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静水拖曳法中标准流速的溯源方法研究

静水拖曳法中标准流速的溯源方法研究

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作者：林卫东北京化工大学

学位级别：硕士

水流速的精密计量在水资源管理、环境监测等领域都具有关键的地位,同时也是河流海洋等现场观测的重要手段。量值溯源是保证测量结果可靠的基础,但目前水流速的量值溯源体系尚未完备,国内水流速校准装置的不确定度普遍偏高。本文针对静... 详细信息

水流速的精密计量在水资源管理、环境监测等领域都具有关键的地位,同时也是河流海洋等现场观测的重要手段。量值溯源是保证测量结果可靠的基础,但目前水流速的量值溯源体系尚未完备,国内水流速校准装置的不确定度普遍偏高。本文针对静水拖曳法中标准流速的溯源问题,重点研究了基于等距脉冲测速法的原级标准方法,探究了动态车速特征对车速溯源的意义,并分别在理想条件和大尺度开放式实验室环境进行了比对与验证。主要研究内容如下:首先,深入探讨了水流速校准装置的不确定度来源。重点分析了由测量重复性、车速波动性、环境效应等因素对车速测量结果的影响规律,研究了基于等距脉冲测速法的原级溯源方法,对将车速溯源至时间和长度量值的方法进行了详细探讨,建立了等距脉冲测速法的车速测量不确定度分析模型。其次,针对静水拖曳法校准过程中的车速波动性问题,提出了基于一维和三维动态测距仪表的动态车速实时监测方法。在采用等距脉冲测速法解决动态车速溯源的基础上,研究了基于动态测距仪表的车速波动性测量性能分析方法,并提出了运动过程中拖车在法向与切向上的位移曲线描绘方法。最后,在理想条件与大尺度实验室条件下,对本文研究的车速溯源方法进行了验证。分析了光学编码器、激光测距仪、激光干涉仪、激光跟踪仪、等距脉冲测速法等方法的标准速度测量能力,验证了本文提出标准速度溯源方法的有效性,并通过对比分析验证了动态车速的分析结果的一致性。本文建立了静水拖曳法中标准流速的溯源方法,完善了水流速量值溯源体系,促进了国内水流速校准规范的编制与落地,为我国水资源监管、海洋观测等重点领域中核心的流速量值可靠性提供了技术保障。

关键词：静水拖曳法水流速量值溯源车速校准不确定度

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静水拖曳法流速仪校准研究

静水拖曳法流速仪校准研究

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作者：郭泽宇中国计量大学

学位级别：硕士

水流速是水文领域中一个重要的量值,随着水资源计量精细化的需求,水流速仪的校准变得越来越重要。静水拖曳法是流速仪校准的主要方法,该方法基于水槽介质完全静止的假设,利用水槽导轨上的拖车平台搭载流速仪进行直线运动,并以车速作为... 详细信息

水流速是水文领域中一个重要的量值,随着水资源计量精细化的需求,水流速仪的校准变得越来越重要。静水拖曳法是流速仪校准的主要方法,该方法基于水槽介质完全静止的假设,利用水槽导轨上的拖车平台搭载流速仪进行直线运动,并以车速作为标准值对流速仪进行检测。本文利用静水拖曳法对几种典型流速仪开展了校准方法研究,主要研究内容和结论如下:(1)流速标准装置:对装置的拖曳系统进行了升级改造,包括装置电机、导轨、数据传输系统、控制软件等。装置流速范围为1～2000mm/s,在该测量范围内,拖车速度的波动性在0.05%以下。(2)电磁式流速仪:对JFE公司ACM3-RS电磁流速仪的流速测量能力进行了实验研究。首先考察了该流速仪的零点特性,以拖车车速为标准测试了不同速度下流速仪的示值误差,并分析了不同入水深度对测量结果的影响。实验结果表明,流速低于1600mm/s时该流速仪具有良好的线性和重复性,示值误差能够优于2%或5mm/s,在流速更高时需重新标定;该流速仪存在明显的零点漂移现象,实际应用中需及时修正;淹没深度对流速仪测量结果有明显影响,建议应用前考虑实际淹没深度进行校准。(3)声学多普勒式流速仪:对Sontek公司的Flow Tracker流速仪性能进行了实验研究,首先考察了其信噪比对测量数据质量的影响,其次在信噪比良好条件下对其进行了流速拖曳测试。实验结果表明,Flow Tracker在100～2000mm/s速度范围内其x轴流速可以满足1%的测量准确度,但其y轴数据并非该方向的流速,而是与之呈现固定的比例系数,修正后也可达到约1%的测量准确度。(4)机械式流速仪:对LS1206B旋桨式流速仪进行了实验分析,探讨了不同的流速仪转率测量方法,比较了转率-流速拟合公式的差异,对于低速段,曲线拟合的效果要好于线性拟合。

关键词：拖曳水槽水流速车速校准流速仪

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基于拖曳水槽流速校准装置的ADV性能测试研究

基于拖曳水槽流速校准装置的ADV性能测试研究

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作者：朱云龙中国计量大学

学位级别：硕士

水流速是河流海洋等现场观测的重要指标,也是各种室内流体实验关心的量值。近年来声学多普勒流速仪(ADV)依靠流速分辨率和采样频率高、可测三维流速等优势得到越来越多的应用。水流速的原级标准是拖曳水槽流速标准装置,其原理是在理想... 详细信息

水流速是河流海洋等现场观测的重要指标,也是各种室内流体实验关心的量值。近年来声学多普勒流速仪(ADV)依靠流速分辨率和采样频率高、可测三维流速等优势得到越来越多的应用。水流速的原级标准是拖曳水槽流速标准装置,其原理是在理想静水假设下利用车速代替流速作为标准值校准流速仪,车速稳定性就成为校准结果准确度的关键。本文针对ADV操作及校准方法未形成规范的问题,建立了一套拖曳水槽流速校准装置,并对装置的测量性能进行实验研究。论文的主要工作如下:(1)设计了拖曳水槽流速校准装置的车速测量系统,完成硬件设备的选型和校准系统上位机程序编写。通过对车速的测试分析,依照沿程位置触发计时的测速方式得到装置测速的合成不确定度为0.43%。(2)针对目前水文机构拖曳水槽测速轮静态标定后动态使用可能导致系统偏差的问题,提出一种基于激光跟踪仪的拖曳水槽车速动态校准方法。发现采用的测速轮在低车速下示值偏低,建议不同车速下采用不同的编码器系数。(3)利用搭建的拖曳水槽流速装置校准MicroADV的时均流速测量能力,测试了不同速度下的流速示值误差,分析了信号强度、采样频率等因素对其测速能力的影响。结果表明MicroADV时均流速测量准确度满足其标称精度指标;信号强度在高频采样时对MicroADV的测量准确度有明显影响;当采样频率大于10Hz时,时均流速超出1%的标称指标的可能性增加。同时在测试过程中以理论计算和实验验证的方式分析了背景流速和示踪粒子的沉降问题。

关键词：拖曳水槽 ADV 水流速车速校准不确定度

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