手持式水流测速仪校准

一、校准目的

手持式水流测速仪用于河道、渠道、管道等水体的流速现场测量。受机械磨损、轴承阻力变化、电磁感应元件老化、信号处理电路漂移等因素影响，测速仪的测量系数会发生偏移。校准工作的目的是确定测速仪的实际率定曲线或校正系数，消除系统误差，确保流速测量数据满足水文测验规范的精度要求。

二、校准条件与准备

1. 环境条件

校准宜在室内标准水槽中进行，环境温度控制在15℃～30℃，水温变化幅度不超过±1℃/h。水槽内水体应清洁，无气泡、悬浮物和紊动干扰。现场需记录水温、室温及相对湿度。

2. 标准器具

根据测速仪类型选用相应的标准装置：

旋转式流速仪：使用经计量检定的直线拖曳式标准水槽或环形水槽，水槽速度控制系统的速度不确定度应不大于被测仪器允许误差的1/3；

电磁式/超声波式流速仪：可使用标准流速发生装置或经上级计量部门检定的标准流量计作为比对基准；

辅助器具：秒表（精度0.01s）、温度计（精度0.1℃）、标准转速计（适用于实验室台架校准）。

所有标准器具须在检定有效期内，并在校准记录中注明器具名称和编号。

3. 技术资料

准备测速仪的出厂说明书、出厂率定证书、历史校准记录，确认仪器型号、测量范围、原厂标定公式及系数。

三、外观与机械检查

1. 外观检查

检查仪器外壳有无裂纹、变形或腐蚀。旋转式测速仪的旋桨或旋杯应无弯曲、缺损，叶片表面光洁。电缆接头应无氧化、松动或进水痕迹。

2. 转动灵活性检查

用手轻拨旋桨或旋杯，观察其转动是否顺畅，有无卡滞、异响或轴向窜动。旋转式测速仪的轴承间隙应在制造商规定的范围内。对于新启用的仪器或更换轴承后的仪器，需进行不少于30分钟的跑合运转后再行校准。

3. 电气性能检查

使用万用表测量仪器的信号输出回路通断情况及绝缘电阻。对于带内置信号放大电路的测速仪，检查供电电压是否在额定范围内。

四、计量性能校准

（一）旋转式手持测速仪

1. 低速区校准

在水槽中依次设定5～8个速度点，覆盖仪器的起始速度（临界速度）至中低速度段。每个速度点稳定后，记录测速仪输出的信号频率或转数，同时记录水槽的标准速度值。每点重复测量不少于3次，取平均值。

2. 中高速区校准

继续设定中高速区的速度点，覆盖仪器常用测量范围。对于宽量程仪器，速度点总数不少于10个，均匀分布于全量程。每个速度点的稳定持续时间应保证测速仪输出不少于100个有效脉冲信号。

3. 率定公式拟合

根据各校准点的标准速度与实测信号频率（或转数/时间），按最小二乘法拟合率定公式。旋转式流速仪通常采用线性模型：

v =  k ⋅  f +  b

式中： v为标准流速（m/s）； f为实测信号频率（Hz）或单位时间的转数； k为率定系数； b为仪器常数（起始速度对应参数）。

计算拟合残差，各校准点的相对误差应满足《河流流量测验规范》（GB 50179）的规定，一般不超过±2%。

4. 临界速度测定

逐步降低水槽速度，找到测速仪刚好能持续输出稳定信号的最低速度值，即为临界速度（起始速度）。该值用于判断测速仪在极缓水流中是否具备有效测量能力。

（二）非旋转式手持测速仪

1. 单点校准

在标准流速发生装置中依次设定不少于5个流速点，覆盖仪器标称量程的20%、40%、60%、80%、100%。记录各点仪器显示值与标准值的偏差。

2. 方向性检查（适用时）

对于具备双向测量功能的仪器，分别在正向和反向流中重复上述校准步骤，验证正反向测量的一致性。

五、重复性测试

在量程中间点（约50%满量程处）连续进行6次独立测量，按贝塞尔公式计算实验标准偏差 s r ：

s r  =     n − 1   ∑ i=1 n (x i  −  x ˉ) 2

式中： x i 为第 i次测量值； x ˉ为 n次测量的算术平均值； n =  6。

重复性以相对标准偏差表示，应不超过仪器允许误差的1/3。

六、数据处理与不确定度评定

1. 校准数据处理

汇总各校准点的标准值、实测值、示值误差及相对误差。绘制标准流速—实测信号关系曲线图，标注拟合公式和相关系数 R 2。

2. 测量不确定度评定

依据JJF 1059系列规范，分析不确定度来源，主要包括：标准水槽速度的不确定度、计时装置的不确定度、仪器读数重复性引入的不确定度、水温变化对水流黏度的影响分量。合成标准不确定度及扩展不确定度（k=2）应在校准证书中给出。

七、校准结果判定

校准完成后，将各校准点的示值误差与仪器技术条件规定的允许误差进行比较。全部校准点均满足要求时，判定该校准合格。任一校准点超差，需分析原因：若为率定系数漂移，可重新拟合公式并更新仪器参数；若为硬件故障（轴承磨损超限、传感器损坏等），应停用维修后重新校准。

八、校准周期

手持式水流测速仪建议校准周期为12个月。在以下情形下应提前校准：

仪器跌落、碰撞或进水后；

连续在含沙量大于5kg/m³的浑水中使用后；

测量数据出现异常波动或与比测结果系统性偏离；

长期存放（超过6个月）后重新启用。

九、校准记录与证书

校准工作应形成完整的原始记录，内容包括：仪器名称、型号、出厂编号、使用单位、校准日期、环境条件、标准器具信息、各校准点原始数据、率定公式及参数、不确定度评定结果、校准结论、校准人员及核验人员签名。校准合格后出具校准证书；不合格时出具校准结果通知书，注明超差项目和具体数据。所有记录保存期限不少于3个校准周期。