CN111504428A - 一种热式气体流量计快速标定方法 - Google Patents

一种热式气体流量计快速标定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111504428A
CN111504428A CN202010536629.3A CN202010536629A CN111504428A CN 111504428 A CN111504428 A CN 111504428A CN 202010536629 A CN202010536629 A CN 202010536629A CN 111504428 A CN111504428 A CN 111504428A
Authority
CN
China
Prior art keywords
calibration
calibrated
formula
thermal gas
data set
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010536629.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111504428B (zh
Inventor
顾宇
叶寒生
冯超
冯立转
韩忠俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Comate Intelligent Sensor Technology Co ltd
Original Assignee
Hefei Comate Intelligent Sensor Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Comate Intelligent Sensor Technology Co ltd filed Critical Hefei Comate Intelligent Sensor Technology Co ltd
Priority to CN202010536629.3A priority Critical patent/CN111504428B/zh
Publication of CN111504428A publication Critical patent/CN111504428A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111504428B publication Critical patent/CN111504428B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Details Of Flowmeters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种热式气体流量计快速标定方法，对于批量待标定流量计，一部分作为标定样机实施标定，另一部分以标定样机为基础，采用修正的方式进行修正标定。本发明在满足精度要求的情况下，校准点的数量相比于现有技术中的校验方法减少三分之二以上，尤其是针对批量制造的标定过程，能够极大地节省校准时间。

Description

一种热式气体流量计快速标定方法
技术领域
本发明涉及流量仪表的标定方法，更具体地说是涉及一种热式气体流量计的标定方法。
背景技术
热式气体流量计是基于热扩散原理的流量仪表，气体流过发热元件所带走的热量主要与气体的质量流速相关。热式气体流量计通常有两个检测探头，一个是速度探头，其作为有源元件被加热，即加热探头，另一个是作为参考元件不被加热的温度探头。
根据热力学原理，提供给加热探头的加热功率W等于流动气体对流换热带走的能量，即：
W＝hAs(Tw-Tf) (11)
h是加热探头的表面传热系数，As是加热探头的表面积，Tw表示加热探头的温度；
Tf是温度探头测量获得的介质气体温度；
依据对流换热原理，hAs也可以表达为式(12)：
hAs＝A+B×Om 1/2 (12)
A和B均为经验常数，Qm为介质气体质量流量，由式(11)和式(12)得出式(13)：
Figure BDA0002537282120000011
由式(13)可见，当保持温度差ΔT为恒定，ΔT＝Tw-Tf，则加热功率W与介质气体质量流量Qm存在一一对应的关系，将加热功率W转换成电压值U，即可获得电压值U与介质气体质量流量Qm两个数据之间一一对应的检测数组(U，Qm)；同样的：若是保持加热功率W为恒定，则温度差ΔT与介质气体质量流量Qm存在一一对应的关系，亦可获得相应的两个数据之间一一对应的检测数组。
针对热式气体流量计的物理特性的非线性关系，现有技术中对于热式气体流量计的标定的过程是：利用标定设备对热式气体流量计进行检测，获得各校准点上关于电压值和介质气体质量流量的检测数据，再利用所有校准点上的检测数据采用线性插值或者曲线拟合逼近的方法拟合获得电压值和介质气体质量流量的函数关系式，最终，利用所获得电压值和介质气体质量流量的函数关系式对热式气体流量计实施标定。
在针对被测气体进行流量测量时，给定热式气体流量计的电压值，标定过程中所获得电压值和介质气体质量流量的函数关系式计算获得被测气体流量值，完成检测。
由于热式流量计物理特性的非线性关系，现有技术在使用线性插值或者曲线拟合逼近的方法进行拟合中需要采用大量的校准点，以尽可能拟合逼近真实的测量曲线，这种理论可行的方式在生产实际中针对批量出品的流量计产品由于标定过程耗时长，直接导致生产效率低下，劳动力成本提高，也因更多能源的消耗导致生产成本提高。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种热式气体流量计快速标定方法，以缩短热式流量计的校验耗时，提高效率。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明热式气体流量计快速标定方法的特点是按如下步骤进行：
步骤1、针对M台标定样机实施标定
对于同一批次的P台待标定热式气体流量计，从中随机选取M台待标定热式气体流量计作为标定样机，针对每一台标定样机利用标定设备进行检测，获得每台标定样机中N个校准点上关于电压值
Figure BDA0002537282120000021
和介质气体质量流量
Figure BDA0002537282120000022
的检测数据组
Figure BDA0002537282120000023
步骤2、针对所述检测数据组
Figure BDA0002537282120000024
采用线性插值或者曲线拟合逼近的方法拟合获得
Figure BDA0002537282120000025
和
Figure BDA0002537282120000026
的函数关系式如式(1)：
Figure BDA0002537282120000027
利用所述式(1)对M台标定样机实施标定，完成M台标定样机的标定过程；
步骤3、对于同一批次的P台待标定热式气体流量计中除M台标定样机之外其余H台待标定热式气体流量计，按如下方式进行标定修正，H＝P-M：
3.1、针对所述H台待标定热式气体流量计，每台待标定热式气体流量计分别选定T个修正点，取
Figure BDA0002537282120000028
针对修正点t，根据修正点电压Ut由式(1)获得修正点t的气体质量流量计算值Qt；并且，针对修正点t，利用标定设备进行检测，获得修正点t的气体质量流量检测值Q′t；则修正点t的修正系数Kt为：
Figure BDA0002537282120000029
获得T个修正点上关于修正点电压Ut和修正系数Kt的修正数据组(Ut，Kt)，t＝1,2,…T；
3.2、针对所述修正数据组(Ut，Kt)采用线性插值或者曲线拟合逼近的方法拟合获得Ut和Kt的函数关系式如式(3)：
Kt＝F(Ut) (3)
步骤4、利用式(3)和式(1)所表征的函数关系对所述H台待标定热式气体流量计实施标定。
本发明热式气体流量计快速标定方法的特点也在于：
所述检测数据组
Figure BDA0002537282120000031
表征为：
Figure BDA0002537282120000032
为获得由式(1)所表征的函数关系式，针对所述检测数据组
Figure BDA0002537282120000033
进行数据平滑处理，得到标定样机的校准数据组，如式(4)：
Figure BDA0002537282120000034
Figure BDA0002537282120000035
为
Figure BDA0002537282120000036
……和
Figure BDA0002537282120000037
的算术平均值；
Figure BDA0002537282120000038
为
Figure BDA0002537282120000039
……和
Figure BDA00025372821200000310
的算术平均值；
Figure BDA00025372821200000311
为
Figure BDA00025372821200000312
……和
Figure BDA00025372821200000313
的算术平均值；
Figure BDA00025372821200000314
为
Figure BDA00025372821200000315
……和
Figure BDA00025372821200000316
的算术平均值
……
Figure BDA00025372821200000317
为
Figure BDA00025372821200000318
……和
Figure BDA00025372821200000319
的算术平均值；
Figure BDA00025372821200000320
为
Figure BDA00025372821200000321
……和
Figure BDA00025372821200000322
的算术平均值
利用式(4)所表达的校准数据组采用线性插值或者曲线拟合逼近的方法拟合获得
Figure BDA00025372821200000323
和
Figure BDA00025372821200000324
的函数关系式如式(1)。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
本发明在满足精度要求的情况下，校准点的数量相比于现有技术中的校验方法减少三分之二以上，尤其是针对批量制造的标定过程，能够极大地节省校准时间。
附图说明
图1为样本曲线图；
图2为K值图；
图3为K值拟合曲线图；
图4为误差曲线图；
具体实施方式
本实施例中热式气体流量计快速标定方法按如下步骤进行：
步骤1、针对M台标定样机实施标定
对于同一批次的P台待标定热式气体流量计，从中随机选取M台待标定热式气体流量计作为标定样机，针对每一台标定样机利用标定设备进行检测，获得每台标定样机中N个校准点上关于电压值
Figure BDA00025372821200000325
和介质气体质量流量
Figure BDA00025372821200000326
的检测数据组
Figure BDA00025372821200000327
若P超过50台，将M取为5，否则将M取为3；N的值按标定要求设定。
步骤2、针对检测数据组
Figure BDA00025372821200000328
采用线性插值或者曲线拟合逼近的方法拟合获得
Figure BDA00025372821200000329
和
Figure BDA00025372821200000330
的函数关系式如式(1)：
Figure BDA0002537282120000041
利用式(1)对M台标定样机实施标定，完成M台标定样机的标定过程；
式(1)所表征的函数关系式包括：多项式阶数、系数和分段分隔点各参数。
步骤3、对于同一批次的P台待标定热式气体流量计中除M台标定样机之外其余H台待标定热式气体流量计，按如下方式进行标定修正，H＝P-M：
步骤3.1、针对H台待标定热式气体流量计，每台待标定热式气体流量计分别选定T个修正点，取
Figure BDA0002537282120000042
针对修正点t，根据修正点电压Ut由式(1)获得修正点t的气体质量流量计算值Qt；并且，针对修正点t，利用标定设备进行检测，获得修正点t的气体质量流量检测值Q′t；则修正点t的修正系数Kt为：
Figure BDA0002537282120000043
获得T个修正点上关于修正点电压Ut和修正系数Kt的修正数据组(Ut，Kt)，t＝1,2,…T。
步骤3.2、针对修正数据组(Ut，Kt)采用线性插值或者曲线拟合逼近的方法拟合获得Ut和Kt的函数关系式如式(3)：
Kt＝F(Ut) (3)
步骤4、利用式(3)和式(1)所表征的函数关系对H台待标定热式气体流量计实施标定，由此完成同一批次的P台待标定热式气体流量计的标定。
具体实施中，检测数据组
Figure BDA0002537282120000044
表征为：
Figure BDA0002537282120000045
为获得由式(1)所表征的函数关系式，针对检测数据组
Figure BDA0002537282120000046
进行数据平滑处理，得到标定样机的校准数据组，如式(4)：
Figure BDA0002537282120000047
Figure BDA0002537282120000048
为
Figure BDA0002537282120000049
……和
Figure BDA00025372821200000410
的算术平均值；
Figure BDA00025372821200000411
为
Figure BDA00025372821200000412
……和
Figure BDA00025372821200000413
的算术平均值；
Figure BDA00025372821200000414
为
Figure BDA00025372821200000415
……和
Figure BDA00025372821200000416
的算术平均值；
Figure BDA00025372821200000417
为
Figure BDA00025372821200000418
……和
Figure BDA00025372821200000419
的算术平均值
……
Figure BDA00025372821200000420
为
Figure BDA00025372821200000421
……和
Figure BDA00025372821200000422
的算术平均值；
Figure BDA00025372821200000423
为
Figure BDA00025372821200000424
……和
Figure BDA00025372821200000425
的算术平均值利用式(4)所表达的校准数据组采用线性插值或者曲线拟合逼近的方法拟合获得
Figure BDA0002537282120000051
和
Figure BDA0002537282120000052
的函数关系式如式(1)。
实验过程：
针对同一批次的50台待标定热式流量计，P＝50，从中选取5台待标定热式流量计为标定样机，M＝5，按如下过程进行标定：
第一步：根据标定要求设定N为20，按步骤1的方式获得检测数据组
Figure BDA0002537282120000053
第二步：以DN15口径为实验例，对检测数据组
Figure BDA0002537282120000054
进行平滑处理，获得如表1所示的平滑数据组，利用平滑数据组按步骤2通过拟合获得拟合曲线的阶数和系数，即获得式(1)。
表1
序号 电压值 流量值 序号 电压值 流量值
1 1.360750829 0 11 2.30806814 9.530654
2 1.446566236 0.18918 12 2.481777271 12.56872
3 1.514625057 0.3153 13 2.654402892 16.45129
4 1.570299578 0.6306 14 2.735855214 19.13274
5 1.604363736 0.9459 15 2.802984794 21.31102
6 1.629076672 1.2612 16 2.883556247 24.98601
7 1.673598746 1.8918 17 2.947263527 27.81275
8 1.784196679 3.102264 18 3.01711185 31.88438
9 1.93906728 4.785253 19 3.068755841 34.7746
10 2.135502505 7.110008 20 3.121434355 38.48135
与平滑数据组对应的拟合曲线分为三段：
第一段为3阶曲线，系数为-248.9762，522.6075，-366.5897和85.9798；第二段为5阶曲线，系数为-1012.9417，2307.5404，-2117.8969，977.8039，-226.1618和21.0691；第三段为2阶曲线，系数为351.3791，-289.8291和62.9683；图1示出了样本曲线。
经过上述的数据处理后，未经修正的热式流量计示值误差被控制在15％以内，因此，需要进行误差修正，将误差修正到1.5％以内；
为了实现误差修正，按步骤3拟合出误差修正曲线：
针对DN15口径的实验例，对于剩余的45台标定热式流量计，H＝45，设置T为6，6个修正点上的流量值依次为：1.90、3.81、7.62、11.44、25.42和38.14，流量单位为Nm3/h；其中一个实验例的修正点上的修正系数K值如表2：
表2
序号 电压值 修正系数K
1 1.65123 1.038058387
2 1.80098 1.030997094
3 2.15230 1.128575373
4 2.56324 1.130183811
5 2.91015 1.0747685
6 3.12214 1.031256
K值图如图2所示，使用4阶曲线拟合，得到系数为：0.8015，-8.0351，29.5250，-46.9968，28.3382，图3为对应的K值拟合曲线图，该曲线即为修正曲线。
流量计在正常运行时，首先根据式(1)计算获得样本流量值，再根据流量修正曲线对样本流量值进行修正，得到经修正的修正流量值，并以修正流量值为流量计的检测输出流量。
图4为误差曲线，从图4可以看出经过修正后的误差在±1.5％以内，满足测量要求，校准点数大大减少，标定过程耗时大大缩短。

Claims (2)

1.一种热式气体流量计快速标定方法，其特征是按如下步骤进行：
步骤1、针对M台标定样机实施标定
对于同一批次的P台待标定热式气体流量计，从中随机选取M台待标定热式气体流量计作为标定样机，针对每一台标定样机利用标定设备进行检测，获得每台标定样机中N个校准点上关于电压值
Figure FDA0002537282110000011
和介质气体质量流量
Figure FDA0002537282110000012
的检测数据组
Figure FDA0002537282110000013
步骤2、针对所述检测数据组
Figure FDA0002537282110000014
采用线性插值或者曲线拟合逼近的方法拟合获得
Figure FDA0002537282110000015
和
Figure FDA0002537282110000016
的函数关系式如式(1)：
Figure FDA0002537282110000017
利用所述式(1)对M台标定样机实施标定，完成M台标定样机的标定过程；
步骤3、对于同一批次的P台待标定热式气体流量计中除M台标定样机之外其余H台待标定热式气体流量计，按如下方式进行标定修正，H＝P-M：
3.1、针对所述H台待标定热式气体流量计，每台待标定热式气体流量计分别选定T个修正点，取
Figure FDA0002537282110000018
针对修正点t，根据修正点电压Ut由式(1)获得修正点t的气体质量流量计算值Qt；并且，针对修正点t，利用标定设备进行检测，获得修正点t的气体质量流量检测值Q′t；则修正点t的修正系数Kt为：
Figure FDA0002537282110000019
获得T个修正点上关于修正点电压Ut和修正系数Kt的修正数据组(Ut，Kt)，t＝1,2,…T；
3.2、针对所述修正数据组(Ut，Kt)采用线性插值或者曲线拟合逼近的方法拟合获得Ut和Kt的函数关系式如式(3)：
Kt＝F(Ut) (3)
步骤4、利用式(3)和式(1)所表征的函数关系对所述H台待标定热式气体流量计实施标定。
2.根据权利要求1所述的热式气体流量计快速标定方法，其特征是：
所述检测数据组
Figure FDA00025372821100000110
表征为：
Figure FDA00025372821100000111
Figure FDA00025372821100000112
……
Figure FDA00025372821100000113
为获得由式(1)所表征的函数关系式，针对所述检测数据组
Figure FDA00025372821100000114
进行数据平滑处理，得到标定样机的校准数据组，如式(4)：
Figure FDA0002537282110000021
Figure FDA0002537282110000022
为
Figure FDA0002537282110000023
……和
Figure FDA0002537282110000024
的算术平均值；
Figure FDA0002537282110000025
为
Figure FDA0002537282110000026
……和
Figure FDA0002537282110000027
的算术平均值；
Figure FDA0002537282110000028
为
Figure FDA0002537282110000029
……和
Figure FDA00025372821100000210
的算术平均值；
Figure FDA00025372821100000211
为
Figure FDA00025372821100000212
……和
Figure FDA00025372821100000213
的算术平均值
……
Figure FDA00025372821100000214
为
Figure FDA00025372821100000215
……和
Figure FDA00025372821100000216
的算术平均值；
Figure FDA00025372821100000217
为
Figure FDA00025372821100000218
……和
Figure FDA00025372821100000219
的算术平均值
利用式(4)所表达的校准数据组采用线性插值或者曲线拟合逼近的方法拟合获得
Figure FDA00025372821100000220
和
Figure FDA00025372821100000221
的函数关系式如式(1)。
CN202010536629.3A 2020-06-12 2020-06-12 一种热式气体流量计快速标定方法 Active CN111504428B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010536629.3A CN111504428B (zh) 2020-06-12 2020-06-12 一种热式气体流量计快速标定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010536629.3A CN111504428B (zh) 2020-06-12 2020-06-12 一种热式气体流量计快速标定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111504428A true CN111504428A (zh) 2020-08-07
CN111504428B CN111504428B (zh) 2022-05-10

Family

ID=71872330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010536629.3A Active CN111504428B (zh) 2020-06-12 2020-06-12 一种热式气体流量计快速标定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111504428B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102128666A (zh) * 2011-02-11 2011-07-20 合肥工业大学 一种科里奥利质量流量计的标定方法
CN106441472A (zh) * 2016-09-28 2017-02-22 合肥科迈捷智能传感技术有限公司 一种恒功率型热式气体流量计温度漂移抑制方法
CN108362911A (zh) * 2018-02-09 2018-08-03 西京学院 一种基于最小二乘法和插值法的流速仪标定方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102128666A (zh) * 2011-02-11 2011-07-20 合肥工业大学 一种科里奥利质量流量计的标定方法
CN106441472A (zh) * 2016-09-28 2017-02-22 合肥科迈捷智能传感技术有限公司 一种恒功率型热式气体流量计温度漂移抑制方法
CN108362911A (zh) * 2018-02-09 2018-08-03 西京学院 一种基于最小二乘法和插值法的流速仪标定方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
彭丹等: "热膜式气流量传感器指数过渡分段拟合方法", 《浙江大学学报(工学版)》 *
莫林利等: "提高级配指标计算精度方法研究", 《华东交通大学学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111504428B (zh) 2022-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9784604B2 (en) Method for determining at least one gas parameter of a flowing gas
CN112067304B (zh) 发动机整机试验中压气机进口流量的测量方法
CN110618293B (zh) 一种十字型热线风速仪的校准方法
JP6042449B2 (ja) 流体の質量流量を測定する装置および方法
CN107687899B (zh) 一种红外测温方法及系统
CN109387255A (zh) 热式流量计
CN105043511B (zh) 基于雷诺数的涡街流量计系数修正方法
CN109752113B (zh) 薄片温度传感器及其应用中位置确定方法和电路设计方法
CN106441472A (zh) 一种恒功率型热式气体流量计温度漂移抑制方法
CN112461406B (zh) 一种基于光纤光栅式温度传感器的标定方法
CN104535257B (zh) 一种硅压阻温度补偿评估方法
CN109186815A (zh) 一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置
CN111504428B (zh) 一种热式气体流量计快速标定方法
CN104215660A (zh) 一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的方法及系统
CN104122469B (zh) 一种提高测量热电材料Seebeck系数精度的方法
KR101434808B1 (ko) 배기 가스 질량 유량 센서에 대한 결과적인 총 질량 유량을 결정하기 위한 방법
Rupnik et al. A method for gas identification in thermal dispersion mass flow meters
CN116147724A (zh) 一种适用于超声水表的计量方法
US20220398359A1 (en) Digital twin based temperature distribution estimating method and temperature distribution estimating apparatus
CN112146812B (zh) 一种基于恒流驱动的热膜剪应力传感器的温度补偿方法
CN108128771B (zh) 冷壁cvd法石墨烯制备装置的参数在线量值保证系统及方法
CN113155215A (zh) 一种热式气体流量计的计量输出方法、装置和存储介质
CN108303378B (zh) 一种防热瓦高温发射率测量试验装置及方法
CN111829691B (zh) 一种用于非中性边界层风温瞬态测量的装置及方法
CN108182297B (zh) 火箭发动机燃烧室效率分析方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant