JJF 2247-2025 井水埋深测量仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2247—2025
井水埋深测量仪校准规范
CalibrationSpecificationforWellWaterLevel
BurialDepthMeasuringInstruments
2025-03-27发布2025-04-27实施
国家市场监督管理总局 发布
井水埋深测量仪校准规范
CalibrationSpecificationforWellWater
LevelBurialDepthMeasuringInstruments

JJF2247—2025
归口单位:全国地震专用计量测试技术委员会
主要起草单位:应急管理部国家自然灾害防治研究院
中国地震局第一监测中心
本规范委托全国地震专用计量测试技术委员会负责解释
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本规范主要起草人:
何案华(应急管理部国家自然灾害防治研究院)
明晓冉(中国地震局第一监测中心)
王忠彪(中国地震局第一监测中心)
邓卫平(应急管理部国家自然灾害防治研究院)
参加起草人:
贾鸿飞(应急管理部国家自然灾害防治研究院)
刘雪龙(中国地震局第一监测中心)
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目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 术语…………………………………………………………………………………… (1)
4 概述…………………………………………………………………………………… (1)
5 计量特性……………………………………………………………………………… (2)
6 校准条件……………………………………………………………………………… (2)
6.1 环境条件…………………………………………………………………………… (2)
6.2 测量标准及配套设备……………………………………………………………… (3)
7 检查、校准项目和校准方法………………………………………………………… (3)
7.1 检查和校准项目…………………………………………………………………… (3)
7.2 检查方法…………………………………………………………………………… (3)
7.3 校准方法…………………………………………………………………………… (5)
8 校准结果表达………………………………………………………………………… (8)
9 复校时间间隔………………………………………………………………………… (9)
附录A 校准记录表参考格式………………………………………………………… (10)
附录B 校准证书内页参考格式……………………………………………………… (12)
附录C 水位示值误差校准结果测量不确定度评定示例…………………………… (13)
Ⅰ
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引 言
JJF1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001—2011 《通用计量术语及
定义》和JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制定工作
的基础性系列文件。
本规范为首次发布。
Ⅱ
JJF2247—2025
井水埋深测量仪校准规范
1 范围
本规范适用于在(0~10)m 范围内使用的地震监测专用井水埋深测量仪的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件:
JJG49—2013 弹性元件式精密压力表和真空表检定规程
JJG52—2013 弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程
JJG875—2019 数字压力计检定规程
JJG882—2019 压力变送器检定规程
JJG971—2019 液位计检定规程
JJF1001—2011 通用计量术语及定义
JJF1008—2008 压力计量名词术语及定义
GB/T11828.2—2022 水位测量仪器 第2部分:压力式水位计
DB/T32.1—2020 地震观测仪器进网技术要求 地下流体观测仪 第1部分:压
力式水位仪
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
JJF1001—2011、JJF1008—2008界定的及以下术语和定义适用于本规范。
3.1 水柱高度 watercolumnheight
水位传感器受力面到井水水面的距离。
注:见图1中标注12。
3.2 参考面 referenceplane
定义井水埋深时选定的井口附近某一固定水平面。
注:见图1中标注5。
3.3 井水埋深 wellwaterlevelburialdepth
参考面到井水水面的距离,又称井水位埋深。
注:见图1中标注11。
3.4 水位跟踪速率 waterleveltrackingrate
井水埋深测量仪对水柱高度或其对应压力阶跃变化的响应速率。
3.5 一阶差分 differenceoffirstorder
在水位示值与压力递增次数离散函数中,各压力点示值与前一压力点示值之差。
4 概述
井水埋深测量仪(以下称为水位仪)是一种显示式测量仪器,主要用于地震观测井
1
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的井水位埋深长期连续监测。水位仪的外形结构如图1所示,其由数据采集器(含显示
屏、接口等)、压力式传感器(含保护壳、防水接头等)和电缆组成,部分仪器配备通
气电缆或气压传感器等气压补偿附件。具备数据存储功能,最高采样率为1Hz。
井水埋深的测量原理为:首先根据h =p/ρg(p 为水柱高度对应的压力值,ρ 为井
水密度,g 为重力加速度)计算获得水柱高度值(h),再根据H =L -h(L 为传感器安装
深度,即传感器受力面到参考面距离)计算井水埋深(H )。
图1 水位仪外形结构和井水埋深观测原理示意图
1—数据采集器;2—显示屏;3—气压传感器(部分仪器配备);4—电缆或通气电缆;
5—参考面;6—地面;7—井水位;8—防水接头;9—压力式传感器;10—传感器受力面;
11—井水埋深;12—水柱高度
5 计量特性
水位仪的计量特性见表1。
表1 计量特性
计量特性技术指标
水位示值误差不超过±0.02m
水位分辨力0.001m
仪器漂移≤0.003m (720h内)
注:本规范所有技术指标仅供参考,不作为符合性判定依据。
6 校准条件
6.1 环境条件
a)温度:(15~25)℃;
b)相对湿度:(20~80)%;
c)满足水位仪、测量标准及配套设备等的使用要求。
2
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6.2 测量标准及配套设备
测量标准和配套设备见表2。
表2 测量标准和配套设备
序号设备名称技术要求用途备注
1 压力标准器(0~100)kPa,0.02级及以上,
分辨力不小于0.001kPa
水位示值误差、水位分辨力
校准和水位跟踪速率检查时
的参考标准
———
2 钢直尺
(0~0.15)m 至(0~2)m,分
度值不大于1mm,示值误差不
超过±0.35mm
测量模拟井孔水位变化
可使用满足技
术要求的其他
设备
3 注水装置
(1~10)mL/min,流量设定值
误差不超过±5%,流量稳定性
误差不超过3%
仪器漂移校准时的模拟井孔
注水设备
蠕动泵等
注:配备顶部具溢流孔的模拟井孔,其内径不小于0.2m,内部高度为(1~2)m。钢直尺、
注水装置和模拟井孔构成了仪器漂移校准装置。
7 检查、校准项目和校准方法
7.1 检查和校准项目
水位仪的检查项目为外观、水位跟踪速率,校准项目为水位示值误差、水位分辨力
和仪器漂移。检查和校准项目一览表见表3。
表3 检查和校准项目
项目名称类型规范条款备注
外观检查7.2.2 ———
水位跟踪速率检查7.2.3 △
水位示值误差校准7.3.2 △
水位分辨力校准7.3.3 △
仪器漂移校准7.3.4 *
注:表中的“*”表示当客户要求时进行校准, “△”表示可根据客户需求选取检查点或校
准点。
7.2 检查方法
7.2.1 检查前准备
a)为达到热平衡,水位仪需在校准条件下放置2h。
b)开启水位仪、压力标准器等进行预热,时间至少15min (使用说明书有预热要
求的,可按其要求进行)。
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7.2.2 外观检查
7.2.2.1 技术要求
无影响正常工作的机械损伤,外表无裂纹、无涂敷层剥落现象;数据采集器显示屏
显示清晰完整,接插件、开关接触良好,机械连接部分紧密牢固,无松动;电缆无裂
痕、破损。
7.2.2.2 外观检查方法
采用目测和手感方法检查水位仪外观。
7.2.3 水位跟踪速率检查
7.2.3.1 技术要求
水位仪的正行程和反行程水位跟踪速率均不小于1m/s。
7.2.3.2 水位跟踪速率检查方法
a)连接压力标准器、压力源、水位仪传感器、数据采集器、导压管阀门等
(图2),使导压管中充满清洁、干燥的气体传压介质。
图2 水位跟踪速率检查、水位示值误差校准装置和方法示意图
1—数据采集器;2—气压传感器(部分仪器配备);3—电缆或通气电缆;
4—压力标准器;5—压力源;6—导压管;7—水位仪传感器;8—导压管阀门
b)水位仪传感器按规定的安装位置放置,导压管阀门靠近水位仪传感器安装。
c)在大气压条件下,关闭导压管阀门。通过压力标准器在导压管内产生测量范围
上限或客户要求的水柱高度(不小于1.2m)对应的标准压力[公式(4)]。水位仪示
值稳定后,打开导压管阀门,使压力快速作用于水位仪传感器,以产生压力阶跃变化。
水位仪示值重新稳定后泄压,完成正行程检查。
d)保持导压管阀门打开状态,通过压力标准器对水位仪传感器直接输入测量范围
上限或客户要求的水柱高度(不小于1.2m)对应的标准压力。水位仪示值稳定后断开
导压管,使传压介质快速排出,以产生压力阶跃变化。水位仪示值重新稳定后,完成反
行程检查。
e)利用水位仪1Hz采样率测量数据计算正行程或反行程示值变化量和变化所用时
间,两者之比为水位跟踪速率。检查结果修约至小数点后2位。
计算公式如下:
V =ΔH
Δt (1)
4
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ΔH = h0-h1 (2)
Δt=t0-t1 (3)
式中:
V ———水位跟踪速率,m/s;
ΔH ———水位仪示值变化量,m;
Δt———水位仪示值变化所用时间,s;
h0———压力阶跃变化前水位仪示值,m;
h1———压力阶跃变化后水位仪示值,m;
t0———水位仪示值变化开始时刻;
t1———水位仪示值变化结束时刻。
7.3 校准方法
7.3.1 校准前准备
a)为达到热平衡,水位仪需在校准条件下放置2h。
b)开启水位仪、压力标准器、配套设备等进行预热,时间至少15min (使用说明
书有预热要求的,可按其要求进行)。
c)保证模拟井孔中的液体介质无气泡,且注水装置处于正常工作状态。
7.3.2 水位示值误差校准
7.3.2.1 校准点的选取
校准点可参考水位仪使用说明书的建议或根据客户的要求选取,但需包含测量范围
上限、下限在内的至少6个模拟水柱高度点,且基本均匀分布在测量范围内。
7.3.2.2 水位示值误差校准方法
a)连接压力标准器、压力源、水位仪传感器、数据采集器、导压管阀门等
(图2),使导压管中充满清洁、干燥的气体传压介质。
b)水位仪传感器按规定的安装位置放置。
c)从测量范围下限开始,通过压力标准器对水位仪传感器依次输入各校准点模拟
水柱高度对应的标准压力,直至测量范围上限,完成正行程校准。关闭导压管阀门,切
断压力源,耐压1min。随后连通压力源,打开导压管阀门,依次反方向输入各校准点
模拟水柱高度对应的标准压力,直至测量范围下限,完成反行程校准。在各校准点,稳
定后读取并记录水位仪示值,以此作为测量结果。标准压力计算公式如下:
p=ρgHi (4)
式中:
p ———压力标准器在i 校准点输入的标准压力,Pa;
ρ ———环境温度条件下的水密度,kg/m3;
g ———校准地的重力加速度,m/s2;
Hi ———i 校准点处的模拟水柱高度,m。
d)校准过程中不允许调整零点、敲击或振动水位仪传感器。在接近校准点时,应
缓慢输入压力,避免过冲现象。
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e)以水位仪正行程和反行程测量结果与模拟水柱高度差值中的绝对值最大者为校
准点水位示值误差,其末位应与水位仪示值末位对齐。计算公式如下:
Δhi=hi-Hi (5)
式中:
Δhi———水位仪在i 校准点的水位示值误差,m;
hi———水位仪在i 校准点正行程或反行程的测量结果,m;
Hi———i 校准点处的模拟水柱高度,m。
7.3.3 水位分辨力校准
7.3.3.1 校准点的选取
校准点为0.1m、5m 和9m,也可参考使用说明书的建议或根据客户的要求
选取。
7.3.3.2 水位分辨力校准方法
a)连接压力标准器、压力源、水位仪传感器、数据采集器等(图3),使导压管中
充满清洁、干燥的气体传压介质。
b)水位仪传感器按规定的安装位置放置。
c)通过压力标准器对水位仪传感器输入校准点模拟水柱高度对应的标准压力,以
此作为初始标准压力。在初始标准压力的基础上,以0.001m 模拟水柱高度对应的标
准压力为递增量,依次递增3次。在初始和递增标准压力条件下,稳定后读取并记录
4个水位仪连续示值,以其算术平均值作为各模拟水柱高度测量结果,结果修约至小数
点后3位。
d)校准过程中不允许调整零点、敲击或振动水位仪传感器。在接近校准点时,应
缓慢输入压力,避免过冲现象。
e)以校准点的模拟水柱高度测量结果为参考值,对递增标准压力点的测量结果进
行一阶差分计算。计算公式如下:
Δhi=hi+1-hi i=1,2,3 (6)
式中:
Δhi———第i 个标准压力点模拟水柱高度测量结果的一阶差分,m;
hi+1———第i+1个标准压力点水位仪4个示值的算术平均值,m;
hi———第i 个标准压力点水位仪4个示值的算术平均值,m。
f)当Δhi不大于0.001m 时,以其最小值作为校准点水位分辨力校准结果;当
Δhi中包含大于0.001 m 的计算结果时,以其最大值作为校准点水位分辨力校准
结果。
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图3 水位分辨力校准装置和方法示意图
1—数据采集器;2—气压传感器(部分仪器配备);3—电缆或通气电缆;
4—压力标准器;5—压力源;6—导压管;7—水位仪传感器
7.3.4 仪器漂移校准
a)将水位仪传感器固定于仪器漂移校准装置的模拟井孔中,安装注水装置
(图4)。
图4 仪器漂移校准装置和方法示意图
1—数据采集器;2—气压传感器(部分仪器配备);3—电缆或通气电缆;
4—注水装置;5—注水导管;6—水面;7—溢流孔;8—水位仪传感器;9—模拟井孔;
10—钢直尺;11—介质
b)通过注水装置持续定流量向模拟井孔内注水,直至从溢流孔流出。注水流量与
溢流流量相当,但应小于10mL/min。保持模拟井孔满水、水面稳定状态,使用钢直
尺等监测水位变化。
c)水位仪示值稳定后连续运行720h。
d)校准结束后,获取水位仪1/60Hz采样率测量数据hmi ,并以24h为单位时间
长度计算hmi 的算术平均值hi (i =1,2,…,30)。对算术平均值序列进行线性拟合,
计算公式如下:
r=1 nΣn
i=1
ri (7)
h =1 nΣn
i=1
hi (8)
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Lrr =Σn
i=1
ri-r 2 (9)
Lrh =Σn
i=1
ri-r hi-h (10)
b=Lrh/Lrr (11)
式中:
r ———hi 累计数量之和的算术平均值,为15.5;
ri ———hi 的累计数量,等于i ;
h ———hi 的算术平均值,m;
hi ———按时间顺序,水位仪测量数据的第i 个算术平均值,m;
n ———hi 的数量,为30;
b ———斜率,m。
仪器漂移计算公式如下:
hdrift= n ×b (12)
式中:
hdrift ———仪器漂移,m。
校准结果修约后保留2位有效数字。
注:仅在客户提出要求的情况下进行仪器漂移校准。
8 校准结果表达
经校准的水位仪出具校准证书,校准结果应在校准证书上反映(校准证书内容及内
页参考格式见附录B)。校准证书应至少包括以下信息:
a)标题:“校准证书”;
b)实验室名称和地址;
c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);
d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;
e)客户的名称和地址;
f)被校对象的描述和明确标识;
g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性或应用有关时,应说明被校对象的
接收日期;
h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;
i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;
j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;
k)校准环境的描述;
l)校准结果及其测量不确定度的说明;
m)对校准规范的偏离的说明;
n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;
o)校准结果仅对被校对象有效的声明;
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p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。
9 复校时间间隔
由于复校时间间隔的长短是由水位仪的使用环境、使用者、仪器本身质量等因素所
决定的,因此送校单位可根据使用情况自主决定复校时间间隔。建议复校时间间隔不超
过5年。
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附录A
校准记录表参考格式
校准日期校准地点证书编号
校准依据
环境温度/℃ 相对湿度/%
一、检查项目
1. 外观
检查结果备注
2. 水位跟踪速率
检查前示值/
m
检查后示值/
m
示值变化量/
m
示值变化
开始时刻
示值变化
结束时刻
示值变化
时间/s
正行程
反行程
正行程水位跟踪速率/ (m/s): 反行程水位跟踪速率/ (m/s):
二、校准项目
1. 水位示值误差
模拟水柱高度/
m
标准器示值
kPa
被校仪器示值/m
正行程反行程
水位示值误差/
m
扩展不确定
度U (k=2)/
m
0
︙
10
10
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2. 水位分辨力
模拟水柱高度/
m
标准器示值/
kPa
被校仪器示值/m
1 2 3 4 hi
一阶差分/
m
水位分辨力/
m
扩展不确定
度U (k=2)/
m
0.100
0.101
0.102
0.103 ———
5.000
5.001
5.002
5.003 ———
9.000
9.001
9.002
9.003 ———
3. 仪器漂移/m
仪器漂移: 扩展不确定度U (k=2):
校准员: 年 月 日 核验员: 年 月 日
11
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附录B
校准证书内页参考格式
井水埋深测量仪校准结果如下:
1. 外 观:
2. 水位跟踪速率:
正行程/ (m/s): 反行程/ (m/s):
3. 水位示值误差/m:
校准点水位示值误差
扩展不确定度
U (k=2)
0︙
10
4. 水位分辨力/m:
校准点水位分辨力
扩展不确定度
U (k=2)
0.1
59
5. 仪器漂移/m: 扩展不确定度U (k=2)/m:
12
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附录C
水位示值误差校准结果测量不确定度评定示例
C.1 测量方法
本示例所用水位仪的测量范围为(0~10)m,最大允许误差为±0.02m。以5m
校准点为例,按照本规范的规定方法进行水位示值误差校准。
环境条件:温度为21.5℃,相对湿度为63.3%。
主要测量标准及配套设备:0.02级压力标准器、压力源。
C.2 测量模型
C.2.1 水位示值误差测量模型
校准点模拟水柱高度对应标准压力计算公式为:
P =ρgHi (C.1)
水位示值误差计算公式为:
Δhi =hi -Hi (C.2)
据此得到测量模型:
Δhi =hi -P
ρg (C.3)
式中:
Δhi———水位仪在i 校准点的水位示值误差,m;
hi ———水位仪在i 校准点正行程或反行程的测量结果,m;
Hi ———i 校准点处的模拟水柱高度,m;
P ———压力标准器在i 校准点输入的标准压力,Pa;
ρ ———环境温度条件下的水密度,kg/m3;
g ———校准地的重力加速度,m/s2。
C.2.2 灵敏系数
ρ 为21.5 ℃ 水介质密度, 取998 kg/m3;g 为校准地点重力加速度, 取
9.8011m/s2;在5m 校准点,p 为48.907×103Pa。
hi 的灵敏系数:
c1 = ∂Δhi
∂hi
=1
P 的灵敏系数:
c2 = ∂Δhi
∂P =- 1
ρg =-0.000102m2·s2/kg
ρ 的灵敏系数:
c3 = ∂Δhi
∂ρ
=- P
ρ2g =-0.00501m4/kg
g 的灵敏系数:
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c4 = ∂Δhi
∂g =- P
ρg2 =-0.51s2
C.3 各输入量引入的标准不确定度评定
C.3.1 输入量hi 引入的标准不确定度u1
C.3.1.1 水位示值误差测量重复性引入的标准不确定度分量u1,1
在重复性测量条件下,对水位示值误差进行10次测量,结果见表C.1。使用贝塞
尔公式计算实验标准偏差。
表C.1 重复性测量数据
测量序号n
正行程测量结果反行程测量结果
hi/m
模拟水柱高度
Hi/m
水位示值误差
Δhi/m
1 5.005 5.004 5.000 0.005
2 5.006 5.007 5.000 0.007
3 5.007 5.007 5.000 0.007
4 5.009 5.009 5.000 0.009
5 5.009 5.009 5.000 0.009
6 5.005 5.004 5.000 0.005
7 5.005 5.005 5.000 0.005
8 5.006 5.006 5.000 0.006
9 5.009 5.007 5.000 0.009
10 5.006 5.008 5.000 0.008
测量结果的平均值:
Δh = 1
10Σ10
i=1Δhi =0.007m
实验标准偏差:
s Δh =
Σn
i=1(Δhi -Δh )2
n -1 =0.0017m
标准不确定度分量:
u1,1=s Δh =0.0017m
C.3.1.2 水位仪显示分辨力引入的标准不确定度分量u1,2
水位仪的显示分辨力为0.001m,区间半宽a =0.0005m,服从均匀分布,k 取
3 ,则:
u1,2 =a
k =0.0005m 3 ≈0.00029m
C.3.2 压力标准器最大允许误差引入的标准不确定度u2
压力标准器为0.02 级,测量范围(0~100)kPa,最大允许误差为0.02% ×
100kPa=0.02kPa=20kg/ (m·s2),服从均匀分布,k 取 3 ,则:
14
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u2 =0.02kPa 3 ≈0.012kPa=12kg/(m·s2)
C.3.3 介质密度变化引入的标准不确定度u3
水的体积压缩比约为1/200000,5m 校准点处水的密度变化约为0.0025kg/m3,
服从均匀分布,k 取 3 ,则:
u3 =0.0025kg/m3
3 ≈0.0014kg/m3
C.3.4 重力加速度修约误差引入的标准不确定度u4
校准地点重力加速度为9.8011m/s2,修约误差为±0.000005m/s2,服从均匀分
布,k 取 3 ,则:
u4 =0.000005m/s2
3 ≈2.9×10-6m/s2
C.4 标准不确定度汇总
各标准不确定度见表C.2。
表C.2 标准不确定度分量一览表
不确定度来源
输入量标准不确定度
符号数值
灵敏系数
输出量标准不确定
度分量
测量重复性u1,1 0.0017m
水位仪显示分辨力u1,2 0.00029m 1 0.0017m
0.00029m
压力标准器最大允许误差u2 12kg/(m·s2) -0.000102m2·s2/kg 0.0012m
介质密度变化u3 0.0014kg/m3 -0.00501m4/kg 7×10-6 m
重力加速度修约误差u4 2.9×10-6 m/s2 -0.51s2 1.5×10-7 m
C.5 合成标准不确定度
以上各标准不确定度(分量)互不相关,则合成标准不确定度为:
uc= c21u21,1 +c21u21,2 +c22u22 +c23u23 +c24u24 =0.0021m
C.6 扩展不确定度
取包含因子k =2,保持与水位仪示值末位对齐,则扩展不确定度为:
U =k·uc=2×0.0021m≈0.005m
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JJF2247—2025