CN109633102A - 一种气体校准仪的偏差检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气体校准仪的偏差检测系统及方法。该系统包括：校准仪、流量计、工控机和多串口通信卡；校准仪为多个；每个校准仪的气体入口均与零气源连通，每个校准仪的气体出口均与流量计的气体入口连通；在每个校准仪的气体入口处均设置有一个电磁阀；工控机的通信接口与多串口通信卡的总线接口连接，多串口通信卡的多个端口分别与流量计、数字量采集器和多个校准仪电连接；数字量采集器的多个输出接口分别与多个电磁阀电连接；校准仪用于控制并采集管道内的流量大小；工控机对校准仪和电磁阀进行控制并采集校准仪和流量计检测的流量值；在同一时刻，最多只有一个电磁阀处于打开状态。采用本发明的系统及方法，能够提高检测效率。

Description

一种气体校准仪的偏差检测系统及方法

技术领域

本发明涉及气体校准仪性能领域，特别是涉及一种气体校准仪的偏差检测系统及方法。

背景技术

在环境空气质量自动监测系统中，气体校准仪发挥着极其重要的作用，而气体校准仪检测数据的精准度对整个监测工作产生着重要的影响，因此在环境空气质量自动监测系统中，气体校准仪的性能起着至关重要的作用。如何保证气体校准仪的性能满足要求成为环境空气质量领域极其关心的问题。当气体校准仪的存在检测结果偏差较大的问题时，会严重影响空气质量监测的结果。因此，在气体校准仪应用之前需要对气体校准仪进行偏差检测，以保证所使用的气体校准仪的偏差符合要求。

目前，对气体校准仪的偏差检测多采用人工逐个测试的方式，测试效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体校准仪的偏差检测系统及方法，提高检测效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种气体校准仪的偏差检测系统，包括：校准仪、流量计、工控机和多串口通信卡；

所述校准仪为多个；每个所述校准仪的气体入口均与零气源连通，每个所述校准仪的气体出口均与所述流量计的气体入口连通；在每个所述校准仪的气体入口处均设置有一个电磁阀；

所述工控机的通信接口与所述多串口通信卡的总线接口连接，所述多串口通信卡的多个端口分别与所述流量计、数字量采集器和多个所述校准仪电连接；所述数字量采集器的多个输出接口分别与多个所述电磁阀电连接；

所述校准仪用于控制并采集管道内的流量大小；所述工控机用于向所述校准仪输出流量指令并采集所述校准仪的流量大小，还用于打开待测校准仪所对应的电磁阀，关闭除待测校准仪所对应的电磁阀以外的电磁阀，并采集所述流量计的流量值；在同一时刻，最多只有一个电磁阀处于打开状态。

可选的，所述数字量采集器还连接有开关电源。

可选的，所述多串口通信卡的型号为MOAX CP-168U。

可选的，所述校准仪的数量为3个，所述多串口通信卡的COM3～COM5接口分别连接一个校准仪；所述多串口通信卡的COM4接口与所述流量计电连接；所述多串口通信卡的COM10接口通过接口转换器与所述数字量采集器连接。

可选的，所述数字量采集器的型号为C2000MD88。

本发明还公开一种气体校准仪的偏差检测方法，应用于上述的气体校准仪的偏差检测系统，该方法包括：

获取预设的流量指令；

打开待测校准仪的气体入口处的电磁阀，关闭除所述待测校准仪以外的校准仪的气体入口处的电磁阀；

向所述待测校准仪通入零气；

向待测校准仪发送所述预设的流量指令，使所述待测校准仪按照所述预设的流量指令调整开合程度；

实时获取所述待测校准仪检测的流量值，根据所述待测校准仪检测的流量值判断流量是否稳定；

当流量稳定后获取流量稳定后的所述待测校准仪与所述流量计检测到的流量值；

判断是否所有的校准仪均完成检测，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示否，则更换待测校准仪并返回步骤“向待测校准仪发送所述流量指令，使所述待测校准仪按照所述流量指令调整开合程度”；

若所述第一判断结果表示是，则根据流量稳定后的所述待测校准仪与所述流量计检测到的流量值判断各个校准仪的检测偏差。

可选的，所述实时获取所述待测校准仪检测的流量值，根据所述待测校准仪检测的流量值判断流量是否稳定，具体包括：

以向待测校准仪发送流量指令的时刻为初始时刻；

实时并连续获取所述校准仪的流量值，得到实时流量序列；

判断当前时刻距离所述初始时刻的时长是否大于第一预设时长，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示否，则继续获取所述校准仪的流量值；

若所述第二判断结果表示是，则判断当前时刻与距离当前时刻的时长为第二预设时长的时刻之间的时间段的流量值是否在预设范围内，得到第三判断结果；所述第二预设时长小于所述第一预设时长；

若所述第三判断结果表示是，则确定所述第一判断结果为流量稳定；

若所述第三判断结果表示否，则获取下一流量值，并更新当前时刻为下一流量值所对应的时刻；

判断更新后的当前时刻距离所述初始时刻的时长是否小于第三预设时长，得到第四判断结果；所述第三预设时长大于所述第一预设时长；

若所述第四判断结果表示是，则返回步骤“判断当前时刻与距离当前时刻的时长为第二预设时长的时刻之间的时间段的流量值是否在预设范围内”；

若所述第四判断结果表示否，则确定所述第一判断结果为流量异常，发出故障报警。

可选的，所述预设的流量指令为多个预设流量值的集合；

所述向待测校准仪发送所述预设的流量指令，使所述待测校准仪按照所述预设的流量指令调整开合程度，具体包括：

每隔第四预设时长向所述待测校准仪发送一次预设的流量指令，发送顺序为按照预设流量值从低到高的顺序依次发送。

可选的，所述根据流量稳定后的所述待测校准仪与所述流量计检测到的流量值判断各个校准仪的检测偏差，具体包括：

利用线性回归算法计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的斜率和截距；

利用相关性函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的相关系数；

将所述斜率、所述截距和所述相关系数均与对应的预设阈值范围进行对比，确定待测校准仪的检测偏差。

可选的，所述利用线性回归算法计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的斜率和截距，具体包括：

利用Excel软件中的slope函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的斜率；

利用Excel软件中的intercept函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的截距；

所述利用相关性函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的相关系数，具体包括：

利用Excel软件中的correl函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的相关系数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所公开的气体校准仪的偏差检测系统及方法，将工控机与多串口通信卡连接，从而实现对多个校准仪的数据采集和多条管道的通断控制，能够连续实现多台校准仪的流量数据获取，从而同时实现多个校准仪的偏差检测，提高了检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的气体校准仪的偏差检测系统的系统结构图；

图2为本发明实施例2的气体校准仪的偏差检测方法的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种气体校准仪的偏差检测系统及方法，提高检测效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

图1为本发明实施例1的气体校准仪的偏差检测系统的系统结构图。

参见图1，该气体校准仪的偏差检测系统，包括：校准仪101、流量计102、工控机103、多串口通信卡104、数字量采集器105和开关电源106；

所述校准仪101为3个，3个校准仪101的编号分别为1#、2#、3#；每个所述校准仪101的气体入口均与零气源连通，每个所述校准仪101的气体出口均与所述流量计102的气体入口连通；在每个所述校准仪101的气体入口处均设置有一个电磁阀107，位于1#校准仪气体入口的电磁阀的编号为D1，位于2#校准仪气体入口哦的电磁阀的编号为D2，位于3#校准仪气体入口哦的电磁阀的编号为D3；

所述工控机103的通信接口与所述多串口通信卡104的总线接口连接，所述多串口通信卡104的多个端口分别与所述流量计102、数字量采集器105和多个所述校准仪101电连接；所述数字量采集器105的多个输出接口分别与多个所述电磁阀107电连接；

所述校准仪101用于控制并采集管道内的流量大小；所述工控机103用于向所述校准仪101输出流量指令并采集所述校准仪101的流量大小，还用于打开待测校准仪所对应的电磁阀，关闭除待测校准仪所对应的电磁阀以外的电磁阀，并采集所述流量计102的流量值；在同一时刻，最多只有一个电磁阀107处于打开状态。

所述数字量采集器105还连接有开关电源106。

所述多串口通信卡104的型号为MOAX CP-168U。

所述校准仪101的数量为3个，所述多串口通信卡104的COM3～COM5接口分别连接一个校准仪101；所述多串口通信卡104的COM4接口与所述流量计102电连接；所述多串口通信卡104的COM10接口通过接口转换器108与所述数字量采集器105连接。

所述数字量采集器105的型号为C2000MD88。

实施例2：

实施例2公开一种气体校准仪的偏差检测方法。该方法应用于实施例1的气体校准仪的偏差检测系统。

图2为本发明实施例2的气体校准仪的偏差检测方法的方法流程图。

参见图2，该方法包括：

步骤201：获取预设的流量指令；

步骤202：打开待测校准仪的气体入口处的电磁阀，关闭除所述待测校准仪以外的校准仪的气体入口处的电磁阀；

步骤203：向所述待测校准仪通入零气；

步骤204：向待测校准仪发送所述预设的流量指令，使所述待测校准仪按照所述预设的流量指令调整开合程度；

步骤205：实时获取所述待测校准仪检测的流量值，根据所述待测校准仪检测的流量值判断流量是否稳定；

步骤206：当流量稳定后获取流量稳定后的所述待测校准仪与所述流量计检测到的流量值；

步骤207：判断是否所有的校准仪均完成检测，得到第一判断结果；

步骤208：若所述第一判断结果表示否，则更换待测校准仪并返回步骤204；

步骤209：若所述第一判断结果表示是，则根据流量稳定后的所述待测校准仪与所述流量计检测到的流量值判断各个校准仪的检测偏差。

作为一种可选的实施方式，步骤205具体包括：

以向待测校准仪发送流量指令的时刻为初始时刻；

实时并连续获取所述校准仪的流量值，得到实时流量序列；

判断当前时刻距离所述初始时刻的时长是否大于第一预设时长，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示否，则继续获取所述校准仪的流量值；

若所述第二判断结果表示是，则判断当前时刻与距离当前时刻的时长为第二预设时长的时刻之间的时间段的流量值是否在预设范围内，得到第三判断结果；所述第二预设时长小于所述第一预设时长；所述预设范围为以预设的流量指令所确定的流量值为中心流量值区间；若所述预设的流量指令所确定的流量值为p，则所述预设范围为[p-q，p+q]；

若所述第三判断结果表示是，则确定所述第一判断结果为流量稳定；

若所述第三判断结果表示否，则获取下一流量值，并更新当前时刻为下一流量值所对应的时刻；

判断更新后的当前时刻距离所述初始时刻的时长是否小于第三预设时长，得到第四判断结果；所述第三预设时长大于所述第一预设时长；

若所述第四判断结果表示是，则返回步骤“判断当前时刻与距离当前时刻的时长为第二预设时长的时刻之间的时间段的流量值是否在预设范围内”；

若所述第四判断结果表示否，则确定所述第一判断结果为流量异常，发出故障报警。

作为一种可选的实施方式，所述预设的流量指令为多个预设流量值的集合；

步骤204具体包括：

每隔第四预设时长向所述待测校准仪发送一次预设的流量指令，发送顺序为按照预设流量值从低到高的顺序依次发送。

作为一种可选的实施方式，步骤209具体包括：

利用线性回归算法计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的斜率和截距；具体为：利用Excel软件中的slope函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的斜率；利用Excel软件中的intercept函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的截距；

利用相关性函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的相关系数；具体为：利用Excel软件中的correl函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的相关系数。

将所述斜率、所述截距和所述相关系数均与对应的预设阈值范围进行对比，确定待测校准仪的检测偏差。若相关性、斜率和截距均满足其对应的预设阈值范围，则确定3个校准仪的偏差合格，若任意一个结果不满足对应的预设阈值范围，则确定偏差不合格。当偏差不合格时，则需根据流量数据对偏差不合格的校准仪进行调试。

实施例3：

该实施例3为相对实施例2更加具体的实施例。

在检测之前，首先预设一组流量值(例如小流量组：20mL/min、30mL/min、40mL/min、50mL/min、60mL/min、70mL/min或大流量组：2L/min、3L/min、4L/min、5L/min、6L/min、7L/min)，并设置供气时长，例如每个流量值单独对应的供气时长为5min，整个实验的总供气时长为120min。

当采用小流量组时，q＝2mL/min，当采用大流量组时，q＝0.2L/min。

本发明的系统中具有三个校准仪，因此需完成三个校准仪的检测。以大流量组为例进行详细说明：

A：打开1#电磁阀，关闭2#、3#电磁阀；1#校准仪的给定流量从低到高分6次依次设置(依次为2L/min、3L/min、4L/min、5L/min、6L/min、7L/min)，每次供气时长5min，总供气时长为120min；读取每次给定流量、且流量稳定后的1#校准仪、流量计的流量值，1#校准仪的流量值和流量计的流量值均为至少五个，并分别取加权平均值。完成1#校准仪某一组流量的检测。

B：打开2#电磁阀，关闭1#、3#电磁阀；2#校准仪的给定流量从低到高分6次依次设置(依次为2L/min、3L/min、4L/min、5L/min、6L/min、7L/min)，每次供气时长5min，总供气时长为120min；读取每次给定流量、且流量稳定后的2#校准仪、流量计的流量值，1#校准仪的流量值和流量计的流量值均为至少五个，并分别取加权平均值。完成2#校准仪一组流量的检测。

C：打开3#电磁阀，关闭1#、2#电磁阀；3#校准仪的给定流量从低到高分6次依次设置(依次为2L/min、3L/min、4L/min、5L/min、6L/min、7L/min)，每次供气时长5min，总供气时长为120min；读取每次给定流量、且流量稳定后的3#校准仪、流量计的流量值，1#校准仪的流量值和流量计的流量值均为至少五个，并分别取加权平均值。完成3#校准仪一组流量的检测。

以各校准仪的流量的加权平均值为第一组数据，流量计检测到的流量值的加权平均值为第二组数据，计算第一组数据与第二组数据之间的相关系数、斜率和截距。

作为一种可选的实施方式，相关系数r的预设阈值范围为r＞0.9999，斜率b的预设阈值范围为0.99≤b≤1.01，截距a的预设阈值范围为a＜满量程±1％。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所公开的气体校准仪的偏差检测系统及方法，将工控机与多串口通信卡连接，从而实现对多个校准仪的数据采集和多条管道的通断控制，能够连续实现多台校准仪的流量数据获取，从而同时实现多个校准仪的偏差检测，提高了检测效率。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种气体校准仪的偏差检测系统，其特征在于，包括：校准仪、流量计、工控机和多串口通信卡；

所述校准仪为多个；每个所述校准仪的气体入口均与零气源连通，每个所述校准仪的气体出口均与所述流量计的气体入口连通；在每个所述校准仪的气体入口处均设置有一个电磁阀；

所述工控机的通信接口与所述多串口通信卡的总线接口连接，所述多串口通信卡的多个端口分别与所述流量计、数字量采集器和多个所述校准仪电连接；所述数字量采集器的多个输出接口分别与多个所述电磁阀电连接；

所述校准仪用于控制并采集管道内的流量大小；所述工控机用于向所述校准仪输出流量指令并采集所述校准仪的流量大小，还用于打开待测校准仪所对应的电磁阀，关闭除待测校准仪所对应的电磁阀以外的电磁阀，并采集所述流量计的流量值；在同一时刻，最多只有一个电磁阀处于打开状态。

2.根据权利要求1所述的对流量计进行平行试验的系统，其特征在于，所述数字量采集器还连接有开关电源。

3.根据权利要求1所述的对流量计进行平行试验的系统，其特征在于，所述多串口通信卡的型号为MOAX CP-168U。

4.根据权利要求3所述的对流量计进行平行试验的系统，其特征在于，所述校准仪的数量为3个，所述多串口通信卡的COM3～COM5接口分别连接一个校准仪；所述多串口通信卡的COM4接口与所述流量计电连接；所述多串口通信卡的COM10接口通过接口转换器与所述数字量采集器连接。

5.根据权利要求2或4所述的对流量计进行平行试验的系统，其特征在于，所述数字量采集器的型号为C2000 MD88。

6.一种气体校准仪的偏差检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1～4中任意一项所述的气体校准仪的偏差检测系统，该方法包括：

获取预设的流量指令；

打开待测校准仪的气体入口处的电磁阀，关闭除所述待测校准仪以外的校准仪的气体入口处的电磁阀；

向所述待测校准仪通入零气；

向待测校准仪发送所述预设的流量指令，使所述待测校准仪按照所述预设的流量指令调整开合程度；

实时获取所述待测校准仪检测的流量值，根据所述待测校准仪检测的流量值判断流量是否稳定；

当流量稳定后获取流量稳定后的所述待测校准仪与所述流量计检测到的流量值；

判断是否所有的校准仪均完成检测，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示否，则更换待测校准仪并返回步骤“向待测校准仪发送所述流量指令，使所述待测校准仪按照所述流量指令调整开合程度”；

若所述第一判断结果表示是，则根据流量稳定后的所述待测校准仪与所述流量计检测到的流量值判断各个校准仪的检测偏差。

7.根据权利要求6所述的气体校准仪的偏差检测方法，其特征在于，所述实时获取所述待测校准仪检测的流量值，根据所述待测校准仪检测的流量值判断流量是否稳定，具体包括：

以向待测校准仪发送流量指令的时刻为初始时刻；

实时并连续获取所述校准仪的流量值，得到实时流量序列；

判断当前时刻距离所述初始时刻的时长是否大于第一预设时长，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示否，则继续获取所述校准仪的流量值；

若所述第二判断结果表示是，则判断当前时刻与距离当前时刻的时长为第二预设时长的时刻之间的时间段的流量值是否在预设范围内，得到第三判断结果；所述第二预设时长小于所述第一预设时长；

若所述第三判断结果表示是，则确定所述第一判断结果为流量稳定；

若所述第三判断结果表示否，则获取下一流量值，并更新当前时刻为下一流量值所对应的时刻；

判断更新后的当前时刻距离所述初始时刻的时长是否小于第三预设时长，得到第四判断结果；所述第三预设时长大于所述第一预设时长；

若所述第四判断结果表示是，则返回步骤“判断当前时刻与距离当前时刻的时长为第二预设时长的时刻之间的时间段的流量值是否在预设范围内”；

若所述第四判断结果表示否，则确定所述第一判断结果为流量异常，发出故障报警。

8.根据权利要求6所述的气体校准仪的偏差检测方法，其特征在于，所述预设的流量指令为多个预设流量值的集合；

所述向待测校准仪发送所述预设的流量指令，使所述待测校准仪按照所述预设的流量指令调整开合程度，具体包括：

每隔第四预设时长向所述待测校准仪发送一次预设的流量指令，发送顺序为按照预设流量值从低到高的顺序依次发送。

9.根据权利要求6所述的气体校准仪的偏差检测方法，其特征在于，所述根据流量稳定后的所述待测校准仪与所述流量计检测到的流量值判断各个校准仪的检测偏差，具体包括：

利用线性回归算法计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的斜率和截距；

利用相关性函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的相关系数；

将所述斜率、所述截距和所述相关系数均与对应的预设阈值范围进行对比，确定待测校准仪的检测偏差。

10.根据权利要求9所述的气体校准仪的偏差检测方法，其特征在于，所述利用线性回归算法计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的斜率和截距，具体包括：

利用Excel软件中的slope函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的斜率；

利用Excel软件中的intercept函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的截距；

所述利用相关性函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的相关系数，具体包括：

利用Excel软件中的correl函数计算流量稳定后所述待测校准仪检测到的流量值与流量稳定后所述流量计检测到的流量值之间的相关系数。