新疆维吾尔自治区地方计量技术规范JJF（新）38－2019明渠堰槽流量计在线校准规范

Online Calibration Specification for Open Channel

Weirs and Flumes Flowmeter

 

  2019-11-20 发布                     2020-02-20 实施

新 疆 维 吾 尔 自 治 区 市 场 监 督 管 理 局  发 布

JJF（新）38—2019

明渠堰槽流量计在线校准规范

Online Calibration Specification for

Open Channel Weirs and Flumes Flowmeter

 

 

归 口 单 位：新疆维吾尔自治区市场监督管理局

起 草 单 位：新疆维吾尔自治区计量测试研究院

                          中国计量科学研究院

恩德斯豪斯（中国）自动化有限公司

 

   

本规范委托新疆维吾尔自治区市场监督管理局负责解释

 

本规范主要起草人：            

刘敦利（新疆维吾尔自治区计量测试研究院）

胡鹤鸣（中国计量科学研究院）

参加起草人：  

雷镇嘉（新疆维吾尔自治区计量测试研究院）

邓劲松（恩德斯豪斯（中国）自动化有限公司）

王  鹏（新疆维吾尔自治区计量测试研究院）

徐志强（新疆维吾尔自治区计量测试研究院）

 

        

目   录

 

引言………………………………………………………………………………………（Ⅱ）

1  范围…………………………………………………………………………………（ 1 ）

2  引用文件……………………………………………………………………………（ 1 ）

3  术语…………………………………………………………………………………（ 1 ）

4  概述…………………………………………………………………………………（ 1 ）

5  计量特性……………………………………………………………………………（ 2 ）

5.1  液位示值误差和重复性…………………………………………………………（ 2 ）

5.2  流量示值误差和重复性…………………………………………………………（ 2 ）

6  校准条件……………………………………………………………………………（ 2 ）

6.1  环境条件…………………………………………………………………………（ 3 ）

6.2  校准用设备………………………………………………………………………（ 3 ）

7  校准项目和校准方法………………………………………………………………（ 3 ）

7.1  外观及功能检查…………………………………………………………………（ 3 ）

7.2  液位示值误差和重复性…………………………………………………………（ 4 ）

7.3  流量示值误差和重复性…………………………………………………………（ 4 ）

8  校准结果……………………………………………………………………………（ 5 ）

8.1  校准记录…………………………………………………………………………（ 5 ）

8.2  校准证书…………………………………………………………………………（ 5 ）

9  复校时间间隔………………………………………………………………………（ 5 ）

附录A 明渠堰槽流量计在线校准原始记录…………………………………………（ 6 ）

附录B 校准证书的内容………………………………………………………………（ 8 ）

附录C 明渠堰槽流量计在线校准测量不确定度评定………………………………（ 10 ）

                                                             

引   言

 

JJF1001—2011《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》和JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》共同构成本规范制订的基础性系列规范。

本规范在参考了检定规程JJG711-1990《明渠堰槽流量计（试行）》、JJG（水利）004-2015《明渠堰槽流量计计量检定规程》、JJF（浙）1080-2012《明渠流量计在线校准规范》和行业标准HJ/T 15-2007《环境保护产品技术要求超声波明渠污水流量计》，结合新疆区域内明渠堰槽流量计的应用、实验室检测及在线校准现状制订。

    本规范为首次发布。

 

明渠堰槽流量计在线校准规范

1  范围

本规范适用于明渠堰槽流量计的在线校准。

2  引用文件

本规范引用以下文件：

JJG771-1990  明渠堰槽流量计（试行）

JJG（水利）004-2015  明渠堰槽流量计计量检定规程

JJF（浙）1080-2012  明渠流量计在线校准规范

HJ/T 15-2007  环境保护产品技术要求 超声波明渠污水流量计

凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本规范。

3  术语

3.1  明渠堰槽 open channel weirs and flumes

制作或安装在明渠内特定形状的量水槽体。常用明渠堰槽类型可以分为薄壁堰、宽顶堰、三角剖面堰、平坦V型堰、巴歇尔槽、无喉道槽等。

3.2  明渠堰槽流量计  open channel weirs and flumes flowmeter

测量明渠流量的仪表。

3.3  液位 liquid level

在规定的明渠堰槽位置，槽底距离水面的距离。

3.4  喉道 throat

明渠堰槽内截面面积最小的区段。

4  概述

明渠堰槽流量计由明渠堰槽、液位传感器、液位流量转换仪表（二次仪表）组成。在明渠中设置标准堰槽，将液位传感器安装在规定位置测量流经堰槽的液位，转换仪表接收液位值并通过相应流量公式，转换为液体瞬时流量。其结构及工作原理见图1。

 

图1  结构及工作原理图

5  计量特性

5.1  液位示值误差和重复性

液位最大允许误差应不大于±1%。重复性应不大于最大允许误差的1/3。

5.2  流量示值误差和重复性

根据不同明渠堰槽类型，流量最大允许误差见下表1。

表1 不同明渠堰槽流量计流量最大允许误差表

5.3重复性应不大于流量计最大允许误差的1/3。

注：以上指标不做合格判定依据，仅供校准及测量不确定度评定时参考。

6  校准条件

6.1  环境条件：

温    度：（5～55）℃；

相对湿度：20%～90%。

6.2  校准用设备

6.2.1 钢直尺

量程2m，准确度等级：I级，用于测量液位传感器安装位置。

6.2.2 测深钢卷尺

量程不小于5m，最大允许误差：±1mm，用于测量液位和渠道宽度。

6.2.3 标准液位计

量程不小于2m，最大允许误差：±1mm，4～20mA信号输出，用于测量实时液位。

6.2.3 超声测流装置

由两个排式换能器组和主机构成，见图2。流速测量范围（0.005～3）m/s，结合渠道截面积、实时液位数据，计算得到实时流量。装置经实验室检定，扩展不确定度不低于U=1.0%，k=2。

图2 超声测流装置

7  校准项目和校准方法

7.1 外观及功能检查

7.1.1 目测明渠堰槽，槽体四周应光滑无附着物，槽底应无泥沙、水草等杂物。水流应稳定、平缓，无杂草、泡沫等漂浮物。

7.1.2 目测液位传感器安装牢固，用钢直尺测量安装位置，应符合JJG 711-1990中的要求。

7.1.3 检查转换仪表（二次仪表），仪表显示和标识应完整、清晰，铭牌应注明名称、型号、编号、流量范围、准确度等级、制造单位等信息。仪表可以显示液位和流量，设置的堰槽类型与实际相符。

7.2 液位示值误差和重复性

液位示值误差用相对误差表示，应满足5.1的要求。根据现场明渠堰槽流量计的常规测量范围选择q_max、0.5q_max、q_min3个流量点，一般来说，流量越大液位越高，反之亦然。因此，3个流量点分别对应着h_max、0.5h_max、h_min3个液位。

从大到小或者从小到大调节流量分别至3个流量点（液位点），到达规定液位点后稳定5min，观察转换仪表显示液位值的变化，当液位值在 30s 内的波动不大于 3mm 时视为稳定状态。用测深钢卷尺测得液位传感器处传感器底部至液面的距离h_si，作为标准高度。同时记录转换仪表显示的液位高度h_i。由于测深钢卷尺测得的是空高，而转换仪表显示的液位是实高，所以需要调取转换仪表中的总高H。计算当前液位点液位传感器的示值误差E_li，计算公式为（1）：

                         （1）

式中：E_li—液位示值误差，%；

H—转换仪表中设置的液位传感器底部至堰槽底部的总高，mm；

h_i—第i次记录转换仪表显示的液位高度，mm；

h_si—第i次测深钢卷尺测得的液位传感器底部至液位的距离，mm。

连续测量6次，取6次示值误差的算术平均值作为测量结果。

重复性按照公式（2）计算：

                       （2）

式中：s(E_l)—液位重复性，%；

—液位平均示值误差，%；

n—测量次数。

7.1.3 流量示值误差和重复性

在明渠堰槽上游选择规则渠段，把排式换能器组平行、正对安装在渠道两侧，紧贴渠壁。连接主机，运行超声测流装置软件，调整换能器组使得信号强度最优且满足要求。在该渠道安装标准液位计，并与主机相连，使得软件实时接收液位数据。用测深钢卷尺测量该渠段宽度b，至少测量3次取算术平均值作为测量结果，连续3次最大差值不大于±1mm，否则重测。把最终测得的宽度b输入软件。由此超声测量装置实时测得流速、液位数据，显示瞬时流量值。

在q_max、0.5q_max、q_min3个流量点状态下，等待流量稳定状态，同时记录超声测量装置和明渠堰槽流量计的瞬时流量，60s内测量次数不少于10次。分别计算流量示值误差，计算公式见（3）。

                    （3）

式中：E_qi—明渠堰槽流量计第i次测量的示值误差，%；

q_i—明渠堰槽流量计第i次测量的瞬时流量，m³/h；

q_si—超声测流装置第i次测量的瞬时流量，m³/h。

取10次示值误差的算术平均值作为最终测量结果。

重复性按照公式（4）计算：

                       （4）

式中：s(E_q)—流量重复性，%；

—流量平均示值误差，%；

n—测量次数。

8  校准结果

8.1  校准记录

校准记录应尽可能详尽地记载测量数据和计算结果，记录格式见附录A。

8.2  校准证书

校准证书由封面和校准数据组成，经校准的明渠堰槽流量计应出具校准证书，校准证书应包括的信息及推荐的校准证书内页格式见附录B。

当客户要求时，可以根据计量特性进行符合性判定，并将结论列入校准证书。进行符合性判定应考虑测量不确定度。

不确定度评定方法可参考附录C。

9  复校时间间隔

建议复校时间间隔一般不超过1年。在明渠堰槽发生变形、液位传感器重新安装等情况下，应重新校准。

附录A

 

明渠堰槽流量计在线校准原始记录
						第 2 页，共 2 页
3、流量示值误差：
流量点（m3/h）	测量 次数	明渠堰槽流量计（m3/h）	超声测量装置（m3/h）	示值误差（%）	平均示值误差（%）	重复性 （%）	扩展不确定度U，k=2（%）
	1
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	9
	10

 

附录B

校准证书的内容

B.1  校准证书至少包括以下信息：

a） 标题：“校准证书”；

b） 实验室名称和地址；

c） 进行校准的地点；

d） 校准证书编号，页码及总页数的标识；

e） 校准单位校准专用章；

f） 委托单位的名称和联络信息；

g） 被校计量器具的描述和明确标识：制造单位、名称、型号及出厂编号；

h） 校准日期；

i） 校准所依据的技术规范的名称及代号；

j） 本次校准所用的主要计量标准器具（包括标准物质）的名称、测量范围、不确定度或准确度等级或最大允许误差、证书编号及有效期；

k） 校准时的环境温度、相对湿度；

l） 校准结果及其测量不确定度的说明；

m）  校准人与核验人的签名；

n） 校准证书批准人的签名与职务；

o） 校准结果仅对被校对象有效的声明；

p） 未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。

B.2  校准证书（内页）格式

        

    　

1、外观及功能检查：

（1）明渠堰槽：

（2）液位传感器：

（3）转换仪表：

2、液位示值误差及重复性：

液位点 （mm）	平均示值误差 （%）	重复性 （%）	扩展不确定度 U，k=2（%）

3、流量示值误差及重复性：

流量点 （m3/h）	平均示值误差 （%）	重复性 （%）	扩展不确定度 U，k=2（%）

 

 

附录C

明渠堰槽流量计在线校准测量不确定度评定

C.1  概述

C.1.1 测量依据：JJF（新）**－2019《明渠堰槽流量计在线校准规范》。

C.1.2 环境条件：温度（5～55）℃；湿度：（20～90）%RH。

C.1.3 测量标准：测深钢卷尺，测量范围（0～3）m，最大允许误差：±1mm；超声测流装置，测量范围（0.005～3）m/s,扩展不确定度：U=1.0%，k=2。

C.1.4 被测对象：明渠堰槽流量计。

C.1.5 测量方法：

液位示值误差测量：调节明渠瞬时流量至规定流量点，稳定5min后，用测深钢卷尺测量液位传感器处液位值，同时记录液位传感器的液位值，计算相对示值误差。重复测量三次，取算术平均值作为最终测量结果。

流量示值误差测量：把超声测流装置的两个排式超声换能器组和标准液位计正确安装在明渠堰槽上游规则渠段。用测深钢卷尺测得渠段宽度，录入超声测流装置软件并运行。调节明渠流量至规定流量点，稳定5min后，同时读取超声测流装置和明渠堰槽流量计的瞬时流量，计算相对示值误差。重复测量10次，取算术平均值作为最终测量结果。

C.1.6 评定结果的使用：在符合上述条件的情况下，一般可直接使用本不确定度评定结果。

C.2  测量模型

C.2.1 液位示值误差的测量模型：

                      （C.1）

式中：E_l—液位示值误差，%；

H—转换仪表中设置的液位传感器底部至堰槽底部的总高，mm；

h—转换仪表显示的液位高度，mm；

h_s—测深钢卷尺测得的液位传感器底部至液位的距离，mm。

考虑到H为常数，h和h_s两个输入量不相关，根据JJF1059.1－2012《测量不确定度评定与表示》中4.4.2.3条，合成标准不确定度可按照下式进行计算：

                     （C.2）

C.2.2 流量示值误差的测量模型：

                    （C.3）

式中：E_q—明渠堰槽流量计的流量示值误差，%；

q—明渠堰槽流量计的瞬时流量，m³/h；

q_s—超声测流装置测量的标准瞬时流量，m³/h。

同理，合成标准不确定度可按照下式进行计算：

                     （C.4）

C.3  全部输入量的标准不确定度评定

C.3.1  液位测量标准不确定度评定

C.3.1.1 液位传感器测量重复性引入的相对不确定度分量u_r(h)评定

液位传感器引入的不确定度主要是测量重复性引入的。在某明渠堰槽流量计应用现场，在规定流量点条件下，重复测量6次，分别得到h为：1534mm、1533mm、1531mm、1531mm、1533mm、1532mm、。按照贝塞尔公式计算实验标准偏差：

                     （C.5）

实际测量中取6次平均值作为测量结果，因此测量重复性引入的相对标准不确定度分量为：

                     （C.6）

C.3.1.2 测深钢卷尺最大允许误差引入的标准不确定度分量u_r1(h_s)的评定

根据测深钢卷尺的溯源结果，最大允许示值误差为±1mm，半宽为1mm，属于均匀分布，标准不确定度分量为：

                      （C.6）

则相对标准不确定度为：

                      （C.7）

C.3.1.3 测深钢卷尺分辨率引入的标准不确定度分量u_r2(h_s)的评定

测深钢卷尺分辨率为±0.5mm，半宽为0.5mm。均匀分布，所以引入的标准不确定度分量为：

                      （C.8）

则相对标准不确定度为：

                      （C.9）

C.3.1.4 标准相对不确定度分量汇总表

液位示值误差各个输入量的标准不确定度汇总见表C.1。

表C.1 液位示值误差标准不确定度分量汇总表

C.3.1.5 合成标准不确定度的评定

依据评定规则，测量重复性和分辨率只取较大的一项。所以上述不确定度分量中，取u_r(h)，舍弃u_r2(h_s)。由公式C.2，合成标准相对不确定度：

       （C.10）

C.3.2  流量测量标准不确定度评定

C.3.2.1 明渠堰槽流量计测量重复性引入的相对不确定度分量u_r(q)评定

明渠堰槽流量计引入的不确定度主要是测量重复性引入的。在某明渠堰槽流量计应用现场，在规定流量点条件下，重复测量10次，分别得到瞬时流量为：605m³/h、608m³/h、612m³/h、608m³/h、602m³/h、600m³/h、595m³/h、604m³/h、610m³/h、614m³/h。按照贝塞尔公式计算实验标准偏差：

                     （C.11）

实际测量中取10次平均值作为测量结果，因此测量重复性引入的相对标准不确定度分量为：

                     （C.12）

C.3.2.2 超声测流装置最大允许误差引入的标准不确定度分量u_r(q_s)的评定

根据超声测流装置的溯源结果，扩展不确定度U=1.0%，k=2。标准不确定度分量为：

                      （C.13）

C.3.2.3 标准相对不确定度分量汇总表

流量示值误差各个输入量的标准不确定度汇总见表C.2。

表C.2 流量示值误差标准不确定度分量汇总表

C.3.2.3 合成标准不确定度的评定

由公式C.4，合成标准相对不确定度：

          （C.14）

C.4  扩展标准不确定度的评定

取包含因子k=2，对于该明渠堰槽流量计，液位示值误差扩展不确定度为：

U_l=2×u_rc(E_l)=2×0.060%=0.12%                （C.15）

流量示值误差扩展不确定度为：

U_q=2×u_rc(E_q)=2×0.584%=1.17%                （C.16）

                        ______________________________