准确度为,根据所用皮托管的校准证书,皮托管的系数K,准确度为0,按均匀分布 则皮托管系数K的相对标准不确定度为:07

3)的相对标准不确定度u流场压差的不确定度分为流场压差测量重复性引入的不确定度和测量用微压计及风洞引入的不确定度。校准风速点为0s时,采用微差压计重复性测量3次压差p的值分别为56。计算得到微差压计重复性测量的相对标准不确定度8。采用量程为a的微差压计测量流场压差

根据所用微差压计校准证书最大误差为,则微差压计引入的相对标准不确定度为: 1 05×3将风洞的稳定性计入流场压差测量的不确定度,分布,则风洞稳定性引入的相对标准不确定度为:3593流场压差的相对标准不确定度:

风洞稳定性要求为5

,按均匀=8252920按照同样的方法得到校准风速点0s和0s时,流场压差p的相对标准不确定度分别为8和1。 ()空气热力学温度T的相对标准不确定度T用数显温湿度表进行温度测量。由数显温湿度表的校准证书可知,扩展不确定度为U2℃测试时环境温度t为4℃,则T的相对标准不确定度为:urT=

(

0 4×5大气压力p的相对标准不确定度B)用空盒气压表进行大气压力测量。根据所用空盒气压表的校准证书,准确度为,按均匀分布,测试时大气压力为,则大气压力p的相对标准不确定度为:= 7 0 039 ()空气相对湿度φ的相对标准不确定度φ用温湿度计进行空气相对湿度测量。根据所用温湿度计的校准证书,扩展不确定度为U9测试时相对湿度为7,则空气相对湿度的相对标准不确定1度为:

=9 0 22p2根据公式计算得到在校准环境温度t为4℃时,饱和水蒸气压力w=,则pwap ) w= w==TB-Da∂T则由公式)计算得到p∂T因此p

p0=pwpw)pw)=uKr+4ur p+4u5rt+ r72+102+142+124444urvs==

3根据测量的流场动,根据公式)计算得到标准器风速测量值s为0。则标准不确定度s3 。按照同样的方法,计算得到校准风速点0s和0s时,标准器测量的标准不确定度分别为1s和9