LS20B流速仪校准

1 范围

本文件规定LS20B型旋桨式流速仪的校准条件、校准项目、校准方法、数据处理、结果表达及校准周期，适用于该型号流速仪的出厂校准、使用中校准及后续检定参照执行。

2 规范性引用文件

GB/T 21699 直线明槽中的转子式流速仪检定/校准方法

JJG（水利）001 转子式流速仪检定规程

JJF 1059 测量不确定度评定与表示

3 术语和定义

3.1 LS20B流速仪

采用螺旋曲面双叶片旋桨，由水力推动转子旋转，通过磁钢—干簧管电子开关输出信号，依据率定公式换算流速的旋桨式流速测量仪器。转子每旋转一周，输出2个信号。

3.2 率定公式

LS20B流速仪在临界速度vk以上，流速v与转子速率n之间呈稳定线性关系，采用公式（1）：

v = a + b·n

式中：

v —— 测流时段内平均流速，m/s；

a —— 流速仪常数，m/s；

b —— 旋桨水力螺距，m；

n —— 流速仪转子速率，s⁻¹。

当采用信号数N和测速历时T表示时，公式为：

v = K·N/T + C

式中：

K —— 桨叶水力螺距；

C —— 流速仪常数；

N —— 测速历时T内的总信号数；

T —— 测速历时，s。

公式中的K、C（或a、b）由专门检定机构通过水槽检定给出，每台仪器取值不同，用户从检定证书中获取。

3.3 临界速度vk

流速仪率定公式直线段的起点速度。LS20B型临界速度约为0.13m/s。

3.4 示值误差

被校设备测量值与标准装置给定值的差值占标准值的百分比。

4 概述

LS20B流速仪由旋桨、转轴、信号部件（磁钢—干簧管）、计数器及数据处理单元组成。旋桨在水流作用下旋转，每转一周输出2个脉冲信号，计数器记录总信号数N及测速历时T，按率定公式计算时段平均流速。仪器测量范围为0.03m/s～15m/s，起转速v₀≤0.04m/s；当v≥vk时，检定公式相对误差小于±1.5%，当v＜vk时，相对误差小于±3%。

5 校准条件

5.1 环境条件

实验室校准应在专用检定水槽或拖曳水槽中进行，水槽长度不小于10m，槽内水流平稳，无明显漩涡、气泡和横向脉动。实验室温度控制在10℃～30℃，水温波动不超过±2℃。现场比对校准应选择水流平稳、断面规整、无漂浮物和明显紊动的河段，记录水温、水深和含沙量。校准区域无强射频干扰，避免人员走动引起水槽振动。

5.2 标准装置及设备

校准用标准装置及主要设备如下：

标准设备	用途	精度要求
标准流速检定水槽	提供已知稳定流速场	流速均匀区偏差≤±0.5%
拖车牵引系统	带动仪器以恒定速度运动	速度控制误差≤±0.2%
标准转速计	标定转子转速	分辨率0.1r/min
计时器	测量累积转数用时	分辨率0.01s，日差≤0.5s
标准声学多普勒流速仪	现场比对参考	经上级计量机构校准，不确定度≤±1%

标准装置提供的流速扩展不确定度应不大于被校仪器最大允许误差的1/3。

6 校准项目

包括外观与功能检查、灵敏度测试、信号测试、率定参数拟合、示值误差校准、重复性校准、临界速度测定。

7 校准方法

7.1 外观与功能检查

检查仪器外壳是否完好，旋桨表面无泥沙、水草附着，显示屏清晰，按键操作正常。检查信号接线处绝缘状况，电气接口连接牢固。通电后观察自检功能是否正常。

7.2 灵敏度测试

对准旋桨迎水面轻缓而均匀地吹气，旋桨应能轻松起转，无卡顿现象；用手快速拨转旋桨，应无急停现象。

7.3 信号测试

使用计数器或音响器、万用表等测试信号输出，信号应准确、可靠。

7.4 率定参数拟合

将仪器安装于检定水槽拖车上，浸入水中深度不小于旋桨直径的2倍。按JJG（水利）001要求设置速度点：低速段按0.1m/s间隔、中速段按0.25m/s间隔、高速段按0.5m/s间隔分布，全量程速度点总数不少于10个。每个速度点稳定持续时间应保证流速仪输出不少于100个有效脉冲信号。

记录各校准点的标准流速vₜ与实测转子速率n（或由信号数N和测速历时T换算得到），按最小二乘法拟合率定公式v = a + b·n，得到该台仪器的a、b值。计算拟合残差，各校准点的相对误差应满足规范要求。

7.5 示值误差校准

根据各速度点的标准速度与实测信号频率，计算各点示值误差δᵢ：

δᵢ = (vᵢ - vₜᵢ) / vₜᵢ × 100%

式中：

vᵢ —— 第i个校准点的实测流速，m/s；

vₜᵢ —— 第i个校准点的标准流速，m/s。

当v≥vk时，各点相对误差应小于±1.5%；当v＜vk时，相对误差应小于±3%。

7.6 重复性校准

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sᵣ：

sᵣ = √[Σ(xᵢ - x̄)²/(n-1)]

式中：

xᵢ —— 第i次测量值；

x̄ —— n次测量的算术平均值；

n —— 重复测量次数，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。

7.7 临界速度测定

逐步降低水槽速度，找到流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。该值用于判断流速仪在极缓水流中是否具备有效测量能力。

8 数据处理

8.1 率定公式参数

率定公式中a、b均取小数点后三位；误差δᵢ取小数点后两位；计算过程中取小数点后四位。

8.2 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。

9 校准结果表达

校准完成后出具校准证书，内容包含：仪器型号、编号、临界速度vk；率定公式参数a、b（或K、C）及其不确定度；各校准点的标准值、实测值、示值误差；重复性测试结果；测量不确定度；校准日期、建议复校日期、校准机构资质标识。

经校准符合本规程要求的仪器发给校准证书；校准不合格的仪器发给校准结果通知书，并注明不合格项目。

10 校准周期

LS20B流速仪的校准周期为一年或累计工作30次，两者取其时间间隔较短者。若仪器在悬移质含沙量＞50kg/m³、流速＞5m/s、水深＞10m的工况下连续工作2小时，或测量结果出现明显异常，应提前校准。

11 注意事项

入水前，裸露的信号接线处应用绝缘胶布或胶带裹紧，以免水体成为信号介质。

使用悬杆—悬索方式安装时，应注意流速仪在水中的平衡状态，通过调整尾翼内部平衡螺钉使流速仪在水中处于水平状态。

流速较大时，应安装尾翼，并应使尾翼先入水，以利定向。

流速仪提出水面时，为防止可能发生的旋桨松脱现象，不可使旋桨迎水面背离流向。

为消除水流脉动对测量精度的影响，根据水文测验规范的要求，一般测速历时T≥100s。

旋桨表面容易积聚泥沙、水草等杂质，影响其转动，应定期清洁；长时间使用后，旋桨可能会出现磨损或变形，如有明显磨损或变形，应及时更换。