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气体流量计的远程校准技术探析
点击次数:发布时间:2011-06-29 09:17

 1 概述

    当时,信息技能特殊是核算机收集技能正在日益浸透到各行各业,激发出各类新的行为和思想。收集会议、长途教育、长途医疗、电子商务等基于收集技能的新事物在资本共享、优势互补、缩短时空间隔等方面发扬了宏大的效果,其开展势头有增无减。传统的计量测试技能也没有置身其外。在合用于实行室内的各类并行总线和合用于部分局限内的各类现场总线尚在鼎力开展的还,又呈现了一种新的趋向:即跨企业、跨地区的所谓“长途校准”。

    长途校准所指的起首依然是一种校准进程,即以获取被校传感器或被校测量仪器的计量特征为目标而进行的一组操作。这一进程依然离不开传统校准的几个要素:高级级计量规范、被校仪器、校准规程或校准标准、数据采集与数据处置(含不确定度剖析)。高级级计量规范与被校仪器凡间状况下依然同处一地,相互直接衔接。与传统的校准的首要分歧点在于:校准除了可以由位于计量规范和被校仪器地点现场的人员进行当场操作外,还可以借助核算机收集传输技能由位于其它当地的有关人员进行及时、异地、长途操作。长途操作按受权分歧可以包罗校准参数的设定、现场传感器旌旗灯号的获取、数据处置以及不确定度剖析等。对长途校准还有一种更为勇敢的想象,即高级级计量规范和被校仪器位于分歧的当地,经过收集传输技能就可完成量值溯源或传递。但这一想象当前还不实际。

    2气体流量计的长途校准技能

    美国天天耗费价值约为22亿美元的自然气。这些自然气从气井到工业或民间的用户普通须经由5到7次气体流量计的计量。为了买卖的公道,必需对运用的气体流量计进行按期的校准。当前,位于华盛顿的NIST流量组对气体流量计可供应的校准效劳的流量上限为5100m3/h,校准的扩展不确定度不大于示值的0.2%,而美国工业界实践运用的气体流量上限达6000000m3/h。这就是说,NIST现有规范与需求比拟尚差1000多倍。假如再思索到气体的品种和压力局限,NIST的现有规范就相差更远。因为受修建面积、设备投资等的限制,在可以预见的未来,NIST也没有能够在其本部地点地建造可以掩盖一切量程、气种和压力局限的气体流量规范。与此还,位于美国科罗拉多州努恩的科罗拉多工程实行室(CEESI)曾经具有一套量程为16200m3/h的气体流量规范。该规范在CEESI内部被称为“A基准”。该规范中,被校气体流量计的上游是口径巨细按8421陈列、互相并联的音速喷嘴组合,被校气体流量计的下流则是基于PVT法的流量搜集与测定安装。据CEESI申报,用该规范进行校准的扩展不确定度不大于示值的0.14%。这一不确定度竟然比NIST最大气体流量规范的不确定度还要小,对此,NIST流量组是颇有观点的。但不论怎样说,该安装的量程是NIST现有最大安装量程的3倍。不只如斯,CEESI在科州埃沃瓦兴修中的另一套校准设备其量程将高达2580000m3/h。该设备一旦建成,据称将是世界最大的,其校准才能达NIST现有规范的500倍。

    NIST第一步方案经过长途校准技能起首将CEESI现有的、位于努恩的最大流量规范,即所谓的“A基准”(量程为16200m3/h),归入美国国度级校准系统。在成功的根底上,下一步再将CEESI在埃沃瓦兴修中的、量程为2580000m3/h的流量规范用相同的办法归入NIST的校准系统。从技能道路看,NIST并不撤除CEESI的“A基准”现有的数据采集和数据处置设备。而是与设备上现有的压力、温度、工夫等传感器相并列,再装置一套(冗余的)属NIST一切、归CEESI长时间借用的同类传感器。这套新装的传感器将按期地溯源至NIST响应的最高规范。新旧两套传感器一同接至以令牌环方法任务的现场数据采集系,然后连至CEESI的T1端子。而该T1端子又可连至离CEESI约35英里的高速广域网结点。NIST以为,除了对数据和节制信息的长途传输外,对设备的运转状况进行及时的声像看管也十分主要。异地的操作者应该能及时察看到设备的运转,与现场操作者对话,还按需求读取数据,或改动设备的参数设置。

    要完成流量计长途校准的另一个要害要素是必需切实晓得进入被校流量计的流体的速度剖面。由于大大都流量计的计量特征将因速度剖面的分歧而改动。光靠信息传输与节制系统明显无法处理这一问题。为此,NIST与得克萨斯州的DANIEL公司协作,正在开拓一种可以测量流体速度剖面的多声道超声波流量计。这一超声波流量计将被装置在被校流量计的上游。它一方面可以测量进入被校流量计的速度剖面,然后为评价流量实行段的质量供应参考,为研讨下流被校流量计在分歧速度剖面状况下的计量特征供应根据;另一方面,经过对速度散布的面积分,还也就精确地测出了流过被校流量计的体积流率,然后为被校流量计的测量不确定度剖析供应了某种基准值。这种超声波流量计具有11对以上的声道,应用时差法辨别测量速度剖面上分歧部位的流速。个中有4对以上的声道测量管道截面中X轴上分歧部位的速度散布(轴向速度),还有4对以上的声道测量管道截面中Y轴上分歧部位的速度散布(轴向速度),尚有两对以上的声道测量管道截面中的能够存在的径向速度,还有一对声道测量管道截面中能够存在的扭转速度。因为超声波探头输出的旌旗灯号实践上仅仅反映了声响传输通道上的一种积分效应,普通的做法是采用相似层面拍照术的技能经过解积分方程获得整个剖面上的二维速度散布。这种算法耗时多,速度慢,并对噪声或搅扰相当敏感。后果一方面将因耗时过多而无法及时跟踪速度剖面的转变,另一方面十几个通道的信息还远远无法包管算法的收敛:常常是要么得不就任何后果,要么得出的后果不惟一。为调查决这一问题,NIST的流量组拟采用一种半经历的形式辨认算法。详细做法是:起首用相似旌旗灯号处置中付立叶剖析的办法,将流体能够的速度散布(首要指轴向速度的散布)分化为若干种根本的速度散布的线性组合。如许,算法就简化为依托十几个通道的超声波探头信息,依据最小二乘道理,在预先树立的流体速度的能够散布表亦即数据库中查找出最有能够的阿谁速度散布,或更精确地说,查找出最有能够的那种速度散布的组合来。也可以将这种算法了解为是一种映射或一种变换,即把输入集(超声波信息的各类组合),按某种预定的规矩,映射或变换到输出集(流速散布的各类组合)中去。因为这是一种开环的算法,它有两个分明的长处:(1)速度快。由于查找进程的耗时是很短的。它将足以及时跟踪速度剖面的任何转变。(2)算法永远收敛。由于终归可以找到某种速度散布,它比其它速度散布相对而言更有能够一些,即依据预定的规矩其组成误差相对而言更小一些。至于流体速度的能够散布表或数据库,可以用核算机仿真和经历估量相连系的办法来树立。映射算规律要依据超声波探头对的详细安插方案来发生,并经某种实践的“练习”后才干最终优化确定。这里的所谓“练习”是指让映射算法起首能从已知的输入得出已知的输出,然后逐渐能从未知的输入得出合理的输出的算法优化进程。NIST以为,用如许的软硬件连系的办法制造出来的多声道超声波流量计现实上是一种“便携式基准”。由于它不再会因速度剖面的分歧而影响测量不确定度。

    长途校准在促进计量的开展,降低校准本钱,扩展计量量程等方面确实带来了很多新的转变。

    小结

    长途校准决不只是一种时兴,它的确是一个有意义的、在我国计量界具有宽广使用前景的研讨偏向。它代表了用IT技能革新传计算量行业的一种趋向。
 

 
  
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