1、JJF 中华人民共和国国家计量技术规范JJF XXXX-XXXX 热式风速仪校准规范Calibration Specification for Thermo-anemoscope 201x-xx-xx 发布 201x-xx-xx 实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布热式风速仪校准规范Calibration Specification for Thermo-anemoscope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 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
2、限公司本规范委托中国建筑科学研究院负责解释JJG0001201X3本规范主要起草人：王智超 （中国建筑科学研究院）参与起草人：崔骊水 （中国计量科学研究院）李效禹 （中国建筑科学研究院）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）4目录引言 .II1 范围 12 引用文件 13 术语和计量单位 14 概述 15计量特性 .25.1 传感器和外观要求 .25.2 最小分辨力 25.3 零值误差 .25.4 示值误差 25.5 重复性 26 校准条件 26.1 环境条件 36.2 风洞要
3、求 .36.3 标准器及配套设备要求 .37 校准项目和校准方法 38 校准结果 59 复校时间间隔 6附录 A.7附录 B.11附录 C.15II引言本规范依据 JJF 1071-2010国家计量校准规范编写规则编写。术语参考了 JJF 1001-2011 通用计量术语及定义 ，校准方法参考了 JJF 1094-2002测量仪器特性评定 ，不确定度分析依据 JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示 。本规范为首次发布。III热式风速仪校准规范1 范围本规范适用于气体流速范围为 0.15 m/s30 m/s 的热式风速仪（以下简称风速仪）的校准,风速超过 30 m/s 的风速仪校准
4、可参照此规范。2 引用文件本规范引用了下列文件：JJF 1001-2011 通用计量术语及定义JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示JJF 1094-2002 测量仪器特性评定凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于该规范； 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3.1.1 指针风速仪 pointer anemograph用在刻度上的指针显示风速的风速仪。3.1.2 数显风速仪 digital anemograph风速输出信号以数字显示的风速仪。3.2 计量单位风速仪输出量为风速，计量单位为米每秒，m/s。4 概述风
5、速仪按工作原理分为二种，即恒流式、恒温式。恒流式是给风速敏感元件一恒定电流，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2消耗的功率为风速的函数。风速仪由传感器和测量指示仪表组成。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的风速。风速仪主要用于常温、常压下洁净气体流速的测量。5计量特性5.1 传感器和外观要求5.1.1 传感器的敏感元件表面应清洁，与支柱焊接应牢固可靠。敏感元件支柱与保护肋应处于平
6、行位置，但不应接触。5.1.2 风速仪传感器的测杆应笔直，风向标志应清晰易见，标志应在侧杆截面中心靠近迎风面一侧的正中位置。5.1.3 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。5.1.4 数显风速仪的显示器应能正常清晰地显示数字。5.1.5 风速仪仪表的零部件安装应牢固，电源开关旋钮放置灵活、安全可行，电池盒的弹簧片不应生锈且弹性接触良好。5.2 最小分辨力风速仪的最小分辨力不大于 0.05 m/s。5.3 零值误差风速仪的零值误差不大于其最小分辨力。5.4 示值误差风速仪的示值最大允许误差不大于表 1 中的值。表 1 风速仪的示值最大允许误差风速仪测
7、量范围 最大允许误差（0.15 -5.0） m/s （10%测量值） m/s（5.0-30.0） m/s （3%测量值+0.1） m/s5.5 重复性风速仪的风速重复性不大于 1%。注：以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。36 校准条件6.1 环境条件温度：（235）相对湿度：（3090）%大气压力：（97104）kPa6.2 风洞要求6.2.1 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 0.02。6.2.2 工作段内气流的稳定度（1min）应优于 0.5%。6.2.3 工作段内气流的湍流度应优于 0.5%。6.2.4 风速在 0.10 m/s35 m/s 范围内连续可调。6.2
8、.5 风洞应严密，无漏气现象。6.3 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 2。表 2 标准器及配套设备技术要求序号 设备名称 技术要求1 激光多谱勒流速仪 风速范围为（0.1035） m/s；扩展不确定度优于 0.5%（k=2） 。2 标准热线风速仪 风速范围为（1.035） m/s；扩展不确定度优于 0.5%（k=2） 。3 皮托管配合压力计风速范围为（5.035） m/s；扩展不确定度优于 0.5%（k=2） 。皮托管系数 K 应在 0.9971.003 之间；压力计测量范围为（01500） Pa，精度等级为一等。4 温度测量仪表 测量范围为（05
9、0） ；最大允许误差为0.1 。5 湿度测量仪表 测量范围为（595）%；最大允许误差为5%。6 大气压力计 测量范围为（80106） kPa；最大允许误差为250 Pa。7 校准项目和校准方法7.1 传感器和外观检查风速仪的传感器和外观，应符合 5.1 要求。确定没有影响校准计量特性的影响因素。47.2 分辨力校准对于指针风速仪，查看显示装置的最小分度，分辨力为最小分度的一半。例：指针风速仪表盘上刻度的最小刻度为 0.01 m/s,则分辨力为 0.005 m/s。对于数显风速仪，查看最低位数字显示变化，分辨力为最低位数字显示变化一个步进量时的示值差。例：数显风速计最低位数字显示变化一个步进量
10、的示值差为 0.01 m/s,，则分辨力为0.01 m/s。7.3 零值误差校准打开被校风速仪，使传感器处于闭合状态，读取风速仪测量指示仪表的显示值。零值误差为风速仪测量指示仪表的显示值。7.4 示值误差校准7.4.1 将风速仪的传感器放置在风洞几何中心位置，风向标志对准进风口方向。传感器插入风洞处要密封，不得漏风。7.4.2 确定校准风速点根据热式风速仪测量范围从以下工况点中选取校准风速点：0.15 m/s、0.20 m/s、0.50 m/s、1.0 m/s、2.0 m/s、5.0 m/s、10.0 m/s、15.0 m/s、20.0 m/s、25.0 m/s、30.0m/s。7.4.3 各
11、校准风速点的风速值调好后要稳定 1min，确定风速值稳定后才能校准。校准过程中应保证校准环境稳定。7.4.4 采用激光多谱勒流速仪或标准热线风速仪作为标准器校准时, 在标准器和风速仪显示值同时稳定的情况下进行读数，分别读取标准器测量值和风速仪示值 3 次。同时记录环境温度、相对湿度和大气压。按式（1）计算示值误差。（1）=式中：某校准点风速仪示值的算术平均值， m/s；某校准点标准器风速测量值的算术平均值，m/s。7.4.5 采用皮托管配合压力计作为标准器校准时,在微压计和风速仪显示值同时稳定的情况下进行读数，微压计示值读取 3 次，风速仪示值读取 3 次。同时记5录环境温度、相对湿度和大气压
12、。按式（1）计算示值误差，按式（2）计算标准器风速测量值的算术平均值：（2）=1.2781013.25(273.15+)288.15(0.378)式中：微压计示值的算术平均值，Pa； t室内空气温度，； P大气压力，hPa；室内空气相对湿度，%； 空气温度为 t时的饱和水汽压， hPa皮托管系数。7.5 重复性校准按照 7.4.4 或 7.4.5 相同的方法测量风速仪示值，重复测量 6 次，按式（3）计算风速重复性。（3）=1=1()21 100%式中，s风速重复性； 第 i 次的测量结果，m/s；风速仪示值的算术平均值， m/s；n测量次数。8 校准结果按本规范要求校准后的热式风速仪发给校准
13、证书，校准证书格式见附录C。校准证书应包括以下信息：a) 标题：“校准证书” ； b) 实验室名称和地址； c) 进行校准的地点； d) 校准证书编号、页码及总页数的标识； e) 客户的名称和地址； 6f) 被校仪器的制造单位、名称、型号及编号； g) 校准单位校准专用章； h) 校准日期； i) 校准所依据的技术规范名称及代号； j) 校准所用的主要测量设备名称、型号、准确度等级/不确定度/ 最大允许误差、仪器编号、证书编号及有效期； k) 校准时的环境温度、相对湿度、大气压力； l) 校准结果及其测量不确定度； m) 对校准规范的偏离的说明； n) 复校时间间隔的建议； o) “校准证书”
14、的校准人、核验人、批准人签名及签发日期； p) 校准结果仅对被校仪器本次测量有效性声明； q) 未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。9 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。7附录 A激光多谱勒流速仪校准风速仪的示值误差测量不确定度分析示例A.1概述以 030 m/s 测量范围的热式风速仪校准为例，采用激光多谱勒流速仪进行热式风速仪示值误差校准。激光多谱勒流速仪测试时采用乙二醇蒸汽作为散射粒子，粒子粒径在(0.11.0)m。激光多谱勒流速仪测量风速如下式：= 2(2)式中：激光多谱勒流速仪测得的风速值，m/s; 多普
15、勒频率Df激光波长光速交叉角对校准点 1m/s 的示值误差测量不确定度进行分析。A.2测量模型激光多谱勒流速仪校准风速仪的示值误差的计算公式如下：=式中：某校准点风速仪示值的算术平均值， m/s；8某校准点标准器风速测量值的算术平均值，m/s。A.3不确定度传播率引起示值误差 测量结果不确定度的 和 分量彼此独立，依据公式 ，得：2()=122()2=2121+2222式中：灵敏系数 ， 。1=1 2=1因此， 2()=2()+2()A.4不确定度来源A.4.1 被校风速仪测量重复性引入的标准不确定度 。()A.4.2 激光多谱勒流速仪引入的标准不确定度 。 ()A.5 标准不确定度评定A.5
16、.1 被校风速仪测量重复性引入的标准不确定度 u()测量重复性引入的不确定度按 A 类评定。校准点 1m/s 时，被校风速仪 10次重复测量的数值为 1.0082 m/s、1.0091 m/s、1.0109 m/s、1.0123 m/s、1.0043 m/s、 1.0041 m/s、1.0048 m/s、1.0075 m/s、1.0028 m/s、1.0101 m/s。根据贝塞尔公式计算实验标准差：(,)=10=1(,)2101 =0.0033m/s以多次测量平均值作为测量结果，则()=(,)10100%=0.001/A.5.2 激光多谱勒流速仪引入的标准不确定度 ()9激光多谱勒流速仪引入的
17、标准不确定度按 B 类评定，根据标准相对不确定度 计算得到标准不确定度 。() ()标准相对不确定度 包括多普勒频率引起的相对标准不确定度 、() ()激光波长引入的相对标准不确定度 和光束交叉角引入的相对标准不确定度()。()（1）多普勒频率引起的相对标准不确定度 ()试验室激光风速计采用频率跟踪器处理 信号，根据频率跟踪器的工作原理知： =0式中：频率跟踪器的电压控制振荡器输出频率。 频率跟踪器的中频频率，对于每一档量程是一个固定的值。0制造商给出的 的精度为 0.25%， 的精度为 0.25%。 0因此，激光风速计的多普勒频率引起的相对标准不确定度为：()= 0.25%2+0.25%2=
18、0.35%（2） 激光波长引入的相对标准不确定度 ()试验室使用的激光器的波长为 nm，其对风速计测量误差的不确定50度几乎可以忽略。（3） 光束交叉角引入的相对标准不确定度 ()光束交叉角 取决于二束平行激光束的间距（即光束分裂距离）及透镜焦距。将交叉的光束投射到一个离交叉点（即测量体积）约 1 m 的墙体上，然后仔细的量出墙体上二个光斑中心间距和墙面的测量体积的间距，计算出 角。10图 D.1 测量 角实例本次校准时，测得二光斑中心间距为 339 mm，墙面到测量体积垂直间距为2430 mm。则sin(2)= 339224302+(3392)2测量最大误差按 1mm 计，则sin(2)=
19、338224312+(3382)2因此，由光束交叉角引入的相对标准不确定度为：()=sin(2)sin(2)sin(2) 100%=0.33%那么，激光多谱勒流速仪引入的相对标准不确定度：()=2()+2()+2()= 0.35%2+0.33%2=0.48%标准不确定度： ()=()=0.48%1=0.0048 /B.5.3 合成标准不确定度()=2()+2()= 0.0012+0.004820.005 /B.5.4 扩展不确定度取包含因子 K=2，则扩展不确定度 ()=2()=0.01 /11附录 B皮托管配合压力计校准风速仪的示值误差测量不确定度分析示例B.1概述风速仪示值误差校准。通过皮
20、托管和数字压力计测得风洞中工作区的流场动压，由此计算得出标准状态下校准点的风速，然后根据校准的环境条件和皮托管计算修正系数，最后由标准风速乘以修正系数得出校准点的实测风速。对校准点 10 m/s 的示值误差测量不确定度进行分析。B.2测量模型皮托管配合数字压力计校准风速仪的示值误差的计算公式如下：=1.278 1013.25288.15(0.378)12式中：某校准点风速仪示值的算术平均值， m/s；某校准点标准器风速测量值的算术平均值，m/s；微压计示值的算术平均值，Pa； t室内空气温度，； P大气压力，hPa；室内空气相对湿度，%； 空气温度为 t时的饱和水汽压， hPa皮托管系数。B.
21、3不确定度传播率引起示值误差 测量结果不确定度的 和 分量彼此独立，依据公式 ，得：2()=122()2=2121+2222式中：灵敏系数 ， 。1=1 2=1因此， 2()=2()+2()的测量模型为 ，且各输入量间不相关，根据 =1122()| = =1()/2=1()2得：()|=(12)22()+(12)22(T)+(12)22(0.378)+(12)22()B.4不确定度来源B.4.1 被校风速仪测量重复性引入的标准不确定度 。()B.4.2 皮托管和数字压力计以及风洞测量引入的标准不确定度 。()B.5不确定度评定13B.5.1 被校风速仪测量重复性引入的标准不确定度 ()测量重复
22、性引入的不确定度按 A 类评定。校准点 10m/s 时，被校热式风速仪 10 次重复测量的数值为 9.98 m/s、10.02 m/s、9.98 m/s、9.98m/s 、9.98 m/s、10.02 m/s、10.02 m/s、10.02 m/s、10.02 m/s、9.98 m/s。根据贝塞尔公式计算实验标准差：()=10=1()2101 =0.02m/s以多次测量平均值作为测量结果，则()=()10100%=0.006/B.5.2 皮托管和数字压力计测量引入的标准不确定度 ()皮托管和数字压力计测量引入的相对标准不确定度按 B 类评定，包括皮托管、温度、相对湿度、大气压力、数字压力计测得
23、的压力等引入的不确定度。根据标准相对不确定度 计算得到标准不确定度 。() ()B.5.2.1 流场压差 的相对标准不确定度P (P)用数字压力计测量流场压差，根据数字压力计的校准证书，准确度等级为0.9Pa，则数字压力计引入的相对标准不确定度为：(P,1)= 0.933700100%=0.014%此外，流场压差的读数还受到风洞流场稳定性的影响，根据风洞出厂技术指标，风洞的稳定性为 0.5%，为均匀分布， 3k，风洞稳定性引入的相对不确定度为：(P,2)=0.5%3 =0.29%流场压差 的相对标准不确定度：P(P)=2(P,1)+2(P,2)= 0.014%2+0.29%2=0.29%B.5
24、.2.2 空气热力学温度 T 的相对标准不确定度 (T)14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，温度测试不确定度为 U=0.2 （k=2），则 T 的相对标准不确定度为：0.210%.34735ruTB.5.2.3 大气压力 P 的相对标准不确定度 ()用空盒气压表进行大气压力差测量，根据所用空盒气压表的校准证书，准确度等级为 0.07 kPa，则大气压力 P 的相对标准不确定度为：0.71%0.3835ruB.5.2.4 空气相对湿度 的相对标准不确定度 ()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，不确定度为 U=0.9%RH（k=2），则空气相对湿
25、度的相对标准不确定度为： 0.91%0.52ruB.5.2.5 皮托管系数 的相对标准不确定度 ()根据所用皮托静压管的校准证书，准确度等级为0.35%，为非正态均匀分布，则皮托管系数 的相对标准不确定度为： 0.351%0.2ru根据不确定度传播率，皮托管和数字压力计以及风洞测量引入的相对标准不确定度：()=()| =(12)22()+(12)22(T)+(12)22(0.378)+(12)22()上式中 的计算如下：2(0.378)测试时环境温度 19.4 ，相对湿度 37%，大气压力 1019.0 hPa,饱和水汽压为温度的单值函数，则2(0.378)=2(0.378)(0.378)2=
26、2()2+0.3782(2()+2()22(0.378)2 =0.0000058815因此，()=()| =(12)20.20%2+(12)20.034%2+(12)20.00000588+(12)20.29%2=0.4%标准不确定度： ()=()=0.4%10=0.04 /B.5.3 合成标准不确定度()=2()+2()= 0.0062+0.042=0.04 /B.5.4 扩展不确定度取包含因子 K=2，则扩展不确定度 ()=2()=0.08 /附录 C热式风速仪校准内页格式本次测试所使用的标准仪器及设备可溯源至国家或国际计量基准和标准。本校准所依据技术文件（代号、名称）校准环境条件及地点温度（）： 相对湿度（%）：大气压力（hPa）： 地点: 使用的计量（基）标准装置（或仪器设备）名称 型号 不确定度 证书编号校 准 结 果传感器和风速仪外观分辨力（m/s）16零点误差（m/s）标准风速值（m/s）风速仪示值（m/s）示值误差（m/s）扩展不确定度（k=2）（m/s）示值误差重复性（%）注：下次送检请带此证书。17
