透射式能見度儀校準規(guī)范

JJF2032—20231透射式能見度儀校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于能見度測量范圍不超過5000m的透射式能見度儀的校準,不適用于帶反射光路的透射式能見度儀的校準。使用紅外光源的透射式能見度儀的校準可參照本規(guī)范執(zhí)行。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:JJG976—2010透射式煙度計JJG1034—2008光譜光度計標準濾光器GB/T35223—2017地面氣象觀測規(guī)范氣象能見度GB/T37467氣象儀器術語凡注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術語3.1基線長度baselinelength透射式能見度儀發(fā)射端和接收端之間的距離。注:基線長度的單位為m。3.2氣象光學視程meteorologicalopticalrange;MOR白熾燈發(fā)出色溫為2700K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%時所通過的路徑長度。注:1根據(jù)科西米德(Koschmieder)定律計算氣象光學視程(MOR):-lnεa·lnε-2.996·aMOR=σ=-lnεa·lnε-2.996·a式中MOR為氣象光學視程;ε為對比度閾值,一般取值0.05;σ為大氣消光系數(shù);a為基線長度;τ為透射比,即色溫為2700K的白熾光源發(fā)出的平行光束在大氣中經(jīng)過給定基線長度的光學路徑后剩余的光通量的比率。對比度閾值是指視力正常的人其眼睛能察覺的最小對比度值。2氣象光學視程的單位為m。3.3能見度visibility視力正常(對比度閾值為0.05)的人,在當時天氣條件下,能夠從天空背景中看到和辨認出目標物(黑色、大小適度)的最大水平距離。JJF2032—20232注:1能見度單位為m。2氣象學中,能見度用氣象光學視程表示。4概述透射式能見度儀(也稱透射儀、光透過率檢測儀、隧道煙霧濃度檢測儀等)是通過測量光束在穿過已知長度的路徑后,透過或衰減的程度來測定氣象能見度的儀器。常用于氣象預報及監(jiān)測(道路、機場、港口)、邊界安全、海上作業(yè)、隧道煙霧探測等領域。其利用光在大氣中傳播受到的直接衰減原理,將大氣對光的吸收、反射、散射等都作為衰減,以厚度等于“基線”長度的氣柱為樣本,采用測量基線氣柱的平均消光系數(shù),從而得出氣象能見度。透射式能見度儀通常由發(fā)射器、接收器、處理器以及顯示終端組成,其通用組成結構示意圖見圖1。圖1透射式能見度儀通用組成結構示意圖5計量特性5.1能見度示值相對誤差能見度示值相對誤差見表1。表1能見度示值相對誤差能見度測量范圍能見度示值相對誤差≤1500m±10%1500m~5000m±20%5.2透射比示值誤差透射比示值誤差見表2。JJF2032—20233表2透射比示值誤差能見度測量范圍透射比示值誤差≤1500m-{exp(-2.996a/V)-exp[-2.996a/(0.9V)]}~{exp[-2.996a/(1.1V)]-exp(-2.996a/V)}1500m~5000m-{exp(-2.996a/V)-exp[-2.996a/(0.8V)]}~{exp[-2.996a/(1.2V)]-exp(-2.996a/V)}注:1.a為基線長度,單位為m;V為能見度,單位為m。2.以上計量特性要求僅供參考,不作為判定依據(jù)。6校準條件6.1環(huán)境條件透射式能見度儀校準溫度為3℃~35℃,校準過程中溫度變化不超過3℃;相對濕度不超過85%。外出現(xiàn)場校準時,應在天氣良好(能見度不低于10km,無降雨)的條件下進行,所用標準器需配備屏蔽外界干擾光的遮光設施。6.2測量標準及其他設備6.2.1光譜中性透射比標準濾光片組(a為基線長度,單位為m)。6.2.1.1能見度校準范圍:低于30a;6.2.1.2可見光區(qū)光譜中性透射比標準濾光片每組共3片。透射比量值約為0.05、0.55、0.90,分別對應能見度約為a、5a、27a。6.2.1.3濾光片外形尺寸不小于80mm×80mm,中央有效測試區(qū)域直徑不小于70mm,如果被校儀器光斑較大,須選用有效透光面積大于被校儀器光斑的濾光片。濾光片透射比均勻性和幾何中心透射比年變化量均不應超過0.002。6.2.1.6需根據(jù)被校儀器的光源光譜分布和探測器的光譜響應范圍,選擇使用可見光區(qū)積分透射比或相應光譜透射比的溯源數(shù)據(jù)。6.2.2高透射比量具(校準方法見附錄D)6.2.2.1能見度校準范圍:30a~5000m。6.2.2.2高透射比量具計量技術要求見表3。表3高透射比量具計量技術要求能見度測量范圍透射比擴展不確定度U(k=2)能見度示值相對誤差的擴展不確定度U(k=2)[30a,1500m)exp[-2.996a/(1.025V)]-exp[-2.996a/(0.975V)]5.0%JJF2032—20234表3(續(xù))能見度測量范圍透射比擴展不確定度U(k=2)能見度示值相對誤差的擴展不確定度U(k=2)[1500m,5000m]exp[-2.996a/(1.05V)]-exp[-2.996a/(0.95V)]10%注:1.a為基線長度,單位為m;V為能見度,單位為m;2.以上擴展不確定度應保留兩位有效數(shù)字。7校準項目和校準方法7.1校準項目7.1.1透射比示值誤差。7.1.2能見度示值相對誤差。注:校準項目根據(jù)被校儀器類型和客戶需要校準。7.2校準方法7.2.1校準前的準備對透射式能見度儀的外觀、各部分運行情況進行檢查,確認儀器外觀完好,確認儀器光源發(fā)射器出光口軸線已對準光探測器幾何中心。正常運行后,方可進行校準。需要調零或調整1.000基線的儀器,按照儀器使用說明書調整后,方可進行校準。不同能見度校準點對應不同透射比的主標準器選用規(guī)則如表4所示。表4能見度校準點對應不同透射比的主標準器選用規(guī)則表主標準器能見度校準點透射比校準點光譜中性透射比標準濾光片a0.055a0.5527a0.90高透射比量具150a0.980450a0.993注:a為基線長度,單位為m。7.2.2透射比示值誤差按表4規(guī)定,被校儀器透射比校準點通常為5個,透射比量值約為0.05、0.55、0.90、0.980、0.993,透射比標準值以上級校準證書為準。光譜中性透射比標準濾光片作為主標準器時,在被校儀器的光源與光探測器之間光路上,依次加入標準濾光片,保證濾光片平面垂直于光束,待穩(wěn)定后讀取儀器示值。高透射比量具作為主標準器時,啟動高透射比量具,使斬光器高速旋轉,調節(jié)測量窗口放置位置和角度,保證斬光器旋轉平面垂直于光束,待穩(wěn)定后讀取儀器示值。各校準點重復測量3次(每次需重新啟動斬光器),按公式(1)計算出每一個校準JJF2032—20235點的透射比示值誤差。Δτi=τi-τsi(i=1,2,3,4,5)(1)式中:Δτi—第i校準點透射比示值誤差;τi—第i校準點3次測量平均值;τsi—第i校準點透射比標準值。7.2.3能見度示值相對誤差按表4規(guī)定,被校儀器能見度校準點為5個,能見度量值約為a、5a、27a、150a、450a,能見度標準值以上級校準證書為準。校準較低能見度量程時(30a以下),使用光譜中性透射比標準濾光片作為主標準器。在被校儀器的光源與光探測器之間光路上,依次加入標準濾光片,保證濾光片平面垂直于光束,待穩(wěn)定后讀取儀器示值。校準較高能見度量程時(30a~5000m),使用高透射比量具作為主標準器。啟動高透射比量具,使斬光器高速旋轉,調節(jié)測量窗口放置位置和角度,保證斬光器旋轉平面垂直于光束。待穩(wěn)定后讀取儀器示值。各校準點重復測量3次(每次需重新啟動斬光器),用公式(2)計算出每一個校準點的能見度示值相對誤差。EVi=×100%式中:EVi—第i校準點能見度示值相對誤差;Vi—第i校準點能見度3次測量平均值,m;Vmi—第i校準點能見度標準值,m。8校準結果表述校準結果應在校準證書上反映。校準證書應至少包括以下信息:a)標題,如“校準證書”;b)實驗室名稱和地址;c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書或報告的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標識;e)送校單位的名稱和地址;f)被校對象的描述和明確標識;g)進行校準的日期,如果與校準結果的有效性或應用有關時,應說明被校對象的接收日期;h)如果與校準結果的有效性或應用有關時,應對抽樣程序進行說明;i)對校準所依據(jù)的技術規(guī)范的標識,包括名稱及代號;j)本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;k)校準環(huán)境的描述;JJF2032—20236l)校準結果及其測量不確定度的說明;m)對校準規(guī)范的偏離的說明;n)校準證書或校準報告簽發(fā)人的簽名、職務或等效標識;o)校準結果僅對被校對象有效的聲明;p)未經(jīng)實驗室書面批準,不得部分復制證書的聲明。9復校時間間隔儀器的復校時間間隔建議為1年。由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質量等諸因素所決定的,因此送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復校時間間隔。如果對儀器的檢測數(shù)據(jù)有懷疑或儀器更換主要部件及修理后應對儀器重新校準。JJF2032—20237附錄A透射式能見度儀校準原始記錄推薦格式原始記錄編號證書編號儀器名稱型號/規(guī)格制造廠出廠編號送校單位聯(lián)系人及電話校準地點校準日期校準依據(jù)環(huán)境條件溫度:℃;相對濕度:%標準器名稱標準器編號證書編號不確定度/準確度等級/最大允許誤差標準器有效期至基線長度m1.外觀檢查:2.透射比校準:標準值儀器透射比示值平均值示值誤差擴展不確定度U(k=2)3.能見度校準:標準值m能見度示值m平均值m示值相對誤差%擴展不確定度U(k=2)校準員:核驗員:JJF2032—20238附錄B透射式能見度儀校準證書內(nèi)頁推薦格式1.透射比校準:透射比標準值透射比平均值示值誤差擴展不確定度U(k=2)2.能見度校準:能見度標準值m能見度平均值m示值相對誤差%擴展不確定度U(k=2)以下空白JJF2032—20239附錄C透射式能見度儀的測量結果不確定度評定示例C.1概述依據(jù)JJF2032—2023《透射式能見度儀校準規(guī)范》中的校準方法,用一個超高透射比量具,對1臺透射式能見度儀在某個校準點校準結果的不確定度進行評定。C.2校準方法打開超高透射比量具,調節(jié)能見度儀校準裝置測量窗口放置位置和角度,保證斬光器旋轉平面垂直于光束。讀取儀器示值,并重復測量3次,用公式(C.1)計算出該校準點的能見度示值相對誤差。C.3測量模型能見度示值相對誤差表示為公式(C.1):ΔVi=×100%(C.1)式中:ΔVi—某校準點的能見度示值相對誤差;Vi—某校準點3次測量的能見度平均值;Vsi—某校準點的能見度標準值。靈敏系數(shù):對公式(C.1)求偏導數(shù),有?ΔVi=?Vsi,即:C.4輸入量的標準不確定度評定C.4.1u(V)的來源主要是被校儀器的測量重復性,它反映了各種隨機因素的綜合影響。因此采用A類方法評定。校準裝置按要求調整后,按本規(guī)范規(guī)定,每個校準點重復測量3次,測量結果分別為850m、851m、849m,取平均值作為測量結果,使用極差法,可得到:=2m/≈0.68m被校儀器分辨力為滿量程的0.1%或0.01%,其引入的不確定度分量約為0.029%或0.0029%,小于重復性所引入的不確定度分量,故不考慮儀器分辨力所引入的不確定度分量。即被校能見度儀測量重復性引入的標準不確定度:u(V)=0.68m進行3次獨立重復測量,其自由度為:ν=1.8JJF2032—202310C.4.2輸入量V的標準不確定度u(V)的評定u(V)的不確定度主要來源于上級計量部門校準證書,用B類方法評定。C.4.2.1上級量傳值的不確定度點標準值的標準不確定度為:由上級校準證書得到,標準器的擴展不確定度Urel=4.0%,k=2,則能見度845點標準值的標準不確定度為:u(V1)=16.9m估計=0.2,則自由度為:C.4.2.2儀器定標時偏離理想大氣能見度條件引入的不確定度由儀器定標偏離理想大氣能見度條引入的不277km,校準時現(xiàn)場能見度不得低于10km,對應2m基線長度時透射比相差0.0006,對應在845m能見度下,其對應能見度約為7.6m系統(tǒng)偏差,此項服從均勻分布,則此標準不確定度為:由于此項目不確定度是按偏離理想大氣能見度的最大值計算的,則認為:ν(V2)→∞C.4.2.3切割光線角度誤差引入的不確定度由斬光器旋轉平面與光路角度誤差引入的不確定度分量,估計其最大變化量之絕對值為20m,此項服從三角分布,則此標準不確定度為:此項目不確定度是按角度響應值誤差的最大變化量計算的,則認為:ν(V3)→∞C.4.2.4測量環(huán)境溫度變化引入的不確定度由測量環(huán)境溫度變化引入的不確定度分量,估計其最大變化量之絕對值為5m,此項服從均勻分布,則此標準不確定度為:此項目不確定度是按測量環(huán)境溫度最大變化量計算的,則認為:ν(V4)→∞C.5輸出量不確定度分量的評定透射式能見度校準裝置標準不確定度分量,及相關信息列于表C.1。JJF2032—202311表C.1透射式能見度校準裝置標準不確定度分量及相關信息不確定度來源輸入量的標準不確定度u(Vi)/m靈敏系數(shù)ci標準不確定度分量ui=ciu(Vi)νi類別測量重復性0.68c10.08%1.8A上級量傳值16.9c22.01%12B偏離理想大氣能見度條件4.4c10.52%∞B角度誤差8.2c10.97%∞B溫度誤差2.9c20.35%∞BC.6合成標準不確定度和擴展不確定度各標準不確定度分量彼此不相關,則被校能見度儀合成標準不確定度為:uc(ΔV)=u(V)2+u(V1)2+u(V2)2+u(V3)2+u(V4)2=2.32%有效自由度為:擴展不確定度的計算:取包含概率p=95%,查t分布表得:取包含概率p=95%,查t分布表得:U95=t95(21)uc(ΔV)=5%,νeff=21對于被測量V的估計是一系列具有接近正態(tài)分布的輸入量,它們均對測量結果有一定貢獻,有效自由度較大。因此,測量結果可取為正態(tài)分布標準差的估計,則能見度示值相對誤差的擴展不確定度:U=5%(k=2)能見度845m校準點對應透射比擴展不確定度:U=exp[-2.996a/(1.025V)]-exp[-2.996a/(0.975V)](k=2)其中V=845m,a=2m,則透射比擴展不確定度:U=0.0003(k=2)JJF2032—202312附錄D高透射比量具及其校準方法D.1高透射比量具高透射比量具是一種高速旋轉的確定透射比的扇形濾光片,相間部分的介質為空氣,見圖D.1。當扇形裝置的透射比τ等于0時,稱之為遮光體透射比量具;當扇形裝置為透射比τ大于0.90的扇形濾光片時,稱之為超高透射比量具。高透射比量具是用來校準透射式能見度儀的標準器。圖D.1高透射比量具1—中心旋轉軸,2—遮光葉片或濾光葉片遮光體透射比量具的扇形遮光葉片將圓形區(qū)域分割成遮光區(qū)和非遮光區(qū),其透射比超高透射比量具的透射比計算公式為:T=1-p(1-τ),其中τ超高透射比量具的透射比計算公式為:T=1-p(1-τ),其中τ為濾光片透射比,p為濾光片圓心角之和與圓周角之比。D.2校準條件D.2.1遮光體透射比量具測量標準a)萬能工具顯微鏡或三坐標測量機等幾何量測量裝置,作為角度量值校準的主標準器;b)扇形遮光葉片圓心角角度量值的擴展不確定度為:U=3.5'(k=2)。D.2.2超高透射比量具測量標準D.2.2.1角度量值溯源a)萬能工具顯微鏡或三坐標測量機等幾何量測量裝置,作為角度量值校準的主標準器;b)扇形透射比濾光片圓心角角度量值的擴展不確定度為:U=10'(k=2);c)高穩(wěn)定度透射比測量裝置:不穩(wěn)定度不大于0.0001/5min;在104動態(tài)范圍內(nèi),非線性誤差不超過±0.01%。D.2.2.2透射比量值溯源a)透射比量值測量方法依據(jù)JJG1034—2008;b)濾光片透射比量值的擴展不確定度:U=0.005(k=2);c)濾光片幾何中心透射比年變化量和濾光片透射比均勻性