基於多項式算法的質量流量計標定檢測系統與方法與流程

2023-12-09 19:42:41

本發明涉及檢測領域，尤其涉及一種基於多項式算法的質量流量計標定檢測系統與方法。
背景技術：
：質量流量計是一種較為準確、快速、可靠、高效、穩定、靈活的流量測量儀表，在石油加工、化工等領域有著廣泛的應用，質量流量計儀表輸出的參數主要是質量流量和密度兩個工程參數，所以，在進行該儀表產品生產加工的流程中就必須要求有進行質量流量標定與檢測的裝置系統和進行密度標定與檢測的裝置系統。由於該產品被廣泛應用於石化、造紙、食品及製藥等行業，並且其應用計量精度通常在0.1-0.5％之間，產品的價格也較昂貴，因此，不但要不斷改善提高對質量流量計傳感器的設計、生產和加工等工藝，而且還有對質量流量計整機儀表的標定檢測裝置系統，以及輸出算法的數學模型都要進行科學合理的改善與提高。目前，現有的質量流量計質量流量標定與檢測裝置系統是以控制器為控制中心，通過工業控制總線來實現對質量流量標定裝置系統中電動執行開發、待標定檢測的質量流量計、電子秤和官道上排水閥門的控制與操作，進而實現對線上質量流量計在不同質量流量標定下的標定，但是，由於現有的質量流量計在高壓大流量和低壓微流量應用時，傳感器自身存在非線性的拐點，在線性修正算法上又採用單一係數的線性方程來解決其自身存在非線性的特性，當應用客戶使用該產品的最大或是最小使用量程時，就會出現精度差的問題。此外，現有的質量流量計質量流量標定與檢測系統設計較複雜，應用設備較多，標定與檢測流程也較複雜，單批次生產周期較長，單位時間內產品產能較低。因此，需要對現有的質量流量計進行改進，解決質量流量計在進行大流量高壓狀態下或是小流量微壓狀態下進行計量檢測時存在的非線性問題，提高產品的計量應用精度。技術實現要素：鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明提供一種基於多項式算法的質量流量計標定檢測系統與方法，以解決上述技術問題。本發明提供的基於多項式算法的質量流量計標定檢測系統，包括：標定溶液輸出單元，用於輸出標定溶液；標定管道，用於分別與標定溶液輸出單元和待標定質量流量計連接；控制單元，用於調節標定管道內的標定溶液的質量流量並對待標定質量流量計進行標定和檢測；標準表，用於檢測標定管道內標定介質溶液的瞬時質量流量輸出；回流管道，用於將標定管道內的標定溶液回流至標定溶液輸出單元；所述控制單元根據標準表實時輸出的標定介質溶液瞬時質量流量，通過調節標定管道的流量，完成對待標定質量流量計進行標定和檢測。進一步，所述控制單元包括控制器、分別與控制器連接的第一執行器開關和第二執行器開關，所述第一執行開關設置於標定溶液輸出單元和待標定質量流量計之間，所述第二執行器開關設置於待標定質量流量計和回流管道之間；所述標定溶液輸出單元包括依次連接的標定溶液裝置、溶液泵和恆壓恆流罐；所述回流管道與標定溶液裝置連接。進一步，控制器通過調節第一執行器開關和第二執行器開關的開度，獲取標準表的質量流量和所有待標定質量流量計輸出的相位差，根據所述相位差，通過多項式擬合算法進行標定的線性修正，獲取質量流量係數，並將獲取的質量流量係數寫入對應的待標定質量流量計中，完成標定。進一步，所述控制單元根據質量流量係數完成質量流量計的標定，所述質量流量係數通過如下公式獲取：其中，p(xi)為標準表輸出的瞬時質量流量，a0，a1，a2，a3分別為質量流量計最終質量流量輸出的儀表係數；xi為傳感器測量管輸入端與輸出端兩側正弦信號的相位差。進一步，控制器向第一執行器開關和第二執行器開關發送開啟指令，使標定溶液裝置中的標定溶液依次通過溶液泵、恆壓恆流灌、標定管道、標準表、所有待標定質量流量計和回流管道，回流至標定溶液裝置；控制器向第二執行器開關發送關閉指令，並控制所有待標定質量流量計校零；獲取待標定的質量流量計的最大量程，選取最大量程及最大量程之內的不同數值作為標定點；控制器向第一執行器開關發送開啟指令，使標準表輸出的質量流量依次為各標定點的數值，延時讀取各標定點的標準表的質量流量，以及與待標定質量流量計輸出的相位差，並存儲記錄；控制器向第一執行器開關和第二執行器開關發送關閉指令，完成標定。進一步，控制單元完成標定後，通過比較同一時間內標準表計量總質量與待檢測質量流量計的計量總質量，獲取待檢測質量流量計的精度，完成精度檢測。進一步，控制單元確定流量檢測點位置；控制器向第二執行器開關發送開啟指令，並調節第一執行器開關的開度，使標定管道內的標定溶液滿足流量檢測點位置的流量；控制器向第二執行器開關發送關閉指令，並將標準表和質量流量計的計量總量清零；控制器向第二執行器開關發送開啟指令，延時讀取標準表的質量流量，並讀取質量流量計的相位差和質量流量；控制器向第二執行器開關發送關閉指令，讀取標準表的計量總質量，並讀取質量流量計計量的總質量；對所有流量檢測點依次進行上述操作，完成計量精度的檢測。本發明還提供一種基於多項式算法的質量流量計標定檢測方法，包括：輸出標定溶液至標定管道；檢測標定管道內標定介質溶液的瞬時質量流量輸出；根據實時輸出的標定介質溶液瞬時質量流量，通過調節標定管道的流量，完成對待標定質量流量計進行標定和檢測。進一步，獲取標準表的質量流量和所有待標定質量流量計輸出的相位差，根據所述相位差，通過多項式擬合算法進行標定的線性修正，獲取質量流量係數，並將獲取的質量流量係數寫入對應的待標定質量流量計中，完成標定；所述控制單元根據質量流量係數完成質量流量計的標定，所述質量流量係數通過如下公式獲取：其中，p(xi)為標準表輸出的瞬時質量流量，a0，a1，a2，a3分別為質量流量計最終質量流量輸出的儀表係數；xi為傳感器測量管輸入端與輸出端兩側正弦信號的相位差。進一步，向第一執行器開關和第二執行器開關發送開啟指令，使標定溶液裝置中的標定溶液依次通過溶液泵、恆壓恆流灌、標定管道、標準表、所有待標定質量流量計和回流管道，回流至標定溶液裝置；向第二執行器開關發送關閉指令，並控制所有待標定質量流量計校零；獲取待標定的質量流量計的最大量程，選取最大量程及最大量程之內的不同數值作為標定點；向第一執行器開關發送開啟指令，使標準表輸出的質量流量依次為各標定點的數值，延時讀取各標定點的標準表的質量流量，以及與待標定質量流量計輸出的相位差，並存儲記錄；向第一執行器開關和第二執行器開關發送關閉指令，完成標定；完成標定後，通過比較同一時間內標準表計量總質量與待檢測質量流量計的計量總質量，獲取待檢測質量流量計的精度，完成精度檢測：確定流量檢測點位置；向第二執行器開關發送開啟指令，並調節第一執行器開關的開度，使標定管道內的標定溶液滿足流量檢測點位置的流量；向第二執行器開關發送關閉指令，並將標準表和質量流量計的計量總量清零；向第二執行器開關發送開啟指令，延時讀取標準表的質量流量，並讀取質量流量計的相位差和質量流量；向第二執行器開關發送關閉指令，讀取標準表的計量總質量，並讀取質量流量計計量的總質量；對所有流量檢測點依次進行上述操作，完成計量精度的檢測。本發明的有益效果：本發明中的基於多項式算法的質量流量計標定檢測系統與方法，通過控制標定管道前段和終端執行器開關開度的大小來調節標定管道內標定溶液質量流量的大小，對質量流量計進行標定和檢測，本發明簡化了生產流程，降低了整套系統裝置的費用，大大縮短了質量流量計單批次的生產周期，提高單位時間內產品產能；本發明解決了質量流量計在進行大流量高壓狀態下或是小流量微壓狀態下進行計量檢測時存在的非線性問題，極大的提高了產品的計量應用精度。附圖說明圖1是本發明的結構示意圖。圖2是本發明的原理框圖。圖3是本發明實施例的相位差與流量的曲線圖。具體實施方式以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不衝突的情況下，以下實施例及實施例中的特徵可以相互組合。需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。如圖2所示，本實施例中的基於多項式算法的質量流量計標定檢測系統與方法，包括：標定溶液輸出單元，用於輸出標定溶液；標定管道，用於分別與標定溶液輸出單元和待標定質量流量計連接；控制單元，用於調節標定管道內的標定溶液的質量流量並對待標定質量流量計進行標定和檢測；標準表，用於檢測標定管道內介質溶液的瞬時質量流量的大小和一定標定計量時間內計量輸出介質溶液的總質量；本實施例中的標準表，是檢測標定管道內標定介質溶液的瞬時質量流量輸出的檢測單元，依據其實時輸出標定介質溶液瞬時質量流量的大小來調節管道流量控制閥，進而實現標定中標準質量流量的輸出；回流管道，用於將標定管道內的標定溶液回流至標定溶液輸出單元。如圖1所示，在本實施例中，整個控制單元以控制器為核心，控制器採用工控機，通過通訊控制總線4(hart總線/rs485總線)來控制標定管道6前端和終端執行器開關開度，調節標定管道6內標定溶液的質量流量。當完成標定管道6內標定介質溶液流量的調節後，延時等待直至管道內介質溶液流量趨於平穩時，控制單元開始通過通訊控制總線來獲取在線標定管道6上標準表3的質量流量和所有待標定的質量流量計此時輸出的相位差(即時間差)，並記錄存儲。完成所有標定點後，控制單元應用標準表的採樣數據和單獨每一臺待標定質量流量計的相位差採樣數據，運用多項式擬合算法進行標定的線性修正計算，並將計算輸出的質量流量係數通過通訊控制總線寫入對應待標定質量流量計中，標定管道6內的標定溶液通過回流管道5回流至標定溶液輸出單元。在本實施例中，控制單元包括控制器、分別與控制器連接的第一執行器開關1和第二執行器開關2，所述第一執行開關設置於標定溶液輸出單元和待標定質量流量計之間，所述第二執行器開關設置於待標定質量流量計和回流管道之間；標定溶液輸出單元包括依次連接的標定溶液裝置、溶液泵和恆壓恆流罐；回流管道6與標定溶液裝置連接。控制單元通過調節第一執行器開關1和第二執行器開關2的開度，獲取標準表3的質量流量和所有待標定質量流量計輸出的相位差，根據所述相位差，通過多項式擬合算法進行標定的線性修正，獲取質量流量係數，並將獲取的質量流量係數寫入對應的待標定質量流量計中，完成標定。控制單元根據質量流量係數完成質量流量計的標定，質量流量係數通過如下公式獲取：其中，p(xi)為標準表輸出的瞬時質量流量，a0，a1，a2，a3分別為質量流量計最終質量流量輸出的儀表係數；xi為傳感器測量管輸入端與輸出端兩側正弦信號的相位差。a0，a1，a2，a3為多項式係數，需要通過線性方程組求解，該係數也是質量流量計最終質量流量輸出的儀表係數；xi為傳感器測量管輸入端與輸出端兩側正弦信號的相位差(單位為°)；運用線性行列式矩陣方程進行求解公式(1)中多項式係數a0，a1，a2，a3，如公式(2)。其中，m為質量流量標定點的數量。在本實施例中，控制單元向第一執行器開關和第二執行器開關發送開啟指令，使標定溶液裝置中的標定溶液依次通過溶液泵、恆壓恆流灌、標定管道、標準表、所有待標定質量流量計和回流管道，回流至標定溶液裝置；控制單元向第二執行器開關發送關閉指令，並控制所有待標定質量流量計校零；獲取待標定的質量流量計的最大量程，分段截取所述最大量程的1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.15、0.1、0.05、0.02倍數的數值作為標定點；控制單元向第一執行器開關發送開啟指令，使標準表輸出的質量流量依次為各標定點的數值，延時讀取各標定點的標準表的質量流量，以及與待標定質量流量計輸出的相位差，並存儲記錄；控制單元向第一執行器開關和第二執行器開關發送關閉指令，完成標定。在本實施例中，標定完成後，工控機進入質量計量的自動檢測模式，工控機自動控制標定管道內標定介質溶液的質量流量大小，定時計量，通過比對標準表在定時時間內的計量總質量與在線待檢測的每一臺儀表在定時時間內計量總質量計算輸出在線儀表的精度，並報告給生產用戶，完成標定與檢測。控制單元確定流量檢測點位置；控制單元向第二執行器開關發送開啟指令，並調節第一執行器開關的開度，使標定管道內的標定溶液滿足流量檢測點位置的流量；控制單元向第二執行器開關發送關閉指令，並將標準表和質量流量計的計量總量清零；控制單元向第二執行器開關發送開啟指令，延時讀取標準表的質量流量，並按流向依次讀取質量流量計的相位差和質量流量；控制單元向第二執行器開關發送關閉指令，讀取標準表的計量總質量，並按流向依次讀取質量流量計計量的總質量；對所有流量檢測點依次進行上述操作，完成計量精度的檢測。下面列舉一個具體的實施例來進行詳細說明：1)控制器發送指令控制第一執行器開關1和第二執行器開關2，使標定溶液裝置中的標定溶液通過溶液泵，流經恆壓恆流灌、標定管道6、標準表3和在線所有待標定的質量流量計，最終通過回流管道5流回標定溶液裝置；2)延時5分鐘，使標定溶液充分潤溼標定管道6和線上準備標定的所有質量流量計；3)控制器發送指令控制第二執行器開關2為關狀態，然後向在線所有待標定的質量流量計發送自動校零指令，並等待完成校零；4)控制器發送指令，獲取在線標定質量流量計所允許標定的最大質量流量的量程(kg/min)，然後截取該量程的1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.15、0.1、0.05、0.02倍數值作為在線質量流量計質量流量標定調節標準值，然後記錄存儲標定點數據；5)控制器發送指令，控制調節控制第一執行器開關1開度，使標準表輸出質量流量的大小為在線標定質量流量計所允許標定的最大質量流量量程的1.0倍，然後停止第一執行器開關1開度調節，並延時1分鐘左右，等待標定管道內的標定溶液的流量趨於平穩狀態；6)控制器發送指令，讀取標準表的質量流量，然後從前至後依次讀取在線質量流量標定的質量流量計輸出的相位差值，並將所讀取的採樣數據進行存儲記錄；7)重複步驟5)至6)，完成在線標定質量流量計所允許標定的最大質量流量的量程的0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.15、0.1、0.05、0.02倍數值點質量流量標定；8)控制器發送指令，控制第一執行器開關1和第二執行器開關2為關閉狀態，完成質量流量的標定。在實際的應用測試驗證中，採用本實施例中的系統進行標定，來驗證多項式算法在質量流量計質量流量標定與檢測裝置中的實效性，表1所示為dn25口徑質量流量計在新型標定裝置上進行質量流量標定的原始數據：標定儀表相位差(°)標準表流量(kg/min)0.02092.0460.04974.9860.114310.1640.159115.1400.208120.4180.309430.8420.398840.1130.509950.4570.591260.0890.699270.3530.802680.1750.900690.4591.0108100.502表1利用表1中的標定原始數據，然後利用公式(1)、(2)進行多項式係數a0，a1，a2，a3的求解，經運算後求解得出：a0＝-2.10836e-13；a1＝100.33172；a2＝3.16839e-12；a3＝-2.29912e-12；將求解的多項式係數a0，a1，a2，a3通過控制器寫入至標定的質量流量計轉換器中，然後準備進行該儀表的精度檢測。本實施例中的檢測過程如下：1.控制器獲取當前質量流量計需要檢測流量點的數據表文件中所有數據及流量檢測點位置；2.控制器判定是否完成所有流量檢測點的計量檢測，如果沒有完成，則進入步驟3)；否則進入步驟11)；3.控制器發送指令，控制第二執行器開關2為全開狀態，然後控制調節第一執行器開關1的開度，使標定管道內標定溶液通過標準表的流量滿足當前流量檢測點位置的流量；4.控制器發送指令，控制第二執行器開關2為全關狀態；5.控制器發送指令，將標準表、在線質量流量計進行總量清零操作；6.控制器發送指令，控制第二執行器開關2為全開狀態，延時5分鐘；7.控制器發送指令，讀取標準的質量流量，從前至後依次讀取質量流量計的相位差和質量流量，然後依次存儲記錄至控制器中；8.延時5分鐘，控制器發送指令，控制第二執行器開關2為全關狀態；9.控制器發送指令，讀取標準的計量總質量，從前至後依次讀取質量流量計計量的總質量，然後依次存儲記錄至控制器中；10.重複步驟2)至9)，完成；數據表文件中所有需要計量檢測流量點的計量檢測；11.完成計量精度的檢測，報告用戶。本實施例在完成計量檢測後的結果數據表如表2所示，採用現有的標定與檢測系統的結果數據表如表3所示：表2表3對比表2和表3，可以看出應用現有的標定與檢測裝置系統的標定結果較差，最大偏差為0.2957％；應用本實施例中的系統中的標定與檢測的方法進行質量儀表的標定結果較好，最大偏差為0.1788％。應用表2中的檢測計量數據，選取檢測儀表相關差(°)作為橫坐標，標準表流量(kg/min)和檢測儀表流量(kg/min)數據作為縱坐標，其相位差與流量的曲線圖，如圖3所示，從圖3中可以看出，本實施例中的系統中的質量流量計儀表輸出的瞬時質量流量基本上與標準表3輸出的瞬時質量流量相同，這樣的結果就會使被標定和檢測的質量流量計儀表的精度無限的接近標準表3的精度。並且，本實施例剔除了現有裝置系統中的電子秤設備，降低了整套系統裝置的費用，大大縮短質量流量計單批次的生產周期，提高單位時間內產品產能；解決了質量流量計在進行大流量高壓狀態下或是小流量微壓狀態下進行計量檢測時存在的非線性問題，極大的提高了產品的計量應用精度。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術領域：
中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。當前第1頁12