《風量罩校準規范》征求意見稿

《風量罩校準規范》編制說明

一、任務來源
經全國氣象專用計量器具計量技術委員會氣象壓力分技術委員會向國家質量監督檢驗檢疫總局申報，由福建省計量科學研究院和國家氣象計量站編寫的《風量罩校準規范》。
2017年05月22日國家質檢總局下達國家計量技術法規修訂計劃——“質檢總局計量司關于國家計量技術法規制定、修訂及宣貫計劃有關事項的通知”（質檢量函［2017］25號），由福建省計量科學研究院和國家氣象計量站作為《風量罩校準規范》起草單位，負責制訂《風量罩校準規范》。
二、目的和意義
隨著社會經濟的發展，在電力、鋼鐵、石化、節能行業及國防科技、航空航天，氣象環保、醫療衛生等各個領域已大量使用風量罩。風量罩是專為測量各種大型機械設備或管道中風量的智能風量傳感設備，其主要由三個部分構成:風量罩體、基座、PDA。風量罩體主要將風匯集至基座上的風速均勻器進行采集風量。風量罩的顯示采用PDA，大屏幕液晶屏顯示直觀，直接可以得到風量數據。風量罩一般通過在風速均勻器上裝有風壓傳感器，傳感器將風速的變化反應出來，再根據基座的尺寸計算實時風量。
目前我國有數十家的風量罩生產廠家，有上萬臺風量罩在空調工程、制藥行業、氣象環保等領域使用。基于目前我國還沒有風量罩的國家校準規范，不能滿足風量罩的生產和在用風量罩的量值溯源和周期校準。為確保風量罩量值的準確可靠，因此，有必要制定風量罩校準規范以對風量罩量值進行正確可靠的溯源。
通過廣泛的調研，參照最新版本國家技術規范，將適用范圍確定為風量罩校準規范。這對于規范我國風量罩測量儀器的檢測方法，提高我國風量罩測量儀器的設計水平和產品質量，保證量值傳遞的準確一致，將具有很好的現實意義。隨著社會和科技的發展，對風量罩測量技術要求越來越高的要求，國內缺少統一檢定方法，造成風量罩檢定結果難以直接判定。
福建省計量科學研究院、國家氣象計量站共同承擔對風量罩校準方法研究，編制《風量罩校準規范》，統一風量罩校準量值溯源。
本起草小組按照JJF 1071-2010《國家計量校準規范編寫規則》要求對風量罩研究一套科學，合理，操作性強的方法，制定其計量特性、校準條件、校準項目和校準方法、校準結果表達、復校時間間隔及包括不確定度評定、校準記錄格式、校準證書內頁內容在內的附加說明等各項技術指標，從而達到國內統一校準技術規范的目的。
三、編寫過程
福建省計量科學研究院作為本規程的主要起草單位，2018年初召集參加起草單位（國家氣象計量站）起草人組成編寫組。重點完成規程的申請、編寫過程及圍繞規程所進行試驗的組織，提出了規程結構、規程主要內容，完成了規程征求意見稿的編寫、測量不確定度分析報告以及試驗報告的具體編寫工作。
編寫組先后進行了廣泛的調研及資料收集整理工作，于2019年03月形成征求意見稿初稿，決定在全國壓力計量技術委員會氣象專業分技術委員會（以下簡稱分技術委員會）范圍內征求意見。
四、編寫依據
在編寫本規范時，編寫組首先注重參考國際國內已正式發行的相關規程或規范的最新版本，本規程的編寫格式遵從JJF 1071-2010《國家計量校準規范編寫規則》要求，編寫過程中參考了JJF1001-2011《通用計量術語及定義》、JJF1094-2002《測量儀器特性評定》及JJF1059.1 -2012《測量不確定度評定與表示》等國家技術規范基礎上，同時編寫過程參閱了以下文件：
JJF 1431-2013《風電場用磁電式風速傳感器校準規范》
五、生產、使用與計量的說明
目前國內外風量罩生產廠家主要有長春氣象儀器有限公司、蘇州蘇凈集團有限公司、美國TSI、法國KIMO等，年銷售量約5000臺左右。隨著科學的發展，風量罩逐年增多，使用范圍也日趨廣泛，并常整合在綜合測量儀中，用于各種應急設備和現場觀測設備。
環保、氣象、水文、海洋、部隊等領域在野外或應急任務時的風量測量普遍采用風量罩。
目前，我國每個省均至少有一家計量檢定機構向社會開展風量計量校準工作。近幾年，我國開展風量校準項目的計量機構仍在不斷增加。為此，本規范關注：
1、計量性能要求
    規范規定的示值誤差是否合理，根據風量罩校準規范示值誤差是否正確且需要確定。
2、標準設備的選擇
標準器選用皮托管和微壓計。標準器的技術指標參考國際標準和相應行業標準并在不確定度分析與評定中驗證。
風洞的選擇需規定阻塞比，參考相應國際標準和相應行業標準規定技術指標，規避阻塞系數修正，取消不合理的阻塞系數修正方法。另外，需對風洞的基本性能如調速范圍、均勻性和穩定性進行規定。
3、標準風速計算方法  
標準風速的計算公式采用國際通用的計算公式，規定空氣密度計算方法，取消空氣密度修正，以提高計算準確度。
六、規程制定有關問題說明
本規程主要是對風量罩校準規范中范圍、概述、計量性能要求、通用技術要求、計量器具控制等內容提出要求和規定，并給出對于這些規定進行的校準方法。
1、關于“范圍”的說明
國內常見的風量罩種類主要是套帽式風量罩。通過調查研究，將范圍確定為“風量罩校準規范”。對風量罩校準規范的計量特性進行分析，標稱的測量范圍最大可達到（50～5000）m3/h。考慮到實際檢測需要，故將風量罩校準規范的測量范圍規定為（100～3500）m3/h。在調研中發現，生產廠家采用皮托管和微壓計作為計量標準進行出廠檢測等，考慮到目前生產銷售的風量罩規格，本規范確定：
“本規程適用于測量范圍為（100～3500）m3/h的風量罩校準規范（以下簡稱風量罩）的首次檢定、后續檢定和使用中檢查。”
2、關于“術語和計量單位”的說明
本規程對規范中的專用術語進行了定義，解釋了 “風量”的概念。
3、關于“概述”的說明
對風量罩校準規范的用途、原理、結構進行了簡要說明。
4、關于“計量性能要求”的說明
——由于本規范屬于首次制定，需對風量罩的示值誤差進行規定。通過各種型號和大量風量罩示值誤差進行統計分析,在測量范圍內，其示值誤差隨風速的增大而增大，其準確度等級與規范規定的最大允許誤差相符。
——調查了市場現有流通使用的風量罩的參數要求，各個廠家、各個型號的風量罩其示值誤差要求不盡相同，缺乏統一的準確度要求。故綜合各個型號的風量罩的示值誤差要求，設定最大允許誤差要求。
表1  市面上使用的部分風量罩校準規范型號及示值誤差要求
生產廠家        型號規格        示值誤差要求
TSI        8375，(50～3500m３/h)        ±5%讀數值
KIMO        DBM610,(40～3500m３/h)        ±5%讀數值
蘇凈        FLY-1,(100～3500m３/h)        ±5%F.S
5、關于“通用技術要求”的說明
對規范的通用技術要求進行了梳理，分為外觀和功能兩部分要求。
6、關于“計量器具控制”的說明
（1）“校準用儀器設備”
標準器推薦皮托管和微壓計，并規定了技術指標。皮托管校準系數為0.998～1.004的L型的皮托靜壓管，實際上指的就是二等標準皮托靜壓管。微壓計要求允許誤差不超過±0.5Pa，是基于低風速時測量不確定度的量傳要求的最低要求。微壓計的允許誤差對實際風速的測量結果影響量大。
采用皮托管和數字微壓計構成風速標準器時，用微壓計測得差壓值，用以下公式計算標準風速值大小：
用風洞試驗段內的空氣溫度按式（A.1）計算出飽和水汽壓：
                       （A.1）
式中：
ew        ——        T溫度下的飽和水汽壓，Pa；
T        ——        風洞試驗段內空氣溫度，K；
k=1Pa，A、B、C、D均為系數，其系數分別為：
A=1.2378847×10-5 K-2，B=-1.9121316×10-2 K-1，
C=33.93711047，D=-6.3431645×103 K。
A.2  用風洞試驗段內的空氣溫度、相對適度和氣壓值按式（A.2）計算出空氣密度。
               （A.2）  
式中：

——        檢定溫度下空氣密度，kg/m3；
T        ——        風洞試驗段內空氣溫度，K；
P0        ——        風洞試驗段內大氣壓，Pa；
H        ——        風洞試驗段內相對濕度，用小數表示；
ew        ——        T溫度下的飽和水汽壓，Pa［按式（A.1）計算］。
A.3 計算標準風速值
按式（A.3）計算標準風速：
                                              （A.3）
式中：
v0        ——        標準風速值，m/s；

——        檢定溫度下空氣密度，kg/m3［按式（A.2）計算］；

——        標準皮托靜壓管校準系數；
Pi        ——        微壓計示值，Pa。
取T=20℃ ,  =1.000,  =40m/s，P0=1010.0hPa，此時微壓計值為：
Pi=980.0Pa
   故微壓計的測量范圍為：（0～1000）Pa。考慮到目前一般使用的微壓計的測量范圍和準確度的要求，規定了微壓計選型要求為：測量上限為不低于1000Pa，最大允許誤差不超過±0.5Pa。
    另外，對風洞的性能技術指標也進行了規定，其指標選擇了目前我國風洞能達到的一般要求。
用于測量風洞流場空氣密度的溫度計、濕度計和氣壓計參考JJG 431-2014《輕便三杯風向風速表檢定規程》，空氣密度測量引入的不確定度對風量測量結果的影響詳見測量不確定度分析報告。
規范規定的標準器，是基于目前皮托管和微壓計是目前我國開展風量罩校準的通用標準器，也是國際上通用的風量校準標準器具，具有穩定可靠、科學準確，經濟合理的特點。
（2） 檢定條件
因為考慮到“風量罩校準規范”是用于實際使用要求，同時兼顧檢定風量罩校準規范所使用的標準器的要求。所以，本規范規定：
“環境溫度為（20±5）℃，相對濕度30%～85%。”
（3） 檢定項目
風量罩的校準項目為風量罩的示值誤差。
（4）檢定準備工作
測量標準與被校儀器設備各零部件安裝應正確、牢固，可動部分應靈活可靠，尼龍風罩不得有破損漏風現象。顯示表上數字顯示應清晰，不得有缺筆畫現象，如有電源接口，不得出現銹蝕。
（5）示值誤差校準
因風量罩的示值誤差具有良好的線性度，因此規定了測量范圍內均勻選擇并包含上下限在內不少于5個檢定點。
讀數時，增加了溫壓濕參數的讀取，以準確計算空氣密度。
本規程給出了示值誤差計算公式，同時本規范中給出了與標準風量計算公式（見附錄A），該公式采用國際通用的計算公式。采用此公式一是考慮到目前計算機的廣泛應用，數值運算可用計算機實現，方便可行；二是減少了各種修正系數，舍去了各種中間步驟，使計算精度大為提高；三是空氣密度計算科學準確，提高了計算準確度。
（6）檢定周期
根據風量罩校準規范實際情況與使用程度，對風量罩校準規范的示值穩定性做了大量實驗，除去一些工程類使用單位使用的風量罩比較頻繁且其使用強度較大以外，其余90%以上的風量罩1年內的示值穩定性在建議的最大允許示值誤差以內，因此校準本規范的校準周期：
“復校時間間隔的長短取決于其使用情況，使用單位可根據實際使用情況自主決定復校的時間，建議復校時間間隔為1年。”
（7）附錄
在本規程中，為了方便技術人員檢定使用，提供了標準風量計算方法、檢定證書、檢定記錄式樣等。附錄為
附錄A：標準風量值計算。
附錄B： 風量罩校準規范檢定證書/檢定結果通知書內頁（式樣）。
附錄C：風量罩校準規范檢定記錄格式（式樣）
七、規范制定涉及“測量不確定度評定”說明
風量罩校準規范的測量不確定度評定詳見測量不確定度分析與評定報告。
測量不確定度評定充分考慮了測量方法、測量標準、被檢儀器、測量人員、測量環境的影響因素。在評定模型中，風量罩校準中的標準量（實際風量）測量結果是通過伯努利方程計算求的，其影響因子較多，各因子均具有相關性。在實際評定中，各相關性（靈敏系數）得到了充分考慮，對各項數據進行了大量計算和分析，遵從了統計原則和合理原則，不遺漏、不重復。從實際評定過程和結果看，標準量（標準風量）測量結果的不確定度分量是風量罩校準測量結果不確定度的主要來源，而其中微壓計誤差引入的不確定度分量影響較大。
風量罩校準的標準設備采用了國際通用的皮托靜壓管、微壓計和風洞，技術指標科學合理，測量結果準確可靠。評定的測量結果擴展不確定度符合我國開展計量校準要求。


                           《風量罩校準規范》編寫組 2019年4月4日

老師，你這有標準裝置的推薦嗎