矿用风速传感器校准规范.docx

OF中华人民共和国国家计量技术规范JJF××××-202×矿用风速传感器校准规范Ca1.ibrationSpecificationforWindSpeedSensorforMining（征求意见稿）202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施国家市场监督管理总局发布矿用风速传感器校准规范Ca1.ibrationSpecificationforWindSpeedSensorforMining归口单位：全国流量计量技术委员会主要起草单位，济宁市质量计量检验检测研究院国家矿山安全计量站山东恒量测试科技有限公司参加起草单位：济南市计量检定测试院扬中市南方矿用电器有限公司本规范委托全国流量计量技术委员会负贡解释本规程主要起草人：（济宁市质量计量检验检测研究院）（国家矿山安全计量站）（山东恒量测试科技有限公司）参加起草人：（济南市计量检定测试院）（扬中市南方矿用电器有限公司）目录引言(II)I范围(1)2引用文件(1)3概述(1)4计员特性(1)4.1 示值误差(1)4.2 模拟信号传输误差(2)4.3 重复性(2)5校准条件(2)5.1 环境条件(2)5.2 测量标准及其他设备(2)6校准项目和校准方法(3)6.1 校准项目(3)6.2 校准方法(3)7校准结果表达(6)8复校时间间隔(6)附录A标准涔风速测量值计算方法(7)附录B仿真电路技术要求(8)附录C皮托管配合微型压计校准风速传感器的示值误差的测后不确定度评定.(9)附录D热式风速仪测量风速传感器的测量不确定度评定(14)附录Eir用风速传感器校准记录(使用热式风速仪校准)(18)附录F矿用风速传感器校准记录(使用皮托管配合微差用计校准)(19)附录G矿用风速传感胧校准内页格式(20)引言JJF1001.g通用计量术语及定义、JJFIO71国家计量校准规范编写规则、和、JJF1059.1-2012£测量不确定度评定与表示共同构成支捶本规范制定工作的基础性文件。本规范参照M1.Vr448-2008£矿用风速传感器,JJG431-2014£轻便三杯风向风速表、和JJG1161-2019矿用硫化氢气体检测仪，并结合我国矿用风速传感器的技术水平及行业现状编制而成。本规范为首次发布。矿用风速传感器校准规范1范围本规范适用于矿用井下监测监控系统配套使用的矿用风速传感器的校准.2引用文件本规范引用了下列文件：JJG431轻便三杯风向风速表JJG518皮托管JJGII6I矿用疏化狙气体检测仪JJF1939热式风速仪MT/T448矿用风速传感器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 超声波旋涡式风速传感器Supersonicvortexsensor根据卡曼涡街原理利用超声波束被漩涡调制量的变化来测量风速的传感耀。3.2 差JK式风速传感器Differentia1.pressuresensor根据差压原理利用微差压变化来测量风速的传感器。3.3 阻塞比b1.ockageratio风洞试验段内风速传感器（包括安装支架）迎风面积与试验段横截面积之比.3概述矿用井下监测监控系统配套使用的矿用风速传感器（以下简称传感器），主要用于矿井F巷道及风口，主扃风机井口等处的风速检测。传感器按工作原理主要分为2类,卡星涡街原理和差压原理。传感器主要由破豚元件、电路部件和显示部分等组成，敏感元件用于感应风速信息：电路部件招感应到的风速信息经过数据处理后，将对应的风速值信号以电压、电流、短率或数字信号输出，同时显示风速值。4计量特性4.1示值误差传感器的示值的最大允许误差不超过表1的规定。表1示值误差测量原理测量范阳/（ms）示值误差“nV。卡更涡街原理0.4v15±0.30.5v25±0.4压差原理0.4v15±0.20.5v25±0.3注：1.时r具仃双向风速测此功Ife的传照器，应用亍正反方向示值误差校准。2.R为测口值4.2 模拟信号传输误差相对误差：不大于05%（不包含仪器示值误差）。仅适用于具有模拟信号传输功能的传感器。4.3 重曳性亚豆性不得超过最大允许误差绝对值的1/3。注I以上指标不适用于合格性判VI.仅作参与.5校准条件5.1 环境条件5.1.1 环境温度：（153O）C.5.1.2 相对湿度：W75%“5.1.3 大气压力：8OkPa-IO6kPa.,5.2 测量标准及配套设备测量标准及配套设备均应有有效期的检定/校准证书.5.2.1 测量标准测量标准可选用皮托管（配微差压测量仪表）、热式风速仪等，推荐主标准器技术要求见表2。表2测量标准序号设备名称技术要求I热式风速计测量范树：（0.1530）ms,扩展不确定度不低于0.S%（k=2）2皮托管（配微差压测量仪表）测量范困:<1.-30>ns,皮托管系数K取值范困（09971.003>,微爱乐测Ift仪表的测量位表:（O-25OO）Pa.准确度等级：不低于005欲.5.2.2 配套设备主要配套设备应满足表2的要求,表2配套设备序号设备名称技术要求用途1风洞风速范国(0.2-30)ms,均匀性不大干1斩稳定性不大于0.5%.提供校准的风速场2温度刈依仪衣测汆范国(0-50)C,班大允许误差：±0.23测成环境温度3湿股测眼仪表测Jft范围(5-95)%RH最大允许误差:±5%R1.1.测成环境湿度4气压计测量范围(80106>kPa最大允许误差：±40Pa.测盘大气压力5频率计测订t范IM(Io-300Hz,准确度级别不低于0.05缎.测M模拟信号传输误差6万用衰口流电压测;。范困；(0-500)V,H流电流测用范围：(0-500)三,准确度级别不低于0.5级测J1.t模拟信号传输误差7直流穗乐电源最高输出电压不低于30V：最大输出电流不低于3A.为传感器供电8仿口电路仿女电路技术要求详见附录B.用于模拟传输距离6校准项目和校准方法6.1 校准项目示值误差、模拟信号传输误差、至且性。6.2 校准方法6.2.1 校准前检查6.2.1.1 外观与结构检杳传感罂的各机械调节部件应能正常动作，各紧固件应无松动。供电电源标志明确，并设置正确，不应有影响其正常工作及防爆性能的外观损伤，送检时应带有必要的附件及产品说明书.6.2.1.2 标志与标识检查传感器及其铭牌应标明制造单位、仪器名称型号、制造日期、出厂编号、矿用安全标志及编号，并在铭牌中注明其测量范围、测域误差等主要技术指标。6.2.1.3 工作正常性检查传感器通电后屏卷显示应正常：所有开关、按键和旋钮应安装牢固可靠、定位准确、接触良好、调节平滑，通电后各种指示灯显示应正常。622校准前的准备1.1.1 根据传感器外形结构，将传感器放置在风洞内部，使传感器测风探头处于风洞中心点附近的风速均匀区，并根据传感器说明书的要求设置好探头角度.校准用标准涔测头距离工作段内壁距离应大于“8工作段直径，目迎风正对气流，测头与气流轴向允许很大偏角±3。计算传感器的阻塞比不大于0.05,方可进行校准，622.2采用直流稳压电源供电，传撼器应接上传输电缆及信号测试设备，其连接方式与方法参照传感器说明书的规定。接通电源，按照使用说明出要求的时间对其进行预热，般预热时间不少于5min。使用说明书中对传感器的谢整仃明确要求时.按照说明书的要求调整零点和示值：若说明书中没有明确耍求的，在无风状态下调整传感器零点：在满量程50%的风速点调整传感器的示值。在此后的校准过程中不得再次调整。6.2.3 示值误差的校准根据传感器测时范围选取校准风速点，在测量范围内选取6个点：量程下限、20%、40%、60%、80%、95%,为校准风速点。每个校准风速点的实际Wt速与设定风速的最大偏差，风速V1.n作时为±0.05ms:风速InV*时为±5%设定风速.风洞风速应由低向尚逐渐增尚，待风速值稳定后，分别读取标准器示值、传感器显示值和输出信号值，取连续三次示值的.算术平均值作为该风速校准点的测量结果。示值误差按式(I)计算,(使用皮托管、做压计校准示值误差时，每个校准点的标准风速测量值，计算方法见附录A)。=v-vt(1)式中：AM示值误差：1某校准点风速仪示值的算术平均值，nVs：v某校准点标准风速值，ms6.2.4 模拟信号传输误差用直潦稳用电源按传感器说明书规定的电吊为传感器供电，在传感器信号输出端接入仿其电路（技术要求见附录B）,在仿久电路末端接上对应的信号测试设备,按6.2.3相同的方法，依次测量传感潜的风速值，待读数稳定后，记录传感器的示值芍。同时测量并读取对应风速输出的电信号值？，每点重纪测量3次,计算出各点的显示值算术平均值7和输出信号的算术平均值A,按式（3）将输出信号的算术平均值R换算为风速值Gm-GPn-P.)x(j)(2):GC输出电信号上限对应的风速值，m/s：G0输出电信号下限对应的风速值，m/S：P.输出电信号上限标称值，Hz、mA、V：/：,输出电信号下限标称值，Hz、mA、V：P各点的输出信号的算术平均值，Hz、mA、V；G各点的输出信号的算术平均值户换肾的风速值，ms.再按式（3）计算传感器各点的模拟信号传输误差。取最大的.为其模拟信号传输误差.r=×%（3）式中：1各点的模拟信号传输误差：G各点的模拟输出信号的算术平均值尸换算的风速值，m/s：X各点的显示值翼术平均值，s46.2.5 重复性根据623读取的被校风速传感器示值，按公式（4）计算风速重宓性：(4)式中：B风速重复性,m/s；v.,ov.1.风速传感器的最大值和最小值，m/s：C极差系数，测量3次时，C=1.69.7校准结果的赛达校准原始记录格式见附录E和附录F,按本规范要求校准后的风速传感涔发给校准证书，校准证行格式见附录G.8震校时间间*女校时间间隔的由使用拧根据使用情况、仪器本身性能等因素.所决定，建议不超过1年。（A.I）（A.2）（A.3）附录A标准器风速测量值计算方法A.1用风洞试验段内的空气温度按式(A.D计算出饱和水汽压：(1rrcw>ettk×e9式中：e-T温度下的饱和水汽味,巳：T一一试验段内空气温度，K；k=1.Pa:A、B、C、D均为常数，其值如下：A=1.2378847XIO5K2;B=-1.9121316×IO2K15C=33.93711047D=-6.3431645X16K：A.2用风洞试验段内的空气温位、相对湿度和气压值按式(A.2)计匏空气密度.p=3.48353×10-Xy(-0.378)式中：T一一试验段内空气温度，K：p1.>一一试验段内气压，Pj;H试舱段内空气相时湿度,用小数表示：e»,一一T温度下的饱和水汽压，PSA.3再将空气密度值和微压计示值代入式(A.3计尊出标准风速值.式中：V,标准器风速测量值，m/s；P空气密度,kgm':p微压计示值.Pa：K皮托管校准系数.附录B仿真电路技术要求模拟传感器至测试设备传输距离的仿真电路应符合以下要求：a）应能模拟传感器至测试设备的传输距离：b）仿真电路参数按R=12.8Qkm单芯、1.=0.8mH/km单芯、C=0.06Fkm计算：C）用平衡均匀电路,每公里网络应符合图B1.规定，其中R为每公里环路电阻的1/4,1.为每公里电感量的1/4,。为每公里分布电容量：d）每段模拟网络的长度应不大于1.km,I1.不大于所传输信号最短波长的1/16；c）仿真电路可根据需要由相等的两部分组成在一起。附录C皮托管配合微差压计校准风速传感器的示值误差测量不确定度评定C.1概述矿用风速传感器示值误差校准。通过皮托管和数字压力计测得风洞中工作区的流场动压，由此计算得出标准状态下校准点的风速，然后根据校准的环境条件和皮托管计弊修正系数，最后由标准风速乘以修正系数得出校准点的实测风速。对校准点5m/s、IOmZs、20ms的示值误差测量不确定度进行分析。C.2测量模型皮托管配合数字压力计校准矿用风速传感器的示值误差的计.算公式如卜丁AV=V-VJ(C.I>V，=朋C2>式中：V某校准点矿用风速传感器示值的算术平均值，11Vs:V,-标准端风速测fit(ft.m/s：p空气密度,kgm1:P微压计示值，Pa；皮托管校准系数。C.3方差和灵敏系数(v)=(X)2m2(v)+()(i;)(C.3>CVcv,灵敏系数：-=I争=Tv她则：z2(v)=w2(v)+m2(i;)(C.4)匕的测量模型为Y=AXPX/X?，且各输入量间不相关，根据詈=曲R""JXJ=I1.E花"(XJf得:胃=J（'%>P）+（'2：（丁）+（_'%：（匕_（）3784，.）+）：&）C.4不确定度来源C.1.I被校矿用风速传感器测量重更性引入的标准不确定度“日）。C.4.2皮托管和数字压力计以及风洞测量引入的标准不确定度“（匕）。C.5不确定度评定C.5.1被校矿用风速传感器测量重应性引入的标准不确定度“口）测量全复性引入的不确定度按A类评定。对矿用风速传感器依次校准5m/s、IOnVs.20ms点，每个校准点重宽测量10次。具体测量数据列于表C.10表C1.各校准点测量数据标准值（m/s）传感器示值（nVs）I23456789105.125.25.25.15.15.15.15.15.25.25.19.989.99.99.89.99.89.99.99.89.89.920.1520.220.320.320.320.320.220.320.320320.2各校准点分别按式（C5）计算标准偏差。(C.5)<C.6>以多次测量平均值作为测退结果，则M(V)=-r=10各校准点的标准偏差S与标准不确定度“（；）的计算结果见表C.2标准值(ms)示值平均值(ms)s(ms)m(v)(11Vs)5.125.i0.0520.0169.989.90.0520.01620.1520.30.0480.015C.5.2皮托管和数字压力计测证引入的标准不确定度”(v,)皮托管和数字压力计测量引入的相时标准不确定度按B类评定，包括皮托管、温度、相对湿度、大气压力、数字压力计测得的压力等引入的不确定度。根据标准相对不确定度计算得到标准不确定度“小,)。C.5.2.1皮托管系数g的相对标准不确定度,G)根据所用皮托静压管的校准证书，准确度为±0.35乐为非正态均匀分布，则皮托管系数4的相对标准不确定度为：%&)=箸X100%=0.20%<C.7>C.5.2.2微压差P的相对标准不确定度(p)用数字压力计测量流场压差，数字压力计准确度等级为0.05级,则数字压力计引入的相对标准不确定度为:,、0.05%u,(p1)=币=0.029%(C.8)此外，流场压差的读数还受到风洞流场稳定性的影响，根据风洞出厂技术指标,风洞的稳定性为05%,为均匀分布，=3,风洞稳定性引入的相对不确定度为:Uf(P2)=7=-=0.29%3(C.9)流场压差p的相对标准不确定度:Wr(P)=711r(p1.)2+11,(p,)2=0.30%(C.10)C.5.2.3空气热力学温度T的相对标准不幽定度(T)用数显温湿度表进行温度测量，由数显温湿度表的校准证书可知，温度测量不确定度为及：0.2C(k-2),则T的相对标准不确定度为：0.22x(19.4+273.15)X100%=0.034%(C.10)C.5.2.4大气压力P的相对标准不确定度用气压表进行大气压力差测量，气压表的最大误差为0.01kPa,则大气压力P的相对标准不确定度为：0.043×IO1X100%=0.023%<C.11>C.5.2.5空气相对湿度的相对标准不确定度"r(")用温湿度计进行空气相对湿度测量，根据所用温湿度计的校准证书，不确定度为小0.4斌H(k=2),则空气相时湿度的相对标准不确定度为：04Ii（三）=:×100%=0.54%(C.12>r2×37.5根据不确定度传播率，皮托管和数字压力计以及风洞测被引入的相对标准不确定度：”,(匕)=瞽=Jfd(P)+中%”)+.；)镇£-0.378”+(；)1.rfV/上式中“：(4-0.3785)的计算如下：测试时环境温度19.4r,相对湿度37.5也大气压力1019.0hPa,饱和水汽压为温度的单值函数，则6一0.378H%)=>避二°：378，£)=Oo(K)OO,°u(七一0.378HQ)2因此，(*)=半¥=。33%M1.标准不确定度分量“(匕)的计算结果见表C.3标准值(ns)w(v,)(nVs>5.120.0179.980.03320.150.067标准不确定度汇总见表C.4,.表C4各校准点标准不瑞定度分量一览表标准值(ms)被校矿用风速传感器测地.用复性引入的标准不确定度M(P)(m,s)皮托管和数字压力计以及风洞测量引入的标准不确定度u(v,)(ms)5.120.0160.0179.980.0160.03320.150.0150.067C.5.3合成标准不确定度(v)=u2(v)+N2(V1)(C.I2>C. 5.4扩展不确定度取包含因子A=2,则扩展不确定度U(AI，)=2×w(v)各校准点的合成标准不确定度和扩展不确定度见表C5°表C.5各校准点风速示值误差扩展不确定度一览表标准(ft(ms)合成标准不确定度(11Vs>扩展不确定度(mA)5.120.0230.059.980.0370.0820.150.0690.14附录D热式风速仪测量风速传感器的不确定度评定0.1.概述以(0.5-25)m/s测量范围的矿用风速传感耦校准为例，采用热式风速仪进行矿用风速传感涔示值误差校准。D. 2.建立数学模型热式风速仪校准矿用风速传感器的示值误差的计免公式如下：M=j(D.1)式中：AM示值误差：；某校准点风速仪示值的算术平均值，11Vs:v*某校准点标准风速值m/s。D.3不确定度来源I).3.1被校矿用风速传感器测量更曳性引入的标准不确定度“小D.3.2热式风速仪引入的标准不确定度“(v,).D.4不确定度评定D.4.1被校风速传感器测量的不确定度分地“(；，)测量全更性引入的不确定度按A类评定。对矿用风速传感器依次校准5ms.0mSs20ms点,每个校准点垂复测量10次。具体测量数据列于表D.I.表61各校准点测量数据标准值(11s)传感器示值(ns)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各校准点分别按式(D.2)计算标准偏差。1.(v,-Sg=2'以多次测量平均值作为测量结果，则：痴)=笔(D.3)IO各校准点的标准偏差S与标准不确定度“6)的计钵结果见表D.2.表D.2各校准点的标准偏差S与标准不确定度(；)的计算结果标准值<ms>示值平均值(ms)s(ms)w(v)<ms)5.135.20.0570.0189.949.90.0670.02120.1120.30.0740.023I).4.2标准器的不确定度分量WvJ热式风速仪引入的不确定度分量分为热式风速仪测班重笈性引入的不确定度和仪器本身引入的不确定度。D.4.2.1热式风速仪测量重发性引入的不碑定度(匕)热式风速仪测量标准值为3次测量结果的平均值，按式D.4计骈标准偏差，按式F.8计算不确定度看(匕)：C<D.4)其中n=3时.c=1.69,/=驾心(D.5)因此热式风速仪测量重现性引入的标准不确定度见表D.3。表D.3各校准点的标准偏差S(Vj与标注不确定度u1.(v,)的计算结果标准(ft(ms)123*匕)卬匕)5.135.125.135.130.0060.0049.949.939.949.950.0120.00720.1120.1120.1220.130.0120.007D.4.2.2热式风速仪引入的不确定度"式匕)热式风速仪的扩展不确定度为O5%=2),按均匀分布，热式风速仪本身引入的标准不确定度为:m,(v,)=0.29%(D.6)热式风速仪测成引入的标准不确定度“(vj为:MvJ=W(匕)+“沁)(D.7)因此热式风速仪引入的标准不确定度见表1).4。表D.4标准不确定度“(Vj的计算结果标准值(nVs)%(匕)“式匕)M(V1)5.130.(X)40.0150.0169.940.0070.0290.03020.110.0070.0580.059D.5合成标准不确定度(D.8)w(v)=5k2(v)+i(v,)标准不确定度汇总见表D.5。表D.5各校准点标准不输定度分量一览表标准ft(m-)被校矿用风速传感器测埴重M性引入的标准不确定度”R)(rn's)热式风速仪引入的不确定度分量/(v4)<ms)5.120.0180.0169.980.0210.03020.150.0230.059D.6扩展不确定度取包含因子依2,则犷展不确定度:件校准点的合成标准不确定度和扩展不确定度见表D.6°表D6各校准点风速示俵误差扩展不蹴定度一览表标准值(ms)合成标准不痢定度(m>扩展不确定度(ms)5.130.0240.059.940.0370.0820.110.0630.13附录E核验员：矿用风速传感器校准记录（使用热式风速仪校准）环境温度-C湿度：%RH大气压：hPa送校单位证书编号制造厂规格型号出厂编号校准日期校准用主要仪器设备1、示值读差单位：m/s标准值示值平均值示值误差I232、模拟信号传输误差单位：Hz,mA.V标准值测得值平均值输出信号平均值换算风速伯各点信号传输误差值号传输误差/123示位输出信号值示值输出信号值示依输出信号值示值输出信号值3、重复性单位：m/s标准值测得值V.n重复性b123示值误差校准结果的不确定度:校准员：附录F矿用风速传感器校准记录(使用皮托管配合微差压计校准)环境温度C湿度：%RH大气压：hPa送校单位证书编号制造厂规格型号出厂编号校准H期校准用主要仪器设笛1.示值误差单位：m/s校准风速点做差压计示假(Pa)标准风速假风速传感器示值示他误差123平均值I23平均值2、模拟信号传输误差单位：Hz、mA、V标准值测得值平均值怆出佶号平均值换算以速值各点信号传输误差信号传输误差/I23示值输出信号值示值输出信号值示位输出信号的示依输出信号俏3、垂复性单位：Ws标准值测得ftV.n重复性6123示值误差校准结果的不确定度：校准员：核验员：-附录G矿用风速传感器校准内页格式本次测忒所使用的标准仪潺及设济可溯源至国家或国际计量基准和标准。校准环境条件及地点温度（*c）：大气压力hPa）：相对湿度（）：地点：使用的计量（基）标准装置（或仪港设备）名称型号不确定度证书编号校准结果1.示值误差标准风速值（11s）风速仪示色（ms）示值误差（ms）扩展不确定度（k=2）（ms）2.模拟信号传输误差3.里红性