专利名称：一种旋桨流速仪性能抽样检定方法
技术领域：
本发明涉及一种江河水文测验旋桨流速仪性能抽样检定方法。
背景技术：
I、流速仪性能检定流速仪用于测量江河水流速度，其性能检定是应用物体相对运动原理假设江河水流为静止的水体，测流时，固定于测点上的流速仪则为运动体。据此设计的检定设备是一直线明渠长水槽，在其岸上两侧铺设轨道，流速仪安装在检定车测杆上的测点深处，以一 系列速度Vt运行，同时检测流速仪输出相应转速n，假设检定车速度Vt为标准输入量V，即Vt=V,通过流速仪检定槽检定,确定中高速性能检定公式V=a+bn(I)式中a为常数；b为旋桨流速仪水力螺距。注本文经验公式计算用C、K表示。式(I)中，直线公式的下延部分，由于流速低、推动旋桨运转的水动力矩小，于是旋桨产生滑转运动，形成低速曲线；我国目前使用低速曲线图表示，德国使用近似直线公式表不。2、目前流速仪大批生产检定存在的问题大批量生产检定仪器数量多，为及时完成生产任务，都得加班、加点检定，仪器频繁运行，扰动静水，激起波浪。据牛顿第三定律作用力与反作用力同时产生，相互依存；当仪器激起的波浪作用到四周槽壁时，会反射作用到仪器上，经多次叠加，情况甚为复杂，不符合流速仪静水槽检原理和仪表静态标定原则，因此，检定系统不具国家计量法定精度，也即不能确保流速仪检定精度，存在以下问题(I)系统误差流速仪检定是随机测量，存在随机误差和系统误差，当水体波动大，规律性强，即形成系统误差，均方差不能反映，也难以表示检定精度；(2)判定成果标准用产品技术指标限，据数理统计分析，有三类误检a)限内合格品被误检出限，据专业厂统计，小槽(宽X长=2mX85m)误检率为10% 20%、大槽(宽X长=5mX200m)误检率为5% 10%，这类误检可及时发现，重检纠正；b)限内合格品误检，最大误差可达8. 3% ；c)不合格品误检入限。b)类和c)类误检的误差、数量均无从统计，在检修检定中曾有所发现；(3)赋值偏差不同槽、同一槽在不同时间的检定成果赋值有一定差别，不利防洪、灌溉、国民经济水资源利用以及水文流量整编；(4)劳动强度成批生产检定，都得加班、加点，工作劳累，为按时完成生产定额，工作者休息时间短，甚至得在检定车上用餐，深夜加班精神疲惫，高速行车，精神紧张，劳动强度大，曾发生撞车事故；(5)生产效率检定速度为0.04 4m/s，共有16测点，高速检定完成后，须等“水体平静”后，再进行低速检定，生产效率低；(6)工况状态“水体平静”仅为个人感觉，缺少严格的技术指标和相应的监测手段；(7)电力消耗检定车组重达0. 3 11吨，功率为4 364千瓦，能耗大；(8)运营成本检定测点多，行车速度高，检定、静水时间长，生产效率低，管理、运营费用大，成本高。3、国内外流速仪抽样检定情况(I)国际标准ISO 2537-1974《旋杯式和旋桨式流速仪》7. 5抽样检定，抽检是建立在一组流速仪具有一致机械性能基础上，抽样数量要足够；7. 7精度，检定曲线测点大致上应为正态分布，作为检定曲线配合优度的检查，检定成果应说明上、下限和中间最少两个点的标准差，置信度为95%。(2)我国2002年制定的GB/T 11826《转子式流速仪》，规定“在制造工艺稳定，工装完善，加工质量可靠，企业具有质保体系，并有充分的试验依据下，方可进行抽样检定。” 由于缺少具体方法，迄今未能执行。目前我国流速仪及其性能检定设备都具有很好的精度，当严格按规范检定，静水好，可达0. 10级；流速仪零部件(即个体)精度高，一致性好，为抽样检定提供良好的基础，只要抽检方法正确，检定中确保静水工况，即可确保总体精度；然而，我国业者对流速仪检定精度的认识过于“严谨”，总认为逐架检定，眼见为实，心里踏实，精度可靠。(3)英国、美国在上世纪50年代，流速仪批量生产根据ISO 2537规定，采用抽样检定方法进行检定。英国标准BS 3680《明渠水流测量一转子流速仪》11. 5抽样检定，仪器制造时，要严格控制材料、尺寸、误差，以保证零部件的一致性，抽样检定的数量不少于10架。根据英国、美国所作的大量试验资料分析，95%置信度时，流速仪单架和抽样检定的误差极限为流速分别为m/s 0. 10,0. 15,0. 25,0. 50 ；单架检定误差分别为 ％ :5. 0、2. 5、2. 0、1. 0 ;抽样检定误差分别为 ％ :10、5. 0、4. 0、3. O。美国对抽样检定的认识抽样检定的标准差，主要是检定随机误差，它远大于流速仪之间制造精度差别引起的误差，其误差性质是随机和系统的，在流量测量的总误差中，只有很小一部分，或无差别；抽样检定与逐架检定其适应测流要求是一样的；在生产中，制定严格的标准和建立质量控制措施便可进行抽样检定。4、抽样总体精度分析据数理统计理论，抽样总体精度与个体精度和抽样方法有关；抽样方法可分为随机抽样和非随机配额抽样。(I)个体精度美国流速仪零件(即个体)精度高，而其零件组装成流速仪传感部分的旋杯转子部件，则精度不够。旋杯转子部件是由六件锥形杯焊接组装成，在三维座标中各锥形杯相互位置难于精确，也不易测量，更不可能通过水槽精确检定，确定旋杯转子部件特征参数与式(I)中主参数b (即K)密切相关；因此，其反映仪器主要性能的个体精度较差；如经对美国该产品的2个旋杯部件，在水槽进行性能检定，其间偏差达4. 82%。(2)装配精度流速仪装配成品的灵敏度关系到仪器性能，特别是低速检测性能。目前国内外的专业厂都缺少必要的力矩仪精确检测，通过个人用嘴吹，仅凭经验确定，精度差；对精密仪表球轴承的清洗，通过双手在气油盒中滚洗，清洁度差；对轴承力矩通过手指快速弹转，凭旋转时间来判定力矩值；对仪器灵敏度是用嘴吹，凭经验确定；工艺欠规范，在一定程度上影响仪器运转性能，即个体精度。(3)抽样方法美国检定流速仪是采用随机抽样，由于上述个体精度存在的问题，故其总体精度较差。但按上述英、美所作的大量试验资料分析，按95%置信度，其误差都可满足其流速仪国家标准技术要求。(4)水槽检定国际标准ISO 2537确定，流速仪检定是一种随机测量，存在随机误差和系统误差。据以上个体精度，以及流速仪大批生产检定存在的问题，按目前简单的随机抽样方法不能确保个体、总体精度。如一仪器在同一检定槽的不同时间，或不同槽检定，其主参数b值偏差最大可达5. 73 %。
发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于大批量流速 仪生产的性能抽样检定方法，在确保检定精度的同时，提高生产效率、改善工作条件、简化管理，能够节约大量人力、物力、时间、电力，以降低运行成本，对流速仪检定公式和低速曲线采用分项检定方法，并将检定成果采用统计均值作为标准公式。技术方案为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种旋桨流速仪性能抽样检定方法，该方法包括如下步骤(I)检测旋桨流速仪的旋转支承部件内摩阻力矩M，判断M是否达标；(2)若步骤(I)中M不达标，则对旋转支承部件及球轴承进行清洗，返回步骤(I)；(3)若步骤⑴中M达标，则确定流速仪起转速度V。；(4)检测旋桨螺旋角a，剔除位于旋桨螺旋角标准范围上限、下限范围以外的旋桨和外表存有缺陷的旋桨，余留待抽检旋桨；(5)确定组距A a，并按组距A a将待抽检旋桨分为N组旋桨，第j组旋桨的螺旋角基值为ap其中I < j < N 般来说，我们会剔除旋桨数目少于2个或3个的分组，N的数目为剔除了这些旋桨数目少于3个的分组以后的数目；(6)确定第j组旋桨的统计权数与该组旋桨的总个数相同，记为L ；(7)将旋桨的螺旋角基值a j代入经验公式K」=709. 353tan a r577. 121 tan2 a」中，计算第j组旋桨流速仪水力螺距&的经验值；(8)对所有组旋桨采用非随机配额法、对各组旋桨内部采用随机抽样法抽取总数量的P%作为中高速旋桨样品，并将其安装在旋桨流速仪的旋转支承部件上，构成中高速样机，第j组旋桨抽取的数目为Rj个，其中0 < p彡100 ;(9)从步骤⑶中的中高速样机中抽取q%，即旋桨总数量的q% *p%作为低速样机，低速样机的总数目为R’个，其中0 < q彡100 ;(10)进行中高速性能检定和低速性能检定(10-a)中高速性能检定(a-1)按抽样检定规程对中高速样机进行下水检定，根据公式Vg^b^^k+agjk，计算第j组第k个中高速样机的检定成果bgA ;式中，Vg#为中高速区水流速度，bgJk为水槽逐架检定的中高速区旋桨流速仪水力螺距，ngA为中高速区旋桨转速，为仪器常数，I ^ k ^ Rj ；
(a-2)对所有中高速样机的bgjk和对应的Kj进行比较、计算偏差、并分析原因，得出中高速性能检定结果；(10-b)低速性能检定(b-1)按抽样检定规程对低速样机进行下水检定，根据标准修订值低速直线公式vdk，= (bgk，_ Ab)ndk，+ (agk，+Aa),分析第k’架低速样机的全线拟合误差Edk，；式中，Vdk,为低速区水流速度，bgk，(与步骤(a-1)中的bgA相同)为水槽逐架检定的中高速区旋桨流速仪水力螺距，ndk，为低速区旋桨转速，agk，(与步骤(a-1)中的agjk相同)为仪器常数，Ab和Aa为修订值，I彡k’ SR’。低速样机的检测时不分组的，每架检定六个测点，通过Ab和Aa拟合低速直线公
式，全线拟合误差为Edk，；(b-2)对所有低速样机的Edk，进行统计分析，得出低速性能检定结果。优选的，所述步骤(10-a)中的中高速性能检定是紧跟(不计算准备时间的话)在低速性能检定后进行或在自然静水超过2h后进行；所述步骤(10-b)中的低速性能检定是在自然静水超过15h后进行。优选的，所述步骤(I)中，M达标范围为MS 3格值(力矩仪摆针角度)。旋转支承部件是由两套球轴承和旋转轴等零件组装而成的，球轴承力矩通过轴承力矩仪检测设备检测的，其达标值为M’ =0. 4 0. 5g -cm,由于轴承力矩与其检测时的负荷大小和方向有关，对于单套球轴承而言，负荷为100g，载荷方向为轴向，力矩值为0. 4 0. 5g cm，而装成整机后，由于工作负荷为径向，力矩值不同，为了避免混淆，旋转支承部件内摩阻力矩M用旋桨流速仪起转速检测设备检测，用其摆针角度大小表示，这也是仪表行业常用的表示方法。优选的，所述步骤(5)中，组距A a =0.01°。优选的，所述步骤(5)中，N的范围为N=18 20。优选的,所述步骤⑶中，p=30 ;所述步骤(9)中，q=30。优选的，所述步骤(10-a)中，若中高速样机的检定成果bgjk比对应的Kj大0. 8%，则现场重新进行中高速性能检定。优选的，所述步骤(10-b)中，若Edk, > 3%，则分析bgk，和agk，的值是否正确，若不正确则采用正确的bgk，和agk，值进行重新计算；若正确则对该低速样机的旋转支承部件重新进行清洗至M达标，并在静水条件下重新进行低速检定；agk，与标准值a=0. 008m/s进行比较，bgk，与对应的&进行比较。
___ ,-V 1,V优选的，所述步骤(10-a)中，bgJk的统计均值为=b_fItiiJ * Kj的
SJAJ IJ
___ AfX
总平均值为4相对于Ktl的偏差不大于0.8%。
j tj I优选的，所述仪器常数a、修订值A b和A a都采用标准值a=0. 008m/s,Ab=0. 0094m, Aa=0. 0043m/s。Kj的值理论上应该为通过将一批螺旋角为a j的旋桨装配成样机后，在标准流速仪检定槽中、较好的静水条件下检定、并统计均值的成果，精度较高，一般可以通过经验公式K」=709. 577tan a r577. 097tan2 a」计算得到，本案中采用了经验公式的计算方法；bgjk的值是通过水槽逐架检定的成果，因大批量生产检定中水体波动大，bgJk值的误差可能较大，甚至超标。本案中假设I为标准，并据此验证bgjk。本案中确定旋桨流速仪水力螺距K值的方法及其设备，可参考中国专利0. 2137974. 2确定旋桨流速仪桨叶水力螺距K值的方法及其设备；标准修订值低速直线公式，可参考中国专利200810023206. 0旋桨流速仪标准修订值低速直线公式的设计方法；流速仪起转速度Vtl的测定，可参考中国专利02263174. 7旋桨流速仪起转速检测设备；球轴承摩擦力矩的检测，可参考中国专利200720040306. 5旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩测量仪；球轴承半自动清洗设备，可参考中国专利200720040307. X旋桨流速仪球轴承清洗设备及清洗质量检测设备。有益效果本发明提供的旋桨流速仪性能抽样检定方法，在大批量生产检定中具有检定精度高、检定可靠、工作量少、劳动强度低等优势；其工艺运行科学、规范，符合国家标准化技术政策；同时该方法便于管理，且运营费用低，具有较好的科学、社会、经济效益；与现有技术的逐项效益比较如表I所示 表I本发明与现有技术在各项目上的优势比较
权利要求
1.一种旋桨流速仪性能抽样检定方法，其特征在于该方法包括如下步骤 (1)检测旋桨流速仪的旋转支承部件内摩阻力矩M，判断M是否达标； (2)若步骤(I)中M不达标，则对旋转支承部件进行清洗，返回步骤(I)； (3)若步骤(I)中M达标，则确定流速仪起转速度V。； (4)检测旋桨螺旋角α，剔除位于旋桨螺旋角标准范围上限、下限范围以外的旋桨和外表存有缺陷的旋桨，余留待抽检旋桨； (5)确定组距Λα，并按组距Λ α将待抽检旋桨分组，除去组量Z ( 2的组，余留N组旋桨，第j组旋桨的螺旋角基值为α P其中1≤ j ≤ N ; (6)确定第j组旋桨的统计权数与该组旋桨的总个数相同，记为ij； (7)将旋桨的螺旋角基值α」代入经验公式Κ」=709·353tan α Γ577. 121 tan2 α」中，计算第j组旋桨流速仪水力螺距&的经验值； (8)对所有组旋桨采用非随机配额法、对各组旋桨内部采用随机抽样法抽取总数量的P%作为中高速旋桨样品，并将其安装在旋桨流速仪的旋转支承部件上，构成中高速样机，第j组旋桨抽取的数目为Rj个，其中O < P≤100 ; (9)从步骤(8)中的中高速样机中抽取9%，即旋桨总数量的9%* %作为低速样机，低速样机的总数目为R’个，其中O < q彡100 ; (10)进行中高速性能检定和低速性能检定 (ΙΟ-a)中高速性能检定 (a-1)按抽样检定规程对中高速样机进行下水检定，根据公式Vg#=bdkr^k+agA，计算第j组第k个中高速样机的检定成果bgA，式中，Vgjk为中高速区水流速度，bgA为水槽逐架检定的中高速区旋桨流速仪水力螺距，ngJk为中高速区旋桨转速，agJk为仪器常数，1≤ k ≤ Rj ； (a-2)对所有中高速样机的bgA和对应的&进行比较、计算偏差、并分析原因，得出中高速性能检定结果； (ΙΟ-b)低速性能检定 (b-Ι)按抽样检定规程对低速样机进行下水检定，根据标准修订值低速直线公式Vdk，= (bgk，_Ab)ndk，+ (agk，+ A a)，分析第k’个低速样机的全线拟合误差Edk.，式中，Vdk.为低速区水流速度，bgk，为水槽逐架检定的中高速区旋桨流速仪水力螺距，ndk，为低速区旋桨转速，agk，为仪器常数，Ab和Aa为修订值，1≤k’≤R’ ； (b-2)对所有低速样机的Edk，进行统计分析，得出得出低速性能检定结果。
2.根据权利要求I所述的旋桨流速仪性能抽样检定方法，其特征在于所述步骤(ΙΟ-a)中的中高速性能检定是在低速性能检定后进行或在自然静水超过2h后进行；所述步骤(ΙΟ-b)中的低速性能检定是在自然静水超过15h后进行。
3.根据权利要求I所述的旋桨流速仪性能抽样检定方法，其特征在于所述步骤(I)中，M达标范围为M≤3格值。
4.根据权利要求I所述的旋桨流速仪性能抽样检定方法，其特征在于所述步骤(5)中，组距 Λ α =0. 01°。
5.根据权利要求I所述的旋桨流速仪性能抽样检定方法，其特征在于所述步骤(5)中，N的范围为Ν=18 20。
6.根据权利要求I所述的旋桨流速仪性能抽样检定方法，其特征在于所述步骤(8)中，p=30 ;所述步骤(9)中，q=30。
7.根据权利要求I所述的旋桨流速仪性能抽样检定方法，其特征在于所述步骤(ΙΟ-a)中，若中高速样机的检定成果bgjk的值比对应的Kj的计算值高出O. 8%，则现场重新进行中高速性能检定。
8.根据权利要求I所述的旋桨流速仪性能抽样检定方法，其特征在于所述步骤(ΙΟ-b)中，若低速直线公式全线拟合误差Edk，> 3%，则分析bgk，和agk，的值是否正确，若不正确则采用正确的bgk，和agk，值进行重新计算；若正确则对该低速样机的旋转支承部件重新进行清洗至M达标，并在静水条件下重新进行低速检定。
9.根据权利要求I所述的旋桨流速仪性能抽样检定方法，其特征在于所述步骤(ΙΟ-a)中，bgJk的统计均值为
10.根据权利要求I所述的旋桨流速仪性能抽样检定方法，其特征在于所述仪器常数a、修订值 Ab 和 Aa 都采用标准值a=0. 008m/s，Ab=O. 0094m, Λ a=0. 0043m/s。
全文摘要
本发明公开了一种旋桨流速仪性能抽样检定方法，通过建立旋桨螺旋角α、旋转支承部件内摩阻力矩M和旋桨流速仪检定性能关系，针对大批量生产，精确测定α、M值，对α值精细分组，总体按非随机配额抽样、小组按随机抽样、成果按加权统计的方法，让样机在静水条件下精密检定，同时，在检定中辅以理论计算值供分析参考，及时纠正误检。通过这些措施，确保样机、总体精度高；同时使用中高、低速标准直线公式，使水文测验流速仪使用既精确又方便。在生产上，克服传统大批量生产存在的弊端，检定工作、劳动强度、电耗，以及设备检修、维护等工作量减少2/3；检定程序运作科学、规范，符合现代化生产方式和国家标准化技术政策，具有较好的科学、社会、经济效益。
文档编号G01P21/02GK102662084SQ201210141809
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者周冬生, 杨汉塘, 杨立丽, 王为朴 申请人:水利部南京水利水文自动化研究所