CN111044125A - 流量点自动标定的方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流量点自动标定的方法及存储介质，用户可以设置仪表型号、量程范围、标定点以及K值拟合方式，并存储在本机和远程服务器内，适用于不同场合的使用。数据可以通过ZigBee无线网络上传至上位机中，或者远程下载配置到本机，方便管理。在满足使用要求的前提下，30％的Qmax以下重复性好的非线性段，也得到了使用，大大扩展了涡轮流量计的量程范围。且简化了标定流程，减少了标定过程中的人为因素，提高了标定过程的自动化程度，充分发挥了智能仪表的优势。另外提供多种K值曲线拟合方式，减小了将K值看作常数处理带来的误差，提高了流量计的测量精度，能够满足更多场合的测量要求。

Description

流量点自动标定的方法及存储介质

技术领域

本发明关于数据监测领域，特别是涉及一种流量点自动标定的方法及存储介质。

背景技术

在工业自动化生产过程和日常生活中，随处可见地对物质流量进行测量。流量是一种需要测量和控制的参数，流体流量的测量对于节约能源，防止污染以及实现生产过程自动化是必不可少的。随着生产技术的发展，对流体流量和总量的测量的要求越来越高，需要检测的介质也越来越多，为此人们设计制造出了各种类型的流量仪表，将其应用于流量监测、调节监控、实现工业能源计量。而为了保证流量仪表的准确计量，流量计在出产前、使用中、维修后都需要进行标定。流量标定可分为容积式、称量式、标准体积管式和标准流量计式。但现有的流量标定方式均为将被测流量计接入计算机，标定数据在计算机上处理，然后再将标定结果人工输入到流量计中，完成数据的更新。这增加了操作步骤，人为因素较多，也没有充分发挥智能流量计的功能。

根据JJG1037-2008《涡轮流量计检定规程》要求，数字式二次仪表只能使用仪表系数K的线性段，即30％的流量上限(Qmax)以上。这是由于涡轮流量计物理特性的影响，在30％的Qmax以下，仪表系数K的线性度很差。实际的K－Qv曲线会在20％～30％的Qmax处产生高峰特征，如图1所示。然而从实际出发，如果30％的Qmax以下流量段满足重复性小于其误差的五分之一的要求，那么这些可用的重复性好的非线性段，实际上并没有被使用，这大大缩小了涡轮流量计的使用范围，造成资源的浪费。此外，现有的绝大多数流量计将仪表系数K值看作常数来处理，这样也会带来比较大的测量误差。

发明内容

本发明提供一种流量点自动标定的方法及存储介质，用户可以设置仪表型号、量程范围、标定点以及K值拟合方式，并存储在服务器内，适用于不同场合的使用。

本发明提供一种流量点自动标定的方法，包括：数据库建立步骤，获取若干流量点并存储至本机数据库中；第一采集步骤，从所述数据库中采集多个流量点；标定开始步骤，按照从小到大的顺序依次逐点标定所述多个流量点并形成多个标定点，开始测量标定点以及获取连续的多个第一脉冲信号；异常值处理步骤，将所述多个第一脉冲信号通过格拉布斯法进行处理，优化得到多个第二脉冲信号；平均滤波步骤，分别将所述多个第二脉冲信号加入一预设长度的队列进行循环滑动平均滤波得到多个第三脉冲信号；标定结束步骤，标定结束，输出该流量点的第三脉冲信号的频率值f以及与该流量点相对应的流量值Qv，所述标定结束的条件为所述标定开始步骤后一预设时间点或为所述平均滤波步骤中循环的次数达到一预设值；仪表系数计算步骤，根据公式k＝f/Qv，计算仪表系数k。

进一步地，还包括：存储步骤，将标定点的仪表系数K与该标定点的第三脉冲信号的频率值f作为一标定数据发送至一服务器中。

进一步地，还包括：拟合步骤，使用最小二乘法拟合出f-K关系的多项式；第二采集步骤，采集实时标定得到的第三脉冲信号的频率值；计算步骤，并通过所述多项式计算得到理论的流量值。

进一步地，所述获取多个第一脉冲信号步骤具体包括：第一捕获步骤，捕获脉冲信号的上升沿，第一次捕获到上升沿后将计数器清零，并设置标记位；等待步骤，等待下一次上升沿，在等待下一次上升沿的过程中如果计数器溢出，则记录溢出次数；第二捕获步骤，捕获到第二次上升沿后，清除标志位，根据计数器数值和溢出次数计算得到第一脉冲信号的频率值。

进一步地，所述异常值处理步骤具体包括：分组步骤，将连续的多个第一脉冲信号的频率值分组，以12个频率值为一组；第一计算步骤，将每组数据按从小到大的顺序排序，计算每组数据的平均值和标准差s；第二计算步骤，计算最小值与最大值的偏离值Gi，公式

偏离值即为可疑值；比对删除步骤，将可疑值与每组数据相比较，当数据的值大于可疑值时，将其视为异常值并删除。

进一步地，在所述平均滤波步骤中，将所述第二脉冲信号的频率值与所述第一脉冲信号的频率值比较，若周期时间偏差小于0.2us或者大于10ms，则所述第二脉冲信号的频率值无效，将所述第一脉冲信号的频率值代替所述第二脉冲信号的频率值执行所述平均滤波步骤。

进一步地，所述平均滤波步骤具体包括：预设步骤，预设一长度值为3～5的队列；平均滤波步骤，将所述第二脉冲信号放入队列中，进行把队列中数据进行算术平均运算，获得所述第三脉冲信号；循环步骤，扔掉原队首的数据，补充新的第二脉冲信号至队尾，再次进行算术平均运算，获得多个第三脉冲信号，循环停止的调价为循环次数为40～60次或所述标定开始步骤与所述标定结束步骤相间隔8～20s。

进一步地，所述数据库建立步骤之前包括:准备步骤，提供一标定装置，所述标定装置为涡轮流量计；清理步骤，将所述标定装置的历史标定数据清除。

进一步地，所述第一采集步骤中，所述采集多个流量点的流量上限以及流量下限确定所述标定装置的量程范围，靠近所述流量下限的流量点的数量大于靠近所述流量上限的流量点的数量。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，该介质上存储有计算机程序和本机数据库，其特征在于，在处理器执行所述计算机程序时可实现前文所述的方法。

本发明的有益效果是：提供一种流量点自动标定的方法及存储介质，用户可以设置仪表型号、量程范围、标定点以及K值拟合方式，并存储在服务器内，适用于不同场合的使用。同时数据可以通过ZigBee无线网络上传至上位机中，或者远程下载配置到本机，方便管理。在满足使用要求的前提下，30％的Qmax以下重复性好的非线性段，也得到了使用，大大扩展了涡轮流量计的量程范围。且简化了标定流程，减少了标定过程中的人为因素，提高了标定过程的自动化程度，充分发挥了智能仪表的优势。另外提供多种K值曲线拟合方式，减小了将K值看作常数处理带来的误差，提高了流量计的测量精度，能够满足更多场合的测量要求。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为现有技术涡轮流量计特征曲线。

图2为本发明提供的流量点自动标定的方法的流程图。

图3为本发明提供的标定装置的功能模块图。

图4为本发明提供的获取多个第一脉冲信号步骤的流程图。

图5为本发明提供的异常值处理步骤的流程图。

图6为本发明提供的平均滤波步骤的流程图。

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，本领域技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

具体的，如图2所示，本发明提供一种由计算机或服务器执行的流量点自动标定的方法，包括如下步骤S1)～S13)。

S1)准备步骤，提供一标定装置，所述标定装置为涡轮流量计(如图3所示)。

在开始标定前，首先选择需要标定的仪表型号。在仪表型号选择页面，选择此次使用的仪表型号，或者添加使用一个新的型号。选择完成后，智能涡轮流量计会自动加载并显示与选择型号相对应的各类参数和历史数据。如果需要修改流量计的其他参数，则进入相应页面进行修改。例如，修改4～20mA电流输出设置，将20mA输出对应的流量值设置为5L/min，将4mA输出对应的流量值设置为0L/min。。

S2)清理步骤，将所述标定装置的历史标定数据清除。

S3)数据库建立步骤，获取若干流量点并存储至本机数据库中。

S4)第一采集步骤，从所述数据库中采集多个流量点。

所述第一采集步骤中，所述采集多个流量点的流量上限以及流量下限确定所述标定装置的量程范围，靠近所述流量下限的流量点的数量大于靠近所述流量上限的流量点的数量。

采集标定流量点时，靠近流量下限时各流量点之间的间隔小，靠近流量上限时各流量点之间的间隔大。这是因为在大流量区间的线性度好，小流量区间的线性度较差，所以在小流量区间需要更多的标定点来提高拟合和测量精度。

S5)标定开始步骤，按照从小到大的顺序依次逐点标定所述多个流量点并形成多个标定点，开始测量标定点以及获取连续的多个第一脉冲信号。

如图4所示，所述获取多个第一脉冲信号步骤具体包括S501)～S503)。

S501)第一捕获步骤，捕获脉冲信号的上升沿，第一次捕获到上升沿后将计数器清零，并设置标记位。

S502)等待步骤，等待下一次上升沿，在等待下一次上升沿的过程中如果计数器溢出，则记录溢出次数。

S503)第二捕获步骤，捕获到第二次上升沿后，清除标志位，根据计数器数值和溢出次数计算得到第一脉冲信号的频率值。

此时得到的频率值是根据单次脉冲周期得到的，不仅可能存在较大的误差，而且数值波动比较明显，不能直接作为标定数据使用，还需要对数据进一步的处理。

S6)异常值处理步骤，将所述多个第一脉冲信号通过格拉布斯法进行处理，优化得到多个第二脉冲信号。

如图5所示，所述异常值处理步骤具体包括如下步骤S601)～S604)。

S601)分组步骤，将连续的多个第一脉冲信号的频率值分组，以12个频率值为一组。

S602)第一计算步骤，将每组数据按从小到大的顺序排序，计算每组数据的平均值

和标准差s。

S603)第二计算步骤，根据公式

计算最小值与最大值的偏离值Gi，公式，偏离值即为可疑值。

算法的检出水平为0.01，即置信概率P＝0.99，测量次数n＝12，查格拉布斯表得到临界值为2.55。

S604)比对删除步骤，将可疑值与每组数据相比较，当数据的值大于可疑值时，将其视为异常值并删除。

S7)平均滤波步骤，分别将所述多个第二脉冲信号加入一预设长度的队列进行循环滑动平均滤波得到多个第三脉冲信号。

在所述平均滤波步骤中，将所述第二脉冲信号的频率值与所述第一脉冲信号的频率值比较，若周期时间偏差小于0.2us或者大于10ms，则所述第二脉冲信号的频率值无效，将所述第一脉冲信号的频率值代替所述第二脉冲信号的频率值执行所述平均滤波步骤。

如图6所示，所述平均滤波步骤具体包括S701)～S703)。

S701)预设步骤，预设一长度值为3～5的队列。

S702)平均滤波步骤，将所述第二脉冲信号放入队列中，进行把队列中数据进行算术平均运算，获得所述第三脉冲信号。

S703)循环步骤，扔掉原队首的数据，补充新的第二脉冲信号至队末，再次进行算术平均运算，获得多个第三脉冲信号，循环停止的调价为循环次数为40～60次或所述标定开始步骤与所述标定结束步骤相间隔8～20s。

平均滤波步骤能够有效的克服因偶然因素和随机因素引起的脉冲干扰，且对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，实时性满足使用要求。

S8)标定结束步骤，标定结束，输出该流量点的第三脉冲信号的频率值f以及与该流量点相对应的流量值Qv，所述标定结束的条件为所述标定开始步骤后一预设时间点或为所述平均滤波步骤中循环的次数达到一预设值；

S9)仪表系数计算步骤，根据公式k＝f/Qv，计算仪表系数k。

S10)存储步骤，将标定点的仪表系数K与该标定点的第三脉冲信号的频率值f作为一标定数据，将此次标定数据打包并通过ZigBee无线网络通过路由器发送至一服务器中。

主要将标定点的频率值和对应的K值作为两组数据存储到机内Flash中，供非线性校正算法使用。按照流量值从小到大的顺序依次标定完成后，此型号的标定工作完成，标定数据全部更新并与此型号绑定在一起。同时智能流量计将此次标定数据打包并通过ZigBee无线网络发送到路由器，然后转送给上位机，供上位机软件做进一步的处理、存储和管理。标定数据的封装格式如下表所示。

同时上位机可以选择特定流量计下载配置信息，或者对所有流量计广播实现对所有设备的配置。流量计接收到配置信息后修改内部相应参数并存储在本机。配置信息的数据封装格式如下表所示。

S11)拟合步骤，使用最小二乘法拟合出f-K关系的多项式。

用户可以选择K值拟合方式或手动更改f-K曲线数据，充分实现用户可定制化。F-K曲线的数据即为上一次标定的数据，从Flash中取出并显示在屏幕上。用户可对其中任意一个值进行更改，更改后的值会将Flash中原有的数据覆盖。并将更改信息无线发送给上位机，更新数据库中的配置信息，实现同步管理。发送的数据格式如下表所示。

K值拟合方式可以选择分段近似斜率法和整段多项式近似法。前者将f-K曲线分为多段折线，拐点为标定数据点。实际K值＝分段区间斜率＊(实测频率－区间频率初值)+区间K值初值。后者使用最小二乘法拟合出f-K关系的多项式，直接将实测频率代入多项式运算得到实际K值。根据拟合原理，标定点越多，拟合效果则越好，得到的实际K值越接近理论K值。

S12)第二采集步骤，采集实时标定得到的第三脉冲信号的频率值。

S13)计算步骤，并通过所述多项式计算得到理论的流量值。

使用优化测频算法实现频率值的精准测量，使用K值分段拟合或曲线拟合的方式提高K值的准确度，从而相应的提高流量测量的精度。经过实验验证，采用本自动标定与校准方法，实测瞬时流量示值误差小于，测量精度得到明显提高。

标定装置为S064流量测试仪，检定/校准介质为红油，环境温度为室温，大气压力为101325Pa，所用涡轮流量变送器满量程为5L/min。下表1为采用本发明中标定与校准方法之后的校验结果。

由上表可得，在量程范围内最大示值误差保持在±0.3％以内，且涡轮流量计的量程范围最低可到10％的Qmax，大大拓展了流量计的量程范围。

本发明提供一种流量点自动标定的方法，用户可以设置仪表型号、量程范围、标定点以及K值拟合方式，并存储在本机和远程服务器内，适用于不同场合的使用。同时数据可以通过ZigBee无线网络上传至上位机中，或者远程下载配置到本机，方便管理。在满足使用要求的前提下，30％Qmax以下重复性好的非线性段，大大扩展了涡轮流量计的量程范围。且简化了标定流程，减少了标定过程中的人为因素，提高了标定过程的自动化程度，充分发挥了智能仪表的优势。另外提供多种K值曲线拟合方式，减小了将K值看作常数处理带来的误差，提高了流量计的测量精度，能够满足更多场合的测量要求。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，该介质上存储有计算机程序和本机数据库，在处理器执行所述计算机程序时可所述流量点自动标定的方法。

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技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种流量点自动标定的方法，其特征在于，包括：

数据库建立步骤，获取若干流量点并存储至本机数据库中；

第一采集步骤，从所述数据库中采集多个流量点；

标定开始步骤，按照从小到大的顺序依次逐点标定所述多个流量点并形成多个标定点，开始测量标定点以及获取连续的多个第一脉冲信号；

异常值处理步骤，将所述多个第一脉冲信号通过格拉布斯法进行处理，优化得到多个第二脉冲信号；

平均滤波步骤，分别将所述多个第二脉冲信号加入一预设长度的队列进行循环滑动平均滤波得到多个第三脉冲信号；

标定结束步骤，标定结束，输出该流量点的第三脉冲信号的频率值f以及与该流量点相对应的流量值Qv，所述标定结束的条件为所述标定开始步骤后一预设时间点或为所述平均滤波步骤中循环的次数达到一预设值；

仪表系数计算步骤，根据公式k＝f/Qv，计算仪表系数k。

2.如权利要求1所述的流量点自动标定的方法，其特征在于，还包括：

存储步骤，将标定点的仪表系数K与该标定点的第三脉冲信号的频率值f作为一标定数据发送至一服务器中。

3.如权利要求1所述的流量点自动标定的方法，其特征在于，还包括：

拟合步骤，使用最小二乘法拟合出f-K关系的多项式；

第二采集步骤，采集实时标定得到的第三脉冲信号的频率值；

计算步骤，并通过所述多项式计算得到理论的流量值。

4.如权利要求1所述的流量点自动标定的方法，其特征在于，

所述获取多个第一脉冲信号步骤具体包括：

第一捕获步骤，捕获脉冲信号的上升沿，第一次捕获到上升沿后将计数器清零，并设置标记位；

等待步骤，等待下一次上升沿，在等待下一次上升沿的过程中如果计数器溢出，则记录溢出次数；

第二捕获步骤，捕获到第二次上升沿后，清除标志位，根据计数器数值和溢出次数计算得到第一脉冲信号的频率值。

5.如权利要求1所述的流量点自动标定的方法，其特征在于，

所述异常值处理步骤具体包括：

分组步骤，将连续的多个第一脉冲信号的频率值分组，以12个频率值为一组；

第一计算步骤，将每组数据按从小到大的顺序排序，计算每组数据的平均值x和标准差s；

第二计算步骤，计算最小值与最大值的偏离值Gi，公式G_i＝(x-x)/s，偏离值即为可疑值。

比对删除步骤，将可疑值与每组数据相比较，当数据的值大于可疑值时，将其视为异常值并删除。

6.如权利要求1所述的流量点自动标定的方法，其特征在于，

在所述平均滤波步骤中，将所述第二脉冲信号的频率值与所述第一脉冲信号的频率值比较，若周期时间偏差小于0.2us或者大于10ms，则所述第二脉冲信号的频率值无效，将所述第一脉冲信号的频率值代替所述第二脉冲信号的频率值执行所述平均滤波步骤。

7.如权利要求1所述的流量点自动标定的方法，其特征在于，

所述平均滤波步骤具体包括：

预设步骤，预设一长度值为3～5的队列；

平均滤波步骤，将所述第二脉冲信号放入队列中，进行把队列中数据进行算术平均运算，获得所述第三脉冲信号；

循环步骤，扔掉原队首的数据，补充新的第二脉冲信号至队尾，再次进行算术平均运算，获得多个第三脉冲信号，循环停止的调价为循环次数为40～60次或所述标定开始步骤与所述标定结束步骤相间隔8～20s。

8.如权利要求1所述的流量点自动标定的方法，其特征在于，

所述数据库建立步骤之前包括:

准备步骤，提供一标定装置，所述标定装置为涡轮流量计；

清理步骤，将所述标定装置的历史标定数据清除。

9.如权利要求8所述的流量点自动标定的方法，其特征在于，

所述第一采集步骤中，所述采集多个流量点的流量上限以及流量下限确定所述标定装置的量程范围，靠近所述流量下限的流量点的数量大于靠近所述流量上限的流量点的数量。

10.一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序和本机数据库，其特征在于，在处理器执行所述计算机程序时可实现权利要求1～9中任一项所述的方法。

Images