CN103162771B - 流体计量装置的标定方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种流体计量装置的标定方法，包括：使第一流体和第二流体分别以给定流量流经待标定的流体计量装置，获取流体计量装置针对第一流体的第一信号输出以及针对第二流体的第二信号输出；确定第一信号输出与第二信号输出之间的第一关系；利用标准流体流量检定装置，针对第一流体来标定流体计量装置，以获得第一流体的流量与流体计量装置的信号输出之间的第二关系；根据第一和第二关系，计算至少两个流量下流体计量装置针对第二流体的信号输出；以及利用所述至少两个流量和计算出的信号输出，作为标定值，针对第二流体来标定流体计量装置。该标定方法能够针对多种流体标定流体计量装置，低成本、高效地实现高精度的流量计量。

Description

流体计量装置的标定方法
技术领域
本发明涉及流体计量技术领域，具体涉及流体计量装置的标定方法。
背景技术
在计量例如混合性可燃气体时，电子计量相比传统机械计量具有优越性，例如MEM技术在流体计量方面已有应用。但是对于包含不同组份的不同流体，电子计量装置的标定比较困难。传统的机械计量装置一般采用空气标定，以空气与实际待测气体之间的精度等效方式进行估计，以针对待测气体来标定计量装置。而多数电子计量方法(超声波、MEMS、电化学等)在原理上对于混合性流体的组份、温度和压力敏感，因此不能像机械计量那样做精度等效的假设。目前还没有比较好的方法实现对多种气体的计量标定。目前已有的产品的方法或是精度标称值限定于一定的测量环境，或是采用现场标定的方法，主要存在如下缺陷：
1)精度不能保证。生产标定时使用的流体往往和实际计量流体不同，由于流体的特性不同，导致计量精度发生变化。
2)应用范围小。在一定精度要求下，只能计量和校准标定流体性质相近的流体。
3)成本高。采用现场校准的方法，成本高。精度低和成本高不利于技术的推广和产品的批量大规模生产。
另外，很多流体具有易燃、易爆、有毒等特性，使得在实际生产过程中不能直接用来建立流体流量和计量装置的信号输出的关系，无法进行标定。
因此，需要一种流体计量装置的标定方法，能够针对多种流体标定流体计量装置，低成本、高效的实现高精度的流量计量。
发明内容
根据本发明示例实施例，提出了一种流体计量装置的标定方法，包括：
步骤a，使第一流体和第二流体分别以给定流量流经待标定的流体计量装置，获取流体计量装置针对第一流体的第一信号输出以及针对第二流体的第二信号输出；
步骤b，确定第一信号输出与第二信号输出之间的第一关系；
步骤c，利用标准流体流量检定装置，针对第一流体来标定流体计量装置，以获得第一流体的流量与流体计量装置的信号输出之间的第二关系；
步骤d，根据第一和第二关系，计算至少两个流量下流体计量装置针对第二流体的信号输出；以及
步骤e，利用所述至少两个流量和计算出的信号输出，作为标定值，针对第二流体来标定流体计量装置。
根据本发明另一示例实施例，提出了一种流体计量装置的标定方法，包括：
步骤a，使第一流体和第二流体分别流经待标定的流体计量装置，获取针对第一流体的信号输出以及针对第二流体的信号输出；
步骤b，针对给定的信号输出，确定第一流体的流量与第二流体的流量之间的第一关系；
步骤c，利用标准流体流量检定装置，针对第一流体来标定流体计量装置，以获得第一流体的流量与流体计量装置的信号输出之间的第二关系；
步骤d，根据第一和第二关系，计算至少两个信号输出下第二流体的流量；以及
步骤e，利用所述至少两个信号输出和计算出的第二流体的流量，作为标定值，针对第二流体来标定流体计量装置。
根据示例实施例，第一流体可以称为替代流体，例如包括空气，第二流体是流体计量装置要测量的实际待测流体，例如可以包括天然气。
根据示例实施例，可以在实验室环境下执行步骤a和b。
根据示例实施例，可以在流体计量装置的生产环境下执行步骤c、d和e。对于同一批次生成的流体计量装置，可以针对每一个流体计量装置执行步骤c、d和e，以逐个地标定流体计量装置。
根据本发明示例实施例，可以通过使用任何一种流体，建立此种流体的流量和计量装置的信号输出之间的关系，来获得其他流体的流量与计量装置的信号输出之间的关系，以针对多种流体来标定计量装置。可以在生产过程中低成本、高效地实现同一批次计量装置的标定。
附图说明
通过下面结合附图说明本发明的示例实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：
图1示出了根据本发明示例实施例的标定方法的流程图。
图2示出了根据本发明另一示例实施例的标定方法的流程图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的示例实施例进行详细描述，本发明不限于下述示例实施例。为了清楚描述本发明的基本思想，附图中仅示出了与本发明的技术方案密切相关的部件、功能或步骤，并且以下描述中省略了对已知技术、功能、部件或步骤的具体描述。
下文中主要采用MEMS流体计量器装置作为示例描述本发明示例实施例，但是本领域技术人员可以理解，本发明不限于此，而是可以应用于任何其他电子计量装置的标定，例如对蜗轮、腰轮、皮膜表、超声波燃气表等的标定。
微机电流量计量装置采用微机电(MEMS)传感器为检测元件，MEMS传感器基于MEMS技术，用于实现流体流量或流速测量，能够将流体流量转换为信号输出，例如转换为电压信号。MEMS传感器采用“热分布式”原理来实现流体流量计量。具体而言，MEMS传感器上有一个发热点，没有流体流动时，发热点周围保持稳定的温度场，当流体流过传感器芯片时，流体带走热量导致局部温度场发生变化。温度场的变化量取决于流体的质量及流速以及流体的热传导系数，温度场的变化量可以通过温度传感器测量获得。通过测量温度传感器的输出即可以测量出流体的质量流速或流量。
在MEMS流体计量装置投入实际使用之前，需要对其进行标定，即针对待测流体，建立待测流体的流量与MEMS流体计量装置的信号输出之间的正确关系，以便使用该MEMS流体计量装置来准确地计量待测流体。由于在生产过程中工艺变化等因素影响，即使同一批生产的MEMS流体计量装置，也存在个体差异，在同种流体同一流速或流量下，这些装置的信号输出无法完全相同，因此需要对每个MEMS流体计量装置进行标定。如果使用专用的流体流量标定装置进行标定，则需要在条件要求严格的实验室环境下进行，这是极不方便并且成本过高。因此在实际生产过程中，出于成本和效率的考虑，通常使用标准流体流量检定装置，采用空气作为标准流体进行标定。标准流体流量检定装置是一种产生标准流量值(例如，一定精度的恒定流体流量)的标准器，且可根据要求设定流体流量。例如，该检定装置可以是音速喷嘴装置、湿式流量计等。标准流体流量检定装置一般使用的流体是空气，设计和使用的规范都是基于现有空气的相关标准。在进行标定时，根据实际情况，可以对空气进行除尘、除湿等常规预处理。
然而，MEMS流体计量装置实际计量的流体一般不是空气，而是例如天然气等工业或民用的其他流体。采用空气作为标准流体进行标定无法精确反映MEMS流体计量装置的信号输出与待测流体的实际流量之间的关系，降低了MEMS流体计量装置的计量精度。此外，一些流体具有易燃、易爆、有毒等特性，在实际生产过程中不能直接用来建立流体流量和MEMS流体计量装置的信号输出之间的关系。
发明人发现，根据MEMS传感器的原理，对于两种不同流体，MEMS传感器在同一流量(或流速)下输出的两个信号不同，但是只要两种流体组分不变，这两个信号之间的关系就保持恒定。那么，可以通过用两种流体之一标定MEMS流体计量装置，根据前述两种流体在同一流量下的信号输出的关系，计算得到针对另一种流体的标定值，来实现针对另一种流体的MEMS流体计量装置标定。因此，使用任何一种流体作为替代流体，通过建立此种替代流体流量和MEMS流体计量装置的信号输出的关系，并获知MEMS流体计量装置在替代流体与其他待测流体的同一流量下的信号输出之间的关系，就可以导出待测流体的流量，实现针对待测流体的MEMS流体计量装置标定。例如，可以采用空气作为替代气体，天然气作为待测气体，来实现MEMS流体计量装置的天然气标定。
图1示出了根据本发明示例实施例的标定方法的流程图。可以针对同一批次生产的流体计量装置，执行图1所示方法100。在步骤102，可以将从MEMS流体计量装置中选择的样品安装在专用的流体流量标定装置(例如混合可燃性流体流量标定装置)上，使用待测流体B作为介质。通过设定不同的流量点，得到相应的电压输出，并对流量-电压关系进行曲线拟合，可以建立流体B的流量和MEMS流体计量装置样品的电压输出之间的关系：
UB＝FB(QB) (1)
或者
QB＝F-1 B(UB) (1)’
在步骤104，使用替代流体A(例如，空气)作为介质，通过设定不同的流量点，得到相应的电压输出，并对流量-电压关系进行曲线拟合，建立流体A的流量和MEMS流体计量装置样品的电压输出之间的关系，
UA＝FA(QA) (2)
或者
QA＝F-1 A(UA) (2)’
在步骤106，令流量QA＝QB，得到
UB＝K*UA (3)
其中，K只和替代流体A和待测流体B的组分相关。
上述步骤102-106一般在实验室环境下进行。可以选择一个或几个样品进行上述步骤，以得到等式(3)。
然后，在步骤108，可以对生产的每个MEMS流体计量装置进行逐个标定。这可以在生产环境下进行，方便了生产和标定过程，并且节省了成本。具体而言，在步骤108，将每个MEMS流体计量装置安装在标准流体流量检定装置上，使用替代流体A，通过设定不同的流量点，得到相应的电压输出，并对流量-电压关系进行曲线拟合，得到替代流体A的流量和该MEMS流体计量装置的电压输出之间的关系，
U’A＝F1A(Q’A) (4)
或者
Q’A＝F1-1 A(U’A) (4)’
在步骤110，基于等式(3)和(4)，得到该MEMS流体计量装置与待测气体B的流量-电压关系：
U’B＝K*F1A(Q’A) (5)
可以从替代流体A的流量和该MEMS流体计量装置的电压输出之间的关系曲线上，选择不同的流量点Q1、Q2...Qn(n是自然数)，根据等式(5)计算得到相应的电压输出U1、U2...Un，这些流量点和电压输出即可作为该MEMS流体计量装置与待测气体B的流量-电压关系的标定值。最后，在步骤112，使用这些标定值对该MEMS流体计量装置进行标定。
图1所示方法100中，建立了在替代流体A与待测流体B的同一流量下MEMS流体计量装置的电压输出UB与UA的关系。由于这种关系仅与流体组分有关，所以只要针对替代流体A与待测流体B，这种关系就保持不变。由此，在逐个标定MEMS流体计量装置的过程中，可以针对每个MEMS流体计量装置使用上述方法100，得到相应的标定值。方法100直接利用MEMS流体计量装置的电压输出来补偿待测气体的流量，实现从空气标定到待测气体标定的转换。
图2示出了根据本发明另一示例实施例的标定方法的流程图。可以针对同一批次生产的流体计量装置，执行图2所示方法200。图2的步骤202和204可以与图1所示方法100的步骤102和104相同，在此不再详细描述。在步骤206，令电压输出UA＝UB，得到
QB＝H*QA (6)
其中，H只与替代流体A和待测流体B的组分相关。
同样，上述步骤202-206一般在实验室环境下进行。可以选择一个或几个样品进行上述步骤，以得到等式(6)。
然后，步骤208，也可以与图1所示方法中的步骤208相同，得到等式(4)或(4)’。
在步骤210，等式(4)’和(6)，得到该MEMS流体计量装置与待测气体B的流量-电压关系：
Q’B＝H*F1-1 A(Q’A) (7)
可以从替代流体A的流量和该MEMS流体计量装置的电压输出之间的关系曲线上，选择不同的电压输出U1、U2...Um(m是自然数)，根据等式(8)计算得到相应的流量点Q1、Q2...Qm。这些流量点和电压输出即可作为该MEMS流体计量装置与待测气体B的流量-电压关系的标定值。最后，在步骤212，使用这些标定值对该MEMS流体计量装置进行标定。
图2所示方法200中，建立了在MEMS流体计量装置的同一电压输出下替代流体A与待测流体B的流量之间的关系。由于这种关系仅与流体组分有关，所以只要针对替代流体A与待测流体B，这种关系就保持不变。由此，在逐个标定MEMS流体计量装置的过程中，可以针对每个MEMS流体计量装置使用上述方法200，得到相应的标定值。方法200实际上通过补偿MEMS流体计量装置的电压输出，来补偿待测气体的流量，实现从空气标定到待测气体标定的转换。
下面描述采用上述方法100和方法200的具体示例，其中采用空气作为替代流体A，天然气作为待测流体B。本领域技术人员可以理解，本发明实施例不限于该具体示例，而是可以应用于其他任何流体。此外，为了便于理解，下面的流量-电压采用线性关系表示，但是本领域技术人员可以理解，本发明实施例不限于该具体示例，而是可以应用于其他函数关系。
首先，通过实验，天然气作为介质时，建立：
Q天然气＝a×U天然气
空气作为介质时，建立：
Q空气＝b×U空气
根据方法100，令Q天然气＝Q空气，得到U天然气＝(b/a)×U空气
根据方法200，令U天然气＝U空气，得到Q天然气＝(a/b)×Q空气
在生产过程中，通过用空气标定，确定MEMS流体计量装置的空气流量和电压输出之间关系为：
Q空气＝c×U空气
根据方法100，在不同的空气流量下，得到MEMS流体计量装置电压输出与流量关系：
U天然气＝(b/ac)×Q空气
根据方法200，在不同的电压输出下，得到MEMS流体计量装置电压输出与流量关系：
Q天然气＝(cb/a)×U空气
以上所述是本发明的示例实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种流体计量装置的标定方法，包括：
步骤a，使第一流体和第二流体分别以给定流量流经待标定的流体计量装置，获取流体计量装置针对第一流体的第一信号输出以及针对第二流体的第二信号输出；
步骤b，确定第一信号输出与第二信号输出之间的第一关系；
步骤c，利用标准流体流量检定装置，针对第一流体来标定流体计量装置，以获得第一流体的流量与流体计量装置的信号输出之间的第二关系；
步骤d，根据第一和第二关系，计算至少两个流量下流体计量装置针对第二流体的信号输出；以及
步骤e，利用所述至少两个流量和计算出的信号输出，作为标定值，针对第二流体来标定流体计量装置。
2.一种流体计量装置的标定方法，包括：
步骤a，使第一流体和第二流体分别流经待标定的流体计量装置，获取针对第一流体的信号输出以及针对第二流体的信号输出；
步骤b，针对给定的信号输出，确定第一流体的流量与第二流体的流量之间的第一关系；
步骤c，利用标准流体流量检定装置，针对第一流体来标定流体计量装置，以获得第一流体的流量与流体计量装置的信号输出之间的第二关系；
步骤d，根据第一和第二关系，计算至少两个信号输出下第二流体的流量；以及
步骤e，利用所述至少两个信号输出和计算出的第二流体的流量，作为标定值，针对第二流体来标定流体计量装置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤a还包括：分别针对第一流体和第二流体，通过设定至少两个不同的流量，并对流量与流体计量装置的信号输出之间的关系进行曲线拟合，得到流量-信号输出关系曲线。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤e中，对流量与流体计量装置的信号输出之间的关系进行曲线拟合，得到流量-信号输出关系曲线，并将关系曲线作为标定值存储到流体计量装置中。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，第一流体是空气，第二流体是要由流体计量装置进行测量的待测流体。
6.根据权利要求5所述的方法，所述第二流体为天然气。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在实验室环境下执行步骤a和b。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在流体计量装置的生产环境下执行步骤c、d和e。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，流体计量装置为MEMS传感器。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，信号输出为电压输出。
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