螺旋桨式流速仪校准
1. 概述
螺旋桨式流速仪是用于测量水流速度的接触式仪器，广泛应用于水文测验、水利工程建设及河道管理中。为确保测量数据的准确性，需依据国家计量检定规程，对其关键计量性能进行定期校准。本文件规定了螺旋桨式流速仪校准的技术条件、操作步骤及数据处理方法，适用于旋桨转子直径为20mm~200mm的各类旋桨流速仪的校准。
2. 校准前准备
2.1 环境条件
校准应在专用直线水槽或环形水槽中进行。水槽内水流应平稳，无明显漩涡、气泡及紊动。水温控制在10℃~30℃之间，校准期间水温变化不应超过±0.5℃。实验室环境应无强磁场干扰，光线充足以便观察旋桨转动状态。
2.2 标准器与设备
标准流速场：标准水槽，其流速均匀区长度不小于水槽宽度的10倍，流速稳定性优于±0.5%。
标准计时器：电子秒表或多路计时器，分辨力不低于0.001s，准确度等级优于0.01级。
标准长度量具：钢卷尺或激光测距仪，用于测量水槽标定段长度，误差不超过±0.1mm。
辅助设备：水准仪、毛刷、无水乙醇、温度计（分度值0.1℃）、旋桨拆卸专用工具。
2.3 仪器检查
外观检查：检查旋桨叶片是否有变形、缺损或严重磨损；轴套间隙是否正常；信号输出线绝缘层无破损。
转动性能：在清水中轻轻拨动旋桨，转轴应转动灵活，无轴向窜动和径向跳动，无阻滞感。
信号检测：连接计数器，手动转动旋桨，检查信号输出是否正常，有无丢脉冲或多脉冲现象。
3. 校准项目与操作流程
3.1 静态检查
将流速仪置于空气中，缓慢旋转旋桨，观察旋转轨迹。旋桨叶片外缘的跳动量应小于0.2mm。检查起始流速，即在静水中旋桨应能依靠惯性维持转动而不立即停止。
3.2 率定系数校准（检定槽法）
采用定点法或轨迹法进行校准：
布设位置：将流速仪安装在水槽试验段的支架上，旋桨轴线应与水流方向平行，偏差不超过±1°。旋桨中心位于水深1/2处，且远离槽壁及槽底。
流速设定：设定水槽流速点，通常选取包括低、中、高在内的至少5个流速点（如0.05m/s、0.15m/s、0.30m/s、0.50m/s、0.80m/s）。
测量过程：
开启水泵，待流速稳定后开始测量。
同时启动计数器（记录旋桨转数 N）和标准计时器（记录历时 T）。
每个流速点测量持续时间不少于60s，或旋桨总转数不少于1000转。
测量期间记录水温，用于必要时进行水的动力黏度修正。
重复测量：每个流速点独立测量3次，取平均值作为该点的测量结果。
3.3 线性度校准
在流速量程范围内均匀分布不少于10个校准点，测量各点对应的仪器输出频率或转数。绘制流速 v与转率 n（转/秒）的关系曲线，计算线性回归方程的相关系数。线性相关系数应不小于0.999。
3.4 重复性校准
在常用流速点（如0.30m/s）处，连续进行6次测量。计算6次测量所得流速值的相对标准差（RSD），重复性限应不超过0.5%。
3.5 临界流速校准
逐步降低水槽流速，记录旋桨从连续转动转为间歇性转动或停止转动时的临界流速值。该值应符合仪器说明书规定的起始流速指标。
4. 数据处理与结果判定
4.1 计算公式
实测流速：由水槽标准装置给出的流速值 v s 。
仪器转率： n = N/T，其中 N为总转数， T为测量历时。
流速公式拟合：通常采用线性方程 v = K ⋅ n + C。
式中， K为率定系数（m）， C为水力推进器偏移量（m/s）。
均方根误差： E rms = m ∑ i=1 m (v i −v si ) 2
式中， v i 为按拟合公式计算的流速， v si 为标准流速， m为校准点数量。
4.2 结果判定
依据JJG 644-2003《螺旋桨式流速仪检定规程》：
公式精度：均方根误差 E rms 应不大于0.015m/s（低速仪）或不大于0.020m/s（中高速仪）。
线性度：回归方程相关系数 r ≥ 0.999。
重复性：相对标准差 RSD ≤ 1.0%。
稳定性：新制仪器或使用中的仪器，其率定系数 K的年变化量不应超过1.0%。
若各项指标符合上述要求，判定校准合格，并出具校准证书；否则需检修后重新校准。
5. 校准周期与记录
校准周期：常规使用情况下，建议每1年校准1次；若用于高含沙量水流或频繁使用，周期缩短至6个月。
校准记录：记录应包含仪器编号、型号、旋桨直径、校准日期、水温、各校准点的转数、历时、计算出的 K与 C值、不确定度评定及操作员签名。记录保存期限不少于3年。
6. 注意事项
校准前需用酒精清洗旋桨轴承，去除油污，确保转动灵敏。
严禁用手触摸旋桨叶片的工作面，避免指纹油脂影响水动力性能。
校准过程中，若发现旋桨有异常声响或转速突变，应立即停泵检查。
校准结束后，应将流速仪清洗干净，晾干后在轴承处滴加专用润滑油，放入专用包装箱内贮存。
运输过程中应避免剧烈震动，防止旋桨叶片变形。
