1、 中华人民共和国国家计量技术规范JJF XXXX20XX流速仪校准规范Calibration Specification of Current Meter【征求意见稿】2018 年 8 月 20 日张泽宏：-发布 -实施发 布国家市场监督管理总局JJF XXXX20XX流速仪校准规范Calibration Specification of Current Meter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参加起草单位： 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JJF XXXX20XX代替 JJF1033-2001JJ
2、F XXXX20XX本规范主要起草人：参加起草人：JJF XXXX20XXI目 录目录 I引言 .II1 范围 .12 引用文件 .13 术语和计量单位 .13.1 术语 .13.2 计量单位 .24 原理和结构 25 计量特性 .36 校准条件 .46.1 环境条件 .46.2 校准方法及介质 .56.3 校准用设备 .57 流速仪校准 77.1 转子式流速仪 .77.2 电磁式流速仪 .98 校准结果的表达 109 复校时间间隔 10附录 A 校准记录的参考格式（转子式流速仪） 11附录 B 校准证书的（内页）参考格式（转子式流速仪） .12附录 C 校准记录的参考格式（电磁式流速仪） .
3、13附录 D 校准证书的（内页）参考格式（电磁式流速仪） 14JJF XXXX20XXII引 言本规范参照国际标准 ISO 3455:2007 Hydrometry Calibration of current meters in straight open tanks（水文测验直线明槽中流速仪的校准 ）和国家标准 GB/T 21699-2008直线明槽中的转子式流速仪检定校准方法 、GB/T 11826-2002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订，主要的技术指标与国际标准和国家标准相一致。由于流速仪种类繁多，校准方法也多种多样，本规范特别对校准范围进行了限定，
4、流速仪范围限定为转子式流速仪和电磁式流速仪，该限定和 ISO 3455:2007 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 JJF 1001通用计量术语及定义和 JJF 1004流量计量名词术语及定义 。本规范为首次制订。JJF XXXX20XX1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和电磁式流速仪的校准。2 引用文件GB/T 11826-2002 转子式流速仪GB/T 19677-2005 水文仪器术语及符号GB/T 21699-2008 直线明槽中的转子式流速仪检定校准方法ISO 3455-2007 Hydrometry Calibration of cu
5、rrent meters in straight open tanks （水文测验直线明槽中流速仪的校准）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GBT 19677-2005 规定的以及下列术语和定义适用于本规范。3.1 术语3.1.1 流速仪 current meter用来测定水流流动速度的仪器。3.1.2 转子式流速仪 rotating-element current meter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。
6、转子式流速仪主要有旋杯式流速仪和旋桨式流速仪。3.1.3 电磁式流速仪 electromagnetic current meter利用电磁感应原理，根据流体切割磁场所产生的感应电势与流体速度成正比的关系来测定流速。3.1.4 仪器常数 instruments constant与仪器转子结构和摩擦力有关的附加系数。3.1.5 水力螺距 hydraulic screw pitch设没有摩阻的情况下，转子每转一周，水质点移动的距离。JJF XXXX20XX23.1.6 爱泼尔效应 epper effort槽中由流速仪及其悬挂设备一起向前运动产生的波峰，可使湿润断面高度增加，减少了相对速度，这种现象称
7、为爱泼尔效应。3.2 计量单位3.2.1 流速：米每秒，符号 m/s。3.2.2 长度：米，符号 m。3.2.3 时间：秒，符号 s。4 原理和结构4.1 转子式流速仪转子式流速仪是根据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。转子式流速仪按照结构主要分为两大类，旋杯式流速仪（以旋杯作为转子的流速仪，见图 1）和旋桨式
8、流速仪（以旋桨作为转子的流速仪，见图 2） 。图 1 旋杯式流速仪结构图JJF XXXX20XX3图 2 旋桨式流速仪结构图4.2 电磁式流速仪电磁式流速仪的原理是把水流作为导体，在一定的磁场中切割磁力线，即产生电动势，其电压与流速成正比。流速仪体腔中有励磁线圈，在表面与磁力线垂直的方向上镶有一对电极与水体相通。当水流在其表面流动时，电极上产生微量电压信号，用导线传送到计数器上，经放大和模数转换等电路处理，即可得到一段时间内的平均流速。电磁式流速仪原理结构简图见图 3。图 3 电磁式流速仪原理图5 计量特性5.1 转子式流速仪5.1.1 通用要求JJF XXXX20XX4（1） 流速仪的零部件
9、应有优良的防污和防锈蚀性能。旋转部分的轴向间隙调整好后，转动应灵活、停止应徐缓、无卡阻现象。流速仪的信号应稳定、清晰、通断分明。 （2） 应有清晰的铭牌标注产品名称、型号、编号、出厂日期、生产单位等，使用说明书或随机文件应有测速范围、适用公式、设计时水力螺距等相关参数。5.1.2 计量性能用实测点流速与其拟合曲线之间的误差作为流速仪的准确度，以各速度级相对误差绝对值的平均值表示，应小于表 1 的规定值： 表 1 各速度级分段及其平均相对误差速度级（m/s）校准项目0.5 0.51.5 1.53.5 3.5相对误差绝对值 1.55% 1.20% 0.90% 0.65%5.2 电磁式流速仪5.2.
10、1 通用要求超声波流速仪表面涂层应牢固均匀，不应有脱落、划伤、锈蚀等缺陷。显示记录仪应清晰完整并保持稳定，应有清晰的铭牌标注产品名称、型号、编号、出厂日期、生产单位等。5.2.2 计量性能示值误差绝对值：不超过 1.5%。6 校准条件6.1 环境条件校准转子式流速仪的环境条件如下：a） 温度：(040) 。b） 相对湿度：(3095) %。c） 其它影响量：电源、振动、大气中水汽凝结和气流及磁场等因素不得对校准结果产生影响。JJF XXXX20XX56.2 校准方法及介质在横断面均匀一致的静水检定槽中，直线行驶的检定车以若干稳定速度牵引流速仪，使固定安装在测杆上的流速仪在静水中行进，测定检定车
11、的速度和流速仪转子的转率，对这两组数据用方程式以及图表建立相关关系。校准用介质为清水，水温(530) 。6.3 校准用设备6.3.1 测速要求（1） 校准装置的下限速度应比该流速仪测速范围的下限值至少低 50%。（2） 校准装置的上限速度应达到流速仪测速范围的上限值。如检定上限速度受检定槽检定/校准能力限制，但已有完整的高速检定资料，确认其高速性能稳定时，可降低 1/3 速度范围，用直线上延的方法确定公式使用范围。6.3.2 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，保证校准结果不受影响。（1） 明槽长度直线明槽的长度应充分考虑检测车的加速段、稳定段、测量段和制动段
12、，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。加速段和制动段的长度主要由检测车的设计指标、流速仪在明槽中校准的最大速度以及安全要求等决定，测量段的长度应能保证流速仪的误差在最高速度下校准时不超过允许值。例如，如果时间测量精确到 0.01s 且相对不确定度不超过 0.1%（k=2） ，测量段的长度应满足测量时间至少 10s。如果检测车最高速度要求为 6m/s，则测量段的长度应为 60m。再加上 20m 长的加速和稳定段，20m 的减速停止段，直线明槽的总长度约 100m。（2） 明槽水深直线明槽的水深可影响试验结果，尤其当检测车的速度与水面波的传播速度一致时，影响更大。对
13、于转子式流速仪的检测，在直线明槽中运动达到一定速度时将产生最大的爱泼尔效应，这个速度称为临界速度，具体计算见式（1）：JJF XXXX20XX6(1)gdvc式中：vc临界速度，m/s；g重力加速度，=9.80m/s 2；d水槽深度，m。明槽的水深应按最高校准速度来选定，选择时应保证最高校准速度处于产生干扰的临界流速之前，或是使最高校准速度远远超过这个临界区域。（3） 明槽宽度明槽宽度应根据最高校准速度和同时校准的流速仪数量来确定。爱泼尔效应的大小决定于流速仪和悬吊设备的形状尺寸，并于水槽横断面面积有关，对于在狭窄的水槽里爱泼尔效应表现的更为明显。当使用流线型测杆校准很小的流速仪时，可忽略爱泼
14、尔效应产生的影响。6.3.3 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，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。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，同时能够以恒定速度在轨道的测量段上平稳运行。轨道应保持清洁，无锈迹、油污等。轨道接头处应保证光滑平直，接缝间距不大于 2mm，接缝处不平度应不大于 0.1mm。轨道安装精度分二级，见表 2。表 2 轨道安装精度每测量点偏差限制（ mm）等级h S一级 0.30 0.50二级 0.50 1
15、.00注： h各测量点对水平面的高度偏差；S各测量点对基准线（预设的一条平行于轨道的理想直线）的距离偏差。JJF XXXX20XX76.3.4 测量装置装置需要同时测量三个参数：距离、时间、流速仪信号（或脉冲数） 。检测车距离测量的扩展不确定度应不超过 0.1%；时间测量的扩展不确定度应不超过 0.1%；流速仪信号测量的扩展不确定度应不超过 0.1%。检测车的速度是通过距离和时间的同步测量来进行计算的。对于转子式流速仪，流速仪旋转的速度是通过测量流速仪的信号（或脉冲数）以及时间来获得。6.3.5 其它要求配备温度计测量明渠的水温，配备温湿度计测量环境温湿度。校准用设备及配套设备均应有有效的检定
16、/校准证书。7 流速仪校准7.1 转子式流速仪7.1.1 流速仪的安装（1） 在流速仪浸没水中之前，应检查清洁、润滑和机械电子类的功能。（2） 流速仪的悬挂系统应按流速仪厂家的规定，且和流速仪在线测量保持一致。如果实验室不能满足要求，流速仪安装位置应尽量远离杆，达到尽量减小或消除影响。如果在线测量时信号电缆线放置在杆的外面，实验室校准时也应该将信号电缆线放置在杆的外面。需要注意的是，松弛的信号电缆线会影响校准结果。（3） 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水槽轨道平行。（4） 如果同时几个流速仪校准，应注意没有互相
17、干扰，确保在相同的条件下进行校准和测量。（5） 带附加杆的流速仪，其轴线应与附加杆平行对齐。每次测量时流速仪的安装应与首次测量保持方向一致。7.1.3 流速仪的校准7.1.3.1 校准测量相关要求（1）测点取点原则JJF XXXX20XX8一般情况下，可以参照表 2 进行测量点的选取。表 2 测点取点原则测速范围（m/s） 0.5 0.51.5 1.5取点间隔（m/s） 0.05 0.10.25 0.51.0（2）测点数目为保证资料的可靠，拟合直线公式的测点数应不少于表 3 的规定。表 3 测点数目最高校准速度（m/s） 0.5 1.5 3.5 5.0测点数目（个） 10 12 14 16（3
18、）静水时间要求每次测量完成后需等待水静止后再进行下一次测量。水静止所需时间取决于水槽的规格、测试速度、流速仪尺寸等，每次静止时间可参考 GB/T 21699-2008的规定，也可由实验室根据实际情况制定相关方案。（4）脉冲信号的选取和要求在测取时间、转数和距离信号时，应尽可能在同一时段内，以减少误差；测量段不应低于 10m，在测量段内接收到的流速仪信号不应低于 5 个。7.1.3.2 校准数据记录及处理（1）校准公式采用最小二乘法，使用校准点（v i，n i）拟合得到流速仪的仪器常数 a 和水力螺距 b 分别见式（2）和式（3）：（2）NiNiNiiiiiiiiiivnvna11122112)
19、()(（3）NiiNiiiiiiiiivnvnb111221112)()(式中：JJF XXXX20XX9N参加计算的点数；vi检测车车速， m/s。vi由检测装置得到的距离及时间由式（4）确定：（4）iiiTLv式中：Li小车匀速运行距离，m；Ti小车在 Li中的运行时间，s。由此可以得到流速仪的校准公式见式（5）：（5）bnav式中：v流速仪实测转子旋转速度 n 代入公式计算的速度，m/s；n转子转率，等于转子总转数与相应的测速历时之比，s -1；a仪器常数，m/s；b水力螺距，m。（2）各速度级的相对误差各速度级相对误差绝对值计算见式（6）：（6）%101,Njiiijv式中：vj流速仪
20、当前转速下的计算速度，m/svi检测车车速， m/sN该速度级中的测点数；该速度级相对误差绝对值，%。7.2 电磁式流速仪7.2.1 流速仪的安装（1） 在校准之前，流速仪的传感器应浸泡在水中至少 24 小时。（2） 传感器应安装在托架的安装支架上，使其应浸入水槽中的指定深度，JJF XXXX20XX10流速仪主体的方向应完全水平。打开传感器观察电流值，其值应在制造商规定的范围内。（3） 在开始校准之前，应按流速仪说明书中指定的方法检查参数设置和零点校准。7.2.2 流速仪的校准电磁式流速仪的校准点至少要有 10 个测试点，每个点测量 5 次。每个校准点的示值相对误差绝对值计算见式（7） 。（
21、7）%101,Njiiijv式中：该校准点的示值相对误差绝对值，%；vj电磁式流速仪显示速度，m/s；vi检测车车速， m/s；N该校准点测量次数（N=5） 。8 校准结果的表达原始记录和校准证书格式见附录 A 和附录 B。9 复校时间间隔建议流速仪的复校时间间隔不超过一年。注：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。JJF XXXX20XX11附录 A 校准记录的参考格式（转子式流速仪）校准申请单位申请单位地址装置名称 制造单位型号规格 装置编号 不确定度校准地点 环境温度 相对湿度校准日期 校准人
22、员 核验人员校准依据校准所使用的主要计量器具：名 称 测量范围 编号 技术特征 证书号 有效期至校准结果：1. 校准介质及温度：2. 校准数据：（1）检定公式： 式中 v 为流速（m/s ） 、n 为转子转率（ r/s）bnav（2）仪器常数：a= m/s （3）水力螺距：b= m（4）公式使用范围： ( )m/s3. 校准结果不确定度：U rel= %，k=2。JJF XXXX20XX12附录 B 校准证书的（内页）参考格式（转子式流速仪）B.1 校准依据：B.2 校准环境条件：环境温度，：相对湿度，%：其它：B.3 校准所用主要标准器具：名称:不确定度：有效期至： 年 月 日B.4 校准结
23、果（1）流速仪使用公式： bnav注： v 为流速（m/s） 、 n 为转子转率（r/s）仪器常数：a= m/s 水力螺距：b= m公式使用范围：( )m/s（2）各速度级误差：速度级（m/s） 0.5 0.51.5 1.53.5 3.5相对误差绝对值 %（3）校准结果不确定度：U rel= %，k=2。备注校准介质： 温度： JJF XXXX20XX13附录 C 校准记录的参考格式（电磁式流速仪）校准申请单位申请单位地址装置名称 制造单位型号规格 装置编号 不确定度校准地点 环境温度 相对湿度校准日期 校准人员 核验人员校准依据校准所使用的主要计量器具：名 称 测量范围 编号 技术特征 证书
24、号 有效期至校准结果：1. 校准介质及温度：2. 校准数据：流速仪显示流速（m/s）序号 检测车车速 （m/s）1 2 3 4 5示值相对误差绝对值 %123456789103. 校准结果不确定度：U rel= %，k=2。JJF XXXX20XX14附录 D 校准证书的（内页）参考格式（电磁式流速仪）D.1 校准依据：D.2 校准环境条件：环境温度，：相对湿度，%：其它：D.3 校准所用主要标准器具：名称:不确定度：有效期至： 年 月 日D.4 校准结果序号 流速（m/s） 示值相对误差绝对值 %12345678910（3）校准结果不确定度：U rel= %，k=2。备注校准介质： 温度：
