JJG氣象 自動氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器檢定規(guī)程

1、附件4： 中國氣象局部門計(jì)量檢定規(guī)程 JJG（氣象）004-2011自動氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器Wind Direction and Wind Speed Sensor ofAutomatic Meteorological Station2011-06-13發(fā)布 011-10-01實(shí)施中國氣象局 發(fā)布自動氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器Verification Regulation ofWind Direction and Wind Speed Sensor of Automatic Meteorological StationJJG（氣象）004-2011本規(guī)程經(jīng)中國氣象局于2011年6月13日批準(zhǔn)，并自2

2、011年10月1 日起施行。歸口單位：中國氣象局主要起草單位：國家氣象計(jì)量站 參加起草單位：遼寧省氣象計(jì)量站陜西省氣象計(jì)量站安徽省氣象計(jì)量站本規(guī)程委托國家氣象計(jì)量站負(fù)責(zé)解釋本規(guī)程主要起草人：朱樂坤 （國家氣象計(jì)量站）沙奕卓 （國家氣象計(jì)量站）賀曉雷 （國家氣象計(jì)量站）參加起草人：王 軍 （遼寧省氣象計(jì)量站）陳 征 （陜西省氣象計(jì)量站）周昌文 （安徽省氣象計(jì)量站）暢世聰 （國家氣象計(jì)量站）目 錄1. 范圍12. 術(shù)語和計(jì)量單位12.1流速均勻性 12.2流速穩(wěn)定性12.3氣流偏角12.4阻塞系數(shù) 12.5紊流度（湍流度）12.6計(jì)量單位13. 概述14. 計(jì)量性能要求24.1風(fēng)速傳感器24.2

3、風(fēng)向傳感器25. 通用技術(shù)要求26. 計(jì)量器具控制26.1 檢定條件26.2 檢定項(xiàng)目36.3 檢定方法36.4 檢定結(jié)果處理46.5 檢定周期4附錄A5附錄B6附錄C7附錄D8自動氣象站風(fēng)向風(fēng)速傳感器檢定規(guī)程1. 范圍本規(guī)程適用于風(fēng)向、風(fēng)速傳感器的首次檢定、后續(xù)檢定及修理后的檢定。2. 術(shù)語和計(jì)量單位2.1 流速均勻性 uniformity of flow velocity 風(fēng)洞工作段流場的均勻程度。2.2 流速穩(wěn)定性 stability of flow velocity 風(fēng)洞工作段流場的穩(wěn)定程度。2.3 氣流偏角 angle error for air-flow流場內(nèi)氣流偏離風(fēng)洞工作段軸線

4、的角度（°）2.4 阻塞系數(shù) obstructing coefficient風(fēng)速儀（傳感器）的感應(yīng)器的迎風(fēng)面積與風(fēng)洞工作段橫截面積之比2.5 紊流度（湍流度）turbulence of air-flow氣流在三維方向上的脈動分速的均方根值。2.6 計(jì)量單位measurement unit風(fēng)向傳感器檢定使用“°”作為計(jì)量單位；風(fēng)速傳感器檢定使用“m/s”作為計(jì)量單位。3. 概述風(fēng)速、風(fēng)向傳感器主要由風(fēng)速、風(fēng)向測量傳感器、轉(zhuǎn)換電路和信號輸出電路組成。風(fēng)速、風(fēng)向結(jié)構(gòu)圖分別由圖1和圖2所示。圖1 風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)圖 圖2 風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)圖1-風(fēng)杯部件;2-殼體;3-插座; 1-風(fēng)向標(biāo)

5、部件;2-殼體;3-插座;風(fēng)速傳感器由三個(gè)鋁質(zhì)風(fēng)杯(互成120°角)、內(nèi)裝隨風(fēng)杯軸旋轉(zhuǎn)的截光盤、光電轉(zhuǎn)換器及信號輸出插座等部件組成。風(fēng)杯在風(fēng)的帶動下旋轉(zhuǎn)，帶動截光盤切割光電轉(zhuǎn)換電路的紅外光束產(chǎn)生電脈沖。風(fēng)杯轉(zhuǎn)速在風(fēng)速測量范圍內(nèi)與風(fēng)速有良好線性關(guān)系,使輸出的脈沖頻率與風(fēng)速成正比。風(fēng)向傳感器由風(fēng)向標(biāo)部件、內(nèi)裝風(fēng)向碼信號發(fā)生器的殼體和信號輸出插座等組成。風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)軸連接一個(gè)由七位格雷碼盤和紅外發(fā)光二極管、光敏管組成的風(fēng)向信號發(fā)生器。一組紅外發(fā)光二極管和光敏管對正一個(gè)格雷碼盤的碼道，七組紅外發(fā)光二極管和光敏管對正七個(gè)格雷碼盤的碼道產(chǎn)生代表風(fēng)向的七位格雷碼，轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出。根據(jù)風(fēng)向角、格雷碼

6、和輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系可測量出不同的風(fēng)向角度。4. 計(jì)量性能要求4.1風(fēng)速傳感器測量范圍：（060）m/s分辨力： 0.1m/s最大允差：±（0.5+0.03V）m/s(注：V為指示風(fēng)速)啟動風(fēng)速：0.5m/s4.2 風(fēng)向傳感器測量范圍：（0360）°分辨力： 3°最大允差：±5°風(fēng)向啟動風(fēng)速：0.5m/s5. 通用技術(shù)要求傳感器外型結(jié)構(gòu)應(yīng)完好，風(fēng)杯無明顯變形，轉(zhuǎn)軸豎直時(shí)其轉(zhuǎn)動應(yīng)平穩(wěn)、靈活。轉(zhuǎn)軸呈水平狀態(tài)時(shí)，風(fēng)杯應(yīng)能隨遇平衡。傳感器表面不應(yīng)有明顯凹跡、外傷、裂縫、變形等現(xiàn)象，表面涂層不應(yīng)起泡、龜裂和脫落，金屬件不應(yīng)有嚴(yán)重銹蝕及其它機(jī)械損傷。風(fēng)向指

7、北標(biāo)記應(yīng)明顯,不能脫落。傳感器應(yīng)有型號、出廠編號等明顯標(biāo)志。6. 計(jì)量器具控制計(jì)量器具控制包括首次檢定、后續(xù)檢定和使用中的檢驗(yàn)。6.1 檢定條件6.1.1 標(biāo)準(zhǔn)器皮托靜壓管皮托管的K值應(yīng)在0.991.01之間。皮托管系數(shù)的允許誤差：當(dāng)(510)m/s 時(shí)，不超過±0.04;當(dāng)(1025)m/s 時(shí)，不超過±0.05;數(shù)字微壓計(jì)測量范圍：(0800) Pa分辨力：0.1Pa零位對準(zhǔn)誤差：±0.2Pa零位回復(fù)誤差：±0.3 Pa最大允許誤差:0.8Pa標(biāo)準(zhǔn)度盤測量范圍：(0360)°分辨力：1°6.1.2 檢定設(shè)備回、直路低速風(fēng)洞風(fēng)速范圍

8、：（0.130）m/s；紊流度:0.5%;工作段流速均勻性：1%；氣流偏角：1°；6.1.3 6位半數(shù)據(jù)采集器直流電壓測量測量范圍：0.0V10.0V 分辨力：1.0V最大允許誤差:±(讀數(shù)的ppm+量程的ppm)頻率測量測量范圍:3Hz500kHz最大允差:±(讀數(shù)的ppm+量程的ppm)6.2 檢定項(xiàng)目6.2.1 外觀檢查按照通用技術(shù)要求進(jìn)行外觀檢查。用目測方法檢查風(fēng)向、風(fēng)速傳感器外型結(jié)構(gòu)是否完好;傳感器表面不應(yīng)有明顯的凹跡、外傷、裂縫、變形。傳感器型號、出廠編號是否清晰，對于使用過的風(fēng)向風(fēng)速傳感器，應(yīng)重點(diǎn)檢查風(fēng)向、風(fēng)速傳感器外表面是否有裂紋等缺陷。6.2.2

9、 示值誤差檢定經(jīng)過外觀檢查合格的風(fēng)向、風(fēng)速傳感器，才能進(jìn)行示值誤差檢定，檢定項(xiàng)目見表1。表1 檢定項(xiàng)目表檢定項(xiàng)目首次檢定后續(xù)檢定使用中檢驗(yàn)外觀檢查+啟動風(fēng)速檢定+示值誤差檢定+ 注:“+”表示必須檢定的項(xiàng)目6.3 檢定方法6.3.1 檢定前準(zhǔn)備將皮托管和風(fēng)速傳感器安裝于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段內(nèi)，皮托管的總壓輸出和靜壓輸出分別連至數(shù)字微壓計(jì)的總壓和靜壓輸入端口上，風(fēng)速傳感器輸出端連至采集器(頻率)的輸入端子上。打開數(shù)字微壓計(jì)、采集器電源開關(guān)，預(yù)熱5min后開始啟動風(fēng)速和風(fēng)速示值檢定。當(dāng)風(fēng)速傳感器的阻塞系數(shù)大于5.0時(shí)，將會給檢定結(jié)果帶來誤差，必須進(jìn)行阻塞系數(shù)修正，風(fēng)速傳感器阻塞系數(shù)的測量方法見附錄A6.3.

10、2 風(fēng)向、風(fēng)速檢定點(diǎn)的選擇風(fēng)速檢定點(diǎn)為：2 m/s、5 m/s、10 m/s、15 m/s、20 m/s、25 m/s、30m/s。風(fēng)向檢定點(diǎn)為：0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。6.3.3 檢定數(shù)據(jù)讀取(采集)方法6.3.3.1 風(fēng)速啟動風(fēng)速檢定在風(fēng)速傳感器的風(fēng)杯處于靜止?fàn)顟B(tài)下，按照啟動風(fēng)速的指標(biāo)設(shè)定風(fēng)速，調(diào)節(jié)變頻器使風(fēng)洞內(nèi)氣流緩慢增加，當(dāng)風(fēng)杯由靜止變?yōu)檫B續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，等時(shí)距讀取(采集)微壓計(jì)示值共3次。用微壓計(jì)3次示值的平均值，計(jì)算出風(fēng)洞工作段內(nèi)的實(shí)測風(fēng)速值（實(shí)測風(fēng)速的計(jì)算方法

11、見附錄B）,即為風(fēng)速傳感器的啟動風(fēng)速。6.3.3.2 風(fēng)向啟動風(fēng)速檢定將風(fēng)向標(biāo)0位對齊平行于風(fēng)洞軸線安裝在風(fēng)洞工作段內(nèi)，轉(zhuǎn)動風(fēng)向標(biāo)角度至采集器顯示15°角，調(diào)整風(fēng)洞內(nèi)氣流使之緩慢上升，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)向風(fēng)洞軸線方向移動時(shí)，讀?。ú杉┪河?jì)示值( Pa)、流場溫度值()、流場濕度值(RH)和室內(nèi)大氣壓力值(hPa)，根據(jù)實(shí)測風(fēng)速計(jì)算公式，計(jì)算出此時(shí)的實(shí)測風(fēng)速值，即為風(fēng)向標(biāo)的啟動風(fēng)速。6.3.3.3 風(fēng)速示值檢定按照條規(guī)定調(diào)整風(fēng)速檢定點(diǎn),當(dāng)風(fēng)速點(diǎn)調(diào)好后，穩(wěn)定lmin后用風(fēng)速參數(shù)數(shù)據(jù)采集器自動采集微壓計(jì)的實(shí)測風(fēng)壓值( Pa)、流場溫度值()、流場濕度值(RH)和室內(nèi)大氣壓力值(hPa)，用數(shù)據(jù)采

12、集器讀取（采集）被檢風(fēng)速傳感器的輸出值（如果輸出值是頻率信號，應(yīng)根據(jù)風(fēng)速方程轉(zhuǎn)換成風(fēng)速值）, 根據(jù)實(shí)測風(fēng)速計(jì)算公式，計(jì)算出各風(fēng)速檢定點(diǎn)上的實(shí)測風(fēng)速值。檢定開始前和檢定結(jié)束后，分別讀?。ú杉┉h(huán)境溫度、濕度和大氣壓力值，用兩次讀數(shù)（采集）到的環(huán)境條件的平均值作為檢定時(shí)的環(huán)境條件，填寫到檢定記錄表格中。風(fēng)速示值檢定記錄表見附錄C6.3.3.4 風(fēng)向示值檢定檢定前首先按標(biāo)準(zhǔn)度盤使用說明，將風(fēng)向測量儀器（傳感器）和標(biāo)準(zhǔn)度盤安裝在一起并固定于平坦的工作臺（工作桌）面上。風(fēng)向傳感器和采集器牢固連接并加電預(yù)熱5min后開始風(fēng)向示值檢定。用標(biāo)準(zhǔn)度盤的刻度值作為標(biāo)準(zhǔn)值，使風(fēng)向標(biāo)、指北線與標(biāo)準(zhǔn)度盤上的0°

13、;點(diǎn)對齊，讀取風(fēng)向示值，一個(gè)風(fēng)向檢定點(diǎn)結(jié)束。再將風(fēng)向標(biāo)按照6.3.2條的風(fēng)向檢定點(diǎn)順序進(jìn)行其它各點(diǎn)檢定。風(fēng)向示值檢定記錄表見附錄C。6.3.4 示值誤差計(jì)算6.3.4.1 風(fēng)速示值誤差計(jì)算用被檢風(fēng)速傳感器在各風(fēng)速檢定點(diǎn)上的指示風(fēng)速減去實(shí)測風(fēng)速，得出各風(fēng)速檢定點(diǎn)上的測量誤差（示值誤差），再將各風(fēng)速檢定點(diǎn)上的指示風(fēng)速值代入技術(shù)要求中給出的風(fēng)速最大允許誤差計(jì)算公式，得出各風(fēng)速檢定點(diǎn)上的允許誤差值。當(dāng)被檢風(fēng)速傳感器，在各風(fēng)速檢定點(diǎn)上的測量誤差均小于被檢風(fēng)速傳感器在各風(fēng)速檢定點(diǎn)上的允許誤差值時(shí)視為合格，否則應(yīng)對風(fēng)速傳感器進(jìn)行維修，維修后的風(fēng)速傳感器應(yīng)按規(guī)程要求重新檢定。重新檢定仍不合格者，作為不合格處理

14、并更換。6.3.4.2 風(fēng)向示值誤差計(jì)算用風(fēng)向傳感器在各個(gè)風(fēng)向檢點(diǎn)上的顯示值減去標(biāo)準(zhǔn)值(如果風(fēng)向傳感器輸出值是六位和七位格雷碼信號、電壓信號,應(yīng)轉(zhuǎn)換成風(fēng)向值)，得出各個(gè)風(fēng)向點(diǎn)上的測量誤差。以8個(gè)檢定點(diǎn)上的測量誤差均不超過±5°為合格,否則應(yīng)進(jìn)行維修后重新檢定。重新檢定仍不合格，作不合格處理并更換。6.4 檢定結(jié)果處理經(jīng)檢定合格的風(fēng)向、風(fēng)速傳感器，發(fā)給檢定證書(檢定證書格式見附錄C)。檢定不合格的風(fēng)向、風(fēng)速傳感器，發(fā)給檢定結(jié)果通知書，并在檢定結(jié)果通知書中注明示值誤差不合格對應(yīng)的風(fēng)速（風(fēng)向）檢定點(diǎn)。6.5 檢定周期風(fēng)向、風(fēng)速傳感器的檢定周期一般為2年。但有以下情況之一時(shí)須提前送

15、檢。1） 自動氣象站數(shù)據(jù)采集器經(jīng)過維修或更換后。2） 當(dāng)發(fā)現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速測量值出現(xiàn)異常時(shí)。附錄A風(fēng)速傳感器阻塞系數(shù)的測試方法A1.概述根據(jù)風(fēng)速儀器檢定規(guī)程要求，被檢風(fēng)速傳感器在風(fēng)洞工作段氣流方向上的投影面積不大于整個(gè)工作段截面積的5.0，否則就會產(chǎn)生對氣流的阻塞現(xiàn)象，從而形成亂流和回流壓力，造成風(fēng)速測量誤差，因此必須知曉風(fēng)速傳感器的阻塞系數(shù)和測試方法。A2.阻塞修正系數(shù)測量步驟和方法A2.1挑選兩支性能穩(wěn)定的風(fēng)速傳感器，送國家氣象計(jì)量站大風(fēng)洞測試后作為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速傳感器使用。A2.2 將其中的一支標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速傳感器安裝在風(fēng)洞工作段內(nèi)已選定的位置上。利用靜壓落差法（見JJG431-86DEM6型輕便三杯風(fēng)

16、向風(fēng)速表檢定規(guī)程）校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速傳感器，并繪制成校準(zhǔn)圖線。根據(jù)該校準(zhǔn)圖線和國家氣象計(jì)量站給出的校準(zhǔn)圖線，分別查出指示風(fēng)速為30m/s對應(yīng)的實(shí)際風(fēng)速值，將此值代入式(1)求出風(fēng)速傳感器的阻塞修正系數(shù) (1)式中：從國家氣象計(jì)量站檢定結(jié)果的校準(zhǔn)圖線上查出的實(shí)際風(fēng)速；從用靜壓落差法得到的校準(zhǔn)圖線上查出的實(shí)際風(fēng)速；A2.3 再用另外一支標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速傳感器以同樣的方法復(fù)測一次。A2.4 兩次測量的值相差不超過2.0。兩次值的平均值即為風(fēng)速傳感器的阻塞系數(shù)，取小數(shù)點(diǎn)后三位。 如果風(fēng)洞經(jīng)過修理或重新安裝后，應(yīng)重新測試風(fēng)速傳感器的阻塞系數(shù)。附錄B實(shí)測風(fēng)速的計(jì)算方法B1. 相當(dāng)風(fēng)速計(jì)算用皮托管的測量結(jié)果計(jì)算實(shí)測風(fēng)速。

17、將微壓計(jì)在各檢定點(diǎn)上的讀數(shù)平均值減去初始零位值，得出實(shí)測風(fēng)壓值（單位為Pa），按式(1)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的相當(dāng)風(fēng)速值，見公式(1). (1)對于采用mmH2O為刻度單位的微壓計(jì)，計(jì)算相當(dāng)風(fēng)速的公式為=4式中為水柱高度(mm)B2.空氣密度修正系數(shù)計(jì)算根據(jù)檢定過程中檢測到的流場內(nèi)溫度、濕度和大氣壓力平均值，用公式(2)計(jì)算出風(fēng)速值的空氣密度修正系數(shù)： (2)式中：流場內(nèi)溫度，；流場內(nèi)濕度，RH；環(huán)境大氣壓力，hPa；流場溫度為時(shí)的飽和水汽壓，hPa；B3.總修正系數(shù)計(jì)算再用式（3）計(jì)算總修正系數(shù) (3)式中：微壓計(jì)工作液體的密度修正系數(shù)（工作液體為蒸餾水時(shí)，=1）；皮托管系數(shù)；微壓計(jì)系數(shù)（當(dāng)采用二

18、等微壓計(jì)時(shí)，=1）；B4.實(shí)測風(fēng)速計(jì)算最后根據(jù)式(4)計(jì)算出實(shí)測風(fēng)速值 (4)附錄C風(fēng)速、風(fēng)向示值檢定記錄表 檢定證書號： 檢定記錄流水號：檢定環(huán)境檢定環(huán)境檢定開始時(shí)檢定結(jié)束時(shí)平均值起動風(fēng)速溫 度（） 濕 度（RH） 氣 壓（hPa） 檢定項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)器名稱： 皮托管系數(shù)： 工作液體密度修正系數(shù)：型號/規(guī)格： 微壓計(jì)系數(shù)： 空氣密度修正系數(shù)：生產(chǎn)單位： 編號： 總修正系數(shù)準(zhǔn)確度等級/最大允差：風(fēng)速傳感器名稱：風(fēng)速傳感器阻塞修正系數(shù)：型號/規(guī)格： 編號： 生產(chǎn)單位： 送檢單位：準(zhǔn)確度等級/最大允差：風(fēng)向風(fēng)向檢定點(diǎn)風(fēng)向示值風(fēng)向差值檢定結(jié)論風(fēng)速風(fēng)速檢定點(diǎn)(m/s)實(shí)測風(fēng)壓(Pa)實(shí)測風(fēng)速(m/s)指示風(fēng)速(m/s)示值誤差(m/s)檢定點(diǎn)允差(m/s)檢定結(jié)論回歸方程 檢定人： 復(fù)核人： 檢定日期： 附錄D 檢定證書封面格式式樣（檢定機(jī)構(gòu)名稱）Name for Institute of Verification檢 定 證 書Verification Certificate證書編