小型風速發生裝置在風速現場校準量值溯源中的應用與研究

彭勁，蔡曉坤，鄭瑞山，周李淵

（威凱檢測技術有限公司，廣州 510663）

引言

熱式風速傳感器廣泛存在于各大型家電企業的智能家居制冷產品線與型式實驗室，用于空調產品的生產中檢測、出廠檢測中相關風速參數的測量[8]。采集到的風速數據作為制冷量的重要計算指標之一，可以用于計算確認空氣在通風系統中按照設計要求進行分配與輸送，保證制冷量滿足設計要求。

為了保證風速參數測量的準確可靠，需要定期對現場的熱式風速傳感器進行校準，但目前針對熱式風速傳感器在現場校準的研究大多為氣象類風速傳感器[1-4]，針對熱式風速傳感器的現場校準研究較少。由于實驗室直流式低速風洞風速校準裝置無法在現場實現校準工作，現場的條件也有一定的局限性，導致整個現場校準過程獲得的數據不能真實的反映熱式風速傳感器的測量能力，同時也不能將校準數據向直流式低速風洞風速校準裝置上進行數據的溯源，中國計量科學研究院建立了微風速標準裝置，主要研究了（0.1~1）m/s 的風速段的熱線風速儀的校準[5-6]，但這個范圍的風速標準裝置不能滿足家電行業中風速校準的需求。本文通過使用小型風洞風速發生裝置在現場對熱式風速傳感器進行校準試驗，研究現場校準風速傳感器的可行性。

通過實驗，以E+E 的熱式風速傳感器（型號：EE650，量程范圍：（1~20）m/s）為例，研究其校準量值溯源的有效性。首先在校準實驗室直流式低速風洞風速校準裝置對高精度標準熱式風速儀進行校準，得出高精度標準熱式風速儀的校準數據，確認設備正常，符合校準規范[7]要求。實現在校準現場使用小型風洞風速發生裝置（型號：X5605，量程范圍：（1~30）m/s）與高精度標準熱式風速儀，在設備數據穩定的條件下，與被校熱式風速傳感器同軸進行同一風速工況環境的校準，形成校準數據。使得高精度標準熱式風速儀標準值與現場熱式風速傳感器的被校值進行計算，獲得有效的校準結果。

對于這種實驗導致的相關校準問題，運用直流式低速風洞風速校準裝置與高精度標準熱式風速儀的數據傳遞特質與理論推演，可使用數據間接溯源，利用現場小型風洞風速發生裝置，模擬（1~20）m/s 風速（最高可達30 m/s），通過高精度標準熱式風速儀標準值與現場被校熱式風速傳感器的校準過程，使被校熱式風速傳感器通過高精度標準熱式風速儀與試驗室中的直流式低速風洞風速校準裝置之間進行數據傳遞，有效地完成制冷生產檢測線或形式實驗室風速參量的數據量值溯源。

1 工作原理

實驗室校準設備，由直流式低速風洞風速校準裝置、高精度標準熱式風速儀組成，裝置可以模擬（0.1~30）m/s 風速，由于實驗室對高精度標準熱式風速儀的校準，形成有效的數據傳遞。

現場校準設備，由小型風洞風速發生裝置（型號：X5605，量程范圍：（1~30）m/s）、高精度標準熱式風速儀、被校熱式風速傳感器（型號：EE650，量程范圍：（1~20）m/s）組成，裝置可以模擬（1~20）m/s 風速工況環境，用于現場高精度標準熱式風速儀對被校熱式風速傳感器的校準，形成有效的數據傳遞。

小型風洞風速發生裝置原理為：利用直流吸風式的方式產生恒定風速工況環境，通過發生裝置上的控制單元調節風速強弱，實現小型風洞發生裝置內形成強弱不一的流動氣流，小型風洞風速發生裝置如圖1 所示。

圖1 小型風洞風速發生裝置

在小型風洞風速發生裝置的夾具內插入高精度標準熱式風速儀和被校熱式風速傳感器，通過裝置上的控制單元產生強弱不同的流動氣流，提供恒定的風速工況環境。通過小型風洞風速發生裝置顯示數據確認校準點風速穩定，記錄高精度標準熱式風速儀與被校熱式風速傳感器的示值，以此做為量值傳遞的數據溯源依據。

2 測定方法

1）選取一個性能穩定的高精度標準熱式風速儀，在實驗室直流式低速風洞風速校準裝置中進行校準[9]，校準點為：1 m/s、2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s、20 m/s 并記錄校準數據，數據如表1。

表1 高精度標準熱式風速儀的示值修正值

2）在校準現場，配置含：自動溫濕度記錄儀、大氣壓力計，確認現場溫濕度和大氣壓，并記錄各參量數據。校準溫度范圍為（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，將高精度標準熱式風速儀在導向槽的前端，被校的熱式風速傳感器在導向槽的后端，安裝位置如圖2所示。

圖2 安裝位置

4）將高精度標準熱式風速儀和被檢熱式風速傳感器水平放進小型風洞風速發生裝置，利用基座夾具使高精度標準熱式風速儀和被檢熱式風速傳感器的迎風面設置點處在導向槽中間，使設備固定在測試流場均勻區域。

5）關閉校準現場周圍一切影響校準結果的出風設備。密封鎖緊小型風洞風速發生裝置，不得漏風，接通電源，觀察高精度標準熱式風速儀和傳感器顯示裝置數值是否正常穩定，穩定至少1 min。

6）待各設備數值均已趨于穩定后，調節小型風速發生裝置控制單元，起動風機，使風速從低到高緩慢增強，每到一個校準點，均需穩定1 min 后，逐一記錄數據，每個校準點需記錄三組數據。風速校準點與直流式低速風洞校準點一致：1 m/s、2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s、20 m/s，在校準過程中需同時記錄溫濕度、大氣壓力數據。

3 數據的向下傳遞

1）用校準后的高精度標準熱式風速計，按校準點：1 m/s、2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s、20 m/s 的順序對被校熱式風速傳感器進行現場校準，記錄被校熱式風速傳感器的示值，得出被校傳感器的示值誤差。數據如表2。

表2 示值誤差及重復性

2）通過JJF 1939-2021《熱式風速儀校準規范》中的5.1 及5.2 要求，判斷現場設備是否符合規范技術要求。

3）校準證書也應附上實驗室直流式低速風洞風速校準裝置的技術資料與溯源信息，作為本次校準數據溯源的依據。

4 結論

通過本文介紹的方式，使用實驗室直流式低速風洞風速校準裝置和高精度熱式風速計的校準數據，確保高精度熱式風速計的數據符合校準要求，在利用高精度熱式風速計和小型風洞風速發生裝置，校準客戶現場的熱式風速傳感器，達到標準器數據的溯源。從而也達到三級現場器具向二級計量標準的數據傳遞，達到校準數據一致性的目的。