LS20B型旋桨式流速仪校准

1范围

本方案适用于LS20B型旋桨式流速仪的校准工作。其他型号的旋桨式流速仪可参照执行。

2规范性引用文件

JJG(交通)031—2020《旋桨式流速仪》

JJG(水利)001—2009《转子式流速仪》

GB/T21699—2008《直线明槽中的转子式流速仪检定/校准方法》

GB/T11826—2019《转子式流速仪》

3仪器概述与技术参数

LS20B型旋桨式流速仪是一种以螺旋曲面双叶片旋桨作为转子的流速测量仪器，旋桨绕着与水流方向平行的水平轴转动，其转速与周围水体流速成单值对应关系。主要技术参数如下：

旋桨回转直径：120mm

旋桨水力螺距：200mm（理论值）

起转速度v₀：≤0.04m/s

临界速度vₖ：约0.13m/s（直线公式起点）

测速范围：0.03m/s~15m/s

信号部件：磁钢—干簧管电子开关

每转发信号次数：2个信号

全线相对均方差：|m|≤1.5%（用于v≥vₖ时）

相对误差δ：|δ|≤5%（用于v<vₖ时）

工作水深：0.02m~50m

工作水温：0℃~+40℃

悬移质含沙量：≤100kg/m³

盐度：≤2g/L

4校准原理

在临界速度vₖ以上，水流速度与流速仪转子速率之间存在稳定的线性关系。LS20B型流速仪提供以下统一关系式：

v=b⋅n+a

式中：

v—时段平均流速，m/s

b—旋桨水力螺距，m

a—流速仪常数，m/s

n—流速仪转子速率，s⁻¹

由于LS20B型转子每旋转一周产生2个信号，上式可表述为：

v=TK⋅N+C

式中：

K—仪器常数（水力螺距）

N—测速历时内总信号数

T—测流历时，s

C—流速仪常数

校准的核心目的，是由具备资质的检定机构通过水槽检定确定a、b（或K、C）值，并出具检定证书。对于不同的流速仪个体，其值各不相同。

5校准前准备

5.1环境条件和标准装置

校准应在专用的直线明槽或流速仪检定水槽中进行。水槽长度不小于30m，宽度不小于1m，水深不小于1m。槽内流速场均匀度应≤±0.5%，流速稳定性应≤±0.2%。水槽配备精确的车速测量系统（光电编码或激光测距），车速测量不确定度≤±0.1%。

配套标准器及设备：

经计量检定的标准流速检定车（或拖车），测速误差应不大于被校流速仪允许误差的1/3

精度优于0.01s的电子计时器

经检定的钢卷尺或激光测距仪（误差不大于±1mm），用于测量流速测量起点和终点之间的距离

分度值不大于0.1℃的水银温度计或铂电阻温度计

计数器或频率计

高标号清洁汽油（推荐120#航空汽油）、仪表油

水温控制在10℃~30℃范围内，水温变化率不超过0.5℃/h。槽内水体清洁，无可见气泡、悬浮物及漩涡。

5.2被校仪器检查

校准前对LS20B型流速仪进行以下检查：

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

使用计数器或音响器、万用表等进行信号测试，信号应准确、可靠

检查电缆绝缘层完整性及接头密封性

确认仪器悬挂方式、测杆连接可靠

5.3安装要求

将流速仪牢固安装在检定车支架上，确保旋桨旋转平面与水流方向平行，探头感应部位完全浸入水中。仪器人水深一般取0.75m（参照JJG(水利)001—2009记录表典型值）。

6校准项目与校准方法

6.1起动流速测定

缓慢增加流速，当旋桨开始匀速转动时，此时试验车的速度即为流速仪的起动流速v₀。记录该值并与技术指标（≤0.04m/s）比对。

6.2多点流速率定

检定点总数应根据测量范围设定，一般不少于16个。检定点分布要求：

当vᵢ≤0.20m/s时，检定点之间的速度间隔为0.02m/s~0.04m/s

当0.20m/s<vᵢ≤1.00m/s时，速度间隔按相应等级设置

当vᵢ>1.00m/s时，检定点之间的速度间隔为0.50m/s~0.80m/s

按照已分布好的检定点依次进行流速试验。根据试验车的运动状态将水槽导轨分为加速段、匀速段和减速段，在匀速段内设置2个固定信号点作为流速测量的起点和终点。

试验步骤如下：

检定水槽水体静止无明显波动后启动试验车

试验车通过流速测量起点时，触发信号启动计时器；试验车通过流速测量终点时，触发信号停止计时器，计时器测量并记录试验车通过两点的时间

读取计数器中的时间数据，用钢卷尺（或激光测距仪）测量流速测量起点和终点之间的距离

按式(1)计算试验车的平均速度作为标准流速值

每个检定点记录5个流速仪示值

6.3数据处理

6.3.1标准流速计算

us=tL2−L1

式中：

u_s—试验车的平均速度（m/s）

L₂—流速测量终点距离水槽边壁的距离（m）

L₁—流速测量起点距离水槽边壁的距离（m）

t—试验车通过流速测量起点和终点的时间（s）

6.3.2速度级相对误差

按式(2)计算出v₀≤v<0.5m/s、0.5m/s≤v<1.5m/s、1.5m/s≤v<3.5m/s、v≥3.5m/s时各速度级的相对误差：

δi=usivˉi−usi×100%

式中：

δᵢ—速度级相对误差

vˉi—第i个检定点流速仪示值平均值（m/s）

N—速度级测点数

6.3.3全线相对均方差

根据各速度级相对误差的计算结果，按式(3)计算全线相对均方差：

m=n∑i=1nδi2

式中：

m—全线相对均方差

n—全速度级测点数

6.3.4检定公式拟合

采用最小二乘法对各流速点的标准流速vₛ与旋桨回转率n进行线性拟合，得到校准公式：

v=b⋅n+a

对于LS20B型，因转子每旋转一周产生2个信号，可用下式表述：

v=TK⋅N+C

式中：

N—测速历时内总信号数

T—测流历时，s

为消除水流脉动对测量精度的影响，一般T≥100s。

6.4重复性校准

设定试验车速度1.0m/s开展试验，按上述方法重复测量10次，按式(5)计算流速重复性：

Sv=9∑i=110(ui−uˉ)2

式中：

Sᵥ—流速重复性（m/s）

uᵢ—第i次测量的流速值

uˉ—流速算术平均值

6.5流向示值误差

设定试验车速度1.0m/s和流向180°开展试验，按6.3.4的方法重复测量10次，按式(6)计算流向重复性：

Sθ=9∑i=110(θi−θˉ)2

式中：

S_θ—流向重复性（°）

θᵢ—第i次测量的流向示值（°）

θˉ—流向算术平均值（°）

7结果判定

经检定合格的流速仪，发给检定证书。判定依据如下：

判定项目	技术要求
全线相对均方差|m|	≤1.5%（v≥vₖ时）
相对误差|δ|	≤5%（v<vₖ时）
速度级相对误差	符合JJG(交通)031—2020规定
起动流速v₀	≤0.04m/s

对于存在不合格项的仪器，需进行调整、维修后重新校准，仍不合格的判定为校准不合格，出具检定结果通知书并注明不合格项。

8校准周期

正常使用条件下，检定公式的稳定有效期为1年

流速仪在正常使用条件下，公式的稳定有效期为1年；使用1年后，或未满1年但其累计工作时间已满300小时的，应当送流速仪检定机构重新检定，核准a、b值

按JJG(水利)001—2009规定，流速仪的检定周期为一年或累计工作300h，两者取其时间间隔较短者

仪器经过维修、更换轴承或遭受强烈冲击后，需重新进行校准

9注意事项

校准用水需提前置于校准环境中恒温2小时以上，避免温度差异影响水流特性。

球轴承结构的流速仪应每隔6个月检查并加油一次。LS20B型旋桨式流速仪油室密封性能优异，防进水（沙）能力强，可根据当地水文特性及使用情况酌情增减清洗和加油的频次。清洗时使用120#航空汽油，沥干后往轴承套孔内注入约1/3孔深的仪表油。

橡胶密封圈置于汽油内可能会促进其老化过程，清洗时应尽量避免。

轴承旋转灵活性欠佳时，应拆分支承部件单独清洗轴承，必要时应更换新的轴承，建议使用D级精度以上的轴承，且不可带防尘圈。

每次校准的原始记录需归档保存，保存期限不少于3年。

校准人员需具备相应的计量校准资质，严格按照本方案操作。

仪器长期停用后，需在清水中低速运转5~10分钟进行磨合后再进行校准。