JJF（新）79-2022 声学多普勒流速仪校准规范.docx

新疆维吾尔自治区地方计量校准规范 JJF（新）79－2022 声学多普勒流速仪校准规范 Calibration Specification for Acoustic Doppler Current Meter 2022-12-14发布 2023-06-14实施 新 疆 维 吾 尔 自 治 区 市 场 监 督 管 理 局 发 布 JJF(新)79－2022 JJF（新）79—2022 声学多普勒流速仪校准规范 Calibration Specification for Acoustic Doppler Current Meter 归 口 单 位: 新疆维吾尔自治区质量技术监督局 主要起草单位：新疆维吾尔自治区计量测试研究院 参加起草单位: 中国石油乌鲁木齐石化公司 本规范委托起草单位负责解释 本规范主要起草人： 闫好奎（新疆维吾尔自治区计量测试研究院） 袁恩阁（新疆维吾尔自治区计量测试研究院） 蒋建新（中国石油乌鲁木齐石化公司） 迪丽飞热·帕尔合提（新疆维吾尔自治区计量测试研究院） JJF(新)79－2022 目 录 引 言 II 1 范围 1 2 引用文件 1 3 术语和计量单位 1 4 概述 2 4.1 声学多普勒流速仪工作原理 2 4.2 结构 2 4.3 附加装置 2 5 计量特性 3 5.1 流速示值误差 3 5.2 流速示值的重复性 3 6 校准条件 3 7 校准项目和校准方法 4 7.1 校准项目 4 7.2 校准方法 4 8 校准结果 6 9 复校时间间隔 6 附录A 流速仪校准记录格式 7 附录B 校准证书内页格式 8 附录C 测量结果不确定度评定实例 9 引 言 JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001-2011《通用计量术语及定义》、JJF1059.1《测量不确定度评定与表示》共同构成支持本规范制定工作的基础性系列规范。本规范的校准方法参考了JJF1094-2002《测量仪器特性评定》。 本规范为首次制定。 II JJF(新)79－2022 声学多普勒流速仪校准规范 1 范围 本规范适用于声学多普勒流速仪的校准。声学多普勒流速仪通常应用于天然的河、溪等流体的流速测量，以及梯形矩形截面渠道流体的流速测量。 2 引用文件 本规范引用了下列文件： GB18523-2001 水文仪器安全要求 GB/T21699-2008 直线明槽中的转子式流速仪检定/校准方法 GB/T24558-2009 声学多普勒流速剖面仪 凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；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 声学多普勒流速仪 acoustic doppler current meter 利用声学多普勒原理，利用液体介质散射信号的频移信息，测量流体流速的计量器具。 3.1.2 换能器transducer 可以将声波和电信号相互转换的部件。 3.1.3 水中散射体scatterer in the water 水中的微小颗粒：例如浮游生物、有机物或泥沙等。 3.1.4 多普勒频移 doppler frequency shift 多普勒效应造成的发射和接收的频率之差。 3.2 计量单位 流速计量单位为米每秒（m/s）； 4 概述 4.1 声学多普勒流速仪（以下简称流速仪）工作原理 流速仪在测量时，由换能器发射超声波，遇到水中散射体后反射，换能器接受反射信号。由于多普勒效应，反射信号产生多普勒频移。根据多普勒频移方程，在已知发射频率、入射角度、介质中的声速和多普勒频移的情况下，通过计算可以得到水中散射体的速度，一般认为水中散射体的速度即为流体的流速。 （1） （2） 式中： — 多普勒频移 — 换能器发射频率 α — 发射频率的入射角 c — 介质中的声速 v — 流体和换能器的相对速度 4.2 结构及分类 流速仪通常由换能器、放大电路、处理器、显示面板等组成。根据换能器的安装方式，流速仪分为整体式、分体式和便携式。根据安装位置，流速仪分为浸入式、非接触式。流速仪可以按其他方式分类。 4.3 附加装置 附加装置是以流速仪为基础附加的可以实现相应功能的装置。如通讯、存储、报警等装置，附加装置不能影响流速仪的计量性能。 5 计量特性 5.1 流速示值误差 流速示值误差见表1。 表1 流速示值误差 流速测量范围 流速最大允许误差 v≤0.1m/s ±2mm/s 0.1m/s＜v≤2m/s ±1.0% 2m/s＜v＜10m/s ±2.0% 5.2 流速示值的重复性 流速仪的流速示值重复性不超过最大允许误差绝对值的1/3。 *注：以上指标不作为合格性判据，仅供参考。 6 校准条件 6.1 校准环境条件： 环境温度：（10～40）℃ 大气压力：（86～106）kPa 环境相对湿度：（30～75）% 测量介质温度：校准过程中介质温度的变化不大于2℃ 6.2 计量标准及配套设备： 校准中使用的计量标准及配套设备见表2。 表2 标准器及配套设备 分类 设备名称 主要技术指标 用途 标准器 拖车 MPE:±3×10-4m/s 主标准器 明渠水槽 长度大于100m、宽度大于3m、深度大于1.5m 配套设备 温度计 MPE:±0.5 ℃ 环境监测 气压表 MPE:±0.25 kPa 环境监测 湿度计 MPE:±10% RH 环境监测 百分表 分度值:0.01mm,具有峰值记录功能 拖车位移测量 测深钢卷尺 量程大于3m，分度值1mm 水深测量 光学倾斜仪 扩展不确定度小于0.6′ 入射角测量 *注：若被校准的流速仪为浸入式，明渠水槽的水深可影响试验结果，尤其当拖车的速度与水面波的传播速度一致时，影响更大。明渠水槽的水深应按最高校准速度来选定，选择时应保证最高校准速度处于产生干扰的临界流速之前，或者使最高校准速度远远超过这个临界区域。浸入式流速仪同时还应该考虑爱泼尔效应。爱泼尔效应的大小决定于流速仪和悬吊设备的形状尺寸，并与水槽横断面面积有关，在狭窄的水槽里爱泼尔效应表现的更为明显。明渠水槽的相关参数主要参考国家标准GB/T21699-2008。 7 校准项目和校准方法 7.1 校准项目 校准项目及对应的校准方法条款见表3。 表3 校准项目一览表 序号 校准项目 校准方法 1 铭牌和标记 7.2.1 2 外观 7.2.2 3 示值误差 7.2.3 4 重复性 7.2.4 注：可根据实际应用需要，选择需要校准的项目。 7.2 校准方法 7.2.1 外观 流速仪铭牌或表体应清晰标明制造商名称（或者注册商标）、仪表名称、 型号/规格、出厂编号、流速范围、适用环境条件（环境温度、环境湿度或其它技术指标）等信息。新制造的流速仪外壳涂层应均匀，不得有气泡、脱落、划痕等现象。显示的数字应醒目、整齐，表示功能的文字符号和标识应完整、清晰、端正。读数装置上的防护罩应有良好的透明度，没有畸变等影响读数的缺陷。流速仪的零部件和连接件应能耐介质腐蚀或具有可靠的防腐层。流速仪的计数器为电子显示式，应清晰易读； 对于具有温度、含盐度修正功能的流速仪，应增加温度、含盐度等信息。 7.2.2 示值误差 （1）校准前的准备工作。 监控明渠水槽中介质的温度，介质温度符合流速仪工作条件。加入适量示踪粒子且混合均匀。将流速仪牢固的固定在拖车上。拖车运行和换能器的安装固定见图1。用光学倾斜仪测量换能器的入射角，测量3次，3次测量的平均值作为测量结果，对流速仪进行设置。模拟流速仪的最大流速，运行100m。换能器的安装支架应保持刚性，不得变形、振动。通过安装在拖车上的百分表，测量安装支架和拖车的相对位置的变化量，变化量不得大于5mm。如果被测流速仪属于浸入式，将安装支架浸入明渠水槽的介质中，深度不小于0.5m，安装支架的测试过程和要求同上。 图1 拖车运行示意图 （2） 示值误差的校准 拖车的运行分为加速段、稳定段、测量段和制动段，校准应在拖车的测量段进行。根据流速仪测量范围，选择若干流速点进行流速仪示值误差校准。一般选择满量程的20%、50%、80%、100%作为流速校准点。也可根据用户要求的流速点进行校准。每个点校准至少3次。校准应在拖车的测量段进行。相邻的两次校准应当在明渠水槽中的介质完全静止后进行。 单次校准流速示值误差见公式（3）或（4）。 （3） （4） 式中： — 第i测量点第j次测量的流速示值误差，%或m/s； — 第i测量点第j次测量的流速仪示值，m/s； — 第i测量点拖车的速度，m/s； 各流速校准点的流速示值误差见公式（5）。 （5） 流速仪示值误差见公式（6）。 （6） 7.2.3 示值重复性 流速仪的示值重复性计算 （7） 流速仪的重复性计算 （8） 式中： — 流速仪的重复性； 若同一流速仪的若干校准点，既有位于v≤0.1m/s范围的，也有位于v>0.1m/s范围的，则应分段分别给出相应的示值误差和重复性。 8 校准结果 校准原始记录格式见附录A。依据本规范校准后的流速仪发给校准证书，校准证书格式见附录B。 9 复校时间间隔 复校时间间隔由流速仪使用实际工况、仪器设计性能等因素所决定，一般复校时间间隔不超过1年。 附录A 流速仪校准记录格式 送检单位 记录编号 证书编号 仪表名称 出厂编号 制造单位 型号规格 标准装置名称 准确度等级 标准装置型号 装置不确定度 技术依据 装置有效期 环境温度 环境相对湿度 大气压力 介质温度 介质温度波动 入射角度 校准地点 铭牌和标记 £符合 £不符合 外观检查 £符合 £不符合