CN102128666A - 一种科里奥利质量流量计的标定方法 - Google Patents

一种科里奥利质量流量计的标定方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种科里奥利质量流量计的标定方法。首先，对仪表进行预估标定，在满管无流量时测得仪表的预估零点
Figure 2011100359646100004DEST_PATH_IMAGE002
，将其设置到仪表中；再选取一个较大的流量点，测得预估仪表系数，也将其设置到仪表中；其次，对仪表进行修正标定，在每个流量点下做3次流量累积实验，计算各流量点下累积质量流量的误差，据此采用线性拟合的方法获得预估仪表系数
Figure 973088DEST_PATH_IMAGE004
的修正系数
Figure 2011100359646100004DEST_PATH_IMAGE006
和预估零点
Figure 434156DEST_PATH_IMAGE002
的修正系数
Figure 2011100359646100004DEST_PATH_IMAGE008
，从而得到修正后的仪表系数
Figure 2011100359646100004DEST_PATH_IMAGE010
和零点，并将其设置到仪表中；最后，对仪表进行验证标定，即在仪表满量程范围内取5个流量点，在每个流量点下做3次流量累积实验，计算仪表的误差和重复性，从而确定仪表的精度等级。本发明能有效提高仪表的精度等级。

Description

一种科里奥利质量流量计的标定方法
技术领域
本发明涉及流量仪表的标定领域，特别是一种依次采用预估标定、修正标定和验证标定以提供准确的仪表系数和零点的科里奥利质量流量计的标定方法。
背景技术
仪表标定是流量仪表在出厂前或者在实际应用前首先必须通过的一个检定环节，其目的是获得流量仪表的仪表系数和零点偏移量（以下简称零点），是仪表的输出与被测的流量有准确的对应关系。所以，仪表系数和零点的准确性直接关系到仪表的测量精度。科里奥利质量流量计是一种能够直接测量流体质量流量的流量仪表，其检定规程（JJG1038-2008）中给出了相关检定规范，明确了仪表系数和零点的定义，但是，没有给出获得准确的仪表系数和零点的具体标定方法。目前，大多数科里奥利质量流量计生产厂家常采用的标定方法为：当流量计测量管充满水、且无流量流动时，测量仪表的零点；将该零点数值设置到仪表中；为了节省标定时间，选择大流量点，对仪表进行实际流量的标定，获得仪表系数。这一方法的优点是工作量小。但是，由于仪表的测量输出特性并非理想的线性特性，仅仅根据两个流量点的数据来确定仪表系数和零点，往往存在较大的误差，尤其是在小流量测量时，误差会显得较大。
设科里奥利质量流量计理想的仪表系数和零点分别为                                                
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE001
和，标定得到的仪表系数和零点分别为
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE003
和。由于标定得到的仪表系数和零点与理想的仪表系数和零点往往存在偏差，设标定的仪表系数
Figure 859875DEST_PATH_IMAGE003
和零点
Figure 652382DEST_PATH_IMAGE004
的修正系数分别为
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE006
，其计算式为：
由于一般情况下，标定的仪表系数
Figure 182851DEST_PATH_IMAGE003
和零点
Figure 578060DEST_PATH_IMAGE004
与理想的仪表系数和零点
Figure 90261DEST_PATH_IMAGE002
较为接近，所以，接近于1，
Figure 431561DEST_PATH_IMAGE006
接近于0。
据此可得，科里奥利质量流量计的标定流量表达式为：
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE008
式中，
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE009
是科里奥利质量流量计的实际输出，即流量计测得的、显示的瞬时质量流量；是科里奥利质量流量计的输入，即时间差。
科里奥利质量流量计理想的流量表达式为：
式中，是科里奥利质量流量计的理想输出，即理想的、标准的瞬时质量流量。
因此，第i个流量点的流量测量误差表达式为：
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE013
式中，
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE014
是仪表实际测量得到的第i点的累积质量流量，
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE015
是第i点的标准的累积质量流量，
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE016
是累积时间。
令
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE017
从而得到
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE018
综上可知，流量计标定的仪表系数和零点的误差会使测量结果产生常量误差
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE019
和与实际流量成反比的误差
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE020
。因此，流量仪表的标定中要尽量减小仪表系数和零点的误差，以提高仪表的精度等级。
发明内容
本发明的目的就是为了得到准确的科里奥利质量流量计仪表系数和零点而提供一种有效的标定方法。
本发明所采用的技术方案是：首先，对仪表进行预估标定，即采用现有标定方法，在流量计测量管满管(充满被测介质)且无流量的情况下测得仪表的预估零点
Figure 376074DEST_PATH_IMAGE004
，将其设置到仪表中，再选取一个较大的流量点，测得预估仪表系数
Figure 369438DEST_PATH_IMAGE003
，也将其设置到仪表中；其次，对仪表进行修正标定，即在流量计量程范围内均匀地选取4个流量点，在每个流量点下做3次流量累积实验，计算各流量点下相同时间内科里奥利质量流量计与标准秤之间累积质量流量的误差，据此采用线性拟合的方法获得预估仪表系数
Figure 123768DEST_PATH_IMAGE003
的修正系数
Figure 736146DEST_PATH_IMAGE005
和预估零点
Figure 259531DEST_PATH_IMAGE004
的修正系数
Figure 564741DEST_PATH_IMAGE006
，从而得到修正后的较为准确的仪表系数
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE021
和零点，并将其设置到仪表中；最后，对仪表进行验证标定，即根据检定规范选取流量点，在每个流量点下做3次流量累积实验，计算仪表的误差和重复性，进而确定仪表的精度等级。
本发明的具体技术流程为：预估标定1→修正标定2→验证标定3，如图1所示。
本发明技术流程均在图2所示的科里奥利质量流量计标定系统上进行。该标定系统主要由水箱11、被检科里奥利质量流量计12、试验管路21、标准秤13、液体循环管路24等部分组成。其工作原理为：以高精度电子秤作为标准秤13，在液体流动过程中，测量一段时间内流过科里奥利质量流量计12的累积质量流量，与标准秤13的称量值对比，从而得到仪表系数和零点，并确定仪表的精度等级。
所述预估标定1的流程框图如图3所示，其步骤为：(1)零点标定4，即通过将流体充满科里奥利质量流量计12的测量管，并关闭其上游阀门17、下游阀门20让流体静止，科里奥利质量流量计的测量值即为预估零点，然后将预估零点设置到仪表中；(2)系数标定5，即将流量调到仪表量程范围的最大值，通过实流检定，获得标准秤13累积质量流量值和流量计累积质量流量示值，标准秤累积质量流量值与流量计累积质量流量示值之比即为预估仪表系数；(3)设定估计仪表系数6，即将所述系数标定5中获得的预估仪表系数设置到仪表中，从而获得流量表达式
Figure 415148DEST_PATH_IMAGE008
。
所述修正标定2的流程框图如图4所示，其步骤为：(1)误差标定7，即在流量计量程范围内均匀地选取4个流量点，在每个流量点下，将流量计累积质量流量值与标准秤累积质量流量值进行比较，得到每个流量点
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE023
的测量误差
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE025
；(2)系数拟合8，即根据数据
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE027
，采用线性拟合的方法，得到与修正系数有关的系数
Figure 244695DEST_PATH_IMAGE019
(斜率)、
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE028
（截距）；(3)计算修正的系数和零点9，即根据系数
Figure 618039DEST_PATH_IMAGE019
(斜率)、（截距）得到仪表系数的修正系数
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE029
和零点修正系数
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE030
，从而获得修正后的系数
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE031
和零点；(4)设定修正的仪表系数10，即将修正后的仪表系数
Figure 848928DEST_PATH_IMAGE001
和零点
Figure 201412DEST_PATH_IMAGE002
设置到仪表中，获得流量的表达式。
所述验证标定3，即根据科里奥利质量流量计检定规程（JJG1038-2008）选取5个流量点
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE033
，在每个流量点下，将流量计累积质量流量值与标准秤累积质量流量值进行比较，得到每个流量点的测量误差和重复性误差，从而确定仪表的精度等级。
本发明方法的优点在于能显著提高科里奥利质量流量计仪表系数和零点的标定精度，从而提高仪表的精度等级。
附图说明
图1为本发明一种科里奥利质量流量计标定方法的技术流程框图。
图2为本发明具体实施例中科里奥利质量流量计标定系统示意图。
图3为本发明具体实施例中预估标定流程框图。
图4为本发明具体实施例中修正标定流程框图。
图2中附图标记如下：11水箱，12科里奥利质量流量计，13标准秤，14稳压罐，15旁路阀门，16单向阀，17上游阀门，18压力表A，19压力表B，20下游阀门，21试验管路，22换向器，23排水阀门，24液体循环管路，25旁路管道，26水泵。
具体实施方式
本发明的设计思想是：通过满管无流量和大流量实流标定，得到流量计的预估仪表系数和预估零点；将预估仪表系数和预估零点设置到流量计中，在多个流量点下进行实流标定，得到标定误差；根据各个流量点下的标定误差与实际流量值进行线性拟合，得到预估仪表系数和预估零点的修正系数；用修正系数对预估仪表系数和预估零点进行修正，得到修正的仪表系数和零点，并设置到流量计中；最后，对流量计进行实流标定，确定其精度等级。
图1所示为本发明的具体技术流程框图，技术流程为：预估标定1→修正标定2→验证标定3。
图2所示为本发明具体实施例中科里奥利质量流量计标定系统示意图，主要由水箱11、被检科里奥利质量流量计12、试验管路21、标准秤13、液体循环管路24等部分组成。其工作原理为：以高精度电子秤作为标准秤13，在液体流动过程中，测量一段时间内流过科里奥利质量流量计12的累积流量，与标准秤13的称量值对比，从而得到仪表系数和零点，并确定仪表精度等级。
图3所示为本发明具体实施例中预估标定流程框图。预估标定1的步骤为：(1)零点标定4，即通过将流体充满科里奥利质量流量计的测量管，并关闭其上、下游阀门让流体静止，科里奥利质量流量计的测量值即为预估零点
Figure 894693DEST_PATH_IMAGE004
，然后，将预估零点
Figure 332627DEST_PATH_IMAGE004
设置到仪表中；(2)系数标定5，即将流量调到仪表量程范围的最大值，通过实流检定，获得标准秤累积流量值和流量计累积流量示值，标准秤累积流量值与流量计累积流量示值之比即为预估仪表系数
Figure 753244DEST_PATH_IMAGE003
；(3)设定估计仪表系数6，即将所述系数标定5中获得的预估仪表系数设置到仪表中，从而获得流量表达式
Figure 214630DEST_PATH_IMAGE008
。
图4所示为本发明具体实施例中修正标定流程框图。修正标定2的步骤为：(1)误差标定7，即在流量计量程范围内均匀地选取4个流量点，在每个流量点下，将流量计累积质量流量值与标准秤累积质量流量值进行比较，得到每个流量点的测量误差
Figure 239534DEST_PATH_IMAGE024
Figure 301031DEST_PATH_IMAGE025
，其中，流量点
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE035
为一平均值，是标准秤累积流量值与测量时间的比值；(2)系数拟合8，即根据数据
Figure 460748DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 748641DEST_PATH_IMAGE027
，采用线性拟合的方法，借助Matlab中的
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE036
函数进行线性拟合
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE037
,得到与修正系数有关的系数
Figure 2011100359646100002DEST_PATH_IMAGE038
、，
Figure 527373DEST_PATH_IMAGE019
为斜率、
Figure 708955DEST_PATH_IMAGE028
为截距；(3)计算修正的系数和零点9，即根据系数
Figure 773994DEST_PATH_IMAGE019
(斜率)、
Figure 673817DEST_PATH_IMAGE028
（截距）得到仪表系数修正系数
Figure 239928DEST_PATH_IMAGE029
和零点修正系数，从而获得修正后的系数
Figure 777537DEST_PATH_IMAGE031
和零点；(4)设定修正的仪表系数10，即将修正后的仪表系数
Figure 409823DEST_PATH_IMAGE001
和零点
Figure 300419DEST_PATH_IMAGE002
设置到流量计中，获得流量的表达式。
将修正后的仪表系数
Figure 581676DEST_PATH_IMAGE001
和零点
Figure 630534DEST_PATH_IMAGE002
设置到流量计中之后，即可通过实流标定（验证标定3）确定流量计的精度等级。
采用本发明方法，在某流量仪表厂的标定站，针对口径为10mm的科里奥利质量流量计传感器进行了实流水流量标定，标定的结果如表1（见下）所示，
Figure 641216DEST_PATH_IMAGE040
其精度等级优于0.15。而采用目前质量流量计生产厂家常采用的标定方法对所述同样的科里奥利质量流量计传感器进行实流水流量标定，标定结果如表2（见下）所示，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
其精度等级低于0.3。可见，本发明方法能有效地提高科里奥利质量流量计的精度等级。

Claims (2)

1.一种科里奥利质量流量计的标定方法，技术流程为：预估标定→修正标定→验证标定，其特征在于：预估标定，用以得到科里奥利质量流量计的预估仪表系数                                                
Figure 968739DEST_PATH_IMAGE001
和预估零点
Figure 600708DEST_PATH_IMAGE002
；修正标定，用以获得预估仪表系数
Figure 439220DEST_PATH_IMAGE001
和预估零点的修正系数和
Figure 496715DEST_PATH_IMAGE004
，从而得到较准确的仪表系数
Figure 709391DEST_PATH_IMAGE005
和零点
Figure 163374DEST_PATH_IMAGE006
；验证标定，即为通过实流标定确定仪表的精度等级。
2.如权利要求1所述的一种科里奥利质量流量计的标定方法，其特征在于：修正标定的步骤为：
(1)误差标定，即在流量计量程范围内均匀地选取4个流量点，在每个流量点下，将流量计累积质量流量值与标准秤累积质量流量值进行比较，得到每个流量点的测量误差
Figure 890208DEST_PATH_IMAGE008
Figure 86834DEST_PATH_IMAGE009
；
(2)系数拟合，即根据数据
Figure 28114DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 702809DEST_PATH_IMAGE011
，采用线性拟合的方法，得到与修正系数有关的系数
Figure 413145DEST_PATH_IMAGE012
(斜率)、
Figure 780672DEST_PATH_IMAGE013
（截距）；
(3)计算修正的系数和零点，即根据系数
Figure 943669DEST_PATH_IMAGE012
(斜率)、
Figure 422055DEST_PATH_IMAGE013
（截距）得到仪表系数的修正系数
Figure 252477DEST_PATH_IMAGE014
和零点修正系数
Figure 525326DEST_PATH_IMAGE015
，从而获得修正后的系数
Figure 271277DEST_PATH_IMAGE016
和零点
Figure 287774DEST_PATH_IMAGE017
；
(4)设定修正的仪表系数，即将修正后的仪表系数
Figure 972702DEST_PATH_IMAGE005
和零点
Figure 416453DEST_PATH_IMAGE006
设置到仪表中，获得流量的表达式
Figure 819622DEST_PATH_IMAGE018
。
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