CN105954543B - 一种流速仪高速直线公式积分检定法及其检定设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种流速仪高速直线公式积分检定法及其检定设备，具体为：清洗球轴承；检测球轴承平均摩阻力矩M；检测旋桨流速仪起转速V0和仪器旋转支承内摩阻力矩M，确认达标；将被检3架流速仪分别固定安装在测杆下端、分别放进检定水槽水中；调准流速仪轴向；平静槽中水体；启动电机，检定车从最低速度运行，缓慢增速，检测仪器输出信号及数据；按GB/T21699《直线明槽中转子式流速仪的检定方法》用最小二乘法计算检定公式a、b值，及中高速全线平均均方差σ。本发明大幅度简化了现有技术中检测方法的程序与步骤，可确保流速仪检定成果精度，同时提高生产效率，改善工作条件，简化管理规程，节约人力、物力，降低生产运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种在江河水文测验领域用以测量水流速度的转子式流速仪的高速直线公式性能检定方法及其检定设备。
背景技术
流速仪是江河水文测验领域中测量水流速度的常规仪器，广泛用于国家水资源开发利用、水文基本要素测验、国际河流的水量监测、供排水计量等技术领域。近年来水资源管理工作日益加强，计量工作显得更为重要，要求流速仪检定单位能够出具具有法律效力的检定数据报告，即流速仪检定水槽通过国家计量认证，其检定成果与工业仪表一样具有国家法定计量精度。
目前流速仪检定存在的问题
1.世界各国流速仪检定成果精度，都没有法定计量精度；表达方式各不相同，多达10多种。英国标准BS 3680《流速仪》，国际标准ISO 2537《旋杯式和旋桨流速仪》等，检定成果精度都用置信度95％表示；
2.我国GB/T 11826《转子式流速仪》检定精度：检定公式全线相对均方差小于1.8％；
3.系统误差，大量检定成果分析表明，流速仪检定性质并非完全是随机测量，可能存在一定系统误差。用置信度表示是正确的。我国检定成果精度既无系统误差指标，实际当中又难发现，而用均方差表示则优；
4.我国流速仪检定规范数据处理设计理论为，随机误差，认为增大测点容量，检定中正、负误差可互消。实验表明，当检定仪器数量多时，测点数目多，检定速度高，水体波动大，可引起检定成果系统误差；
检定测点数目，按上限5m/s设计：ISO 3455为12～16点。GB/T 21699《直线明槽中转子式流速仪的检定/校准方法》，低，中、高速分别不少5点和16点，共21点；
检定距离，低速为10～30m，中速为30～50m，高速为50～100m；
5.判断检定成果合格标准，按产品技术指标限：根据数理统计理论分析，由于存在系统误差，存在三类误检；
6.防浪措施，由于检定成果存在系统误差，把水体波动导致检定成果真实的误差掩盖了，所以早期积极的防浪措都折除了；
7.检定工艺：以检定车速度VT作为标准速度输入量V，连续加速，往返行车、逐级采样方式，不设静水时间。检定一架仪器从低速0.13m/s到5m/s共16个速度级。检定车需要往返运行7趟，频繁地扰动水体。返车增速检定时，刚被仪器自身激其的速度增量+△V直接作用在其上，多次激起的速度增量±△V也经槽壁反射作用到仪器上，所以作用在仪器、上的标准速度输入量应为，V＝VT±△V；
8.检定时间长，由于检定测点多，检定行车距离长，检定时间长；
9.劳动强度，当检定仪器数量多，任务急时都要延长时间进行检定；
10.检定工况，没有明确的技术指标和检测手段，静水时间短，检定中水体波动大，不符合流速仪检定理论基础：静水，即层流，影响流速仪检定成果；
11.流速仪安装角度，按检定规范要求：在往返行车检定中，旋桨式流速仪轴向与水槽中心轴向偏角均应小于2.5°，因定向结构采用目测，误差较大，特别是返车检定；
12.生产效率低。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，总结我国多年来检定工艺存在的问题，本发明提供了一种流速仪高速直线公式积分检定法及其检定设备。本发明大幅度简化了现有技术中检测方法的程序与步骤，可确保流速仪检定成果精度，同时提高生产效率，改善工作条件，简化管理规程，节约人力、物力、时间、电力，降低生产运行成本。具体说，本发明要解决的问题有：
1.提高流速仪大批量生产检定精度，为流速仪检定单位能够出具具有法律效力的检定数据报告，即检定水槽通过国家计量认证，具有国有法定计量精度，提供可靠的参考成果。
2.使检定工艺符合流速仪检定理论和仪表检定原则，以获得稳定、可靠的检定精度。
3.在检定中尽可能减少水体波动，以改善流态，减小水面波动，使检定水体工况稳定。
4.仪器信号传输电线，不仅扰动水体，引起水体波动，在检定中还常常在水流冲击下，发生信号故障，影响检定工作。
5.在减小水阻和水体波动的同时避免高速检定中测杆受力产生偏斜，保证稳定性。
6.减少流速仪形体阻力。
7.减少流速仪的偏向。
8.由于各槽槽体大小不同，现规范没有明确的静水时间技术指标和监测手段。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种流速仪高速直线公式积分检定法，其特征在于包括以下步骤：
S1.用球轴承半自动清洗设备清洗球轴承；
S2.用球轴承力矩仪检测球轴承平均摩阻力矩M；
S3.用旋桨流速仪起转速检测设备检测旋桨流速仪起转速V0和仪器旋转支承内摩阻力矩M，确认达标；
S4.将被检3架流速仪分别固定安装在测杆下端；
S5.将3架流速仪轻轻地分别放进检定水槽水中，把测杆固定在检定车上；
S6.调准流速仪轴向并将仪器固紧，使流速仪与水槽中心轴的偏角小于2°；
S7.使水槽中水体静止；
S8.检定方式为3架仪器并排安装检定，每一速度级检定距离为5～10m，共6～12级，每级20～50转：启动电机，检定车从最低速度缓慢加速，按标准修订值低速直线公式要求检定和数据处理；检定车缓慢加速运行，按中高速直线公式检定速度级Vi运行，每个速度级包括加速段、稳定段、工作段；检测各段实际距离Li及其时间Ti，以及流速仪转数ni；检定车一次行车检定完全部测点；
其中，标准修订值低速直线公式为：V1＝(K-0.0122)n1+(C+0.0081)；式中：V1为低速区水流速度，K为高速区旋浆水力螺距，C为仪器常数，n1为低速区旋浆转速；
中高速直线公式：V＝a+bn(1)；式中：V为水流速度，单位m/s；a为常数，单位为m/s；b为旋桨水力螺距，单位为m；n为流速仪转子转速，单位为1/s；
S9.将3架流速仪分别提离水面，以2.5m/s速度返车运行至起点，更换新仪器，再重复以上步骤；
S10.将以上的检测数据——各段实际距离Li及其时间Ti，以及流速仪转数ni输入计算机，按GB/T 21699《直线明槽中转子式流速仪的检定/校准方法》用最小二乘法计算检定公式a、b值，及中高速全线平均均方差σ；
其中，检定公式为：V＝a+bn(1)；
最小二乘法计算a、b值的计算公式：
流速仪检定公式(1)的线性度均方差σ计算公式为：
式中：σ为均方差，单位为％；VS为拟合速度，单位为m/s；Vt为检定车速度，单位为m/s；N为测点数目。
优选的，S4中，用于安装流速仪的所述测杆底部圆柱上设有定位孔，安装固定流速仪的尾柱固定螺钉前端带有与测杆定位孔精密配合的定位销；定位销后端设为流线型尾锥。
优选的，S6中，流速仪的轴向通过激光束定向器定向，激光束方向与检定槽中轴向一致。
优选的，S7中静水时间为45min。
优选的，所述测杆的入水深度为0.3m，测杆截面设为流线型。
优选的，S8中，检定方式为3架仪器并排安装检定，每一速度级检定距离为10m，共6～7级，每级40～50转；其中，检定车缓慢加速运行时，按中高速直线公式检定速度范围在0.13m/s～3m/s。
进一步的，S8中，检定方式为3架仪器并排安装检定，每一速度级检定距离为10m，共6级，每级40转；其中，检定车缓慢加速运行时，按中高速直线公式检定速度级Vi：0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5m/s运行，每个速度级包括：加速段L1＝1m、稳定段L2＝4m、工作段L3＝5m。
进一步的，中高速全线平均均方差σ≤1％。
优选的，安装流速仪的所述测杆采用40Cr钢。
本发明还提供了一种应用于上述流速仪高速直线公式积分检定法的流速仪检定安装设备，检定车上安装有信号检测系统、信号传输电缆、用于固定流速仪的测杆，且测杆通过测杆上支承架、测杆支承架、测杆下支承架固定在检定车上；所述测杆底部圆柱上设有定位孔，安装固定流速仪的尾柱固定螺钉前端带有用于与定位孔精密配合的定位销，定位销后端设为流线型尾锥；所述测杆外部安装有流线型整流外套；所述信号传输电缆布设于流线型整流外套内，电缆向上沿着测杆进入信号检测系统；在检定车下侧的水面上方设有经过精确校准的激光束定位器。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明与传统检定方法比较，首先是精、简化检定程序和检定测点数目，检定车在槽中静水工况下，只要一趟行车检定，便可得到全部检定成果，静水工况好，标准输入量准确，符合流速仪槽检理论和仪表静态检定原则，能够克服目前流速仪检定成果可能存在的系统误差，系统误差既无标准，又难发现，而用均方差表示则优。
从运营管理角度来看，本发明具有检定程序简化，测点少，减少检定工作量，提高工作效率，减轻劳动强度，缩短检定时间，节约用电，降低检定运营成本的优势。
2)、本发明中安装流速仪的测杆采用40Cr钢，结构强度、刚度好；同时减少仪器安装入水深度，以增加高速检定的稳定性；测杆截面采用流线型，流速仪尾部增加流线型尾锥，以减少涡流的影响；调准流速仪轴向，由经验目测改用激光定向。上述措施均有利于确保流速仪检定成果精度及其稳定性。并且，将流速仪输出信号电缆改用内藏式，可减少水流阻力，同时也可避免输出信号故障。
3)综上所述，本发明流速仪积分检定法与常规流速仪检定法比较，具有检定成果精度高、稳定、可靠等特点，在大批生产检定中更有显著的效果，具体如表1所示，由表1可知，本发明具有良好的技术、经济和社会效益。
表1.本发明与现有技术相比较的有益效果
附图说明
图1为本发明检定设备的结构简示图。
图2为本发明流速仪与测杆下端安装结构示意图。
图3为本发明测杆入水部分断面放大结构示意图。
图中标注符号的含义如下：
1-检定车 2-信号检测系统 3-测杆上支承架
4-信号传输电缆 5-测杆支承架 6-测杆
7-测杆下支承架 8-激光定向光束 9-流速仪
10-定位销 11-螺钉 12-整流外套
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
为确保检定精度，本发明利用了本所前期申请的若干专利：
a)球轴承半自化清洗设备选自ZL200720040307.X；DM05型轴承力矩仪选自ZL200720040306.5；旋桨流速仪起转速检测设备选自ZL02263174.7；以及通过ZL200810023206.0中旋桨流速仪标准修订值低速直线公式的设计方法确定流速仪低速性能。
b)旋桨，通过ZL02137974.2中确定旋桨流速仪桨叶水力螺距b值方法及其设备，用旋桨螺旋角测量仪测量旋桨螺旋角A，可计算检定公式b值，有助于剔除不合格的旋桨制品，以及生产检定中误检。
c)通过ZL03113096.8中流速仪检定方法及其检定安装设备，优化速度V检定法，有助于防止大批生产检定中和水文测验中简单地判断检定公式的正确性。
d)通过ZL201110061789.8中转子流速仪的检定方法，有助于确定检定公式主参数b值的正确性。
总结我国50多年来，流速仪检定实践经验和存在的问题，基于目前流速仪及其检定设备都具有很高的制造精度和稳定性，借助上述流速仪性能检定、仪器结构、检测手段专利，有助于完成本发明任务。
1.本发明流速仪检定安装设备
如图1所示，为本发明流速仪检定安装设备，检定车1上安装有信号检测系统2、信号传输电缆4、用于固定流速仪9的测杆6，且测杆6通过测杆上支承架3、测杆支承架5、测杆下支承架7固定在检定车1上。如图2所示，为流速仪与测杆下端的安装图，用于安装流速仪的测杆6底部圆柱上设有定位孔，安装固定流速仪的尾柱固定螺钉11带有与测杆定位孔精密配合的定位销10，既简单又准确，并且定位销10的后端为流线型锥体，从而避免现在的垂直截面产生涡流。如图3所示，为测杆入水部分断面放大图，现为椭圆形，水阻力较大，特别是高速检定时可产生涡流，本发明在测杆椭圆形截面外部安装流线型整流外套12，改善水流结构，从而避免涡流的产生，使检定中水体保持平稳。图3还表示流线型外套内布设有信号传输电缆4，从而避免检定中电缆水阻力大，引起波浪，同时也可避免在高速检定时电缆被冲断，影响信号正常工作；电缆向上沿着测杆6进入信号检测系统2，达到信号传输安全、可靠的目的，同时不扰动水体，使流速仪检定中水体保持平稳状态。
现技术使用的测杆6细而长，刚度差，在高速检定时测杆会产生偏斜，直接影响检定成果。为此测杆入水深度，由GB/T21699规定的0.6m～0.8m，参照ISO 3455规定的两倍旋桨直径，即2×ф12.5cm，即25cm，以及瑞士标准：30cm，采用后者。这样将大大地减小水流阻力，避免扰动水体引起波浪，同时增加测杆刚度，使得高速检定中流速仪的稳定性。
流速仪在检定车上安装定向，按GB/T21699规定：流速仪轴向与轨道平行度小于2.5度。本发明在检定车下部近水面上方，设有经过精确校准的激光束定位器8，安装时以此作为参照，可快速、精确定向。
2.本发明流速仪水槽积分检定法
完成本发明分三个阶段：a)第一阶段，用3架传统的标准流速仪、检定设备，优化流速仪检定程序验证；b)第二阶段，用3架新标准流速仪、新安装设备，优化流速仪检定程序，用现有检定设备检定验证；c)第三阶段，总结上段段经验，用50架新仪器批量检定验证。
第一阶段－积分检定法初步验证检定实验
按目前流速仪检定槽现有检定设备和常规安装方法：测杆断面、仪器入水深和静水时间等，只是按照变化中高速直线公式检定规程，进行初步验证实验。
(1)现检定规程，以检定车速度VT作为标准输入量V，连续加速，往返行车、逐级采样方式，不设静水时间。检定一架仪器从低速0.13m/s到5m/s共16个速度级。检定车往返运行共7趟。
1)检定工艺流程
以HB流速仪检定槽检定A型旋桨流速仪的检定规程为例：检定速度、距离、时间配置如表4所示。
表4.HB流速仪检定槽检定A型旋桨流速仪工艺流程分析表
| 检定速度段 段 | 低速段 | 中速段 | 高速段 | 总和 |
| 检定速度范围V m/s | 0.05～0.13 | 0.15～1.20 | 1.40～3.20 | |
| 检定测点数 点/架 | 5 | 8 | 5 | 18 |
| 每测点信号数 个 | 2 | 2 | 2 | 6 |
| 每测点行车距离 m | 10.07～10.76 | 10.04～10.68 | 10.05～10.09 | 30.16～31.53 |
| 行车方式 测点/趟 | 5测点/1趟 | 8测点/往返2趟 | 5测点/往返5趟 | |
| 检定仪器架数 架 | 3 | 1 | 1 | 1.333 |
| 检定时间 min/架 | 11.79/3＝3.93 | 4.57 | 0.41 | 8.91 |
| 检定时间百分比 ％/架 | 70.33/3＝23.44 | 27.24 | 2.43 | 53.11 |
2)检定速度级
中、高速段共有7趟往返检定，频繁而高强度地搅动水体，导致槽中静水形成大的波动，为急于完成生产任务，静水时间不可能充分，检定规程也没有严格的静水时间和水体波动的技术指标，并缺少应有的检测手段，这些都是引起系统误差的隐患。HB流速仪槽检定A型旋桨流速仪工艺流程、各速度级加速时间参数和积分法检定工艺检定速度级加速时间运行参数分析如表4、5、6所示。
表5.HB流速仪检定槽检定A型旋桨流速仪各速度级加速时间参数分析表
| 速度V m/s | 0.13 | 0.16 | 0.18 | 0.20 | 0.30 | 0.50 | 0.70 | 1.00 | 1.20 | 1.50 | 1.70 | 2.20 | 2.70 | 3.20 |
| 速度差△V m/s | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.10 | 0.20 | 0.30 | 0.30 | 0.20 | 0.30 | 0.20 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | |
| 加速时间dT s | 12.6 | 7.42 | 6.15 | 27.4 | 16.3 | 6.4 | 4.14 | 2.26 | 1.52 | 1.02 | 1.42 | 0.86 | 0.59 | |
| 距离增量△L m | 10.9 | 10.7 | 10.7 | 10.7 | 10.4 | 10.4 | 10.3 | 10.2 | 10.2 | 10.2 | 10.1 | 10.2 | 10.1 |
3)积分检定工艺流程
从低速0.13m/s到3m/s共12个速度级，在槽中静水工况下，检定车运行一趟便全部完成检定工作。
速度为0.13～1.50m/s时，检定车加速段距离为1m，过渡到稳定段距为1m，工作段距离为3m。速度为1.75～3.0m/s时，检定车加速段距离为1m，过渡到稳定段距为4m，工作段距离为5m，如表6所示。根据检定成果分析，可根据实际情况，可降低高速段，并减少测点数，增加静水时间，将更有利益于检定槽中水体的平静，进一步提高检定成果精度。
表6.流速仪积分法检定工艺检定速度级加速时间运行参数分析表
| 速度级V m/s | 0.13 | 0.25 | 0.50 | 0.75 | 1.00 | 1.25 | 1.50 | 1.75 | 2.00 | 2.30 | 2.60 | 3.00 | 共计 |
| 速度增量△V m/s | 0.12 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.30 | 0.30 | 0.40 | ||
| 运行距离L m | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 85 |
| 运行时间T s | 38.46 | 20.00 | 10.00 | 6.67 | 5.00 | 4.00 | 3.33 | 5.92 | 5.00 | 4.36 | 3.85 | 3.33 | 106.07 |
| 加速时间dT s | 18.46 | 10.00 | 3.33 | 1.67 | 1.00 | 0.67 | 2.59 | 0.92 | 0.64 | 0.51 | 0.52 |
4)A型标准仪器
A型标准仪器是1973年由具有行业主管部门授权的专业检测机构提供的，检定成果如表7所示。A型为传统仪器，信号输出为20:1齿轮减速传动机构，信号输出结构为电刷式，信号毛刺多，质量较差。第一阶段仅考核积分检定工艺，分为8个步骤。
表7.HB流速仪检定槽标准仪器检定成果表
第一步单架仪器积分检定
2014年5月9日，检定速度V＝0.13～3.0m/s，流速仪信号数为20转，每架仪器检定12个测点。
№01流速仪
静水时间45min，10：10～15检定，成果：a＝0.0027m/s，b＝0.2516m，均方差σ＝±1.20％。b值与标准b0＝0.2534m偏差：db0＝－0.71％。与标准公式最小值b0min＝0.2531m偏差：dbmin＝－0.59％。见表8。
表8.第一步：№01流速仪单架12点积分检定成果表
注①误检
注：①表明水槽中水体尚未完全平静。受水体波动影响大，按标准规定计算时可剔除，下同。
№02流速仪
静水时间45min，11：00～18检定。检定成果：a＝0.0111m/s，b＝0.2536m，均方差σ＝±1.26％。b值与标准b0＝0.2528m偏差：db0＝0.32％。与标准公式最大值b0max＝0.2528m偏差：db0＝0.20％。见表9。
表9.第一步：№02流速仪单架12点积分检定成果表
№03流速仪
在以上两架仪器检定后，午休时间静水2h，检定时间为：14：20～34，历时为14min。检定成果：a＝0.0100m/s，b＝0.2550m，均方差σ＝±0.97％。检定公式b值与标准b0＝0.2522m偏差：db0＝1.10％。与标准公式最大值b0max＝0.2524m偏差：dbmax＝1.03％。见表10。
表10.第一步：№03流速仪单架11点积分检定成果表
第二步单架仪器积分检定
2014年7月31日，检测流速仪信号数为20转，共10个测点。检定水温：24.5℃。
№01流速仪
16：40～50检定，成果：a＝0.0021m/s，b＝0.2511m，均方差σ＝±1.42％。检定成果b值与标准公式b0＝0.2534m偏差：db0＝－0.91％。与标准公式最小值b0min＝0.2531m偏差：dbmin＝－0.79％。见表11。
表11.第二步：№01流速仪单架10点积分检定成果表
№02流速仪
检定时间16：00～10，检定成果：a＝0.0056m/s，b＝0.2544m，均方差σ＝±1.41％。b值与标准公式b0＝0.2528m偏差：db0＝0.63％。与标准公式最大值b0max＝0.2531m偏差：dbmax＝0.51％。水温：24.5℃。见表12。
表12.第二步：№02流速仪单架10点积分检定成果表
№03流速仪
检定时间，17：25～45，检定成果：a＝0.0104m/s，b＝0.2529m，均方差σ＝±0.51％。b值与标准公式b0＝0.2522m偏差：db0＝0.28％。与标准公式最小值b0min＝0.2524m偏差：dbmin＝0.20％。见表13。
表13.第二步：№03流速仪单架10点积分检定成果表
第三步3架仪器并排安装积分检定
3架仪器间距1m并排安装，一次行车积分检定，共12个测点，检定时间为，8:50～9:20，计30min。
№01流速仪
检定成果：a＝0.0032m/s，b＝0.2556m，均方差σ＝±1.37％。b值与标准值b0＝0.2534m偏差：db0＝0.87％。与标准公式最大值b0max＝0.2536m偏差：dbmax＝0.79％。见表14。
表14.第三步：№01流速仪3架12点积分检定成果表
№02流速仪
检定成果：a＝0.0049m/s，b＝0.2546m/s，均方差σ＝±1.78％。b值与标准值b0＝0.2528m偏差：db0＝0.71％。与标准公式最大值b0max＝0.2531m偏差：dbmax＝0.59％。见表15。
表15.第三步：№02流速仪3架12点积分检定成果表
№03流速仪
检定成果：a＝0.013m/s，b＝0.2546m/s，均方差σ＝±1.21％。b值与标准值b0＝0.2522m偏差：db0＝0.83％。与标准公式最大值b0max＝0.2524m偏差：dbmax＝0.75％。检定成果如表16所示。
表16.第三步：№03流速仪3架12点积分检定成果表
第四步3架仪器并排安装积分检定
3架仪器间距1m并排安装，一次行车积分检定，共10个测点，每点20转，检定时间为，15:06～20，计14min。水温：24.5℃。
№01流速仪
检定成果：a＝0.0062m/s，b＝0.2558m，均方差σ＝±1.06％。b值与标准值b0＝0.2534m偏差：db0＝0.95％。与标准公式最大值b0max＝0.2536m偏差：dbmax＝0.87％。见表17。
表17.第四步：№01流速仪3架10点积分检定成果表
№02流速仪
检定成果：a＝0.0034m/s，b＝0.2565m，均方差σ＝±1.18％。b值与标准值b0＝0.2528m偏差：db0＝1.38％。与标准公式最大值b0max＝0.2531m偏差：dbmax＝1.26％。见表18。
表 表18.第四步：№02流速仪3架10点积分检定成果表
№03流速仪
检定成果：a＝0.0130m/s，b＝0.2546m，均方差σ＝±1.21％。b值与标准值b0＝0.2522m偏差：db0＝0.95％。与标准公式最大值b0max＝0.2524m偏差：dbmax＝0.87％。见表19。
表 表19.第四阶段：№03流速仪3架10点积分检定成果表
第五步3架仪器并排安装积分检定
3架仪器间距1m并排安装，一次行车积分检定共10个测点，检定时间为，2014年9月22日9:14～30，历时16min。水温：23.8℃。
№01流速仪
检定成果：a＝0.0084m/s，b＝0.2508m，均方差σ＝±1.04％。b值与标准值b0＝0.2534m偏差：db0＝－1.03％。与标准公式最小值b0min＝0.2531m偏差：dbmin＝－0.91％。见表20。
表20.第五步：№01流速仪3架10点积分检定成果表
№02流速仪
检定成果：a＝0.0125m/s，b＝0.2530m，均方差σ＝±0.76％。b值与标准值b0＝0.2528m偏差：db0＝0.08％。与标准公式最小值b0min＝0.2531m偏差：dbmin＝－0.04％。见表21。
表21.第五步：№02流速仪3架10点积分检定成果表
03流速仪
检定成果：a＝0.0083m/s，b＝0.2541m，均方差σ＝±1.04％。b值与标准值b0＝0.2522m偏差：db0＝0.75％。与标准公式最大值b0max＝0.2524m偏差：dbmax＝0.67％。见表22。
表22.第五步：№03流速仪3架10点积分检定成果表
第六步3架仪器并排安装积分检定
总结以上1～6步的检定成果：检定测点数目10个优于12个；3架仪器并排检定优于一架仪器单独检定。即测点数目多和一架仪器单独检定并不能提高检定精度。本步采用3架仪器并排安装检定，检测流速仪信号数为40转，一次行车积分检定共7个测点，检定时间为，2014年9月22日9:14～30，历时16min。水温：20.2℃。
№01流速仪
检定成果：a＝0.0081m/s，b＝0.2529m，均方差σ＝±0.50％。b值与标准值b0＝0.2534m偏差：db0＝－0.20％。与标准公式最小值b0min＝0.2531m偏差：dbmin＝－0.08％。见表23。
表23第六步：№01流速仪3架7点积分检定成果表
№02流速仪
检定成果：a＝0.0058m/s，b＝0.2547m，均方差σ＝±0.60％。b值与标准值b0＝0.2528m偏差：db0＝0.75％。与标准公式最大值b0min＝0.2531m偏差：dbmin＝0.63％。见表24。
表24第六步：№02流速仪3架7点积分检定成果表
№03流速仪
检定成果：a＝0.0074m/s，b＝0.2537m，均方差σ＝±0.44％。b值与标准值b0＝0.2522m偏差：db0＝0.59％。与标准公式最大值b0max＝0.2524m偏差：dbmax＝0.52％。见表25。
表25第六步：№03流速仪3架7点积分检定成果表
第七步3架仪器并排安装积分检定
3架仪器间距1m并排安装，一次行车积分检定共6个测点，检定时间为，2014年9月24日10:47～11：25，历时38min。静水时间22min。水温：20.2℃。
№01流速仪
检定成果：a＝0.0086m/s，b＝0.2524m，均方差σ＝±0.47％。b值与标准值b0＝0.2534m偏差：db0＝－0.39％。与标准公式最小值b0min＝0.2531m偏差：dbmin＝－0.28％。见表26。
表26第七步：№01流速仪3架6点积分检定成果表
№02流速仪
检定成果：a＝0.0093m/s，b＝0.2530m，均方差σ＝±0.33％。b值与标准值b0＝0.2528m偏差：db0＝0.08％。与标准公式最大值b0min＝0.2531m偏差：dbmin＝－0.04％。见表27。
表27第七步：№02流速仪3架6点积分检定成果表
№03旋桨流速仪
检定成果：a＝0.0075m/s，b＝0.2527m，均方差σ＝±0.74％。b值与标准值b0＝0.2522m偏差：db0＝0.20％。与标准公式最大值b0min＝0.2524m偏差：dbmin＝0.12％。见表28。
表28第七步：№03流速仪3架6点积分检定成果表
第八步3架仪器并排安装积分检定
3架仪器间距1m并排安装，一次行车积分检定共7个测点，检定时间为，2014年9月25日9:49～10：15，历时26min。静水时间26min。
№01流速仪
检定成果：a＝0.0093m/s，b＝0.2526m，均方差σ＝±0.62。b值与标准值b0＝0.2534m偏差：db0＝－0.32％。与标准公式最小值b0min＝0.2536m偏差：dbmin＝－0.20％。见表29。
表29第八步：№01流速仪3架7点积分检定成果表
№02流速仪
检定成果：a＝0.0083m/s，b＝0.2524m，均方差σ＝±0.63％。b值与标准值b0＝0.2528m偏差：db0＝－0.16％。与标准公式最小值b0min＝0.2524m偏差：dbmin＝0.00％。见表30。
表30第八步：№02流速仪3架7点积分检定成果表
№03流速仪
检定成果：a＝0.0082m/s，b＝0.2538m，均方差σ＝±0.83％。b值与标准值b0＝0.2522m偏差：db0＝0.63％。与标准公式最大值b0min＝0.2524m偏差：dbmin＝0.55％。见表31。
表31第八步：№03流速仪3架7点积分检定成果表
流速仪积分检定成果分析
1)检定公式主参数b
按GB/T 11826《转子式流速仪》，检定公式系数b，均方差为σ≤±1.5％。
表32是用3架标准仪器，用常规检定设备检定、检测和数据处理的初步检定成果。不同的是：检定车是在较好的静水条件下，单趟一次行车检定，回车把仪器提出水面，静水时间较长，检定中静水工况较好，检定成果相对较好，见表32。
表32检定公式b值与标准公式b0值偏差及检定公式均方差统计表
小结：
1.检定工况，一趟行车检定基本上可较好地符合流速仪静水检定理论和仪表静态检定工况。
2.检定成果，3架标准仪器共检定24架次，与标准仪器偏差：相对误差总平均E＝0.62％，变幅为0.08～1.46％；均方差总平均σ＝0.92％，变幅为0.33～1.41％；可确保检定成果精度。
3.系统误差，未发现检定成果与标准值偏差大，而均方差小的异常情况，即无系统误差。
4.成果排名，以3架仪器并排检定，6个测点，每点运行距离10m，信号数为40转为佳。
5.经济效益，可节约2/3时间，以及人力、物力。
6.标准仪器，超限37年，发信结构为电刷式，毛刺多，质量差，影响检定成果。
7.静水时间，静水时间45min。
针对以上检定过程，本发明还进行了改进，检定速度范围0.2～2.5m/s，共6个速度级，每级检定距离8m，共40～50信号。换用新标准仪器，发信结构为磁敏干簧管，信号质量好。检定方案：3架仪器并排安装检定，接点信号改用新仪器。试验结果如下：
1.检定工况，一趟行车检定基本上可较好地符合流速仪静水检定理论和仪表静态检定工况。
2.检定成果，3架标准仪器共检定24架次，与标准仪器偏差：相对误差总平均，E＝0.62％，变幅为，0.08～1.46％；均方差总平均，σ＝0.92％，变幅为，0.33～1.41％。可确保检定成果精度。
3.系统误差，未发现检定成果与标准值偏差大，而均方差小的异常情况，即无系统误差。
2)检定公式常数a
按GB/T 11826《转子式流速仪》，检定公式标准常数：a＝0.0070±0.0030m/s，即0.004～0.010m/s。误差限：E＝±43％。
表33检定公式常数a值与标准a0值偏差统计表
小结：
1)步骤1～5：检定距离为5m，检定公式常数a值与标准a0值误差限：E＝±43％大5％～42.7％的仪器共9架，占总数60％。分析其原因是，A型仪器的信号结构为电刷式，毛刺多而大，而检定距离短，产生较大的误差。
2)步骤6～8：检定距离为10m，检定成果常数a值全部达标，变幅为0.0058～0.0093m/s，平均为0.0081m/s。与标准a0值偏差为-17.1～32.9％，平均为15.7％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种流速仪高速直线公式积分检定法，其特征在于包括以下步骤：
S1.用球轴承半自动清洗设备清洗球轴承；
S2.用球轴承力矩仪检测球轴承平均摩阻力矩M；
S3.用旋桨流速仪起转速检测设备检测旋桨流速仪起转速V0和仪器旋转支承内摩阻力矩M，确认达标；
S4.将被检3架流速仪分别固定安装在测杆下端；
S5.将3架流速仪轻轻地分别放进检定水槽水中，把测杆固定在检定车上；
S6.调准流速仪轴向并将仪器固紧，使流速仪与水槽中心轴的偏角小于2°；
S7.待水槽中水体平静；
S8.检定方式为3架仪器并排安装检定，每一速度级检定距离为5～10m，采用6～12级，每级20～50转：启动电机，检定车从最低速度缓慢加速，按标准修订值低速直线公式要求检定和数据处理；检定车缓慢加速运行，按中高速直线公式检定速度级Vi运行，每个速度级包括加速段、稳定段、工作段；检测各段实际距离Li及其时间Ti，以及流速仪转数ni；检定车一次行车检定完全部测点；
其中，标准修订值低速直线公式为：V1＝(K-0.0122)n1+(C+0.0081)；式中：V1为低速区水流速度，K为高速区旋浆水力螺距，C为仪器常数，n1为低速区旋浆转速；
中高速直线公式：V＝a+bn(1)；式中：V为水流速度，单位m/s；a为常数，单位为m/s；b为旋桨水力螺距，单位为m；n为流速仪转子转率，单位为s-1；
S9.将3架流速仪分别提离水面，以2.5m/s速度返车运行至起点，更换新仪器，再重复以上步骤；
S10.将以上的检测数据——各段实际距离Li及其时间Ti，以及流速仪转数ni输入计算机，按GB/T 21699《直线明槽中转子式流速仪的检定/校准方法》用最小二乘法计算检定公式a、b值，及中高速全线平均均方差σ；
其中，以中高速直线公式作为最终的检定公式为：V＝a+bn(1)；
最小二乘法计算a、b值的计算公式：
流速仪检定公式(1)的线性度均方差σ计算公式为：
式中：σ为均方差，单位为％；VS为拟合速度，单位为m/s；Vt为检定车速度，单位为m/s；N为测点数目。
2.根据权利要求1所述的一种流速仪高速直线公式积分检定法，其特征在于：S4中，用于安装流速仪的所述测杆底部圆柱上设有定位孔，安装固定流速仪的尾柱固定螺钉(11)前端带有与测杆定位孔精密配合的定位销(10)；定位销(10)后端设为流线型尾锥。
3.根据权利要求1所述的一种流速仪高速直线公式积分检定法，其特征在于：S6中，流速仪的轴向通过激光束定向器定向，激光束方向与检定槽中轴线一致。
4.根据权利要求1所述的一种流速仪高速直线公式积分检定法，其特征在于：S7中静水时间为45min。
5.根据权利要求1所述的一种流速仪高速直线公式积分检定法，其特征在于：所述测杆的入水深度为0.3m，测杆截面设为流线型。
6.根据权利要求1所述的一种流速仪高速直线公式积分检定法，其特征在于：S8中，检定方式为3架仪器并排安装检定，每一速度级检定距离为10m，采用6～7级，每级40～50转；其中，检定车缓慢加速运行时，按中高速直线公式的检定速度范围在0.13m/s～3m/s。
7.根据权利要求6所述的一种流速仪高速直线公式积分检定法，其特征在于：S8中，检定方式为3架仪器并排安装检定，每一速度级检定距离为10m，共6级，每级40转；其中，检定车缓慢加速运行时，按中高速直线公式检定速度级Vi：0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5m/s运行，每个速度级包括：加速段L1＝1m、稳定段L2＝4m、工作段L3＝5m。
8.根据权利要求6或7所述的一种流速仪高速直线公式积分检定法，其特征在于：中高速全线平均均方差σ≤1％。
9.根据权利要求1所述的一种流速仪高速直线公式积分检定法，其特征在于：安装流速仪的所述测杆采用40Cr钢。
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- 2016-06-23 CN CN201610465024.3A patent/CN105954543B/zh not_active Expired - Fee Related
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