JJF 1431-2013
基本信息
标准号： JJF 1431-2013
中文名称：风电场用磁电式风速传感器校准规范
标准类别：国家计量标准(JJ)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
JJF 1431-2013 风电场用磁电式风速传感器校准规范
JJF1431-2013
标准压缩包解压密码：www.bzxz.net
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标准内容
中华人民共和国国家计量技术规范JJF1431-2013
风电场用磁电式风速传感器
校准规范
Calibration Specification of MagnetoelectricityWindSensorforWindFarm
2013-10-25发布
2014-01-25实施
国家质量监督检验检疫总局发布JJF1431--2013bzxZ.net
风电场用磁电式风速传感器
校准规范
CalibrationSpecificationof
MagnetoelectricityWindSensorforWindFarm
归口单位：全国压力计量技术委员会主要起草单位：中国气象局气象探测中心广东省大气探测技术中心
参加起草单位：广东省气候中心本规范委托全国压力计量技术委员会负责解释JJF1431-2013
本规范主要起草人：
JJF1431-2013
沙奕卓（中国气象局气象探测中心）畅世聪（中国气象局气象探测中心）李国森（广东省大气探测技术中心）参加起草人：
宋丽莉（广东省气候中心）
陈武框（广东省大气探测技术中心）引言
1范围
2引用文件
3术语和计量单位
3.1术语·
3.2计量单位
4概述.·
5计量特性
5.1测量误差
5.2重复性
5.3回差·
5.4线性
6校准条件．.
6.1环境条件
6.2计量标准
7校准项目和校准方法.
7.1校准项目
7.2校准方法
7.3数据处理
8校结果的表达
附录A空气密度计算
JJF1431—2013
附录B风电场用磁电式风速传感器校准记录（参考格式）附录C校准证书内页参考格式
附录D风速传感器测量误差不确定度评定示例()
（2）
（3）
JJF1431-2013
本规范依据JJF1071一2010《国家计量校准规范编写规则》编写，规范中的通用计量术语符合JF1001一2011《通用计量术语及定义》，附录中给出的测量不确定度评定示例依据JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》进行。本规范计量特性中的重复性、回差和线性均引用了GB/T18459一2001《传感器主要静态性能指标计算方法》的定义，但由于风速量在实际应用中通常采用绝对，故本规范中的计量特性校准结果均给出各参数每个校准点的绝对量值。本规范中的校准范围及计量特性的参考技术指标引用了GB/T18709—2002《风电场风能资源测量方法》中的相关参数。本规范为首次发布。
1范围
JJF1431—2013
风电场用磁电式风速传感器
校准规范
本规范适用于风电场用磁电式风速传感器（以下简称风速传感器）3m/s30m/s范围的校准。
2引用文件
JF1001一2011通用计量术语及定义GB/T7665—2005传感器通用术语GB/T18459-2001传感器主要静态性能指标计算方法GB/T18709--2002风电场风能资源测量方法凡是注日期的引用文件，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（包括所有的修改单）适用于本规范。3术语和计量单位
3.1术语
3.1.1皮托管探头pitot-statichead皮托管总压孔及静压孔所在的测量端。3.1.2阻塞比blockageratio
试验段内仪器（包括安装支架）迎风面积与试验段流场均勾区横截面积之比。3.1.3流场均匀区uniformspaceofvelocity试验段内符合流速均匀性等技术指标的区域。3.2计量单位
风速传感器输出量为频率，计量单位为赫效，Hz。4概述
风电场用磁电式风速传感器主要用于风电场建设前的风能评估。风速传感器主要包括转动部分和磁电感应与信号输出部分。转动部分由一个互成120°的三叉星形支架及三个空心杯组成，支架中心设计有旋转轴及安装杆（或轴套）。磁电感应与信号输出部分主要包括线圈及永久磁铁。风杯在风力的推动下受扭力矩作用旋转，带动磁铁相对线圈转动，在线圈中感应产生出与风速呈连续函数关系的近似正弦波信号。5计量特性
测量误差
5.2重复性
5.3回差
5.4线性
JJF1431—2013
各参数的测量结果一般均不大于风速为0.5m/s对应的输出频率计算值。注：以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。校准条件
6.1环境条件
环境温度：（1530）℃
环境湿度：不大于90%RH；
环境气压：（600~1050）hPa。
6.2计量标准
6.2.1主要技术指标
计量标谁的风速范围应覆盖被校风速传感器要求的校准范围，不确定度应不大于客户要求的测量结果不确定度的1/2。6.2.2组成
计量标准包括标准器及配套设备，其主要技术指标见表1。表1标准器及配套设备
标准器
标准皮托静压管
微差压计
温度仪
湿度仪
气压计
额率计
测量范围
(3~30）m/s
<0~650)Pa
<050)℃
(10~95)%RH
<500~1050)hPa
(3~30)m/s
(0~1000）Hz
主要技术指标
取值范围（0.9981.004)，不确定度U范围(0.1%~0.5%)
最大允许误差：士（0.30.5）Pa最大允许误差：±（0.3~0.5)℃最大允许误差：主（5～10)%RH
最大允许误差：±(0.3～1.0）hPa稳定性≤0.5%/min
均匀性≤1.0%（由流场均匀性引人的不确定度分量≤0.3%）
阻塞比≤5%
最大允许误差的绝对值≤0.001Hz；Vr-的下限≤100mV，上限≥10V
1表1中E为标准皮托静压管的校准系数：U为标准皮托静压管的不确定度。2表1中的Vp-p表示交流电压的峰-峰值。7
校准项目和校准方法
校准项目
JJF1431-—2013
校准项目及对应的校准方法条款见表2。表2校准项目一览表
校准项目
外观检查
机械性能检查
测量误差
重复性
检查内容见7.2.1
检查方法见7.2.2
校准方法对应条款
传感器校准方法见7.2，测量误差数据处理见7.3.3.1数据处理见7.3.3.2
数据处理见7.3.3.3
数据处理见7.3.3.4
注：可根据实际应用需要，选择要校准的计量特性项目及循环数。7.2校准方法
7.2.1外观检查
对风速传感器的外观进行检查，记录产品名称、型号、出厂编号、量程、制造厂名、输出信号描述等。目力观测，风速传感器三个风杯及杯臂的几何形状应相同，无明显变形。
7.2.2机械性能检查
风杯旋转时应平稳，无跳动现象。风杯转轴处于水平状态时，拨动风杯至随机选择的位置，在自由状态下，风杯应能保持静止。7.2.3校准前的备工作
7.2.3.1标准器的安装
将标准皮托静压管（以下简称皮托管）牢固安装在风洞试验段流场均匀区内，皮托管的总压孔应朝向风的来向，皮托管探头与风洞轴线平行。皮托管的总压接头和静压接头分别与微差压计的测试端、参考端通过管路相连。7.2.3.2风速传感器的安装
将风速传感器牢固安装在风洞试验段中心区域皮托管后端，安装完成后风速传感器的风杯转动平面应处于水平状态。转动平面与皮托管探头之间的垂直距离应确保风杯旋转对皮托管的测量不造成扰动。风速传感器的输出端与频率计输人端相连，7.2.3.3微差压计的预热和置零
微差压计通电并预热。校准工作开始前，将微差压计置零。7.2.4风速传感器的校准
a）校准风速点参照如下风速值及顺序选择：3m/s，5m/s，10m/s，15m/s20m/s，25m/s，30m/s。也可根据用户要求选点。b）风速稳定后，同时读取微差压计和风速传感器输出值，读数应不少于三组。并读取试验段内温度、湿度及静压值。c）校准从校准范围的下端点开始，以正反两个行程为一个测试循环，风速传感器的校准一般进行两个循环，也可根据客户要求选择循环次数。3
7.3数据处理
JJF1431—2013
7.3.1标准器及风速传感器测得值的计算a）在整个校准范围内有m个校准点，并进行n次循环校准。在每个校准点正或反行程的每次读数中，微差压计所读r（r≥3）个数的算术平均值作为微差压计该次测量的测得值，计算如式（1）和式（2)：Pi
式中：
p，PDy—微差压计正、反行程第i个校准点第次测得值，Pa;P，Ppi
微差压计正、反行程第个校准点第次循环的第次读数，Pa。根据附录A中的公式（A1）计算空气密度，其中的饱和水汽压计算如公式（A.2）。将微差压计的测得值及空气密度值带人式（3），计算标准风速值。(3)
式中：
p校准时试验段内空气密度，kg/m；P—微差压计差压测得值，Pa;
专皮托管校准系数
b）在每个校准点正或反行程的每次读数中，风速传感器所读（3）个数的算术平均值为风速传感器该次测量的测得值，计算如式（4）和式（5）：fu
式中：
fu，foy
一风速传感器正、反行程第i个校准点第j次测得值，Hz；于，fDj——风速传感器正、反行程第个校谁点第次循环第次读数，Hz。7.3.2风速传感器校准曲线及工作直线的确定7.3.2.1校准曲线的确定
各校准点正、反行程标准风速测得值的算术平均值及风速传感器测得值的算术平均值计算分别如式（6）～式（9）：o
i=-l,2,..,m)
(i=l,2,,m)
(i=l,2,,m)
式中：
JJF1431—2013
(il,2,,m)
标准器正，反行程第i个校准点风速测得值的算术平均值，m/s标准器正、反行程第i个校准点第j次风速测得值，m/s；于，D风速传感器正、反行程第个校准点测得值的算术平均值，Hz。(9)
由和了（i=1，2，，m）所确定的点连成的曲线称为正行程校准曲线。由和fD（i=1，2，，m）所确定的点连成的曲线称为反行程校准曲线。各校准点标准风速测得值的算术平均值，和风速传感器测得值的算术平均值了计算如式（10）和式（11）：
(+i）
(i-1,2, ,m)
(i=1, 2,, m)
由，和所确定的点连成的曲线称为风速传感器的校准曲线。7.3.2.2工作直线的确定
本规范规定可采用端点平移线或最小二乘直线作为风速传感器的工作直线，但必须在校准证书中予以注明。
a）校准范围上下端点的计算
下端点的标准风速值为=1时式（10）的计算结果，即为0，的值，下端点的风速传感器频率值为=1时式（11）的计算结果，即为的值。上端点的标准风速值为i=m时式（10）的计算结果，即为的值，上端点的风速传感器频率值为im时式（11）的计算结果，即为于的值。b）端点平移线计算
端点连线方程可用式（12）表示：fep=fr+
（0-01)
式中：
fEp一标准风速为时通过端点连线方程计算出的风速传感器频率值，Hzu——校准范围内任意点的标准风速值，m/s。(12)
通过式（13）和式（14）计算各校准点正、反行程风速传感器测得值的算术平均值与端点连线方程的差值：
(AfLH)H-f-fEPi
(i=1,2,,m)
(i=1,2,.,m)
(AfLH)D=JD-fEP
在（AfLH）及（AfH）Dr两组数据中，分别找出最大正偏差AfL和最大负偏差AfLH，则端点平移线的截距a计算如式（15）：f[
JJF1431—2013
端点平移线的斜率b与端点连线的斜率相同，计算如式（16）：6
风速传感器工作直线采用端点法的方程如式（17）：fsE=a+bu
式中：
fsE一一端点法工作直线上标准风速为时对应的频率值，Hz。c）最小二乘直线计算
风速传感器工作直线采用最小二乘直线的方程如式（18）所示：fus=a'+b'
式中：
fis—最小二乘直线上标准风速为时对应的频率值，Hz。最小二乘直线方程中的截距a和斜率6计算如式（19）和式（20)：0
7.3.3风速传感器计量特性的数据计算7.3.3.1测量误差
（2）
若客户给出的风速传感器输出量与风速的关系式如式（21）：fo=G(u)
f。一根据式（21）计算出的风速为时的频率值，Hz。(16)
将，代入式（21），可求得f一了，在校准范围内第i个校准点的测量误差Af，用该校准点风速传感器测得值的算术平均值，与之差表示，计算如式（22）：AF.=.-了m
7.3.3.2重复性
用极差法计算第个校准点风速传感器测得值的标准偏差s，计算如式（23）：5
式中：
fima,fimn
fimux-fumlie
风速传感器第个校准点测得值中的最大、最小值，Hz；极差系数，n=2时，R，=2.06。
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风电场用磁电式风速传感器
校准规范
Calibration Specification of MagnetoelectricityWindSensorforWindFarm
2013-10-25发布
2014-01-25实施
国家质量监督检验检疫总局发布JJF1431--2013bzxZ.net
风电场用磁电式风速传感器
校准规范
CalibrationSpecificationof
MagnetoelectricityWindSensorforWindFarm
归口单位：全国压力计量技术委员会主要起草单位：中国气象局气象探测中心广东省大气探测技术中心
参加起草单位：广东省气候中心本规范委托全国压力计量技术委员会负责解释JJF1431-2013
本规范主要起草人：
JJF1431-2013
沙奕卓（中国气象局气象探测中心）畅世聪（中国气象局气象探测中心）李国森（广东省大气探测技术中心）参加起草人：
宋丽莉（广东省气候中心）
陈武框（广东省大气探测技术中心）引言
1范围
2引用文件
3术语和计量单位
3.1术语·
3.2计量单位
4概述.·
5计量特性
5.1测量误差
5.2重复性
5.3回差·
5.4线性
6校准条件．.
6.1环境条件
6.2计量标准
7校准项目和校准方法.
7.1校准项目
7.2校准方法
7.3数据处理
8校结果的表达
附录A空气密度计算
JJF1431—2013
附录B风电场用磁电式风速传感器校准记录（参考格式）附录C校准证书内页参考格式
附录D风速传感器测量误差不确定度评定示例()
（2）
（3）
JJF1431-2013
本规范依据JJF1071一2010《国家计量校准规范编写规则》编写，规范中的通用计量术语符合JF1001一2011《通用计量术语及定义》，附录中给出的测量不确定度评定示例依据JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》进行。本规范计量特性中的重复性、回差和线性均引用了GB/T18459一2001《传感器主要静态性能指标计算方法》的定义，但由于风速量在实际应用中通常采用绝对，故本规范中的计量特性校准结果均给出各参数每个校准点的绝对量值。本规范中的校准范围及计量特性的参考技术指标引用了GB/T18709—2002《风电场风能资源测量方法》中的相关参数。本规范为首次发布。
1范围
JJF1431—2013
风电场用磁电式风速传感器
校准规范
本规范适用于风电场用磁电式风速传感器（以下简称风速传感器）3m/s30m/s范围的校准。
2引用文件
JF1001一2011通用计量术语及定义GB/T7665—2005传感器通用术语GB/T18459-2001传感器主要静态性能指标计算方法GB/T18709--2002风电场风能资源测量方法凡是注日期的引用文件，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（包括所有的修改单）适用于本规范。3术语和计量单位
3.1术语
3.1.1皮托管探头pitot-statichead皮托管总压孔及静压孔所在的测量端。3.1.2阻塞比blockageratio
试验段内仪器（包括安装支架）迎风面积与试验段流场均勾区横截面积之比。3.1.3流场均匀区uniformspaceofvelocity试验段内符合流速均匀性等技术指标的区域。3.2计量单位
风速传感器输出量为频率，计量单位为赫效，Hz。4概述
风电场用磁电式风速传感器主要用于风电场建设前的风能评估。风速传感器主要包括转动部分和磁电感应与信号输出部分。转动部分由一个互成120°的三叉星形支架及三个空心杯组成，支架中心设计有旋转轴及安装杆（或轴套）。磁电感应与信号输出部分主要包括线圈及永久磁铁。风杯在风力的推动下受扭力矩作用旋转，带动磁铁相对线圈转动，在线圈中感应产生出与风速呈连续函数关系的近似正弦波信号。5计量特性
测量误差
5.2重复性
5.3回差
5.4线性
JJF1431—2013
各参数的测量结果一般均不大于风速为0.5m/s对应的输出频率计算值。注：以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。校准条件
6.1环境条件
环境温度：（1530）℃
环境湿度：不大于90%RH；
环境气压：（600~1050）hPa。
6.2计量标准
6.2.1主要技术指标
计量标谁的风速范围应覆盖被校风速传感器要求的校准范围，不确定度应不大于客户要求的测量结果不确定度的1/2。6.2.2组成
计量标准包括标准器及配套设备，其主要技术指标见表1。表1标准器及配套设备
标准器
标准皮托静压管
微差压计
温度仪
湿度仪
气压计
额率计
测量范围
(3~30）m/s
<0~650)Pa
<050)℃
(10~95)%RH
<500~1050)hPa
(3~30)m/s
(0~1000）Hz
主要技术指标
取值范围（0.9981.004)，不确定度U范围(0.1%~0.5%)
最大允许误差：士（0.30.5）Pa最大允许误差：±（0.3~0.5)℃最大允许误差：主（5～10)%RH
最大允许误差：±(0.3～1.0）hPa稳定性≤0.5%/min
均匀性≤1.0%（由流场均匀性引人的不确定度分量≤0.3%）
阻塞比≤5%
最大允许误差的绝对值≤0.001Hz；Vr-的下限≤100mV，上限≥10V
1表1中E为标准皮托静压管的校准系数：U为标准皮托静压管的不确定度。2表1中的Vp-p表示交流电压的峰-峰值。7
校准项目和校准方法
校准项目
JJF1431-—2013
校准项目及对应的校准方法条款见表2。表2校准项目一览表
校准项目
外观检查
机械性能检查
测量误差
重复性
检查内容见7.2.1
检查方法见7.2.2
校准方法对应条款
传感器校准方法见7.2，测量误差数据处理见7.3.3.1数据处理见7.3.3.2
数据处理见7.3.3.3
数据处理见7.3.3.4
注：可根据实际应用需要，选择要校准的计量特性项目及循环数。7.2校准方法
7.2.1外观检查
对风速传感器的外观进行检查，记录产品名称、型号、出厂编号、量程、制造厂名、输出信号描述等。目力观测，风速传感器三个风杯及杯臂的几何形状应相同，无明显变形。
7.2.2机械性能检查
风杯旋转时应平稳，无跳动现象。风杯转轴处于水平状态时，拨动风杯至随机选择的位置，在自由状态下，风杯应能保持静止。7.2.3校准前的备工作
7.2.3.1标准器的安装
将标准皮托静压管（以下简称皮托管）牢固安装在风洞试验段流场均匀区内，皮托管的总压孔应朝向风的来向，皮托管探头与风洞轴线平行。皮托管的总压接头和静压接头分别与微差压计的测试端、参考端通过管路相连。7.2.3.2风速传感器的安装
将风速传感器牢固安装在风洞试验段中心区域皮托管后端，安装完成后风速传感器的风杯转动平面应处于水平状态。转动平面与皮托管探头之间的垂直距离应确保风杯旋转对皮托管的测量不造成扰动。风速传感器的输出端与频率计输人端相连，7.2.3.3微差压计的预热和置零
微差压计通电并预热。校准工作开始前，将微差压计置零。7.2.4风速传感器的校准
a）校准风速点参照如下风速值及顺序选择：3m/s，5m/s，10m/s，15m/s20m/s，25m/s，30m/s。也可根据用户要求选点。b）风速稳定后，同时读取微差压计和风速传感器输出值，读数应不少于三组。并读取试验段内温度、湿度及静压值。c）校准从校准范围的下端点开始，以正反两个行程为一个测试循环，风速传感器的校准一般进行两个循环，也可根据客户要求选择循环次数。3
7.3数据处理
JJF1431—2013
7.3.1标准器及风速传感器测得值的计算a）在整个校准范围内有m个校准点，并进行n次循环校准。在每个校准点正或反行程的每次读数中，微差压计所读r（r≥3）个数的算术平均值作为微差压计该次测量的测得值，计算如式（1）和式（2)：Pi
式中：
p，PDy—微差压计正、反行程第i个校准点第次测得值，Pa;P，Ppi
微差压计正、反行程第个校准点第次循环的第次读数，Pa。根据附录A中的公式（A1）计算空气密度，其中的饱和水汽压计算如公式（A.2）。将微差压计的测得值及空气密度值带人式（3），计算标准风速值。(3)
式中：
p校准时试验段内空气密度，kg/m；P—微差压计差压测得值，Pa;
专皮托管校准系数
b）在每个校准点正或反行程的每次读数中，风速传感器所读（3）个数的算术平均值为风速传感器该次测量的测得值，计算如式（4）和式（5）：fu
式中：
fu，foy
一风速传感器正、反行程第i个校准点第j次测得值，Hz；于，fDj——风速传感器正、反行程第个校谁点第次循环第次读数，Hz。7.3.2风速传感器校准曲线及工作直线的确定7.3.2.1校准曲线的确定
各校准点正、反行程标准风速测得值的算术平均值及风速传感器测得值的算术平均值计算分别如式（6）～式（9）：o
i=-l,2,..,m)
(i=l,2,,m)
(i=l,2,,m)
式中：
JJF1431—2013
(il,2,,m)
标准器正，反行程第i个校准点风速测得值的算术平均值，m/s标准器正、反行程第i个校准点第j次风速测得值，m/s；于，D风速传感器正、反行程第个校准点测得值的算术平均值，Hz。(9)
由和了（i=1，2，，m）所确定的点连成的曲线称为正行程校准曲线。由和fD（i=1，2，，m）所确定的点连成的曲线称为反行程校准曲线。各校准点标准风速测得值的算术平均值，和风速传感器测得值的算术平均值了计算如式（10）和式（11）：
(+i）
(i-1,2, ,m)
(i=1, 2,, m)
由，和所确定的点连成的曲线称为风速传感器的校准曲线。7.3.2.2工作直线的确定
本规范规定可采用端点平移线或最小二乘直线作为风速传感器的工作直线，但必须在校准证书中予以注明。
a）校准范围上下端点的计算
下端点的标准风速值为=1时式（10）的计算结果，即为0，的值，下端点的风速传感器频率值为=1时式（11）的计算结果，即为的值。上端点的标准风速值为i=m时式（10）的计算结果，即为的值，上端点的风速传感器频率值为im时式（11）的计算结果，即为于的值。b）端点平移线计算
端点连线方程可用式（12）表示：fep=fr+
（0-01)
式中：
fEp一标准风速为时通过端点连线方程计算出的风速传感器频率值，Hzu——校准范围内任意点的标准风速值，m/s。(12)
通过式（13）和式（14）计算各校准点正、反行程风速传感器测得值的算术平均值与端点连线方程的差值：
(AfLH)H-f-fEPi
(i=1,2,,m)
(i=1,2,.,m)
(AfLH)D=JD-fEP
在（AfLH）及（AfH）Dr两组数据中，分别找出最大正偏差AfL和最大负偏差AfLH，则端点平移线的截距a计算如式（15）：f[
JJF1431—2013
端点平移线的斜率b与端点连线的斜率相同，计算如式（16）：6
风速传感器工作直线采用端点法的方程如式（17）：fsE=a+bu
式中：
fsE一一端点法工作直线上标准风速为时对应的频率值，Hz。c）最小二乘直线计算
风速传感器工作直线采用最小二乘直线的方程如式（18）所示：fus=a'+b'
式中：
fis—最小二乘直线上标准风速为时对应的频率值，Hz。最小二乘直线方程中的截距a和斜率6计算如式（19）和式（20)：0
7.3.3风速传感器计量特性的数据计算7.3.3.1测量误差
（2）
若客户给出的风速传感器输出量与风速的关系式如式（21）：fo=G(u)
f。一根据式（21）计算出的风速为时的频率值，Hz。(16)
将，代入式（21），可求得f一了，在校准范围内第i个校准点的测量误差Af，用该校准点风速传感器测得值的算术平均值，与之差表示，计算如式（22）：AF.=.-了m
7.3.3.2重复性
用极差法计算第个校准点风速传感器测得值的标准偏差s，计算如式（23）：5
式中：
fima,fimn
fimux-fumlie
风速传感器第个校准点测得值中的最大、最小值，Hz；极差系数，n=2时，R，=2.06。
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