螺旋桨式测风仪校准规范

螺旋桨式测风仪校准规范1范围本规范适用于螺旋桨式测风仪的校准。

2引用文件本规范引用下列文件：JJG 431-2014 轻便三杯风向风速表GB/T 24559-2009 海洋螺旋桨式风向风速计QX/T 8-2002 气象仪器术语QX/T 84—2007 气象低速风洞性能测试规范地面气象自动观测规范（第一版）中国气象局综合观测司 2019年9月凡是注日期的引用文件，仅所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风向 wind direction风的来向。

[QX/T 8—2002，定义5.4.2]3.2风速 wind speed单位时间内空气移动的距离。

[QX/T 8—2002，定义5.4.3]3.3螺旋桨式测风仪propeller anemometer利用一种始终迎风转动的螺旋桨旋转的快慢以测量风速的仪器。

3.4计量单位measurement unit风速计量单位为单位为米每秒（m/s）；风向计量单位单位为度（°）。

4概述螺旋桨式测风仪是集风向风速测量功能于一体的测风仪，测风仪由风向组件、风速组件、壳体、安装杆、指北套件和信号变送器等部件组成，其外观示意如图1.1所示，组成结构如图1.2所示。

指北套件风速组件风向组件安装杆六极磁铁和轴环风向电位器拇指轮图1.1螺旋桨式测风仪外观示意图图1.2螺旋桨式测风仪结构图风速组件由螺旋桨、风速转轴、风速发电线圈等组成。

在风力作用下，螺旋桨转动，带动轴上的磁极旋转，在线圈中感应出正弦信号，其频率随风速的增大而线性增加。

风速与正弦频率信号的关系为：V=k ∙f式中V 为风速，单位为m/s ；k 为换算系数，单位为m/(s •Hz)；f 为正弦频率，单位为Hz 。

风向组件由尾翼、风向转轴、风向电位器等组成。

当尾翼随风向转动时，转轴带动电位器的调节指轮转动，电位器的调节比例与风向对应，即0％～100％对应于0°～360°。

5计量特性*5.1 风速起动风速风速起动风速不超过1.2m/s 。

5.2 风速示值误差风速示值最大允许误差不超过±(0.5+0.03v)m/s ，其中v 为标准风速。

5.3 风向起动风速测风仪机身与风洞轴向夹角为15°或345°时，风向起动风速不超过1.5m/s 。

5.4 风向示值误差风向示值最大允许误差不超过±5°。

*注：以上指标不作为合格性判据，仅供参考。

6校准条件6.1 环境条件温度：（15～30）℃相对湿度：不大于85%大气压力：(500～1050)hPa6.2计量标准测量设备及其他设备测量设备及其他设备主要技术指标见表1表1 标准器及配套设备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2。

表2 校准项目表7.2校准方法7.2.1校准前准备7.2.1.1外观检查用目测的方法，对螺旋桨式测风仪的外观和结构进行检查并记录。

7.2.1.2标准器的安装将标准皮托静压管牢固安装在风洞试验段流场均匀区内，皮托静压管的总压孔应朝向风的来向，皮托静压管探头与风洞轴线平行。

皮托静压管的总压接头、静压接头分别与微差压计的测试端、参考端通过管路相连。

7.2.1.3螺旋桨式测风仪的安装将螺旋桨式测风仪垂直固定在风洞底座的水平旋转平台上，调节高度使螺旋桨式测风仪感应部分位于风洞试验段截面积中心位置，螺旋桨式测风仪位于皮托静压管测量探头后端（相对气流来向）。

螺旋桨式测风仪与皮托静压管探头的距离应不小于100mm。

7.2.2风速起动风速测试调节测风仪机身，使螺旋桨正对风的来向，且处于任意静止状态。

启动风洞，从零逐渐增大风速，记录螺旋桨开始并持续转动时的微差压计示值和工作段内温度、湿度及气压值，计算标准风速值（计算方法见附录A）。

重复上述步骤三次，取标准风速值的算数平均值作为风速的起动风速。

7.2.3风速示值风速测试点：2m/s、5m/s、10m/s、20m/s、30m/s、50m/s、70m/s。

也可根据要求自主选择测试点。

调节测风仪机身，使螺旋桨正对风的来向，且处于任意静止状态。

启动风洞，在每个风速测试点，风速稳定后，记录微差压计示值和工作段内温度、湿度及气压值，计算标准风速值（计算方法见附录A），同时记录螺旋桨式测风仪的风速示值作为该风速测试点的被测风速值。

各风速测试点风速示值误差计算见公式（1）。

∆' (1)v=v-v式中：v∆——风速示值误差，单位为米每秒（m/s）；'v——被测风速值，单位为米每秒（m/s）；v——标准风速，单位为米每秒（m/s）。

7.2.4风向起动风速测试将测风仪安装到风洞试验段内方向盘上，定北针对准0°，使机身与风洞轴向依次成15°、345°夹角，在每个位置启动风洞，从零逐渐增加风速，使尾翼起动，机身向0°方向转动，记录停止转动时夹角小于等于5°时的微差压计示值和工作段内温度、湿度及气压值，计算标准风速值（计算方法见附录A）。

重复上述步骤三次，取标准风速值的算数平均值作为风向的起动风速。

7.2.5风向示值风向测试点：0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。

也可根据要求自主选择测试点。

将测风仪安装到标准方向盘上，定北针对准0°，转动机身，使测风仪输出值为0°。

然后按照风向测试点依次转动机身，读取标准风向值，同时记录螺旋桨式测风仪的风向示值作为被测风向值。

各风向测试点风向示值误差计算见公式（2）。

D-DD∆' (2)=式中：D∆——风向示值误差，单位为度（°）；'D——被测风向值，单位为度（°）；D——标准风向值，单位为度（°）。

7.2.6抗风强度测试将测风仪安装到风洞试验段内，风速逐步增加至90m/s，稳定时间10s，试验结束后测风仪应不断裂、不变形、性能不变。

8校准结果的表达校准结果应在校准证书上反映（校准证书内页格式参考附录D）。

校准证书至少应包括以下信息：a) 标题“校准证书”；b) 实验室名称和地址；c) 进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；d) 证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；e) 客户的名称和地址；f) 被校对象的描述和明确标识；g) 进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期；h) 如果与校准结果的有效性应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；i) 校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；j) 本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；k) 校准环境的描述；l) 校准结果及其测量不确定度的说明；m) 对校准规范的偏离的说明；n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；o)校准结果仅对被校对象有效性的声明；p)未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。

9复校时间间隔建议螺旋桨式测风仪的复校时间间隔为1年。

但当发现风速、风向测量值出现异常时建议提前送校。

附录A 标准风速值计算方法A.1 用风洞试验段内的空气温度按公式（A-1）计算出饱和水汽压：⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⨯=T D C BT AT w e k e 2……………..…..…..（A-1）式中：we —T 温度下的饱和水汽压，Pa ；T —试验段内空气温度，K ；k =1Pa ；A 、B 、C 、D 均为常数，其值如下： A = 1.2378847×10-5K -2 B = -1.9121316×10-2K -1 C = 33.93711047 D =-6.3431645×103KA.2 用风洞试验段内的空气温度、相对湿度和气压值按公式（A-2）计算出空气密度。

)378.0(11048353.303w He P T-⨯⨯=-ρ…………………..…..…..（A-2） 式中：T —试验段内空气温度，K ；P —试验段内气压，Pa ；H —试验段内空气相对湿度，用小数表示；we —T 温度下的饱和水汽压，Pa 。

B.3将空气密度值和微差压计示值代入公式（A-3）计算出标准风速值。

ρpkv 2=……………………………………………… (A-3)式中：v ——标准风速，单位为米每秒（m/s ）；ρ——空气密度，单位千克每立方米（kg/m 3）；p ——微差压计示值，单位为帕（Pa ）；k ——皮托静压管系数。

附录B螺旋桨式测风仪校准记录（参考格式）校准人：核验人：校准日期：附录C校准证书（参考格式）校准证书封面格式式样（校准机构名称）Name for Institute of Calibration校准证书Calibration Certificate证书编号：字第号Certificate No.计量器具名称Name of Instrument型号规格Model/Type制造厂Manufacture器具编号No. of Instrument送检单位Applicant校准依据Calibration Regulation批准人Approved by(校准专用章) 核验员Stamp Inspected by校准员Calibration by校准日期年月日Date of Calibration 年月日地址（ADD）: 邮编（Post Code）: 电话（Tel）: 传真（Fax）: （内页第2页参考格式）（内页第3页参考格式）校准结果一、外观检查：五、抗风强度：（以下空白）附录D风速测量不确定度评定示例1概述1.1评定依据JJF1059.1-2012 测量不确定度评定与表示JJF***-2020螺旋桨式测风仪校准规范1.2标准设备和被测对象1.2.1 标准设备标准器及配套设备为皮托静压管检定装置，该套装置，主要技术指标见表1。

表1 标准器及配套设备主要技术指标1.2.2送校单位：华云升达（北京）气象科技有限责任公司器具名称：螺旋桨式测风仪型号规格：05106制造单位：华云升达（北京）气象科技有限责任公司1.3主要测量方法由风洞产生稳定均匀的空气流场，标准器和测风仪置于其流场中。

用标准皮托静压管感应风洞中流动空气的差压（总压和静压之差），并由微差压计测出压力值，通过该压力值及流场的空气密度，用伯努利方程得出风洞的流场风速，该风速作为流场的标准风速。

将螺旋桨式测风仪风速示值减去标准风速即为风速示值误差。

根据JJF***-2020螺旋桨式测风仪校准规范对校准点选择的要求，将校准点选择为：2m/s、5m/s、10m/s、20m/s、30m/s、50m/s、70m/s，并逐点分析不确定度。