小型風(fēng)速發(fā)生裝置在風(fēng)速現(xiàn)場校準(zhǔn)量值溯源中的應(yīng)用與研究

彭勁，蔡曉坤，鄭瑞山，周李淵

（威凱檢測技術(shù)有限公司，廣州 510663）

引言

熱式風(fēng)速傳感器廣泛存在于各大型家電企業(yè)的智能家居制冷產(chǎn)品線與型式實(shí)驗(yàn)室，用于空調(diào)產(chǎn)品的生產(chǎn)中檢測、出廠檢測中相關(guān)風(fēng)速參數(shù)的測量[8]。采集到的風(fēng)速數(shù)據(jù)作為制冷量的重要計(jì)算指標(biāo)之一，可以用于計(jì)算確認(rèn)空氣在通風(fēng)系統(tǒng)中按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分配與輸送，保證制冷量滿足設(shè)計(jì)要求。

為了保證風(fēng)速參數(shù)測量的準(zhǔn)確可靠，需要定期對現(xiàn)場的熱式風(fēng)速傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，但目前針對熱式風(fēng)速傳感器在現(xiàn)場校準(zhǔn)的研究大多為氣象類風(fēng)速傳感器[1-4]，針對熱式風(fēng)速傳感器的現(xiàn)場校準(zhǔn)研究較少。由于實(shí)驗(yàn)室直流式低速風(fēng)洞風(fēng)速校準(zhǔn)裝置無法在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)工作，現(xiàn)場的條件也有一定的局限性，導(dǎo)致整個(gè)現(xiàn)場校準(zhǔn)過程獲得的數(shù)據(jù)不能真實(shí)的反映熱式風(fēng)速傳感器的測量能力，同時(shí)也不能將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)向直流式低速風(fēng)洞風(fēng)速校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行數(shù)據(jù)的溯源，中國計(jì)量科學(xué)研究院建立了微風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)裝置，主要研究了（0.1~1）m/s 的風(fēng)速段的熱線風(fēng)速儀的校準(zhǔn)[5-6]，但這個(gè)范圍的風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)裝置不能滿足家電行業(yè)中風(fēng)速校準(zhǔn)的需求。本文通過使用小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置在現(xiàn)場對熱式風(fēng)速傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)，研究現(xiàn)場校準(zhǔn)風(fēng)速傳感器的可行性。

通過實(shí)驗(yàn)，以E+E 的熱式風(fēng)速傳感器（型號：EE650，量程范圍：（1~20）m/s）為例，研究其校準(zhǔn)量值溯源的有效性。首先在校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室直流式低速風(fēng)洞風(fēng)速校準(zhǔn)裝置對高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀進(jìn)行校準(zhǔn)，得出高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確認(rèn)設(shè)備正常，符合校準(zhǔn)規(guī)范[7]要求。實(shí)現(xiàn)在校準(zhǔn)現(xiàn)場使用小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置（型號：X5605，量程范圍：（1~30）m/s）與高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀，在設(shè)備數(shù)據(jù)穩(wěn)定的條件下，與被校熱式風(fēng)速傳感器同軸進(jìn)行同一風(fēng)速工況環(huán)境的校準(zhǔn)，形成校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。使得高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀標(biāo)準(zhǔn)值與現(xiàn)場熱式風(fēng)速傳感器的被校值進(jìn)行計(jì)算，獲得有效的校準(zhǔn)結(jié)果。

對于這種實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致的相關(guān)校準(zhǔn)問題，運(yùn)用直流式低速風(fēng)洞風(fēng)速校準(zhǔn)裝置與高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀的數(shù)據(jù)傳遞特質(zhì)與理論推演，可使用數(shù)據(jù)間接溯源，利用現(xiàn)場小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置，模擬（1~20）m/s 風(fēng)速（最高可達(dá)30 m/s），通過高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀標(biāo)準(zhǔn)值與現(xiàn)場被校熱式風(fēng)速傳感器的校準(zhǔn)過程，使被校熱式風(fēng)速傳感器通過高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀與試驗(yàn)室中的直流式低速風(fēng)洞風(fēng)速校準(zhǔn)裝置之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，有效地完成制冷生產(chǎn)檢測線或形式實(shí)驗(yàn)室風(fēng)速參量的數(shù)據(jù)量值溯源。

1 工作原理

實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)設(shè)備，由直流式低速風(fēng)洞風(fēng)速校準(zhǔn)裝置、高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀組成，裝置可以模擬（0.1~30）m/s 風(fēng)速，由于實(shí)驗(yàn)室對高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀的校準(zhǔn)，形成有效的數(shù)據(jù)傳遞。

現(xiàn)場校準(zhǔn)設(shè)備，由小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置（型號：X5605，量程范圍：（1~30）m/s）、高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀、被校熱式風(fēng)速傳感器（型號：EE650，量程范圍：（1~20）m/s）組成，裝置可以模擬（1~20）m/s 風(fēng)速工況環(huán)境，用于現(xiàn)場高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀對被校熱式風(fēng)速傳感器的校準(zhǔn)，形成有效的數(shù)據(jù)傳遞。

小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置原理為：利用直流吸風(fēng)式的方式產(chǎn)生恒定風(fēng)速工況環(huán)境，通過發(fā)生裝置上的控制單元調(diào)節(jié)風(fēng)速強(qiáng)弱，實(shí)現(xiàn)小型風(fēng)洞發(fā)生裝置內(nèi)形成強(qiáng)弱不一的流動氣流，小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置如圖1 所示。

圖1 小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置

在小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置的夾具內(nèi)插入高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀和被校熱式風(fēng)速傳感器，通過裝置上的控制單元產(chǎn)生強(qiáng)弱不同的流動氣流，提供恒定的風(fēng)速工況環(huán)境。通過小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置顯示數(shù)據(jù)確認(rèn)校準(zhǔn)點(diǎn)風(fēng)速穩(wěn)定，記錄高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀與被校熱式風(fēng)速傳感器的示值，以此做為量值傳遞的數(shù)據(jù)溯源依據(jù)。

2 測定方法

1）選取一個(gè)性能穩(wěn)定的高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀，在實(shí)驗(yàn)室直流式低速風(fēng)洞風(fēng)速校準(zhǔn)裝置中進(jìn)行校準(zhǔn)[9]，校準(zhǔn)點(diǎn)為：1 m/s、2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s、20 m/s 并記錄校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表1。

表1 高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀的示值修正值

2）在校準(zhǔn)現(xiàn)場，配置含：自動溫濕度記錄儀、大氣壓力計(jì)，確認(rèn)現(xiàn)場溫濕度和大氣壓，并記錄各參量數(shù)據(jù)。校準(zhǔn)溫度范圍為（15~30） ℃之間，相對濕度不大于80 %，大氣壓為（86~106）kPa。

3）選用合適傳感器的基座，并將儀器固定在基座鎖定槽中，將高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀在導(dǎo)向槽的前端，被校的熱式風(fēng)速傳感器在導(dǎo)向槽的后端，安裝位置如圖2所示。

圖2 安裝位置

4）將高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀和被檢熱式風(fēng)速傳感器水平放進(jìn)小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置，利用基座夾具使高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀和被檢熱式風(fēng)速傳感器的迎風(fēng)面設(shè)置點(diǎn)處在導(dǎo)向槽中間，使設(shè)備固定在測試流場均勻區(qū)域。

5）關(guān)閉校準(zhǔn)現(xiàn)場周圍一切影響校準(zhǔn)結(jié)果的出風(fēng)設(shè)備。密封鎖緊小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置，不得漏風(fēng)，接通電源，觀察高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速儀和傳感器顯示裝置數(shù)值是否正常穩(wěn)定，穩(wěn)定至少1 min。

6）待各設(shè)備數(shù)值均已趨于穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)小型風(fēng)速發(fā)生裝置控制單元，起動風(fēng)機(jī)，使風(fēng)速從低到高緩慢增強(qiáng)，每到一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，均需穩(wěn)定1 min 后，逐一記錄數(shù)據(jù)，每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)需記錄三組數(shù)據(jù)。風(fēng)速校準(zhǔn)點(diǎn)與直流式低速風(fēng)洞校準(zhǔn)點(diǎn)一致：1 m/s、2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s、20 m/s，在校準(zhǔn)過程中需同時(shí)記錄溫濕度、大氣壓力數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)的向下傳遞

1）用校準(zhǔn)后的高精度標(biāo)準(zhǔn)熱式風(fēng)速計(jì)，按校準(zhǔn)點(diǎn)：1 m/s、2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s、20 m/s 的順序?qū)Ρ恍崾斤L(fēng)速傳感器進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)，記錄被校熱式風(fēng)速傳感器的示值，得出被校傳感器的示值誤差。數(shù)據(jù)如表2。

表2 示值誤差及重復(fù)性

2）通過JJF 1939-2021《熱式風(fēng)速儀校準(zhǔn)規(guī)范》中的5.1 及5.2 要求，判斷現(xiàn)場設(shè)備是否符合規(guī)范技術(shù)要求。

3）校準(zhǔn)證書也應(yīng)附上實(shí)驗(yàn)室直流式低速風(fēng)洞風(fēng)速校準(zhǔn)裝置的技術(shù)資料與溯源信息，作為本次校準(zhǔn)數(shù)據(jù)溯源的依據(jù)。

4 結(jié)論

通過本文介紹的方式，使用實(shí)驗(yàn)室直流式低速風(fēng)洞風(fēng)速校準(zhǔn)裝置和高精度熱式風(fēng)速計(jì)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確保高精度熱式風(fēng)速計(jì)的數(shù)據(jù)符合校準(zhǔn)要求，在利用高精度熱式風(fēng)速計(jì)和小型風(fēng)洞風(fēng)速發(fā)生裝置，校準(zhǔn)客戶現(xiàn)場的熱式風(fēng)速傳感器，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)器數(shù)據(jù)的溯源。從而也達(dá)到三級現(xiàn)場器具向二級計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳遞，達(dá)到校準(zhǔn)數(shù)據(jù)一致性的目的。