称重式水土流失测量设备校准

一、适用范围与测量原理

称重式水土流失测量设备（又称称重式径流泥沙监测仪、称重式径流小区泥沙自动观测设备）用于径流小区、坡面径流场、小流域控制站、工程扰动区等场景，连续测量径流量、含沙量与时段产沙量。

设备测量基于体积—质量置换原理：定容样品仓或集流容器盛接浑水后，称重传感器测得泥水混合物总质量，结合水温对水体密度的修正，按泥沙与水的密度关系分离出水的质量与泥沙质量，得到含沙量；含沙量与同步测得的径流量相乘得到产沙量。

校准的受检对象包括：质量称量单元（称重传感器、承载结构、显示与数据处理单元）、径流量测量单元、含沙量测量单元，以及配套的雨量、温度、液位传感器和数据采集传输单元。

二、校准依据

JJF 1071《国家计量校准规范编写规则》、JJF 1001《通用计量术语及定义》、JJF 1059.1《测量不确定度评定与表示》

《称重式径流泥沙监测仪校准规范》（国家计量技术规范，由山东省水文计量检定中心牵头起草，已通过技术审查）；已发布的地方规范如 JJF(冀)248—2025《径流泥沙自动监测仪校准规范》及同类地方校准规范

JJG 99《砝码》、JJG 259《标准金属量器》

SL 277《水土保持监测技术规范》、GB/T 50159《河流悬移质泥沙测验规范》、GB/T 20465《水土保持术语》

水利部办公厅、市场监管总局办公厅关于开展水土保持监测设备计量管理工作的相关要求

设备技术说明书与出厂技术指标文件

具体技术指标（最大允许误差、重复性限值等）以设备明示指标与现行有效版本校准规范为准。

三、计量特性

校准通常考察以下特性：

质量称量示值误差：各称量点示值与标准质量值之差。

称量重复性：同一载荷多次测量结果的一致程度。

回程误差（迟滞）：加载与卸载至同一载荷点示值之差。

零点误差与零点漂移：空载示值及一段时间或一次加载循环后的零点变化。

偏载误差：载荷置于承载区不同位置时的示值差异。

径流量示值误差：径流量示值与标准金属量器给出的标准体积值之差。

含沙量示值误差：含沙量示值与配制标准含沙量之差。

配套参数误差：雨量、温度、时钟、采样与传输一致性。

四、校准条件

环境条件：温度宜控制在20摄氏度±5摄氏度或设备与标准器允许的工作范围内，相对湿度一般不大于85%；无强电磁干扰、无显著振动与气流；室内校准应保持温度稳定，现场校准应记录实际温湿度，避免降水、大风与阳光直射条件下进行。

测量标准与配套设备（按被校设备量程选配）：

所有标准器应在有效溯源周期内，其不确定度一般不大于被校设备对应最大允许误差绝对值的三分之一。

五、校准前准备

结构与外观检查：容器、阀门、管路、密封件、线缆、接地与供电模块状态正常，无破损、腐蚀、堵塞与渗漏。

安装状态确认：设备调平，集流桶或样品仓水平；称重部件无侧向约束、无接触异物，承载区下方无堆积物。

清洗：冲洗收集容器与样品仓，内壁不得附着泥沙与杂物；排空积水，擦干外壁。

预热与稳定：按说明书通电预热，达到规定稳定时间后方可开始读数。

零点校准与去皮：空容器置零；首次使用、长期停用后启用、维修后均应执行零点校准与清水校准。

参数核查：核对采样周期、容器标称容积、泥沙密度输入值、温度修正系数、排水等待时间等设置项。

六、校准项目与校准方法

6.1 质量称量单元校准（砝码多点标定）

校准点选取零点及量程约20%、50%、80%、100%位置，不少于5个点。逐级加载至各点，示值稳定后读数；达到最大称量后逐级卸载并记录回程示值。每个点重复测量不少于2次。现场不具备砝码条件时，可用经检定或校准的控制衡器预先确定试验载荷的参考质量值。

结果计算方式（文字表述）：

以设备示值与参考质量值之差作为示值误差；

以该差值与参考质量值之比作为相对示值误差；

以同一校准点多次测量结果的最大差值或实验标准偏差作为重复性；

以同一载荷点加载与卸载示值之差作为回程误差；

以加载循环前后空载示值之差作为零点漂移。

偏载检查：将同一载荷依次置于承载区不同位置，记录各位置示值，取最大差值。

6.2 径流量示值误差

校准点选取收集容器标称容积的10%、50%和90%，可调整范围为校准点的±10%。

步骤：

标准金属量器置于被校容器上方并调平，排液口与容器入水口连接，连接处不得渗漏。

注水至计量颈上沿充分润湿内表面，以最大排放量排放，滴流状态等待2分钟后关闭阀门。

排空被校容器内积水，滴流状态等待2分钟，使容器处于待校状态。

注水至标准金属量器标称容量刻线，得到标准径流量。

将水排入被校容器，滴流状态等待2分钟后关闭阀门，读取径流量示值。

每个校准点重复测量2次。

以设备径流量示值与标准径流量之差占标准径流量的百分比作为径流量示值误差，取各次测量的平均值作为该点的径流量示值误差。

6.3 含沙量示值误差

（1）泥沙样品密度测定：量筒注水至300毫升，记录水的体积；置于电子天平称得量筒和水的总质量；加入经2毫米至5毫米孔径筛处理的干泥沙样品，混合液液位不超过500毫升容量线，搅拌均匀后静置10分钟，读取混合液体积，称得量筒和混合液的总质量。

以加入样品后的总质量与加样前总质量之差作为泥沙样品质量；

以混合液体积与加样前水的体积之差作为泥沙样品体积；

以泥沙样品质量与泥沙样品体积之比作为泥沙样品密度。

重复试验3次，取平均值作为泥沙样品密度。

（2）标准含沙量制备与测量：向容器注入标称容积60%至90%（或30%至80%）的水，按目标含沙量计算所需干土质量；将称量后的定量土样加入容器，搅拌使气泡充分析出，静置5分钟后读取含沙量示值。以所称取干土质量与容器内水量之比作为标准含沙量（单位：千克每立方米）。

含沙量校准点选取被校设备测量范围的10%、50%和90%，实际标准含沙量值与设定校准点的偏差不超过±10%。以示值与标准含沙量之差占标准含沙量的百分比作为含沙量示值误差。

泥沙样品的质地应与实际监测对象的土壤质地相近，其密度值须用于设备计算参数，否则含沙量结果会出现系统性偏差。

6.4 配套单元核查

雨量传感器：用标准雨量筒或雨量校准装置分级供水，比对示值。

温度、液位传感器：与标准温度计、标准液位值比对。

时钟与采样频率：与标准时间源比对，记录24小时走时误差。

数据采集与传输：连续记录一段时间后，核对本地存储与远程平台数据的一致性，检查丢数、乱码与数据缺失。

动作检查：进水—称重—排水循环、阀门启闭、清洗与去皮功能、容器内残留水量。

七、数据处理、不确定度与结果判定

数据处理：各校准点计算示值误差并取平均值，同时给出重复性数据；结果按有效位数规则修约。

不确定度来源：标准金属量器引入的不确定度、电子天平或标准砝码引入的不确定度、被校仪器分辨力、测量重复性（A类评定）、泥沙密度测定误差、温度修正残差。各分量合成后取包含因子k=2，给出扩展不确定度。

结果判定：校准给出测量结果及其不确定度，不作合格性判定。使用方依据设备技术指标或监测数据的预期使用要求，判定该设备是否满足使用条件（计量验证）。示值误差或重复性超出使用要求时，应调整参数、维修或更换部件后重新校准；无法恢复的部件应更换，并对超差期间所采集数据的有效性作出评估。

复校时间间隔：一般不超过12个月。出现下列情况应立即校准：数据出现非逻辑性跳变、遭受撞击或雷击、长期停用后重新启用、维修或更换称重传感器与电路板、迁移安装位置、高含沙连续运行周期结束。使用单位应建立设备台账，保存校准记录与维修记录。

八、校准记录与证书内容

记录与证书应包含：委托方信息、设备名称与型号规格、器具编号、制造单位、校准依据、校准地点、环境条件（温度、湿度）、校准日期、校准员与核验员、所用测量标准的名称、型号、编号、测量范围、不确定度或准确度等级或最大允许误差、溯源机构、证书编号与有效期，以及各校准点的原始数据、示值误差、平均示值误差、扩展不确定度。

九、影响校准结果的主要因素

容器内壁附着泥沙、残留水未排净，导致称量基线偏移。

混合液中气泡未析出、搅拌不均匀或静置时间不足，导致含沙量读数不稳定。

称重部件受管路牵拉、侧向力、风荷载或振动作用，产生附加示值。

温度梯度与阳光直射引起称重传感器零点漂移；水体密度取值与实际水温不符。

泥沙样品密度与实际监测土壤差异较大，使体积—质量置换计算产生系统偏差。

标准金属量器滴流等待时间不足或连接处渗漏，造成标准径流量偏小。

标准器超出溯源有效期，或标准器不确定度与被校设备最大允许误差不匹配。

十、结语

称重式水土流失测量设备的校准，核心是把质量称量、径流量、含沙量三条量值链分别溯源至砝码与天平、标准金属量器、标准含沙量样品，并以重复性、零点漂移与偏载等指标评价其长期稳定性。校准过程的可控性取决于标准器的溯源状态、容器的洁净与调平状态、标准样品的制备规范性，以及环境条件记录。运行单位按周期开展校准并建立完整档案，是保证径流泥沙监测数据可比、可追溯的前提。