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探讨环境参数的变化如何影响风速值检定

2020-06-11 503 上传者：管理员

摘要：文章主要研究环境参数温度和湿度在风速值检定中的影响，通过实验给出各湿度点及温度段在实验开始和结束时的环境参数差值对风速值检定结果的影响程度，并提出了减少差值的方法。

关键词：
大气探测
检定
环境参数
风速值
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仪器检定对环境条件控制严格，多数检定规程中都有明确要求，尤其是风速表检定。JJG431-2014《轻便三杯风向风速表》[1]中规定温度15～30℃，相对湿度不大于85%。JJG613-1989《电接风向风速仪》[2]和JJG515-1987《轻便磁感风向风速表》[3]中规定温度15～30℃等。测量环境参数的仪表也都有严格规定，如JJG431-2014中明确气压计准确度等级为0.2级及以上，温度计最大允许误差±0.5℃，湿度计最大允许误差±8%RH。吉林省气象部门使用回路风洞、皮托管、数字压力计为标准器的检定设备，完成0～30m的风速检定，检定时长约为23min。陈权等[4]的研究认为，湿度越大对测量结果的影响越大；朱旭敏等[5]分析了影响风洞流场特性的因素。文章通过实验给出各湿度点及温度段环境参数差值，并提出减少差值的方法。

1、测量原理

根据风速表检定规程中室内温度、大气压力及相对湿度的值，用式（1）计算风速值的空气密度修正系数Kρ：

式中：t—室内空气温度（℃）；

P—大气压力（hPa);

u—室内空气的相对湿度（%RH);

eω—空气温度为t℃时的饱和水汽压（hPa）。

总修正系数K:

式中：rt—微压计工作液体的密度修正系数；

ξ—皮托管系数；

K0—微压计系数（采用二等补偿式微压计时，K0=1)

实测风速υ

式中：υ1—风速示值。

从公式（1）中判断温度、湿度和气压3大参数直接决定了Kρ值，Kρ值影响了总修正系数和实测风速，所以环境参数对标准风速值影响巨大，通过以下实验证明对环境条件控制的必要性。

2、湿度对风速测量影响分析

吉林省空气湿度主要集中在10%RH～60%RH。通过恒温恒湿机调节室内温度至20℃，设定6个湿度点：10%RH、20%RH、30%RH、40%RH、50%RH、60%RH，保持实验室在各湿度点3h以上，待环境稳定后关闭恒湿机。温度条件保持不变，对DEM6型轻便三杯风向风速表在各湿度点做8次全程检定，初始湿度与结束湿度差值平均值如表1所示，差值曲线图如图1所示。

表1湿度点与差值表单位：%RH

图1初始湿度与结束湿度差值曲线图

利用公式（1）假设温度20℃，大气压力980hPa，此时饱和水汽压23.3hPa，带入公式，得到相对湿度值10%RH～60%RH与空气密度修正系数的关系曲线图，如图2所示。

通过以上图表可以看出，环境湿度为60%RH时风速全程检定时初始和结束湿度差值最大；随着相对湿度值的增大，空气密度修正系数成幂数增长。相对湿度60%RH对Kρ影响达到1.51，这种影响在式（2）、式（3）中是巨大的，所以必须逐点实时采集湿度值并取短时平均抵消环境参数的影响。

图2相对湿度值10%RH～60%RH与空气密度修正系数的关系曲线图

3、温度对风速值影响分析

环境参数温度分析与湿度对风速测量影响的分析类似。选取2018年风速检定原始记录，分3段：15～20℃、20～25℃及25℃以上。每段取20个数据做分析，得到每段检定开始和结束时温度差值，各段平均差值如表2所示，初始温度与结束温度差值曲线图如图3所示。

表2温度范围与差值单位：℃

图3初始温度与结束温度差值曲线图

差值较大区域主要集中在低温段15～20℃，检定开始和结束时温度差值约达到2.91℃，根据风速计算公式和温度与风速值误差传递系数公式[6]，在最高检定点30m/s，设T=20℃，当温度误差ΔT=2.91℃时，Δv=0.15m/s。JJG431-2014中30m/s最大允许误差1.1m/s，此温度误差引入的风速误差占最大允许误差的13.6%。温度升高对风速值检定的影响不容忽视，建立恒温实验室是必要的[7]。

4、结束语

环境参数在风速值检定中的影响大小，如何有效控制并避免环境条件变化影响风速值检定是检定人员必须要解决的问题。随着检定环境的改善，恒温恒湿实验室陆续建立，外部控制环境对密封性检定设备的影响，值得进一步探讨。

参考文献：

[1]JJG431-2014轻便三杯风向风速表[S].

[2]JJG613-1989电接风向风速仪[S].

[3]JJG515-1987轻便磁感风向风速表[S].

[4]陈权,张于,卢从俊.空气湿度对矿用低速风洞的风速表检定结果影响[J].上海计量测试,2013,(3):21-23,26.

[5]朱旭敏,沙奕卓,卢会国.省级检定业务风洞流场特性研究[J].气象水文海洋仪器,2013,30(4):13-16.

[6]佟晓辉,王建民,刘长空,等.环境条件对直流风洞风速测量结果的影响[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2014,15(5):494-498.

[7]王明明,王建森,黄鹏良.超声波风速仪示值测量不确定度评定[J].气象水文海洋仪器,2019,36(1):1-3.

魏运芳,麻锴,白景刚,张艳云.环境参数变化对风速值检定的影响[J].气象水文海洋仪器,2020,37(01):21-23.