CN108195447A - 流量计校准系统和校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量计校准系统，设置于被检流量计与测试系统之间，所述流量计校准系统为二次修正装置，对被检流量计的检测值进行修正后输出。本发明对于需要校准的流量计，利用更高等级的标准溯源装置进行标定，标定完成后将标定数据输入二次修正装置，二次修正装置即可对数据进行修正，修正过程简单，而且修正能力强。本发明的流量计校准系统，通过核查标准装置对被检流量计的计量性能进行核查，采用高精度标准流量计作为核查标准，精度高、稳定性好，实现对流量计的稳定性的实时监控，并自动判断被检流量计性能是否发生偏离，有效避免被检流量计在两次标定之间发生计量误差，提高终端使用系统的数据分析准确性。

Description

流量计校准系统和校准方法

技术领域

本发明涉及流量计校准领域，尤其是一种可以对在线使用的气体流量计进行精确校准的校准系统和校准方法。

背景技术

汽车发动机舱中需要安装气体质量流量计，用来测量吸入发动机中的空气量，并将流量信号反馈给汽车控制系统，通过汽车发动机燃油电喷系统来精确控制燃油喷射量和喷油时间，确保油气与吸入的空气混合后完全燃烧。发动机为了在各种运行工况下都能获得最佳燃油浓度的混合气,必须准确测量每一瞬间吸入发动机的空气量,作为电喷系统计算并控制喷油量的主要依据，因此气体质量流量计的精确测量对发动机的高效工作非常重要。同样，在测试发动机性能时，发动机进气流量的精确测量是发动机台架测试的重要项目，其测量结果直接影响评判汽车发动机的动力性、经济性、油耗、尾气排放指标等总体性能，所以汽车用的气体质量流量计测量性能的校准成为一项重要的工作。

在长时间的测试中，由于使用频繁，质量流量计的误差、重复性、线性、稳定性等计量性能有可能产生偏离，因而必须对它的计量性能进行有效监控并对流量计测量结果出现的偏差及时修正，以保证测量数据的准确可靠。目前行业内采用的通用方法是定期将流量计拆装下来后，送至第三方计量机构进行标定，由第三方计量机构出具校准证书，流量计使用方再根据校准证书的信息对流量计输出的流量信号数据进行修正。但是这种固定周期标定的方法存在几点不足：第一，无法实时监控流量计的计量性能，如果流量计在两次标定之间发生计量性能偏离，将导致流量计输出的测量数据与真实流量出现误差，影响对发动机性能的准确测试和判断，且无法查明故障时间与错误测量数据的发动机批次；第二，即使根据第三方出具的校准证书的信息，对于没有自动修正功能的流量计或者修正功能被限定的流量计，也无法自动对流量计的计量性能进行修正，导致终端系统使用数据时修正工作非常繁琐，尤其是对于没有被校准的流量点，更加无法实现数据修正；第三，当流量计重新安装后，由于拆装过程中可能对流量计的精度造成影响，因此当流量计校准完成重新安装后，无法对流量计修正后的数据进行有效的验证，流量计测量数据的准确性仍然存在问题。

发明内容

本发明针对现有气体流量计校准方法在两次标定之间无法实时监控流量计的计量性能，导致无法及时发现流量计的偏移而影响发动机性能测试的准确性，以及计量数据无法修正或者修正工作繁琐、校准后无法进行验证等问题，设计一套流量计校准系统以及校准方法，可以实现对流量计计量性能的有效监控并对流量计测试数据进行及时修正，保证测量数据的准确可靠。

本发明所采用的技术方案如下：

一种流量计校准系统，设置于被检流量计与测试系统之间，所述流量计校准系统为二次修正装置，对被检流量计的检测值进行修正后输出。

作为上述技术方案的进一步改进：

还包括核查标准装置和气源，所述核查标准装置包括标准流量计、PLC和信号采集模块，在管路上串联安装有被检流量计、标准流量计和气源。

还包括标准溯源装置和标准信号发生器，标准溯源装置用于对标准流量计、核查标准装置或者二次修正装置进行溯源，标准信号发生器对二次修正装置的信号处理进行溯源。

所述标准流量计通过数据线连接信号采集模块；所述核查标准装置连接气源和上位机，被检流量计通过数据线连接信号采集模块或者二次修正装置；所述气源包括阀门和/或风机；所述核查标准装置还包括变频器，所述PLC连接阀门，PLC通过变频器连接风机。

所述管路上还安装有气动夹表器，用于固定管路上的被检流量计。

所述二次修正装置安装有触摸屏、无线通信模块和数据修正模块，以及被检表信号接口、标准表信号接口和修正信号输出接口；所述被检流量计和标准流量计分别通过被检表信号接口和标准表信号接口连接二次修正装置。

一种使用流量计校准系统的校准方法，包括以下步骤：

标定和修正步骤：对于需要校准的被检流量计，测试一组不同流量标定点下的被检流量计和标准溯源装置的流量信号，得到被检流量计和标准溯源装置在不同标定点的流量差，该组流量差作为标定数据，将标定数据输入二次修正装置，数据修正模块对被检流量计的测量数据自动实施修正，修正后的数据通过二次修正装置的修正信号输出接口输出给终端使用系统或者上位机；

验证修正结果步骤：修正完成以后，在标准溯源装置上进行第二次标定，将被检流量计的信号输出连接二次修正装置，二次修正装置对被检流量计的测量数据进行修正并输出修正值，比较修正值与标准溯源装置的标准值，如果修正值满足测量精度要求则完成标定，否则重新选择标定点或增加标定点，重新进行所述标定和修正步骤，直到满足要求为止。

作为上述技术方案的进一步改进：

还包括对核查标准装置和二次修正装置的溯源步骤：定期利用标准溯源装置对核查标准装置和二次修正装置进行溯源，并利用标准信号发生器对二次修正装置的信号处理精度进行溯源。

还包括以下步骤：

核查被检流量计的测量数据步骤：在上位机上依次设定不同标定点的流量值，PLC控制气源，使标准流量计的测量值达到设定值，被检流量计和标准流量计在不同标定点下的测量数据通过信号采集模块同时传输给上位机；

分析被检流量计的测量性能步骤：上位机内部的数据处理软件通过对比不同标定点下被检流量计和标准流量计测量数据的差异，自动判断被检流量计的误差、重复性、线性等计量性能是否超出标准范围；如果被检流量计的测量性能满足要求，则可继续使用；如果发现已经产生偏离、接近误差极限或者有偏离趋势等情况，则进行标定和修正步骤。

所述核查被检流量计的测量数据步骤中，上位机通过比较设定值和标准流量计的测量信号，反馈信号给核查标准装置的PLC，调整阀门开关角度和/或通过变频器调节风机的转速，使标准流量计的测量值达到设定值。

本发明的有益效果如下：

本发明的流量计校准系统对于已经产生偏离、接近误差极限或者有偏离趋势等情况的流量计，利用更高等级的标准溯源装置进行标定，标定完成后将标定数据输入二次修正装置，二次修正装置即可对数据进行修正，修正过程简单，而且修正能力强，对于误差超差严重和线性度极度不佳的流量计也能修正至客户所需的精度范围之内。修正完成以后再实施一次核查，可以验证修正后的流量计的计量性能的准确性，有效确保修正后的流量数据准确可靠。

本发明的流量计校准系统，通过核查标准装置对被检流量计的计量性能进行核查，采用高精度标准流量计作为核查标准，精度高、稳定性好，满足内部核查标准的要求，实现对流量计的稳定性的实时监控，并自动判断被检流量计性能是否发生偏离，有效避免被检流量计在两次标定之间发生计量误差，提高终端使用系统的数据分析准确性。

同时，本发明使用标准溯源装置和标准信号发生器对标准流量计和二次修正装置进行一体化溯源标定，有效避免标准流量计的测量误差以及二次修正装置本身的信号处理误差而导致数据修正发生偏差。

附图说明

图1为本发明的全部系统示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明的二次修正装置的结构示意图。

图4为本发明的二次修正装置的接口示意图。

图中：1、被检流量计；2、核查标准装置；3、二次修正装置；4、发动机测试系统；5、上位机；6、气源；7、标准溯源装置；8、标准信号发生器；9、管路；10、气动夹表器；11、标准流量计；12、阀门；13、风机；14、变频器；15、PLC；16、信号采集模块；17、触摸屏；18、无线通信模块；19、数据修正模块；20、被检表信号接口；21、标准表信号接口；22、修正信号输出接口；23、备用接口。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明流量计校准系统的核查标准装置2连接被检流量计1、气源6和上位机5，上位机5安装有数据处理软件以及数据库软件，用于处理数据并分析被检流量计1的性能。如图2所示，本发明的核查标准装置2包括标准流量计11、变频器14、PLC15以及信号采集模块16，核查标准装置安装时，在管路9上依次安装被检流量计1、气动夹表器10、标准流量计11、阀门12和风机13，其中阀门12和风机13共同组成气源6，气动夹表器10可以将不同型号和大小的被检流量计1固定在管路9上，使本系统满足对多种型号流量计校准的需求，标准流量计11可拆卸的安装在管路9上。被检流量计1和标准流量计11通过数据线连接信号采集模块16，流量信号通过信号采集模块16传输给上位机5。PLC15连接阀门12，并通过变频器14连接风机13，通过控制阀门12的开关角度以及风机13的转速，调节管路9中的气体流量大小，进而实现采集不同流量下的标准流量计11和被检流量计1的测量数据。

如图1所示，本发明的流量计校准系统还包括二次修正装置3、标准溯源装置7和标准信号发生器8，标准溯源装置7可对核查标准装置2和二次修正装置3进行溯源，标准信号发生器8对二次修正装置3的信号处理进行溯源。二次修正装置3通过数据线分别连接被检流量计1、核查标准装置2和发动机测试系统4。如图3所示，本发明的二次修正装置3安装有触摸屏17、无线通信模块18和数据修正模块19，数据修正模块19通过内置的算法对被检流量计1的输出数据进行修正，数据修正能力强，对于误差超差严重和线性度极度不佳的流量计也能修正至客户所需的精度范围之内。如图4所示，二次修正装置3还安装有被检表信号接口20、标准表信号接口21、修正信号输出接口22和备用接口23，被检流量计1和标准流量计11分别通过被检表信号接口20和标准表信号接口21连接二次修正装置3，发动机测试系统4通过修正信号输出接口22连接二次修正装置3，备用接口23用于连接其他信号源。二次修正装置3内部也可以安装数据存储模块，用于存储被检流量计1的历史数据，方便客户跟踪分析流量计的性能。本发明的二次修正装置3采用电子铅封、物理铅封以及设置权限密码三重保护功能，避免误操作或者人为篡改二次修正装置3的修正数据，提高二次修正装置3数据修正的稳定性和可靠性。

本发明的二次修正装置3内部的无线通信模块18具有远程传输功能，因此本发明可以通过无线或有线的方式采集工作台位上流量计的数据。同时，通过无线通信模块18可以实现远程维护功能，方便操作者或者校准机构远程维护系统或进行数据分析，并根据客户的需要远程更改和升级内置软件，维护过程方便迅捷。而且，本发明的二次修正装置3有数个输入通道，而且有备用接口23，因此，本发明不仅可以标定气体质量流量计，而且可根据不同类型气体流量计的输出信号差异，选择输入流量、温度、压力等各个参数，满足对不同类型的流量计进行标定。

本发明的校准系统工作时，通过以下核查及修正步骤完成对被检流量计1的数据采集、性能分析以及数据修正。

第一步，核查被检流量计1的测量数据：根据被检流量计1的量程或者需要校准的流量测量范围，选取不同的流量标定点，在上位机5上设定某一个流量值，通过比较设定值和标准流量计11的测量信号，反馈信号给核查标准装置2的PLC15，调整阀门12开关角度和通过变频器14调节风机13的转速，使管路9中的气体流量以及标准流量计11的测量值达到设定值，信号稳定以后，被检流量计1和标准流量计11的测量数据通过信号采集模块16同时传输给上位机5。然后，在上位机5上依次设定不同标定点的气体流量，采集每个标定点下被检流量计1和标准流量计11的测量值，所有测量数据传输给上位机5。

核查过程中，通过采用调节风机13转速与调节阀门12开度相结合的方式进行流量控制，使得管路9中气体流量的改变过程非常迅速，且非常稳定，大大节约了试验时间，从而节约试验成本。当然，也可以单独使用风机13或者阀门12用于调节管路中的流量。

第二步，分析被检流量计1的测量性能：数据核查完成以后，上位机5内部的数据处理软件通过对比不同标定点下被检流量计1和标准流量计11的测量数据的差异，自动判断被检流量计1的误差、重复性、线性等计量性能是否超出标准范围，并将核查数据存入上位机5内的数据库软件，作为被检流量计1计量性能的历史数据，同时利用历次核查的历史数据绘制被检流量计1的计量性能趋势图a，对被检流量计1的稳定性实施监控。如果被检流量计1的测量性能满足要求，则可继续使用；如果发现已经产生偏离、接近误差极限或者有偏离趋势等情况，则需要利用更高等级标准溯源装置7进行下一步的标定和修正工作。本发明通过核查标准装置2对被检流量计1的计量性能进行核查，核查标准装置2中的高精度标准流量计11作为核查标准，精度高、稳定性好，满足内部核查标准的要求，同时可以实现对流量计性能的实时监控，避免被检流量计1在现有固定周期的两次标定之间发生计量误差，进而影响终端使用系统的数据分析。

第三步，标定和修正：当然，终端使用客户也可以通过其他方法确认被检流量计1发生性能偏差，或者不需要进行以上两步的流量计性能分析，而直接对被检流量计1进行标定和修正。如果被检流量计1的计量性能出现超差或者客户需要校准被检流量计1时，则通过标准溯源装置7实施标定。将被检流量计1和标准溯源装置7连接在同一气路上，测试一组不同流量标定点的被检流量计1和标准溯源装置7的测量数据，得到被检流量计1和标准溯源装置7在不同标定点的流量差。该组流量差作为标定数据，操作人员通过触摸屏17将标定数据输入二次修正装置3，二次修正装置3的数据修正模块19根据内置的算法对被检流量计1的测量数据自动实施修正，修正后的数据通过二次修正装置3的修正信号输出接口22输出给发动机测试系统4或者上位机5。

第四步，验证修正结果：修正完成以后，在标准溯源装置7上进行第二次标定，将被检流量计1的信号输出连接二次修正装置3，二次修正装置3对被检流量计1的测量数据进行修正并输出修正值，比较修正值和标准溯源装置7的标准值，验证修正结果是否满足要求，如果满足要求则完成标定，如果不满足要求则重新选择标定点或增加标定点，重新进行第三步的标定和修正，直到满足要求为止。

被检流量计1标定完成以后，二次修正装置3输出的修正值作为被检流量计1显示流量值，反馈给上位机5。按照第一步和第二步的方法利用核查标准装置2重新进行核查，将第四步标定后的修正值和标准流量计11的测量值存入数据库，绘制修正值的计量性能趋势图b。如果用户配备了二次修正装置3,则按计量性能趋势图b监控被检流量计1的稳定性，二次修正装置3输出的修正值输入发动机测试系统4，供发动机测试系统4判断流量使用，该修正值作为被检流量计1测量流量的信号；如果用户未配备二次修正装置3，则按计量性能趋势图a监控被检流量计1的稳定性，被检流量计1的流量信号传输给发动机测试系统4。

第五步，对核查标准装置2和二次修正装置3进行溯源：定期利用标准溯源装置7对二次修正装置3和核查标准装置2的标准流量计11进行溯源，以及用标准信号发生器8对二次修正装置3的信号处理精度进行溯源，有效避免标准流量计11本身的测量误差以及二次修正装置3本身的信号处理误差导致数据修正过程中引入系统误差，提高测量数据修正的准确性。经过溯源标定的二次修正装置3精度可达±0.02%，对数据测量引入的不确定度可以忽略不计。

本发明在核查及标定过程中，全部通过自动化控制软件系统自动完成数据收集和修正，使系统自动化程度大大提高，而且上位机5内部安装的数据处理软件和数据库软件可以自动记录试验过程数据，生成试验表格及分析数据，并自动记录每次核查的数据，绘制计量性能趋势图，实现对每台流量计的自动监控，提高工作效率。本发明不仅可以应用在发动机测试系统中，也可以应用于任何使用气体流量计的测试系统。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种流量计校准系统，设置于被检流量计（1）与测试系统之间，其特征在于：所述流量计校准系统为二次修正装置（3），对被检流量计（1）的检测值进行修正后输出。

2.按照权利要求1所述的流量计校准系统，其特征在于：还包括核查标准装置（2）和气源（6），所述核查标准装置（2）包括标准流量计（11）、PLC（15）和信号采集模块（16），在管路（9）上串联安装有被检流量计（1）、标准流量计（11）和气源（6）。

3.按照权利要求1所述的流量计校准系统，其特征在于：还包括标准溯源装置（7）和标准信号发生器（8），标准溯源装置（7）用于对标准流量计（11）、核查标准装置（2）或者二次修正装置（3）进行溯源，标准信号发生器（8）对二次修正装置（3）的信号处理进行溯源。

4.按照权利要求2所述的流量计校准系统，其特征在于：所述标准流量计（11）通过数据线连接信号采集模块（16）；所述核查标准装置（2）连接气源（6）和上位机（5），被检流量计（1）通过数据线连接信号采集模块（16）或者二次修正装置（3）；所述气源（6）包括阀门（12）和/或风机（13）；所述核查标准装置（2）还包括变频器（14），所述PLC（15）连接阀门（12），PLC（15）通过变频器（14）连接风机（13）。

5.按照权利要求2所述的流量计校准系统，其特征在于：所述管路（9）上还安装有气动夹表器（10），用于固定管路（9）上的被检流量计（1）。

6.按照权利要求1所述的流量计校准系统，其特征在于：所述二次修正装置（3）安装有触摸屏（17）、无线通信模块（18）和数据修正模块（19），以及被检表信号接口（20）、标准表信号接口（21）和修正信号输出接口（22）；所述被检流量计（1）和标准流量计（11）分别通过被检表信号接口（20）和标准表信号接口（21）连接二次修正装置（3）。

7.一种使用如权利要求1或权利要求2所述流量计校准系统的校准方法，其特征在于：包括以下步骤：

标定和修正步骤：对于需要校准的被检流量计（1），测试一组不同流量标定点下的被检流量计（1）和标准溯源装置（7）的流量信号，得到被检流量计（1）和标准溯源装置（7）在不同标定点的流量差，该组流量差作为标定数据，将标定数据输入二次修正装置（3），数据修正模块（19）对被检流量计（1）的测量数据自动实施修正，修正后的数据通过二次修正装置（3）的修正信号输出接口（22）输出给终端使用系统或者上位机（5）；

验证修正结果步骤：修正完成以后，在标准溯源装置（7）上进行第二次标定，将被检流量计（1）的信号输出连接二次修正装置（3），二次修正装置（3）对被检流量计（1）的测量数据进行修正并输出修正值，比较修正值与标准溯源装置（7）的标准值，如果修正值满足测量精度要求则完成标定，否则重新选择标定点或增加标定点，重新进行所述标定和修正步骤，直到满足要求为止。

8.按照权利要求7所述的流量计校准方法，其特征在于：还包括对核查标准装置（2）和二次修正装置（3）的溯源步骤：定期利用标准溯源装置（7）对核查标准装置（2）和二次修正装置（3）进行溯源，并利用标准信号发生器（8）对二次修正装置（3）的信号处理精度进行溯源。

9.按照权利要求7所述的流量计校准方法，其特征在于：还包括以下步骤：

核查被检流量计（1）的测量数据步骤：在上位机（5）上依次设定不同标定点的流量值，PLC（15）控制气源（6），使标准流量计（11）的测量值达到设定值，被检流量计（1）和标准流量计（11）在不同标定点下的测量数据通过信号采集模块（16）同时传输给上位机（5）；

分析被检流量计（1）的测量性能步骤：上位机（5）内部的数据处理软件通过对比不同标定点下被检流量计（1）和标准流量计（11）测量数据的差异，自动判断被检流量计（1）的误差、重复性、线性等计量性能是否超出标准范围；如果被检流量计（1）的测量性能满足要求，则可继续使用；如果发现已经产生偏离、接近误差极限或者有偏离趋势等情况，则进行标定和修正步骤。

10.按照权利要求9所述的流量计校准方法，其特征在于：所述核查被检流量计（1）的测量数据步骤中，上位机（5）通过比较设定值和标准流量计（11）的测量信号，反馈信号给核查标准装置（2）的PLC（15），调整阀门（12）开关角度和/或通过变频器（14）调节风机（13）的转速，使标准流量计（11）的测量值达到设定值。