JJF 1999-2022转子式流速仪校准规范-(高清原版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 9 9 92 0 2 2转子式流速仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rR o t a t i n gE l e m e n tC u r r e n tM e t e r s 2 0 2 2-1 2-0 8发布2 0 2 3-0 6-0 7实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局转子式流速仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rR o t a t i n gE l e m
2、 e n tC u r r e n tM e t e r sJ J F1 9 9 92 0 2 2 归 口 单 位:全国流量计量技术委员会液体流量分技术委员会 主要起草单位:重庆市计量质量检测研究院交通运输部天津水运工程科学研究所 参加起草单位:水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心重庆华正水文仪器有限公司成都赫泰智能科技有限公司重庆兆洲科技发展有限公司 本规范委托全国流量计量技术委员会液体流量分技术委员会负责解释J J F1 9 9 92 0 2 2市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:张泽宏(重庆市计量质量检测研究院)戚宁武(重庆市计量质量检测研究院)窦春晖(交通运输部天津水
3、运工程科学研究所)参加起草人:史占红(水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心)李金建(重庆华正水文仪器有限公司)张 俊(成都赫泰智能科技有限公司)刘 勇(重庆兆洲科技发展有限公司)J J F1 9 9 92 0 2 2市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 术语(1)3.2 计量单位(1)4 概述(2)5 计量特性(3)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 校准用介质(4)6.3 校准原理和装置(4)7 校准项目和校准方法(5)7.1 校准项目(5)7.2 校准方法(5)8 校准结果表达(8)9 复校时间间隔(8
4、)附录A 校准记录的参考格式(脉冲式流速仪)(9)附录B 校准证书的(内页)参考格式(脉冲式流速仪)(1 1)附录C 校准记录的参考格式(直显式流速仪)(1 2)附录D 校准证书的(内页)参考格式(直显式流速仪)(1 3)附录E 测量不确定度评定示例(1 4)J J F1 9 9 92 0 2 2市场监管总局市场监管总局引 言 J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义、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本校准规范制定工作的基础性系列文件。本规范参照I S O3 4 5 5:2 0 0
5、7 水文测验 直线明槽中流速仪的校准(H y d r o m e t r y-C a l i b r a t i o no f c u r r e n tm e t e r s i ns t r a i g h to p e nt a n k s)和G B/T2 1 6 9 92 0 0 8 直线明槽中的转子式流速仪检定校准方法、G B/T1 1 8 2 62 0 1 9 转子式流速仪,并结合国内各类流速仪的生产、使用和校准现状进行制定,主要的技术指标与国际标准和国家标准相一致。本规范所用术语,除在本规范中专门定义的外,均采用J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义和J J F1 0 0
6、4 流量计量名词术语及定义。本规范为首次制定。J J F1 9 9 92 0 2 2市场监管总局市场监管总局转子式流速仪校准规范1 范围本规范适用于直线明槽中转子式流速仪(以下简称流速仪)的校准。2 引用文件G B/T1 1 8 2 62 0 1 9 转子式流速仪G B/T1 9 6 7 7 水文仪器术语及符号G B/T2 1 6 9 92 0 0 8 直线明槽中的转子式流速仪检定校准方法I S O3 4 5 5:2 0 0 7 水文测验 直线明槽中流速仪的校准(H y d r o m e t r y-C a l i b r a t i o no f c u r r e n tm e t e
7、r s i ns t r a i g h to p e nt a n k s)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G B/T1 9 6 7 7界定的以及下列术语和定义适用于本规范。3.1.1 转子式流速仪 r o t a t i n ge l e m e n t c u r r e n tm e t e r s具有一个转子的流速仪,转子绕着与水流方向垂直的竖轴或与水流方向平行的水平轴转动,其转速与周围水流的流速成单值对应关系。3.1.2 起转速度 s t a r t i n gv e
8、 l o c i t y使转子开始连续稳定转动的最低水流速度。3.1.3 临界速度 c r i t i c a l v e l o c i t y流速仪检定曲线图中,低速曲线部分过渡到直线部分的转折点处的水流速度。3.1.4 仪器常数 i n s t r u m e n t c o n s t a n t与流速仪转子结构和摩阻力有关的附加系数。3.1.5 水力螺距 h y d r a u l i cs c r e wp i t c h在静水中,转子每转一周所推进的距离。3.2 计量单位流速仪计量单位名称及符号表示见表1。表1 计量单位名称及符号量的名称单位名称符号流速米每秒m/s长度米m时间秒
9、s1J J F1 9 9 92 0 2 2市场监管总局市场监管总局4 概述4.1 工作原理流速仪是依靠水流对流速仪转子的动量传递而进行工作的。当水流流过流速仪转子时,水流的直线运动能量对转子产生转矩,此转矩克服转子的惯量、轴承等内摩擦,以及水流与转子之间相对运动引起的流体阻力,从而使流速仪转子转动。在一定水流速度范围内,流速仪转子转速与水流速度呈现比较稳定的近似线性关系。通过测量转子在预定时间内的转数,就可得到水流速度。4.2 用途流速仪是用来测定水流流动速度的计量器具,是水文监测、江河流量监测、农业灌溉、市政给排水、工业污水等行业明渠管道流速或流量测量的一种便携式测量仪表。4.3 结构及分类
10、流速仪结构主要包括转子结构、支承结构、发信结构、定向结构,以及计数部分、悬挂部分及特殊附件(如测杆、信号传输线、悬索和铅鱼等)。流速仪按照结构型式主要分为两大类:旋杯式流速仪(以旋杯作为转子的流速仪,见图1)和旋桨式流速仪(以旋桨作为转子的流速仪,见图2)。流速仪按照显示方式主要分为两大类:脉冲式流速仪和直显式流速仪。脉冲式流速仪是以脉冲计数的流速仪,通过测量一段时间内的脉冲数进行流速测量。直显式流速仪是在仪器内设置好校准公式和测速历时等参数,通过二次仪表直接显示流速值进行流速测量。本规范针对这两种类型的流速仪采用不同的校准方法和数据处理。图1 旋杯式流速仪结构图1尾翼部件;2接尾杆;3转轴;
11、4发信结构;5旋杯部件2J J F1 9 9 92 0 2 2市场监管总局市场监管总局图2 旋桨式流速仪结构图1尾翼部件;2固尾螺丝;3固紧螺帽;4身架部件;5发信结构;6旋桨部件5 计量特性对于脉冲式流速仪,用流速点(检测车车速)与其拟合直线之间的相对误差绝对值作为每个流速点的示值相对误差绝对值。在测速范围内,直线方程部分(其最低速度不低于临界速度),以某一速度级内各流速点的示值相对误差绝对值的平均值来表示该速度级误差。对于直显式流速仪,用显示流速与实际流速(检测车车速)的相对误差作为每个流速点的示值相对误差。脉冲式流速仪直线方程测速范围的误差要求见表2。直显式流速仪的相对误差要求(取其绝对
12、值)也可参考表2。表2 流速仪误差参考表速度级/(m/s)vkv0.50.5v1.51.53.5平均相对误差1.5 5%1.2 0%0.9 0%0.6 5%注:1.速度级是根据流速仪的测量原理和计量性能来区分的速度分段。2.vk为临界速度。3.平均相对误差是以各速度级各流速点相对误差绝对值的平均值来表示。4.对于使用低速曲线(指低于vk的流速范围)的流速仪,低速曲线部分各流速点的相对误差绝对值应不大于5%;当流速小于0.0 3m/s时,各流速点相对误差的绝对值应不大于0.0 0 2m/s。5.以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件校准流速仪的环境条件如下:a)温度:
13、(04 0)。3J J F1 9 9 92 0 2 2市场监管总局市场监管总局b)相对湿度:不超过9 5%。c)其他影响量:电源、振动、大气中水汽凝结和气流及磁场等因素对校准结果产生的影响应可以忽略。6.2 校准用介质校准用介质一般采用无油污、无纤维、无导磁性颗粒及其他可见颗粒等物质的清洁水,水温(53 0)。6.3 校准原理和装置6.3.1 校准原理在横断面均匀一致的直线明槽中,直线行驶的检测车以某一稳定速度牵引流速仪,使固定安装在测杆上的流速仪在明槽静水中行进,通过测定检测车的速度和流速仪转子转率(或显示流速),从而获得流速仪校准公式或相对误差。流速仪校准时需要同时测量以下3个参数:a)检
14、测车行进距离(指稳定速度段内);b)时间(含检测车行进时间和流速仪信号输出时间);c)流速仪信号(流速仪转子转率或显示流速)。6.3.2 校准用设备6.3.2.1 直线明槽直线明槽的规格大小以及流速仪在明槽截面的相对位置必须综合考虑,使得校准结果不受影响。6.3.2.2 检测车及轨道系统检测车可采用拖曳式和自推进式两种驱动方式,推荐使用自推进式检测车。车上装有电动驱动设备,经传动系统使检测车沿轨道运行,车上应有自动调速系统保证车速稳定。检测车应在直线明槽中水面上方的两条平行轨道上运行。轨道应保持清洁,无锈迹、油污等。在校准操作过程中,流速仪固定在检测车的挂杆上并淹没在指定深度的水中,同时能够以
15、恒定速度在轨道的测量段上平稳运行。6.3.2.3 距离测量测量距离的两种最常见的方法如下:a)沿明槽行进方向建立由机械或光学脉冲发射器驱动规律性的光栅。b)使用带有机械或光电脉冲发射器/光学编码器的测量轮,通过牵引车沿着轨道进行距离测量。应确保检测车在行驶过程中不产生滑动。6.3.2.4 时间测量常见的时间测量方法是用电子时钟进行测量,它可以测量小车运行通过一定距离所用的时间,并与流速仪的信号进行关联。6.3.2.5 流速仪信号测量为了测量流速仪的信号,应在检测车上安装合适的记录装置。a)对于脉冲式流速仪,一般情况下可以使用计数装置对从流速仪接收的信号进行计数,在测量给定时间内的流速仪转数时,
16、重要的是在流速仪信号上的相同点之间进行4J J F1 9 9 92 0 2 2市场监管总局市场监管总局测量。应确保没有信号被遗漏。b)对于直显式流速仪,一般情况下可以直接采用视频采集的方式进行数据读取。6.3.2.6 校准用设备明细表流速仪校准用设备可参考表3。表3 校准用设备参考表序号设备名称技术要求用途1直线明槽长不低于5 0m、宽和深不低于1.7m。轨道准确度应不低于G B/T2 1 6 9 92 0 0 8中表2规定的二级要求用于小车运行2光栅或测量轮最大允许误差:0.0 1m测量距离3计时仪最大允许误差:0.0 1s测量时间4计数装置测量不确定度应不大于0.1%(k=2)测量信号5温
17、度计分度值不大于0.1测量水温6倾角仪最大允许误差不超过0.5 测量流速仪安装的水平偏角 注:1.直线明槽的规格应充分考虑检测车的加速段、稳定段、测量段和制动段,主要由校准流速仪的类型、检测车的设计方案、信号传输和测量方法等决定。2.本参考表中直线明槽装置中,小车采用自推进方式,设计最高速度为6m/s。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目a)对于脉冲式流速仪,校准项目为流速仪的校准公式和各速度级误差。b)对于直显式流速仪,校准项目为流速仪流量点的相对误差。7.2 校准方法7.2.1 校准前准备a)在流速仪浸没水中之前,应检查清洁、润滑和机械电子类部件的功能。b)流速仪应按流速仪厂家的规定进行
18、安装悬挂,且和流速仪工况状态保持一致。c)将被检流速仪固定在测杆上,测杆固定在小车上,必须牢固可靠。流速仪入水时应缓慢进行,以免扰动水体。流速仪水平轴向应与明槽轨道平行。流速仪入水深度应使水面影响可忽略不计,对于旋桨式流速仪,浸入深度为旋转元件直径的两倍(到旋转轴的液位)以上;对于旋杯式流速仪,浸入深度应至少为0.3m或转子高度的1.5倍(取两者中较大值)。d)流速仪安装时,其水平轴应与直线明槽轨道相平行,水平偏角应不大于2.5。e)如果测量装置上同时有几个流速仪校准,应注意不能互相干扰,并确保在相同的条件下进行校准和测量。5J J F1 9 9 92 0 2 2市场监管总局市场监管总局f)观
19、察流速仪的起转速度,起转速度应比测速范围的下限值至少低5 0%。如果起转速度达不到要求,建议维修后再进行校准。g)根据流速仪测量原理和使用说明书等,确定流速仪流速点方案。注:新购置的或者较长时间没有使用的流速仪,在送校前应用溶剂汽油清洗,加注规定的仪表油,确保仪器能灵敏且稳定旋转;检查仪器发信结构,确保信号输出无异常。7.2.2 校准测量相关要求7.2.2.1 流速点取点原则一般情况下,流速仪流速点速度取值应符合以下要求:a)在低速范围(流速不超过0.5 m/s),相邻两流速点的速度间隔可取不超过0.0 5m/s。对于 需 要 低 速曲 线 的 流 速 仪,相 邻 两 流 速 点速 度 间 隔
20、 可 取0.0 2 m/s0.0 4m/s。b)在中速范围(流速在0.5 m/s1.5 m/s),相邻两流速点的速度间隔可取0.1m/s 0.2 5m/s。c)在高速范围(流速在1.5m/s以上),相邻两流速点的速度间隔可取0.5m/s 1m/s。注:对于需要线性校准的脉冲式流速仪,在线性段的流速点速度一般不低于临界速度(临界速度vk由说明书获得)。7.2.2.2 流速点数量根据流速仪测速范围和校准装置测量范围,确定最高校准速度。为保证拟合数据的可靠性,拟合公式的流速点数量的选取一般不少于表4的规定。表4 流速点数量选取最高校准速度/(m/s)vkvm0.50.5vm1.51.53.5流速点数
21、量/个1 01 21 41 6 注:1.vm为最高校准速度。2.也可根据用户需求进行流速点速度和流速点数量的选择。7.2.2.3 测量次数a)对于脉冲式流速仪,一般情况下每个流速点测量1次。b)对于直显式流速仪,一般情况下每个流速点测量不少于5次,且每次采集时间间隔不低于0.5s。7.2.2.4 静水时间每次测量完成后需等待水静止后再进行下一次测量,一般情况下校准流速自低而高进行。水静止所需时间取决于明槽的规格、上次校准速度、消波装置以及流速仪体积和测杆大小截面形状等,静水时间方案由校准实验室根据实际情况进行制定。7.2.3 校准程序a)流速仪安装完成后,设置检测车的车速,启动检测车使流速仪在
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