小型风速发生装置在风速现场校准量值溯源中的应用与研究

彭劲，蔡晓坤，郑瑞山，周李渊

（威凯检测技术有限公司，广州 510663）

引言

热式风速传感器广泛存在于各大型家电企业的智能家居制冷产品线与型式实验室，用于空调产品的生产中检测、出厂检测中相关风速参数的测量[8]。采集到的风速数据作为制冷量的重要计算指标之一，可以用于计算确认空气在通风系统中按照设计要求进行分配与输送，保证制冷量满足设计要求。

为了保证风速参数测量的准确可靠，需要定期对现场的热式风速传感器进行校准，但目前针对热式风速传感器在现场校准的研究大多为气象类风速传感器[1-4]，针对热式风速传感器的现场校准研究较少。由于实验室直流式低速风洞风速校准装置无法在现场实现校准工作，现场的条件也有一定的局限性，导致整个现场校准过程获得的数据不能真实的反映热式风速传感器的测量能力，同时也不能将校准数据向直流式低速风洞风速校准装置上进行数据的溯源，中国计量科学研究院建立了微风速标准装置，主要研究了（0.1~1）m/s 的风速段的热线风速仪的校准[5-6]，但这个范围的风速标准装置不能满足家电行业中风速校准的需求。本文通过使用小型风洞风速发生装置在现场对热式风速传感器进行校准试验，研究现场校准风速传感器的可行性。

通过实验，以E+E 的热式风速传感器（型号：EE650，量程范围：（1~20）m/s）为例，研究其校准量值溯源的有效性。首先在校准实验室直流式低速风洞风速校准装置对高精度标准热式风速仪进行校准，得出高精度标准热式风速仪的校准数据，确认设备正常，符合校准规范[7]要求。实现在校准现场使用小型风洞风速发生装置（型号：X5605，量程范围：（1~30）m/s）与高精度标准热式风速仪，在设备数据稳定的条件下，与被校热式风速传感器同轴进行同一风速工况环境的校准，形成校准数据。使得高精度标准热式风速仪标准值与现场热式风速传感器的被校值进行计算，获得有效的校准结果。

对于这种实验导致的相关校准问题，运用直流式低速风洞风速校准装置与高精度标准热式风速仪的数据传递特质与理论推演，可使用数据间接溯源，利用现场小型风洞风速发生装置，模拟（1~20）m/s 风速（最高可达30 m/s），通过高精度标准热式风速仪标准值与现场被校热式风速传感器的校准过程，使被校热式风速传感器通过高精度标准热式风速仪与试验室中的直流式低速风洞风速校准装置之间进行数据传递，有效地完成制冷生产检测线或形式实验室风速参量的数据量值溯源。

1 工作原理

实验室校准设备，由直流式低速风洞风速校准装置、高精度标准热式风速仪组成，装置可以模拟（0.1~30）m/s 风速，由于实验室对高精度标准热式风速仪的校准，形成有效的数据传递。

现场校准设备，由小型风洞风速发生装置（型号：X5605，量程范围：（1~30）m/s）、高精度标准热式风速仪、被校热式风速传感器（型号：EE650，量程范围：（1~20）m/s）组成，装置可以模拟（1~20）m/s 风速工况环境，用于现场高精度标准热式风速仪对被校热式风速传感器的校准，形成有效的数据传递。

小型风洞风速发生装置原理为：利用直流吸风式的方式产生恒定风速工况环境，通过发生装置上的控制单元调节风速强弱，实现小型风洞发生装置内形成强弱不一的流动气流，小型风洞风速发生装置如图1 所示。

图1 小型风洞风速发生装置

在小型风洞风速发生装置的夹具内插入高精度标准热式风速仪和被校热式风速传感器，通过装置上的控制单元产生强弱不同的流动气流，提供恒定的风速工况环境。通过小型风洞风速发生装置显示数据确认校准点风速稳定，记录高精度标准热式风速仪与被校热式风速传感器的示值，以此做为量值传递的数据溯源依据。

2 测定方法

1）选取一个性能稳定的高精度标准热式风速仪，在实验室直流式低速风洞风速校准装置中进行校准[9]，校准点为：1 m/s、2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s、20 m/s 并记录校准数据，数据如表1。

表1 高精度标准热式风速仪的示值修正值

2）在校准现场，配置含：自动温湿度记录仪、大气压力计，确认现场温湿度和大气压，并记录各参量数据。校准温度范围为（15~30） ℃之间，相对湿度不大于80 %，大气压为（86~106）kPa。

3）选用合适传感器的基座，并将仪器固定在基座锁定槽中，将高精度标准热式风速仪在导向槽的前端，被校的热式风速传感器在导向槽的后端，安装位置如图2所示。

图2 安装位置

4）将高精度标准热式风速仪和被检热式风速传感器水平放进小型风洞风速发生装置，利用基座夹具使高精度标准热式风速仪和被检热式风速传感器的迎风面设置点处在导向槽中间，使设备固定在测试流场均匀区域。

5）关闭校准现场周围一切影响校准结果的出风设备。密封锁紧小型风洞风速发生装置，不得漏风，接通电源，观察高精度标准热式风速仪和传感器显示装置数值是否正常稳定，稳定至少1 min。

6）待各设备数值均已趋于稳定后，调节小型风速发生装置控制单元，起动风机，使风速从低到高缓慢增强，每到一个校准点，均需稳定1 min 后，逐一记录数据，每个校准点需记录三组数据。风速校准点与直流式低速风洞校准点一致：1 m/s、2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s、20 m/s，在校准过程中需同时记录温湿度、大气压力数据。

3 数据的向下传递

1）用校准后的高精度标准热式风速计，按校准点：1 m/s、2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s、20 m/s 的顺序对被校热式风速传感器进行现场校准，记录被校热式风速传感器的示值，得出被校传感器的示值误差。数据如表2。

表2 示值误差及重复性

2）通过JJF 1939-2021《热式风速仪校准规范》中的5.1 及5.2 要求，判断现场设备是否符合规范技术要求。

3）校准证书也应附上实验室直流式低速风洞风速校准装置的技术资料与溯源信息，作为本次校准数据溯源的依据。

4 结论

通过本文介绍的方式，使用实验室直流式低速风洞风速校准装置和高精度热式风速计的校准数据，确保高精度热式风速计的数据符合校准要求，在利用高精度热式风速计和小型风洞风速发生装置，校准客户现场的热式风速传感器，达到标准器数据的溯源。从而也达到三级现场器具向二级计量标准的数据传递，达到校准数据一致性的目的。