礦用風速傳感器校準規(guī)范

JJFXXXX-202X中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范 JJF××××-202×礦用風速傳感器校準規(guī)范CalibrationSpecificationforWindSpeedSensorforMining（征求意見稿）202×-××-××發(fā)布202×-××-××實施國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布JJFJJF××××-202×校準規(guī)范CalibrationSpecificationforWindSpeedSensorforMining歸口單位：全國流量計量技術(shù)委員會主要起草單位：濟寧市質(zhì)量計量檢驗檢測研究院國家礦山安全計量站山東恒量測試科技有限公司參加起草單位：濟南市計量檢定測試院揚中市南方礦用電器有限公司本規(guī)范委托全國流量計量技術(shù)委員會負責解釋本規(guī)程主要起草人：（濟寧市質(zhì)量計量檢驗檢測研究院）（國家礦山安全計量站）（山東恒量測試科技有限公司）參加起草人：（濟南市計量檢定測試院）(揚中市南方礦用電器有限公司）礦用風速傳感器校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于礦用井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)配套使用的礦用風速傳感器的校準。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件：JJG431輕便三杯風向風速表JJG518皮托管JJG1161礦用硫化氫氣體檢測儀JJF1939熱式風速儀MT/T448礦用風速傳感器凡是注日期的引用文件，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(shù)語和計量單位3.1超聲波旋渦式風速傳感器Supersonicvortexsensor根據(jù)卡曼渦街原理利用超聲波束被漩渦調(diào)制量的變化來測量風速的傳感器。3.2差壓式風速傳感器Differentialpressuresensor根據(jù)差壓原理利用微差壓變化來測量風速的傳感器。3.3阻塞比blockageratio風洞試驗段內(nèi)風速傳感器（包括安裝支架）迎風面積與試驗段橫截面積之比。3概述礦用井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)配套使用的礦用風速傳感器（以下簡稱傳感器），主要用于礦井下巷道及風口，主扇風機井口等處的風速檢測。傳感器按工作原理主要分為2類，卡曼渦街原理和差壓原理。傳感器主要由敏感元件、電路部件和顯示部分等組成，敏感元件用于感應風速信息；電路部件將感應到的風速信息經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，將對應的風速值信號以電壓、電流、頻率或數(shù)字信號輸出，同時顯示風速值。4計量特性4.1示值誤差傳感器的示值的最大允許誤差不超過表1的規(guī)定。表1示值誤差測量原理測量范圍/(m/s)示值誤差/(m/s)卡曼渦街原理0.4≤v≤15±0.30.5≤v≤25±0.4壓差原理0.4≤v≤15±0.20.5≤v≤25±0.3注：1.對于具有雙向風速測量功能的傳感器，應進行正反方向示值誤差校準。2.R為測量值4.2模擬信號傳輸誤差相對誤差：不大于0.5%（不包含儀器示值誤差）。僅適用于具有模擬信號傳輸功能的傳感器。4.3重復性重復性不得超過最大允許誤差絕對值的1/3。注：以上指標不適用于合格性判別，僅作參考。5校準條件5.1環(huán)境條件5.1.1環(huán)境溫度：(15~30)℃。5.1.2相對濕度：≤75%。5.1.3大氣壓力：80kPa~106kPa。5.2測量標準及配套設備測量標準及配套設備均應有有效期的檢定/校準證書。5.2.1測量標準測量標準可選用皮托管（配微差壓測量儀表）、熱式風速儀等，推薦主標準器技術(shù)要求見表2。表2測量標準序號設備名稱技術(shù)要求1熱式風速計測量范圍：（0.15～30）m/s,擴展不確定度不低于0.5%（k=2）2皮托管（配微差壓測量儀表）測量范圍：（1～30）m/s，皮托管系數(shù)K取值范圍（0.997～1.003），微差壓測量儀表的測量范圍：（0～2500）Pa，準確度等級：不低于0.05級。5.2.2配套設備主要配套設備應滿足表2的要求。表2配套設備序號設備名稱技術(shù)要求用途1風洞風速范圍（0.2～30）m/s，均勻性不大于1%，穩(wěn)定性不大于0.5%。提供校準的風速場2溫度測量儀表測量范圍（0～50）℃，最大允許誤差：±0.2℃。測量環(huán)境溫度3濕度測量儀表測量范圍（5～95）%RH最大允許誤差：±5%RH。測量環(huán)境濕度4氣壓計測量范圍（80～106）kPa最大允許誤差：±40Pa。測量大氣壓力5頻率計測量范圍(10～3000)Hz，準確度級別不低于0.05級。測量模擬信號傳輸誤差6萬用表直流電壓測量范圍：（0～500）V，直流電流測量范圍：（0～500）mA，準確度級別不低于0.5級測量模擬信號傳輸誤差7直流穩(wěn)壓電源最高輸出電壓不低于30V；最大輸出電流不低于3A。為傳感器供電8仿真電路仿真電路技術(shù)要求詳見附錄B。用于模擬傳輸距離6校準項目和校準方法6.1校準項目示值誤差、模擬信號傳輸誤差、重復性。6.2校準方法6.2.1校準前檢查6.2.1.1外觀與結(jié)構(gòu)檢查傳感器的各機械調(diào)節(jié)部件應能正常動作，各緊固件應無松動。供電電源標志明確，并設置正確，不應有影響其正常工作及防爆性能的外觀損傷，送檢時應帶有必要的附件及產(chǎn)品說明書。6.2.1.2標志與標識檢查傳感器及其銘牌應標明制造單位、儀器名稱型號、制造日期、出廠編號、礦用安全標志及編號，并在銘牌中注明其測量范圍、測量誤差等主要技術(shù)指標。6.2.1.3工作正常性檢查傳感器通電后屏幕顯示應正常；所有開關(guān)、按鍵和旋鈕應安裝牢固可靠、定位準確、接觸良好、調(diào)節(jié)平滑，通電后各種指示燈顯示應正常。6.2.2校準前的準備6.2.2.1根據(jù)傳感器外形結(jié)構(gòu)，將傳感器放置在風洞內(nèi)部，使傳感器測風探頭處于風洞中心點附近的風速均勻區(qū)，并根據(jù)傳感器說明書的要求設置好探頭角度。校準用標準器測頭距離工作段內(nèi)壁距離應大于1/8工作段直徑，且迎風正對氣流，測頭與氣流軸向允許最大偏角±3°。計算傳感器的阻塞比不大于0.05，方可進行校準。6.2.2.2采用直流穩(wěn)壓電源供電，傳感器應接上傳輸電纜及信號測試設備，其連接方式與方法參照傳感器說明書的規(guī)定。接通電源，按照使用說明書要求的時間對其進行預熱，一般預熱時間不少于15min。使用說明書中對傳感器的調(diào)整有明確要求時，按照說明書的要求調(diào)整零點和示值；若說明書中沒有明確要求的,在無風狀態(tài)下調(diào)整傳感器零點；在滿量程50%的風速點調(diào)整傳感器的示值。在此后的校準過程中不得再次調(diào)整。6.2.3示值誤差的校準根據(jù)傳感器測量范圍選取校準風速點，在測量范圍內(nèi)選取6個點：量程下限、20%、40%、60%、80%、95%，為校準風速點。每個校準風速點的實際風速與設定風速的最大偏差，風速＜1m/s時為±0.05m/s；風速≥1m/s時為±5%設定風速。風洞風速應由低向高逐漸增高，待風速值穩(wěn)定后，分別讀取標準器示值、傳感器顯示值和輸出信號值，取連續(xù)三次示值的算術(shù)平均值作為該風速校準點的測量結(jié)果。示值誤差按式（1）計算。（使用皮托管、微壓計校準示值誤差時，每個校準點的標準風速測量值，計算方法見附錄A）。QUOTEδ=v-vs式中：QUOTE——示值誤差；——某校準點風速儀示值的算術(shù)平均值，m/s；——某校準點標準風速值，m/s。6.2.4模擬信號傳輸誤差用直流穩(wěn)壓電源按傳感器說明書規(guī)定的電壓為傳感器供電，在傳感器信號輸出端接入仿真電路（技術(shù)要求見附錄B），在仿真電路末端接上對應的信號測試設備，按6.2.3相同的方法，依次測量傳感器的風速值，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄傳感器的示值QUOTE。同時測量并讀取對應風速輸出的電信號值QUOTE，每點重復測量3次，計算出各點的顯示值算術(shù)平均值QUOTE和輸出信號的算術(shù)平均值，按式(3)將輸出信號的算術(shù)平均值換算為風速值。（2）式中：——輸出電信號上限對應的風速值，m/s；——輸出電信號下限對應的風速值，m/s；——輸出電信號上限標稱值，Hz、mA、V；——輸出電信號下限標稱值，Hz、mA、V；——各點的輸出信號的算術(shù)平均值，Hz、mA、V；——各點的輸出信號的算術(shù)平均值換算的風速值，m/s。再按式（3）計算傳感器各點的模擬信號傳輸誤差。取最大的為其模擬信號傳輸誤差。（3）式中：——各點的模擬信號傳輸誤差；——各點的模擬輸出信號的算術(shù)平均值換算的風速值，m/s；QUOTE——各點的顯示值算術(shù)平均值，m/s。6.2.5重復性根據(jù)6.2.3讀取的被校風速傳感器示值，按公式（4）計算風速重復性：（4）式中：——風速重復性，m/s；vmax、vmin——風速傳感器的最大值和最小值，m/s；C——極差系數(shù)，測量3次時，C=1.69。7校準結(jié)果的表達校準原始記錄格式見附錄E和附錄F，按本規(guī)范要求校準后的風速傳感器發(fā)給校準證書，校準證書格式見附錄G。8復校時間間隔復校時間間隔的由使用者根據(jù)使用情況、儀器本身性能等因素所決定，建議不超過1年。附錄A標準器風速測量值計算方法A.1用風洞試驗段內(nèi)的空氣溫度按式（A.1）計算出飽和水汽壓：(A.1)式中：——T溫度下的飽和水汽壓，Pa；T——試驗段內(nèi)空氣溫度，K；=1Pa；A、B、C、D均為常數(shù)，其值如下：A=1.237884710-5K-2；B=-1.912131610-2K-1；C=33.93711047D=-6.3431645103K；A.2用風洞試驗段內(nèi)的空氣溫度、相對濕度和氣壓值按式（A.2）計算空氣密度。（A.2）式中：T——試驗段內(nèi)空氣溫度，K；P0——試驗段內(nèi)氣壓，Pa；H——試驗段內(nèi)空氣相對濕度，用小數(shù)表示；——T溫度下的飽和水汽壓，Pa。A.3再將空氣密度值和微壓計示值代入式（A.3）計算出標準風速值。（A.3）式中：——標準器風速測量值，m/s；——空氣密度，kg/m3；——微壓計示值，Pa；ξ——皮托管校準系數(shù)。附錄B仿真電路技術(shù)要求模擬傳感器至測試設備傳輸距離的仿真電路應符合以下要求：a)應能模擬傳感器至測試設備的傳輸距離；b)仿真電路參數(shù)按R=12.8Ω/km單芯、L=0.8mH/km單芯、C=0.06μF/km計算；c)用平衡均勻電路，每公里網(wǎng)絡應符合圖B1規(guī)定，其中R為每公里環(huán)路電阻的1/4，L為每公里電感量的1/4，C為每公里分布電容量；d)每一段模擬網(wǎng)絡的長度應不大于1km，且不大于所傳輸信號最短波長的1/16；e）仿真電路可根據(jù)需要由相等的兩部分組成在一起。圖B1附錄C皮托管配合微差壓計校準風速傳感器的示值誤差測量不確定度評定C.1概述礦用風速傳感器示值誤差校準。通過皮托管和數(shù)字壓力計測得風洞中工作區(qū)的流場動壓，由此計算得出標準狀態(tài)下校準點的風速，然后根據(jù)校準的環(huán)境條件和皮托管計算修正系數(shù)，最后由標準風速乘以修正系數(shù)得出校準點的實測風速。對校準點5m/s、10m/s、20m/s的示值誤差測量不確定度進行分析。C.2測量模型皮托管配合數(shù)字壓力計校準礦用風速傳感器的示值誤差的計算公式如下：（C.1）（C.2）式中：——某校準點礦用風速傳感器示值的算術(shù)平均值，m/s；——標準器風速測量值，m/s；——空氣密度，kg/m3；——微壓計示值，Pa；ξ——皮托管校準系數(shù)。C.3方差和靈敏系數(shù)（C.3）靈敏系數(shù)：則：（C.4）的測量模型為QUOTEY=AX1P1X2P得：QUOTEuvsvs=C.4不確定度來源C.4.1被校礦用風速傳感器測量重復性引入的標準不確定度。C.4.2皮托管和數(shù)字壓力計以及風洞測量引入的標準不確定度QUOTEu(vs)。C.5不確定度評定C.5.1被校礦用風速傳感器測量重復性引入的標準不確定度QUOTEu(v)測量重復性引入的不確定度按A類評定。對礦用風速傳感器依次校準5m/s、10m/s、20m/s點，每個校準點重復測量10次。具體測量數(shù)據(jù)列于表C.1。表C.1各校準點測量數(shù)據(jù)標準值（m/s）傳感器示值（m/s）123456789105.125.25.25.15.15.15.15.15.25.25.19.989.99.99.89.99.89.99.99.89.89.920.1520.220.320.320.320.320.220.320.320.320.2各校準點分別按式（C.5）計算標準偏差。（C.5）以多次測量平均值作為測量結(jié)果，則（C.6）各校準點的標準偏差與標準不確定度的計算結(jié)果見表C.2表C.2各校準點的標準偏差QUOTE與標準不確定度的計算結(jié)果標準值（m/s）示值平均值（m/s）（m/s）QUOTE（m/s）5.125.10.0520.0169.989.90.0520.01620.1520.30.0480.015C.5.2皮托管和數(shù)字壓力計測量引入的標準不確定度QUOTEu(vs)皮托管和數(shù)字壓力計測量引入的相對標準不確定度按B類評定，包括皮托管、溫度、相對濕度、大氣壓力、數(shù)字壓力計測得的壓力等引入的不確定度。根據(jù)標準相對不確定度QUOTEur(vs)計算得到標準不確定度QUOTEu(vs)。C.5.2.1皮托管系數(shù)QUOTE的相對標準不確定度QUOTE根據(jù)所用皮托靜壓管的校準證書，準確度為±0.35%，為非正態(tài)均勻分布，則皮托管系數(shù)QUOTE的相對標準不確定度為：0.20%（C.7）C.5.2.2微壓差的相對標準不確定度QUOTEur(Pv)用數(shù)字壓力計測量流場壓差，數(shù)字壓力計準確度等級為0.05級，則數(shù)字壓力計引入的相對標準不確定度為：0.029%（C.8）此外，流場壓差的讀數(shù)還受到風洞流場穩(wěn)定性的影響，根據(jù)風洞出廠技術(shù)指標，風洞的穩(wěn)定性為0.5%，為均勻分布，，風洞穩(wěn)定性引入的相對不確定度為：0.29%（C.9）流場壓差的相對標準不確定度：QUOTEurPv=ur2Pv,1+urC.5.2.3空氣熱力學溫度T的相對標準不確定度QUOTEur(T)用數(shù)顯溫濕度表進行溫度測量，由數(shù)顯溫濕度表的校準證書可知，溫度測量不確定度為U=0.2℃（k=2），則T的相對標準不確定度為：0.034%（C.10）C.5.2.4大氣壓力P的相對標準不確定度用氣壓表進行大氣壓力差測量，氣壓表的最大誤差為0.04kPa，則大氣壓力P的相對標準不確定度為：0.023%（C.11）C.5.2.5空氣相對濕度QUOTEγ的相對標準不確定度QUOTEur(γ)用溫濕度計進行空氣相對濕度測量，根據(jù)所用溫濕度計的校準證書，不確定度為U=0.4%RH（k=2），則空氣相對濕度的相對標準不確定度為：0.54%（C.12）根據(jù)不確定度傳播率，皮托管和數(shù)字壓力計以及風洞測量引入的相對標準不確定度：上式中QUOTEur2P-0.378γew測試時環(huán)境溫度19.4℃，相對濕度37.5%，大氣壓力1019.0hPa,飽和水汽壓為溫度的單值函數(shù)，則0.00000588因此，0.33%標準不確定度分量的計算結(jié)果見表C.3表C.3各校準點的標準不確定度分量的計算結(jié)果標準值（m/s）QUOTE（m/s）5.120.0179.980.03320.150.067標準不確定度匯總見表C.4。表C.4各校準點標準不確定度分量一覽表標準值（m/s）被校礦用風速傳感器測量重復性引入的標準不確定度QUOTE（m/s）皮托管和數(shù)字壓力計以及風洞測量引入的標準不確定度QUOTEQUOTE（m/s）5.120.0160.0179.980.0160.03320.150.0150.067C.5.3合成標準不確定度（C.12）C.5.4擴展不確定度取包含因子k=2，則擴展不確定度QUOTEUδ=2×uδ=0.08m/s各校準點的合成標準不確定度和擴展不確定度見表C.5。表C.5各校準點風速示值誤差擴展不確定度一覽表標準值（m/s）合成標準不確定度QUOTE（m/s）擴展不確定度QUOTE（m/s）5.120.0230.059.980.0370.0820.150.0690.14

附錄D熱式風速儀測量風速傳感器的不確定度評定D.1.概述以（0.5~25）m/s測量范圍的礦用風速傳感器校準為例，采用熱式風速儀進行礦用風速傳感器示值誤差校準。D.2.建立數(shù)學模型熱式風速儀校準礦用風速傳感器的示值誤差的計算公式如下：QUOTE（D.1）式中：QUOTE——示值誤差；——某校準點風速儀示值的算術(shù)平均值，m/s；——某校準點標準風速值，m/s。D.3不確定度來源D.3.1被校礦用風速傳感器測量重復性引入的標準不確定度。D.3.2熱式風速儀引入的標準不確定度QUOTEu(vs)。D.4不確定度評定D.4.1被校風速傳感器測量的不確定度分量測量重復性引入的不確定度按A類評定。對礦用風速傳感器依次校準5m/s、10m/s、20m/s點，每個校準點重復測量10次。具體測量數(shù)據(jù)列于表D.1。表D.1各校準點測量數(shù)據(jù)標準值（m/s）傳感器示值（m/s）123456789105.135.35.25.25.25.15.15.25.25.25.29.949.910.09.99.99.810.09.99.89.99.920.1120.220.220.320.320.320.420.320.420.320.2各校準點分別按式（D.2）計算標準偏差。（D.2）以多次測量平均值作為測量結(jié)果，則：（D.3）各校準點的標準偏差與標準不確定度的計算結(jié)果見表D.2。表D.2各校準點的標準偏差QUOTE與標準不確定度的計算結(jié)果標準值（m/s）示值平均值（m/s）（m/s）QUOTE（m/s）5.135.20.0570.0189.949.90.0670.02120.1120.30.0740.023D.4.2標準器的不確定度分量熱式風速儀引入的不確定度分量分為熱式風速儀測量重復性引入的不確定度和儀器本身引入的不確定度。D.4.2.1熱式風速儀測量重復性引入的不確定度熱式風速儀測量標準值為3次測量結(jié)果的平均值，按式D.4計算標準偏差，按式F.8計算不確定度：（D.4）其中n=3時,c=1.69，（D.5）因此熱式風速儀測量重復性引入的標準不確定度見表D.3。表D.3各校準點的標準偏差與標準不確定度的計算結(jié)果標準值（m/s）1235.135.125.135.130.0060.0049.949.939.949.950.0120.00720.1120.1120.1220.130.0120.007D.4.2.2熱式風速儀引入的不確定度熱式風速儀的擴展不確定度為0.5%(k=2)，按均勻分布，熱式風速儀本身引入的標準不確定度為：（D.6）熱式風速儀測量引入的標準不確定度為：（D.7）因此熱式風速儀引入的標準不確定度見表D.4。表D.4標準不確定度的計算結(jié)果標準值（m/s）5.130.0040.0150.0169.940.0070.0290.03020.110.0070.0580.059D.5合成標準不確定度（D.8）標準不確定度匯總見表D.5。表D.5各校準點標準不確定度分量一覽表標準值（m/s）被校礦用風速傳感器測量重復性引入的標準不確定度QUOTE（m/s）熱式風速儀引入的不確定度分量QUOTEQUOTE（m/s）5.120.0180.0169.980.0210.03020.150.0230.059D.6擴展不確定度取包含因子k=2，則擴展不確定度:QUOTEUδ=2×uδ=0.08m/s（D.9）各校準點的合成標準不確定度和擴展不確定度見表D.6。表D.6各校準點風速示值誤差擴展不確定度一覽表標準值（m/s）合成標準不確定度QUOTE（m/s）擴展不確定度QUOTE（m/s）5.130.0240.059.940.0370.0820.110.0630.13附錄E礦用風速傳感器校準記錄（使用熱式風速儀校準）環(huán)境溫度℃濕度:％RH大氣壓：hPa送校單位證書編號制造廠規(guī)格型號出廠編號校準日期校準用主要儀器設備1、示值誤差單位：m/s