《风量罩校准规范》征求意见稿

八一八

《风量罩校准规范》编制说明

一、任务来源
经全国气象专用计量器具计量技术委员会气象压力分技术委员会向国家质量监督检验检疫总局申报，由福建省计量科学研究院和国家气象计量站编写的《风量罩校准规范》。
2017年05月22日国家质检总局下达国家计量技术法规修订计划——“质检总局计量司关于国家计量技术法规制定、修订及宣贯计划有关事项的通知”（质检量函［2017］25号），由福建省计量科学研究院和国家气象计量站作为《风量罩校准规范》起草单位，负责制订《风量罩校准规范》。
二、目的和意义
随着社会经济的发展，在电力、钢铁、石化、节能行业及国防科技、航空航天，气象环保、医疗卫生等各个领域已大量使用风量罩。风量罩是专为测量各种大型机械设备或管道中风量的智能风量传感设备，其主要由三个部分构成:风量罩体、基座、PDA。风量罩体主要将风汇集至基座上的风速均匀器进行采集风量。风量罩的显示采用PDA，大屏幕液晶屏显示直观，直接可以得到风量数据。风量罩一般通过在风速均匀器上装有风压传感器，传感器将风速的变化反应出来，再根据基座的尺寸计算实时风量。
目前我国有数十家的风量罩生产厂家，有上万台风量罩在空调工程、制药行业、气象环保等领域使用。基于目前我国还没有风量罩的国家校准规范，不能满足风量罩的生产和在用风量罩的量值溯源和周期校准。为确保风量罩量值的准确可靠，因此，有必要制定风量罩校准规范以对风量罩量值进行正确可靠的溯源。
通过广泛的调研，参照最新版本国家技术规范，将适用范围确定为风量罩校准规范。这对于规范我国风量罩测量仪器的检测方法，提高我国风量罩测量仪器的设计水平和产品质量，保证量值传递的准确一致，将具有很好的现实意义。随着社会和科技的发展，对风量罩测量技术要求越来越高的要求，国内缺少统一检定方法，造成风量罩检定结果难以直接判定。
福建省计量科学研究院、国家气象计量站共同承担对风量罩校准方法研究，编制《风量罩校准规范》，统一风量罩校准量值溯源。
本起草小组按照JJF 1071-2010《国家计量校准规范编写规则》要求对风量罩研究一套科学，合理，操作性强的方法，制定其计量特性、校准条件、校准项目和校准方法、校准结果表达、复校时间间隔及包括不确定度评定、校准记录格式、校准证书内页内容在内的附加说明等各项技术指标，从而达到国内统一校准技术规范的目的。
三、编写过程
福建省计量科学研究院作为本规程的主要起草单位，2018年初召集参加起草单位（国家气象计量站）起草人组成编写组。重点完成规程的申请、编写过程及围绕规程所进行试验的组织，提出了规程结构、规程主要内容，完成了规程征求意见稿的编写、测量不确定度分析报告以及试验报告的具体编写工作。
编写组先后进行了广泛的调研及资料收集整理工作，于2019年03月形成征求意见稿初稿，决定在全国压力计量技术委员会气象专业分技术委员会（以下简称分技术委员会）范围内征求意见。
四、编写依据
在编写本规范时，编写组首先注重参考国际国内已正式发行的相关规程或规范的最新版本，本规程的编写格式遵从JJF 1071-2010《国家计量校准规范编写规则》要求，编写过程中参考了JJF1001-2011《通用计量术语及定义》、JJF1094-2002《测量仪器特性评定》及JJF1059.1 -2012《测量不确定度评定与表示》等国家技术规范基础上，同时编写过程参阅了以下文件：
JJF 1431-2013《风电场用磁电式风速传感器校准规范》
五、生产、使用与计量的说明
目前国内外风量罩生产厂家主要有长春气象仪器有限公司、苏州苏净集团有限公司、美国TSI、法国KIMO等，年销售量约5000台左右。随着科学的发展，风量罩逐年增多，使用范围也日趋广泛，并常整合在综合测量仪中，用于各种应急设备和现场观测设备。
环保、气象、水文、海洋、部队等领域在野外或应急任务时的风量测量普遍采用风量罩。
目前，我国每个省均至少有一家计量检定机构向社会开展风量计量校准工作。近几年，我国开展风量校准项目的计量机构仍在不断增加。为此，本规范关注：
1、计量性能要求
    规范规定的示值误差是否合理，根据风量罩校准规范示值误差是否正确且需要确定。
2、标准设备的选择
标准器选用皮托管和微压计。标准器的技术指标参考国际标准和相应行业标准并在不确定度分析与评定中验证。
风洞的选择需规定阻塞比，参考相应国际标准和相应行业标准规定技术指标，规避阻塞系数修正，取消不合理的阻塞系数修正方法。另外，需对风洞的基本性能如调速范围、均匀性和稳定性进行规定。
3、标准风速计算方法  
标准风速的计算公式采用国际通用的计算公式，规定空气密度计算方法，取消空气密度修正，以提高计算准确度。
六、规程制定有关问题说明
本规程主要是对风量罩校准规范中范围、概述、计量性能要求、通用技术要求、计量器具控制等内容提出要求和规定，并给出对于这些规定进行的校准方法。
1、关于“范围”的说明
国内常见的风量罩种类主要是套帽式风量罩。通过调查研究，将范围确定为“风量罩校准规范”。对风量罩校准规范的计量特性进行分析，标称的测量范围最大可达到（50～5000）m3/h。考虑到实际检测需要，故将风量罩校准规范的测量范围规定为（100～3500）m3/h。在调研中发现，生产厂家采用皮托管和微压计作为计量标准进行出厂检测等，考虑到目前生产销售的风量罩规格，本规范确定：
“本规程适用于测量范围为（100～3500）m3/h的风量罩校准规范（以下简称风量罩）的首次检定、后续检定和使用中检查。”
2、关于“术语和计量单位”的说明
本规程对规范中的专用术语进行了定义，解释了 “风量”的概念。
3、关于“概述”的说明
对风量罩校准规范的用途、原理、结构进行了简要说明。
4、关于“计量性能要求”的说明
——由于本规范属于首次制定，需对风量罩的示值误差进行规定。通过各种型号和大量风量罩示值误差进行统计分析,在测量范围内，其示值误差随风速的增大而增大，其准确度等级与规范规定的最大允许误差相符。
——调查了市场现有流通使用的风量罩的参数要求，各个厂家、各个型号的风量罩其示值误差要求不尽相同，缺乏统一的准确度要求。故综合各个型号的风量罩的示值误差要求，设定最大允许误差要求。
表1  市面上使用的部分风量罩校准规范型号及示值误差要求
生产厂家        型号规格        示值误差要求
TSI        8375，(50～3500m３/h)        ±5%读数值
KIMO        DBM610,(40～3500m３/h)        ±5%读数值
苏净        FLY-1,(100～3500m３/h)        ±5%F.S
5、关于“通用技术要求”的说明
对规范的通用技术要求进行了梳理，分为外观和功能两部分要求。
6、关于“计量器具控制”的说明
（1）“校准用仪器设备”
标准器推荐皮托管和微压计，并规定了技术指标。皮托管校准系数为0.998～1.004的L型的皮托静压管，实际上指的就是二等标准皮托静压管。微压计要求允许误差不超过±0.5Pa，是基于低风速时测量不确定度的量传要求的最低要求。微压计的允许误差对实际风速的测量结果影响量大。
采用皮托管和数字微压计构成风速标准器时，用微压计测得差压值，用以下公式计算标准风速值大小：
用风洞试验段内的空气温度按式（A.1）计算出饱和水汽压：
                       （A.1）
式中：
ew        ——        T温度下的饱和水汽压，Pa；
T        ——        风洞试验段内空气温度，K；
k=1Pa，A、B、C、D均为系数，其系数分别为：
A=1.2378847×10-5 K-2，B=-1.9121316×10-2 K-1，
C=33.93711047，D=-6.3431645×103 K。
A.2  用风洞试验段内的空气温度、相对适度和气压值按式（A.2）计算出空气密度。
               （A.2）  
式中：

——        检定温度下空气密度，kg/m3；
T        ——        风洞试验段内空气温度，K；
P0        ——        风洞试验段内大气压，Pa；
H        ——        风洞试验段内相对湿度，用小数表示；
ew        ——        T温度下的饱和水汽压，Pa［按式（A.1）计算］。
A.3 计算标准风速值
按式（A.3）计算标准风速：
                                              （A.3）
式中：
v0        ——        标准风速值，m/s；

——        检定温度下空气密度，kg/m3［按式（A.2）计算］；

——        标准皮托静压管校准系数；
Pi        ——        微压计示值，Pa。
取T=20℃ ,  =1.000,  =40m/s，P0=1010.0hPa，此时微压计值为：
Pi=980.0Pa
   故微压计的测量范围为：（0～1000）Pa。考虑到目前一般使用的微压计的测量范围和准确度的要求，规定了微压计选型要求为：测量上限为不低于1000Pa，最大允许误差不超过±0.5Pa。
    另外，对风洞的性能技术指标也进行了规定，其指标选择了目前我国风洞能达到的一般要求。
用于测量风洞流场空气密度的温度计、湿度计和气压计参考JJG 431-2014《轻便三杯风向风速表检定规程》，空气密度测量引入的不确定度对风量测量结果的影响详见测量不确定度分析报告。
规范规定的标准器，是基于目前皮托管和微压计是目前我国开展风量罩校准的通用标准器，也是国际上通用的风量校准标准器具，具有稳定可靠、科学准确，经济合理的特点。
（2） 检定条件
因为考虑到“风量罩校准规范”是用于实际使用要求，同时兼顾检定风量罩校准规范所使用的标准器的要求。所以，本规范规定：
“环境温度为（20±5）℃，相对湿度30%～85%。”
（3） 检定项目
风量罩的校准项目为风量罩的示值误差。
（4）检定准备工作
测量标准与被校仪器设备各零部件安装应正确、牢固，可动部分应灵活可靠，尼龙风罩不得有破损漏风现象。显示表上数字显示应清晰，不得有缺笔画现象，如有电源接口，不得出现锈蚀。
（5）示值误差校准
因风量罩的示值误差具有良好的线性度，因此规定了测量范围内均匀选择并包含上下限在内不少于5个检定点。
读数时，增加了温压湿参数的读取，以准确计算空气密度。
本规程给出了示值误差计算公式，同时本规范中给出了与标准风量计算公式（见附录A），该公式采用国际通用的计算公式。采用此公式一是考虑到目前计算机的广泛应用，数值运算可用计算机实现，方便可行；二是减少了各种修正系数，舍去了各种中间步骤，使计算精度大为提高；三是空气密度计算科学准确，提高了计算准确度。
（6）检定周期
根据风量罩校准规范实际情况与使用程度，对风量罩校准规范的示值稳定性做了大量实验，除去一些工程类使用单位使用的风量罩比较频繁且其使用强度较大以外，其余90%以上的风量罩1年内的示值稳定性在建议的最大允许示值误差以内，因此校准本规范的校准周期：
“复校时间间隔的长短取决于其使用情况，使用单位可根据实际使用情况自主决定复校的时间，建议复校时间间隔为1年。”
（7）附录
在本规程中，为了方便技术人员检定使用，提供了标准风量计算方法、检定证书、检定记录式样等。附录为
附录A：标准风量值计算。
附录B： 风量罩校准规范检定证书/检定结果通知书内页（式样）。
附录C：风量罩校准规范检定记录格式（式样）
七、规范制定涉及“测量不确定度评定”说明
风量罩校准规范的测量不确定度评定详见测量不确定度分析与评定报告。
测量不确定度评定充分考虑了测量方法、测量标准、被检仪器、测量人员、测量环境的影响因素。在评定模型中，风量罩校准中的标准量（实际风量）测量结果是通过伯努利方程计算求的，其影响因子较多，各因子均具有相关性。在实际评定中，各相关性（灵敏系数）得到了充分考虑，对各项数据进行了大量计算和分析，遵从了统计原则和合理原则，不遗漏、不重复。从实际评定过程和结果看，标准量（标准风量）测量结果的不确定度分量是风量罩校准测量结果不确定度的主要来源，而其中微压计误差引入的不确定度分量影响较大。
风量罩校准的标准设备采用了国际通用的皮托静压管、微压计和风洞，技术指标科学合理，测量结果准确可靠。评定的测量结果扩展不确定度符合我国开展计量校准要求。


                           《风量罩校准规范》编写组 2019年4月4日

sciccic

老师，你这有标准装置的推荐吗