GB T 21699-2008 直线明槽中的转子式流速仪检定 校准方法.pdf
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1、Ics 07060N 93 圆雷中华人民共和国国家标准GBT 2 1 699-2008直线明槽中的转子式流速仪检定校准方法Verificationcalibration method of rotatingelementcurrent meters in straight open tank20080409发布 2008-070 1实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局学焘中国国家标准化管理委员会况11刖 吾GBT 21699-2008本标准的附录B、附录C为规范性附录,附录A为资料性附录。本标准由中华人民共和国水利部提出。本标准由全国水文标准化技术委员会水文仪器分技术委员会归口。本标准主
2、要起草单位:水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心,南京水利水文自动化研究所、太原理工天成科技股份有限公司、辽宁省防汛仪器检测中心。本标准主要起草人:姚永熙、李刚、张元义、苏斌、何生荣、王慷、陆旭。直线明槽中的转子式流速仪检定校准方法GBT 21699-20081范围本标准规定了转子式流速仪检定校准的原理、设备、程序、方法、证书、资料及流速仪检定槽(以下简称“检定槽”)的验收等内容。本标准适用于转子式流速仪的检定校准,包括在明渠中测速用的旋桨式、旋杯式流速仪和实验室用的微转子式流速仪。注:本标准未考虑流速仪在直线静水槽中移动检定校准与在紊流水体中定点测量流速所存在的差别,以及水温和含
3、沙量等介质的影响所产生的误差。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GBT 11826 2002 转子式流速仪GBT 19677 2005 水文仪器术语及符号GBT 500951998 水文基本术语和符号标准3术语和定义GBT 19677-2005和GBT 50095-1998确立的以及下列术语和定义适用于本标准。31起转速度starting speed使转子开始连
4、续稳定转动的最低水流速度,符号为。32临界速度critical speed流速仪检定曲线图中,低速曲线过渡到直线部分的转折点处的水流速度,符号为仇。33水力螺距hydraulic screw pitch转子每转一周,水质点移动的距离,符号为b。34仪器常数instruments constant与仪器转子结构和摩阻力有关的附加系数,符号为n。35标准流速仪standard current meter用于检定槽之间、或与其他流速仪进行比测的一种检定过的性能稳定、准确度较高的专用流速仪。36爱泼尔效应epper effort槽中由流速仪及其悬挂设备一起向前运动产生的波峰,可使湿润断面高度增加,减少
5、了相对速度,1GBT 21699-2008这种现象称为爱泼尔效应。注:转子式流速仪检定校准活动常用的相关符号、代号等参见附录A。4检定校准的原理在横断面均匀一致的直线静水槽中,在轨道上行驶的检定车以规定的若干稳定速度牵引流速仪,使固定安装在测杆上的流速仪在静水中行进,测定检定车的速度和流速仪转子的转速,对这两组数据用方程式以及图表建立相关关系。5检定校准设备51 检定校准设备的组成检定校准设备由直线静水槽(检定槽)、检定车、轨道、控制系统、通信系统、数据处理系统、安全系统以及供排水系统等组成。52检定槽槽体尺寸521 检定槽槽体大小的确定槽体的尺寸大小应根据检定流速仪的类型、同时检定的数量和最
6、大检定速度等来确定。522检定槽长度检定槽长度包括加速段、稳定段、测量段和制动段的长度。加速段和制动段的长度应由检定车的设计指标和流速仪在检定槽中检定的最大速度来决定,制动段的长度必须满足安全的需要。测量段的长度应能保证流速仪的检定误差在最高速度下检定时不超过允许值,因此所需长度将由流速仪的型式、信号的产生及传输方式和检定方法来决定。523检定槽水深检定槽体的水深可影响试验的结果,尤其当牵引速度与水面波的传播速度一致时,影响更大。这个临界速度。取决于槽内水深,由式(1)给出: 。一厢式中:g 重力加速度,单位为米每二次方秒(ms2);d 水深,单位为米(m)。检定槽体的水深应按最高检定速度来选
7、定。选择时应保证或是使最高检定速度处于产生干扰的临界流速之前,或是使最高检定速度远远超越这个临界区域。524检定槽宽度检定槽体的宽度应根据最高检定速度和同时检定的流速仪数量来确定。由于在狭窄的水槽里爱泼尔效应表现得更为明显,当流速在05v。至15仉范围内,可引起检定误差。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。当使用流线型测杆检定很小的流速仪时,可忽略其影响。53检定车531检定车型式检定车可采用拖曳式和自推进式两种驱动方式,推荐使用自推进式检定车。检定车上装有电动驱动设备,经传动系统使检定车沿轨道运行,自动调速系统保证车速稳定。532导向方式应采用单轨导向轮
8、导向,以保证检定车沿轨道作稳定直线运行。533检定车变速方式和车速变化率5331为保证车速稳定,检定车应采用先进的车速控制及调速技术。一般采用无级变速方式。5332检定车速度在测量段运行过程中应保持相对稳定,车速变化率要求分二级,见表1。其置信2水平为99。GBT 21699-2008表1检定车速变化率 速度级(ms)等 级o1 o1o5 o51o o8 o42o 1O O6检定车速变化率(e)用式(2)计算: 8一监丛100-o式中:。:检定车瞬时速度,单位为米每秒(ms)。当车速小于0于等于02 ms时,应用1 s为测速单位;2 ms时,可用10 s为测速单位;大饥检定车在测量段内运行的平
9、均速度,单位为米每秒(ms)。5333检定车应定期测试速度以验证其稳定性。54检定车轨道为使检定车在轨道上平稳地运行,导向基准轨的安装精确度应符合下列要求。副轨的水平面的高度偏差xh应符合表2的要求,副轨的距离偏差AS可放宽05倍。轨道沿检定槽长度方向应平直,轨道顶面与水平面保持平行,两轨道顶部任一侧面应互相平行。轨道接头处应保证光滑平直。推荐应用斜口接缝,接缝问距应不大于2 mm,接缝处不平度应不大于01mm。轨道安装精确度要求分为二级,见表2。表2 轨道安装精确度 单位为毫米项 目等 级 每测量点 每测量点 S士o30 土o50士050 士100注:曲各测量点对水平面的高度偏差;S各测量点
10、对基准线(预设的一条平行于轨道的理想直线)的距离偏差。轨道底座应有轨道位置调整装置。两底座相隔的距离应根据车重及采用钢轨型号来确定。轨道安装精确度应定期测量和调整,并有文字记录或绘制测试图作为技术档案保存。轨道应保持清洁,无锈迹、油污。55数据测量检定校准流速仪时,需同时测定下列三个数据:a)检定车行驶距离;b)流速仪转数;c)相应的时间。车速是以检定车在测量段内行驶距离和相应历时计算的,流速仪转子的转速是以流速仪在测量段内转子的转数和相应历时计算的。时间、距离和流速仪转子转数应采用自动记录方式。距离的测量应精确到01以内,置信水平为99。时间的测量应精确到01以内,置信水平为99。3GBT
11、21699-2008流速仪转数的测量应精确到01以内,置信水平为99。56其他设备561 为减小安装流速仪的测杆对水体的扰动,应采用流线形截面的测杆。562为提高流速仪检定精确度和工作效率,可配备有关的附属设备:a)消波装置;b) 维持水的洁净和避免藻类生长的设备。563为了行车安全,在检定槽两端应有自动制动停车、防撞缓冲消能等安全装置。564当检定的操作是在车下控制时,应配备用来检查流速仪是否对准运行方向的装置,如声、光信号。565传输动力或信号的滑线应平直光滑,保证电刷与其接触良好,在运行中不得出现掉电或漏信号现象。采用无线传输信号时,应采取有效的抗干扰措施。566车上操作时,应有可靠的保
12、障人身安全的防护设施。6检定校准程序61检定校准工作内容611一般应包括流速仪检定校准速度范围、临界速度、检定校准公式的a、b值、检定校准公式的使用范围、全线相对均方差或各速度级相对误差。可用检定校准表格形式代替检定校准公式,根据不同流速仪的要求也可提供低速关系曲线。612确定检定校准速度上限的能力,应根据检定槽的实际槽体大小及设备的具体情况由实验确定。62检定校准准备工作621对检定校准设备作必要的例行检查,确保运行安全、测得数据正确可靠。622对被检流速仪应按产品有关技术要求检查装配的正确性和运转摩阻力矩,以及信号质量等。623仪器入水深度应为06 mo8 m。如检定槽水位降低应及时补充。
13、624流速仪安装在测杆上采用固定方式安装。测杆在支承套、座上的固定都必须牢固可靠。625流速仪信号导线应紧贴测杆,使扰动水流程度为最小。626流速仪入水时应缓慢进行,以免扰动水体。627安装流速仪时,其水平轴向应与检定槽轨道平行,偏差应不大于25。当转动测杆180。时,其偏差应仍在此范围内。628对于垂直轴式流速仪,检定时应保证旋转轴与运行方向的垂直偏差应不大于25。629带有轴承油室的流速仪应使用该产品标明牌号的仪器油,仪器油质量应符合有关标准的规定,轴承油室应装满仪器油。63检定校准方式631低速段检定校准要求低速段可以编组检定校准。按检定槽宽度和技术要求,将若干架流速仪编为一组,低速段可
14、以同时安装检定校准。流速仪之间以及与槽壁间的净距应大于05 m。632 中、高速段检定校准架次要求中、高速段每次检定校准一架流速仪。633检定校准速度程序要求检定车按速度程序级,从低速到高速逐级递增,完成每测点采样后,随即增速,可以连续或往返行车。在调向时,为避免流速仪调向太快而扰动水体,应缓慢进行。634检定校准速度范围低速检定校准应从比该流速仪测速范围的下限值至少低40的速度开始。中高速检定校准应从05 ms08 ms开始至流速仪的测速范围上限,如上限受检定槽检定校dGBT 21699-2008准能力限制,可降低13速度范围,用直线上延的方法确定公式使用范围。635检定校准测点要求6351
15、测点取点原则63511低速范围测点速度间隔取002 ms004 ms。63512 中速范围测点速度间隔取01 ms025 ms。63513高速范围测点速度间隔取05 ms,最大不超过1 ms。6352测点数目为保证资料的可靠,拟合直线公式的测点数应不少于表3的规定。低速曲线的检定测点数目应不少于5点。表3检定校准公式测点数最高检定校准速度(ms) 测点数目点05 101_5 1235 145o 16636静水时间在每次检定校准行车之前,检定槽里的水体应处于相对静止状态。与下次检定校准速度相比,其扰动状态可以忽略时再行车检定校准。静水需要的时间取决于槽体尺寸、上次检定校准的速度、消波装置以及流速
16、仪的体积和测杆的大小截面形状。更与下次检定校准速度有关。考虑到流速仪检定校准有研制试验,以及批量生产的不同要求,一般的生产修理的检定校准如采用连续加速行车、逐级采样方式,可以不设静水时间。如下次检定校准速度明显低于上次检定校准速度,必须有静水时间。表4是由上次检定校准速度决定的静水时间。仅供参考。表4 静水时间与上次检定校准车速关系上次检定校准车速(ms) 静水时间rain05 1020 1550 25表4适用于下次检定校准速度明显低于上次检定校准速度时。如下次检定校准速度高于上次检定校准速度,可以不设静水时间。如用户要求,应记录静水时间,供用户参考。637脉冲信号的选取和要求6371测取时间
17、、转数和距离信号时,应尽可能在同一时段内,以减少误差。6372用流速仪转数信号控制时间和距离信号时,其转数应根据流速仪性能要求和车速决定。6373不管应用何种方式测取时间、转数和距离信号,为了能使流速仪处于稳定旋转状态,测量段不能低于10m,在测量段内接收到的流速仪信号不能低于5个。64数据处理为便于生产和使用,数据处理可以分为低速和中高速两部分进行,也可能将全部数据统一处理。641统一处理在全部测速使用范围内,用一个直线方程作为检定校准结果,见式(3):口=口+白z (3)式中:” 流速,单位为米每秒(ms)j5GBT 21699-2008n转子转率,等于转子总转数N与相应的测速历时T之比,
18、即nNT,单位为负一次方秒(s一1);n仪器常数,单位为米每秒(ms);6仪器的水力螺距,单位为米(m)。用检定点(如嘶)拟合检定校准公式时应采用最小二乘法计算n、b值。最小二乘法计算见式(4)、式(5):b娄署耋虿1一砉i 蚤萎月。、可J驯N轳n耋考一(亭f叫2上台口。, 鲁。 蚤等。蚤考耋(护耋丢 (耋式中:N参加计算的点数。可用查找表表达整个检定校准结果,根据流速仪信号数和测速时间在查找表上可查到流速值。642分为低速和中高速两部分处理6421低速部分流速仪低速表达形式可选用下列一种:a)检定校准曲线图。以速度为纵坐标,以转子转速为横坐标,按实测点绘制曲线。为保证读图的精确度,应采用适当
19、的比例。流速比例尺以1:1或2:1为宜。低速检定校准曲线与中高速直线应在接近直线的测速应用范围下端处相切。检定校准曲线图上应标明绘制检定曲线的各检定点的m、饥数值;b)检定校准数表。根据流速仪性能,在一定时间范围内,按可能的测速历时系列,将。、n数值列成数表,供测速时查找;c)数学方程式。低速曲线可处理成某种数学关系的方程式;d) 直线方程。低速性能好、低速曲线趋近于直线,在不影响使用准确度的情况下,可用直线方程处理,或与中高速用同一直线方程。6422中高速部分中高速部分为直线方程。数据处理方法同641。643粗大误差的舍点原则6431 由于仪器故障或检定因素等原因导致个别测点误差过大,应查明
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