CN116046246A - 一种高精度微压差的测量方法及系统 - Google Patents

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CN116046246A CN202211591976.1A CN202211591976A CN116046246A CN 116046246 A CN116046246 A CN 116046246A CN 202211591976 A CN202211591976 A CN 202211591976A CN 116046246 A CN116046246 A CN 116046246A
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Abstract

本发明提供了一种高精度微压差的测量方法及系统，所述系统包括测量终端阵列和与所述测量终端阵列通信连接的控制终端；所述测量终端阵列包括分别设置于多个待测空间的多个不同的测量点位的测量终端，各个所述的测量终端用于同步测量各自所在测量点位的绝对压强并将测量数据发送至控制终端；所述控制终端用于接收测量终端阵列中各个测量终端上传的测量数据，根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值。本发明不仅能够实现测量多空间测量点位的微压差分布，还能够消除环境温度变化导致微压差测量时产生的误差，实现提高微压差的测量精度。

Description

一种高精度微压差的测量方法及系统
技术领域
本发明涉及环境压差测量技术领域，尤其涉及一种高精度微压差的测量方法及系统。
背景技术
在洁净空间形成正压，在污染空间形成负压，在过渡区形成压差梯度，有助于有效保障洁净空间安全、避免污染扩散，具有良好的防护效果。此类措施常用于人防工程、医院、高等级生物实验室等工程。通常，利用空气压差实施安全防护的效果往往与多个房间或通道的压差分布情况相关，压差越大，防护效果越好，同时，也意味着较高的防护成本。因此，为了在适当的压差条件下保障正压或负压措施的有效性，需要利用压差测量系统对各区域的压差分布进行实时监测。
然而，现有的监测手段通常仅涉及监测最内侧和最外侧的压差值，忽视了内外过渡区域压差分布的监测，这将意味着过渡区防护效果不明，在人员进出过程将增加污染物入侵风险。现有的监测手段存在上述问题的原因在于多空间微压差的测量精度要求高，技术难度高，可用设备缺失，从而无法对多空间的微压差进行全面监测。
发明内容
鉴于现有的压差监测手段无法满足多空间微压差的高精度测量要求，测量技术难度高的技术问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的实现高精度微压差的测量方法及系统。
本发明的一个方面，提出了一种高精度微压差的测量系统，所述系统包括测量终端阵列和与所述测量终端阵列通信连接的控制终端；
所述测量终端阵列包括分别设置于多个待测空间的多个不同的测量点位的测量终端，各个所述的测量终端，包括：储气仓模块，用于储存参照空气，以形成参照压强；温度测量模块，用于测量储气仓的环境温度并记录测量时间，将环境温度和温度测量时间作为测量数据发送至控制终端；压强测量模块，用于测量所在点位的绝对压强以及储气仓内的参照压强并记录压强测量时间，将绝对压强、储气仓内的参照压强和压强测量时间作为测量数据发送至控制终端；
所述控制终端用于接收测量终端阵列中各个测量终端上传的测量数据，根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值，对所述实际压差值进行存储和显示，实现提高微压差的测量精度。
进一步地，所述测量终端，包括：
第一传输模块，用于与控制终端进行通信，以将温度测量模块和压强测量模块的测量数据以无线传输形式发送至控制终端；
第一数显模块，用于对所述温度测量模块和压强测量模块的测量数据进行显示；
第一存储模块，用于对所述温度测量模块和压强测量模块的测量数据进行数据存储；
第一电源模块，用于为测量终端中各个组成模块供电。
进一步地，所述控制终端，包括：
第二传输模块，用于与测量终端进行通信，以接收各个测量终端发送的测量数据，并发送到数据处理器；
数据处理器，用于根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值；
第二数显模块，用于对各个测量终端发送的测量数据及数据处理器计算得到的各个测量点位的压差值进行显示；
第二存储模块，用于对各个测量终端发送的测量数据及数据处理器计算所得压差值进行数据存储；
所述第二电源模块，用于为控制终端中各个组成模块供电。
本发明的另一个方面，提出了一种高精度微压差的测量方法，所述方法适用于如上所述的高精度微压差的测量系统，所述方法包括：
获取测量终端阵列中各个测量终端所在测量点位的测量数据；所述测量数据包括环境温度、温度测量时间、绝对压强、储气仓内的参照压强和压强测量时间；
计算各个测量终端所在测量点位的绝对压强相对于储气仓内的参照压强的相对压差；
判断各个测量点位的绝对压强的波动情况是否满足预设的测量基准值的选取条件；
当所述绝对压强的波动情况满足所述测量基准值的选取条件时，根据所述测量数据及各个测量点位的相对压差对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值，对所述实际压差值进行存储和显示，实现提高微压差的测量精度。
进一步地，计算各个测量终端所在测量点位的绝对压强相对于储气仓内的参照压强的相对压差，包括：
根据预设的第一计算模型计算所述相对压差；
所述预设的第一计算模型为：相对压差＝各个测量点位的所述绝对压强－储气仓内的参照压强。
进一步地，根据所述测量数据及相对压差对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，包括：
根据预设的第二计算模型对各个测量点位的所述绝对压强进行校准；
所述预设的第二计算模型为：
Figure BDA0003994971990000031
；
其中，P't表示校准后的各个测量点位的所述绝对压强，Pt表示根据第一计算模型计算得到的相对压差；T0表示储气仓内的初始环境温度值；Ti表示储气仓内变化后的环境温度值；P0表示环境温度为T0时在储气仓测量到的参照压强。
进一步地，在根据所述测量数据及相对压差对各个测量点位的所述绝对压强进行校准之后，所述方法还包括：
对测量终端上传的测量数据中，经过校准后的各个测量点位的所述绝对压强进行采样；
检测是否预设有测量基准值的第一目标选取终端；
若有，则将所述第一目标选取终端所上传的测量数据中，经过校准后的各个测量点位的所述绝对压强，作为预设的测量基准值，否则根据用户的指定操作选取测量基准值的第二目标选取终端，将从所述第二目标选取终端采样所得的经过校准后的各个测量点位的所述绝对压强，作为预设的测量基准值。
进一步地，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值，包括：
根据预设的第三计算模型进行计算各点位的实际压差值；
所述预设的第三计算模型为：实际压差值＝校准后的各个测量点位的所述绝对压强－预设的测量基准值。
进一步地，在获取测量终端阵列中各个测量终端所在测量点位的测量数据之前，所述方法还包括：
开启测量终端阵列中各个测量终端及控制终端，并控制所述测量终端及控制终端执行功能自检，以确保所述测量终端能够正常执行测量操作，所述控制终端能够正常执行控制操作；
在所述测量终端及控制终端开启之后，建立所述测量终端及控制终端之间的无线连接，以确保测量数据的同步传输。
进一步地，判断各个测量点位的绝对压强的波动情况是否满足预设的测量基准值的选取条件，包括：
计算各个测量点位的绝对压强在预设时长内的波动范围；
判断所述波动范围是否小于预设的波动范围阈值；
当所述波动范围小于预设的波动范围阈值时，判定各个测量点位的绝对压强的波动情况满足预设的测量基准值的选取条件；
当所述波动范围大于或等于预设的波动范围阈值时，判定各个测量点位的绝对压强的波动情况不满足预设的测量基准值的选取条件。
本发明实施例提供的一种高精度微压差的测量方法及系统，能够实现提高微压差的测量精度，能够降低多空间微压差的测量技术难度，实现精准测量、使用便捷。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的信息予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的含义。在附图中：
图1为本发明实施例提出的高精度微压差的测量系统结构框图；
图2为本发明实施例提出的高精度微压差的测量系统的工作原理图；
图3为本发明实施例提出的高精度微压差的测量方法流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
通常，人防工程三防区域内形成的正压值一般为50Pa～150Pa，而舰艇三防区域内形成的正压值约为500Pa，上述过渡区涉及10余个功能房间；医院隔离区的负压值一般不小于5～10Pa，过渡区通常涉及2～4个通道；在高等级生物安全实验室中，涉及压差分布的房间更多。其中，BSL-4级主实验室与由室外向室内方向上相邻相通的房间的压差，可设为-20～-25Pa，与大气间的负压差为-50Pa或更低；ABSL-4级主实验室与大气间的负压差为-60Pa或更低，其中剖检室为-65Pa或更低。BSL-3级主实验室与相邻房间压差可设为-10～-20Pa，与大气压差可为-30Pa或更低；ABSL-3级主实验室与大气的负压差为-40Pa或更低，其中剖检室为-50Pa或更低。此外，缓冲室与相邻房间可为-10～-15Pa，以外各室可依次低5～10Pa。可见，利用空气压差实施安全防护，其效果往往与多个房间或通道的压差分布情况相关。
目前，压差分布测量主要有两种方式：一是直接法，将两处测量点位连接在压差测量计，直接测量两处风管压差。该方法需要提前预设测量管，对于没有预设压差测量管的测量点位，无法应用直接法进行测量；二是间接法，利用一套测量设备先后测定不同点位的绝对压强，从而确定不同点位的压差分布，由于测定绝对压强所需设备的量程通常大于标准大气压，应用此设备测定较小的压差时容易造成较大的系统误差，另外，利用一套测量设备先后进行测量，测量时间不同步也会存在误差，因此，采用间接法所测的环境压差精度不高，无法满足高精度的测量需要。
因此，本发明设计一种测量精准、使用方便、可适用于多空间的高精度微压差的测量方法及系统。
图1示意性示出了本发明实施例提出的高精度微压差的测量系统的结构框图。参照图1，本发明实施例提出的高精度微压差的测量系统包括：测量终端阵列和与所述测量终端阵列通信连接的控制终端；
所述测量终端阵列包括分别设置于多个待测空间的多个不同的测量点位的测量终端，各个所述的测量终端，包括：储气仓模块，用于储存参照空气，以形成参照压强；温度测量模块，用于测量储气仓的环境温度并记录测量时间，将环境温度和温度测量时间作为测量数据发送至控制终端；压强测量模块，用于测量所在点位的绝对压强以及储气仓内的参照压强并记录压强测量时间，将绝对压强、储气仓内的参照压强和压强测量时间作为测量数据发送至控制终端；
所述控制终端用于接收测量终端阵列中各个测量终端上传的测量数据，根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值，对所述实际压差值进行存储和显示，实现提高微压差的测量精度。
本实施例中，所述测量终端阵列包括至少两个测量终端，在具体实施时，可以设置为2～20个测量终端，优选为5～20个测量终端；所述控制终端可以设置为1个，具体用于通过无线方式收集各测量终端的测量数据，以某点位绝对压强值为基准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差分布。
具体的，本发明实施例中，温度测量模块202，用于精确测量储气仓的环境温度，并将环境温度和温度测量时间作为测量数据，以电子信号发送至第一数显模块205、第一传输模块204和第一存储模块206，所需电源由第一电源模块207供应；压强测量模块203，用于测量所在点位的绝对压强以及储气仓内的参照压强并记录压强测量时间，将测量数据和压强测量时间以电子信号发送至第一数显模块205、第一传输模块204和第一存储模块206，以及控制终端，所需电源由第一电源模块207供应。
本发明实施例中，所述测量终端，还包括第一传输模块204；第一传输模块204，用于与控制终端进行通信，以将温度测量模块202和压强测量模块203的测量数据以无线传输形式发送至控制终端；具体的，第一传输模块204从温度测量模块202和压强测量模块203接收数据信号，并将数据信号以无线形式发出，所需电源由第一电源模块207供应。
本发明实施例中，所述测量终端，还包括第一数显模块205；第一数显模块205，用于对所述温度测量模块202和压强测量模块203的测量数据进行显示；具体的，第一数显模块205从温度测量模块202和压强测量模块203接收数据信号，并显示出测量数据和和压强测量时间，所需电源由第一电源模块207供应。
本发明实施例中，所述测量终端，还包括第一存储模块206；第一存储模块206，用于对所述温度测量模块202和压强测量模块203的测量数据进行数据存储；具体的，第一存储模块206从温度测量模块202和压强测量模块203接收数据信号，并存储测量数据和压强测量时间，所需电源由第一电源模块207供应。
本发明实施例中，所述测量终端，还包括第一电源模块207；第一电源模块207，用于为测量终端中各个组成模块供电。
本发明实施例中，所述控制终端，包括：第二传输模块301；第二传输模块301，用于与测量终端进行通信，以接收各个测量终端发送的测量数据，并发送到数据处理器302；具体的，第二传输模块301接收第一传输模块204以无线形式发出的数据信号，并将数据信号发送至数据处理器302和第二存储模块304，所需电源由第二电源模块305供应。
本发明实施例中，所述测量终端，还包括数据处理器302；数据处理器302，用于根据测量数据监控各个测量点位的所述绝对压强的波动情况，并根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值；具体的，数据处理器302接收第二传输模块301发出的数据信号，并根据操作指令执行校准点位的绝对压强、计算点位的实际压差值等数据处理操作，并将处理前后的结果以电子信号发送至第二数显模块303和第二存储模块304，所需电源由第二电源模块305供应。
本发明实施例中，所述控制终端，还包括第二数显模块303；第二数显模块303，用于对各个测量终端发送的测量数据及数据处理器302计算得到的各个测量点位的压差值进行显示；具体的，第二数显模块303从数据处理器302接收数据信号，并显示出环境温度数据、参照压强数据、点位的绝对压强数据、温度测量时间、压强测量时间及点位实际压差值等测量数据，所需电源由第二电源模块305供应。
本发明实施例中，所述控制终端，还包括第二存储模块304；第二存储模块304，用于对各个测量终端发送的测量数据及数据处理器302计算所得压差值进行数据存储；具体的，第二存储模块304从控制终端的第二传输模块301接收数据信号，并存储测量数据及点位的实际压差值。此外，所述第二存储模块304还具备数据导入功能，所需电源由电源模块供应。
本发明实施例中，所述控制终端，还包括第二电源模块305；所述第二电源模块305，用于为控制终端中各个组成模块供电。
本发明实施例提出的高精度微压差的测量系统，能够实现提高微压差的测量精度，能够降低多空间微压差的测量技术难度，实现精准测量、使用便捷。
本发明实施例中，优选的，储气仓内的预制气体填充为空气或惰性气体，压强为90-150kPa。测量终端的温度测量模块202优选量程为-40-160℃，精度为0.015-0.025℃。第一传输模块204及第二传输模块301优选采用WIFI或Bluetooth5.0以上版本，传输距离为100-150m，传输速度为1-10Mbps；必要时可以增设中继设备，以满足实际传输距离要求。测量终端的第一电源模块207电池容量优选为1000-5000mAh，电压优选为1.0-2.0V，控制终端的第二电源模块305电池容量优选为10000-50000mAh，电压优选为1.0-2.0V。测量终端的第一数显模块205优选LCD、LED液晶显示模组，用于实时显示测量时间及测量数据。控制终端的第二数显模块303优选LCD、LED液晶显示模组，用于实时显示测量时间、测量数据和实际压差值。测量终端的压强测量模块203的量程下限值500Pa，上限值为1000KPa，精度为0.05％-2％，测量精度根据多空间的高精度压差测量需求确定，所述压差测量需求一般为0-500Pa的微压差。测量终端的第一存储模块206容量优选为1-5G，控制终端的第二存储模块304优选为16-64G。控制终端的数据处理器302可以采用现有微处理实现，其内部的处理程序优选R语言、python、Jul ia、Java等语言进行程序编译，以满足压差数据的处理需要。本实施例中，如上所列举的示例参数、设备、编程语言，均可以根据实际应用需要自由设置，本发明对此不做具体限定。
图2示意性示出了本发明实施例提出的高精度微压差的测量系统的工作原理图。参照图2，在一个具体的实施例中，测量系统的测量终端阵列包括测量终端1#，测量终端2#，测量终端3#，...，测量终端n#，2＜n≤20，测量终端1#所测得的绝对压强表示为P1，储气仓的环境温度表示为T1，测量终端2#所测得的绝对压强表示为P2，储气仓的环境温度表示为T2，测量终端3#所测得的绝对压强表示为P3，储气仓的环境温度表示为T3，...，测量终端n#所测得的绝对压强表示为Pn，储气仓的环境温度表示为Tn；在测量过程中，测量终端阵列将P1～Pn，T1～Tn通过无线传输的方式发送到控制终端；所述控制终端接收到所述绝对压强及储气仓的环境温度后，判断所述绝对压强的波动情况是否满足测量基准值的选取条件，当预设的时长内绝对压强的波动范围小于预设的波动范围阈值时，即判定满足测量基准值的选取条件；进一步的，根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值。如图2所示，测量终端1#所在点位的校准后的绝对压强为P'1，测量终端2#所在点位的校准后的绝对压强为P'2，测量终端3#所在点位的校准后的绝对压强为P'3，...，测量终端n#所在点位的校准后的绝对压强为P'n；最终计算得到的测量终端1#所在点位的实际压差值为ΔP1，测量终端2#所在点位的实际压差值为ΔP2，测量终端3#所在点位的实际压差值为ΔP3，...，测量终端n#所在点位的实际压差值为ΔPn。本实施例中，所述预设的时长可以设置为30S，预设的波动范围阈值可以设置为5％。
在一个具体的实施例中，可以设置15个测量终端以组成测量终端阵列，设置1个控制终端，并建立测量终端阵列及控制终端之间的无线连接。为保证测量终端的测量精度，储气仓内预制气体填充为95～105kPa的空气或惰性气体；温度测量模块202量程选用-20～60℃，精度选用0.015℃；压强测量模块203量程选用0～500kPa，精度为0.05％，测量数据与时间严格对应。为保证无线传输效果，第一传输模块204采用WIFI连接，传输距离优选为120m，传输速度为2Mbps；当传输距离超过120m或通道屏蔽较强时，增加中继设备以强化无线数据传输。为降低本发明的制造成本，测量终端的第一电源模块207电量优选为2000mAh，电压为1.5V；控制终端的第二电源模块305电量优选为20000mAh，电压为1.5V；测量终端的第一存储模块206容量优选为2G；控制终端的第二存储模块304优选为32G。对于如上所述测量所需参数、设备及其他参数、设备、编程语言，可以根据实际应用需要自由设置和选用，本发明对此不作具体限制。
本发明实施例提出的高精度微压差测量系统设计巧妙，使用方便，生产成本低，测量精度高，另外，本发明无需预留测量管，适应多空间环境的高精度微压差测量，尤其是能够克服现有的高精度微压差测量系统由于测量技术难度高，设备缺失而导致的测量精度大大降低，由于忽略过渡区域的压差监测而导致的压差监测效果不佳等技术缺陷，应用范围广，便捷高效。
图3示意性示出了本发明实施例提出的高精度微压差测量方法的流程图。参照图3，本发明实施例提出的高精度微压差测量方法具体包括如下步骤：
S11、获取测量终端阵列中各个测量终端所在测量点位的测量数据；所述测量数据包括环境温度、温度测量时间、绝对压强、储气仓内的参照压强和压强测量时间。
S12、计算各个测量终端所在测量点位的绝对压强相对于储气仓内的参照压强的相对压差。
本发明实施例中，计算各个测量终端所在测量点位的绝对压强相对于储气仓内的参照压强的相对压差，包括：根据预设的第一计算模型计算所述相对压差；所述预设的第一计算模型为：相对压差＝各个测量点位的所述绝对压强－储气仓内的参照压强。
S13、判断各个测量点位的绝对压强的波动情况是否满足预设的测量基准值的选取条件。
S14、当所述绝对压强的波动情况满足所述测量基准值的选取条件时，根据所述测量数据及各个测量点位的相对压差对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值，对所述实际压差值进行存储和显示，实现提高微压差的测量精度。
本发明实施例中，根据所述测量数据及相对压差对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，包括：根据预设的第二计算模型对各个测量点位的所述绝对压强进行校准；
所述预设的第二计算模型为：
Figure BDA0003994971990000121
；
其中，P't表示校准后的各个测量点位的所述绝对压强，Pt表示根据第一计算模型计算得到的相对压差；T0表示储气仓内的初始环境温度值；Ti表示储气仓内变化后的环境温度值；P0表示环境温度为T0时在储气仓测量到的参照压强。
本发明实施例中，在根据所述测量数据及相对压差对各个测量点位的所述绝对压强进行校准之后，所述方法还包括：对测量终端上传的测量数据中，经过校准后的各个测量点位的所述绝对压强进行采样；检测是否预设有测量基准值的第一目标选取终端；若有，则将所述第一目标选取终端所上传的测量数据中，经过校准后的各个测量点位的所述绝对压强，作为预设的测量基准值，否则根据用户的指定操作选取测量基准值的第二目标选取终端，将从所述第二目标选取终端采样所得的经过校准后的各个测量点位的所述绝对压强，作为预设的测量基准值。
其中，所述测量基准值的第一目标选取终端，为控制终端默认设置的测量终端，用于实现自动选取测量基准值。
本发明实施例中，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值，包括：根据预设的第三计算模型进行计算各点位的实际压差值；所述预设的第三计算模型为：实际压差值＝校准后的各个测量点位的所述绝对压强－预设的测量基准值。
本发明实施例提出的一种高精度微压差的测量方法，不仅能够实现测量多空间测量点位的微压差分布，还能够消除环境温度变化导致的微压差测量时产生的误差，提高微压差的测量精度。
可以理解的是，经过预制填充后，储气仓内部空气或惰性气体的体积不变，当储气仓内初始环境温度值为T0时，储气仓内测到的参照压强也为p0。随着储气仓周围环境发生变化，内部空气或惰性气体热胀冷缩，导致压强发生变化。例如，根据气体状态方程可知：
pV＝nRT；……………………………………………………(1)
式(1)中：p为压强(Pa)，V为气体体积(m3)，T为温度(K)，n为气体的物质的量(mol)，R为摩尔气体常数，也叫普适气体恒量，单位为J/(mol.K)；假设储气仓内空气温度增加1℃，那么内部压强将发生的变化为：
Figure BDA0003994971990000141
环境温度的测量过程中，除了获取测量结果，为保证测量精度，还需要关注温度变化状况以及温度计在不同温度下的测量误差。通常，在-40～160℃范围内，温度计的精度可达到0.015～0.025℃，由温度计精度造成的储气仓内参照压强的变化一般为5.03～8.39Pa，温度计的测量误差对于0～500Pa范围的测量是可以接受的。
而式(2)中：假设储气仓内空气温度为25℃，根据开尔文K＝摄氏度℃+273.15，可知T0＝273.15+25℃，p0＝105Pa，则Δp＝335.4Pa。由此可见，环境温度对储气仓内参照空气压强的影响很大，即使0.1℃的环境温度变化，也会引起30.56Pa的压强变化，这种误差对于0～500Pa范围的测量是无法接受的，必须进行校准。
本发明实施例中，所述第二计算模型：
Figure BDA0003994971990000142
，
可以通过如下步骤推导得到：
当储气仓内环境温度为T0时，各测量点位的实际压差值可以定义为P't：
P't＝Pr-p0……………………………………(3)
其中，Pr是各个测量点位的所述绝对压强，p0是温度为T0时储气仓内测得的参照压强。
当储气仓内环境温度为Ti时，各测量点位的实际压差值可以定义为Pt：
Pt＝Pr-pi……………………………………(4)
其中，Pr是各个测量点位的所述绝对压强，pi是环境温度为Ti时储气仓内测得的参照压强。
pi和p0的对应关系为：
Figure BDA0003994971990000151
由式(3)～(5)即可得到所述第二计算模型；
Figure BDA0003994971990000152
由式(6)示出的第二计算模型可知，当环境温度高于T0时，储气仓内参照压强增大，所测得的实际压差值Pt偏小，故压差校正时需要增加一个正值；当环境温度低于T0时，储气仓内参照压强减小，所测所测得的实际压差值Pt偏大，故压差校正时需要增加一个负值；所述正值和/或负值根据式(6)中初始环境温度T0以及环境温度变化后温度Ti的大小确定，本发明对此不做具体限定及举例说明。由此，经过上述校准后，所述点位的绝对压强均转换为以p0为基准的校准后的绝对压强值。
本发明实施例中，所述测量基准值的第一目标选取终端可以为首个测量终端，例如，将测量终端1#所上传的测量数据中，经过校准后的各个测量点位的所述绝对压强P'1为测量基准值。在实际应用中，所述测量基准值的第一目标选取终端可以默认设置为任一测量终端，本发明对此不作具体限定。
本发明实施例中，获取测量终端阵列测量的测量数据之前，所述方法还包括：开启测量终端阵列中各个测量终端及控制终端，并控制所述测量终端及控制终端执行功能自检，以确保所述测量终端能够正常执行测量操作，所述控制终端能够正常执行控制操作；在所述测量终端及控制终端开启之后，建立所述测量终端及控制终端之间的无线连接，以确保测量数据的同步传输。
在一个具体的实施例中，为确保测量终端管道疏通无堵，所述测量终端能够正常执行测量操作，所述控制终端能够正常执行控制操作，开启所述测量终端及控制终端时均需进行环境检测和功能自检；所述环境检测可以通过人工检测测量终端的管道是否打开活塞，所述功能自检可以通过测量终端开启后测量到的压强检测，若测量到的绝对压强一直显示无变化，说明活塞未打开或者测量终端设备出现其他故障。
本发明实施例中，当测量点位设置较少时，可使用多个测量终端同时测量同一点位的绝对压强，能够提高测量的准确性。
本发明实施例中，判断各个测量点位的绝对压强的波动情况是否满足预设的测量基准值的选取条件，包括：计算各个测量点位的绝对压强在预设时长内的波动范围；判断所述波动范围是否小于预设的波动范围阈值；当所述波动范围小于预设的波动范围阈值时，判定各个测量点位的绝对压强的波动情况满足预设的测量基准值的选取条件；当所述波动范围大于或等于预设的波动范围阈值时，判定各个测量点位的绝对压强的波动情况不满足预设的测量基准值的选取条件。
本发明实施例中，计算各个测量点位的绝对压强在预设时长内的波动范围，包括：通过如下计算模型计算各个测量点位的绝对压强在预设时长内的波动范围：
Figure BDA0003994971990000161
或者
Figure BDA0003994971990000162
其中，所述预设时长可以根据实际应用需要自由设定，本发明对此不作具体限定。
本发明实施例中，当所述波动范围大于或等于预设的波动范围阈值时，判定各个测量点位的绝对压强的波动情况不满足预设的测量基准值的选取条件，此时等待执行对各个测量终端上传的测量数据进行采样的操作。可以理解，当绝对压强的波动范围较大时，表示此时测量点位的绝对压强不稳定，而在绝对压强不稳定时对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，将造成计算资源的浪费；此外，若采用不稳定的绝对压强数据进行计算压差值，将会影响实际压差值的测量精度，因此，系统不自动执行绝对压强的采样操作，进入等待状态，当所述波动范围小于预设的波动范围阈值时，对各个测量点位的所述绝对压强进行采样。
在一个具体的实施例中，可以将预设时长设置为30S，将预设的波动范围阈值设置为5％。对各个测量点位的所述绝对压强进行采样，具体包括：根据测量数据监控各个测量点位的所述绝对压强的波动情况，若30S内绝对压强的波动范围大于5％，则等待执行各点位的绝对压强的采样操作；在实际应用中，也可以根据需要按下控制终端的“记录”按键进行人工采样，记录瞬时的绝对压强数据；若30S内绝对压强的波动范围小于5％，则对各个测量点位的所述绝对压强进行采样，自动记录绝对压强数据。
在实际应用中，还可以通过人机交互的方式按下“校准”按键，以根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准；对各个测量点位的所述绝对压强进行校准之后，若未检测到预设有测量基准值的第一目标选取终端；则根据用户的指定操作选取测量基准值的第二目标选取终端，将从所述第二目标选取终端采样所得的各个测量点位的所述绝对压强作为预设的测量基准值；本实施例中，可以按下控制终端的方向按键及“确定”按键选定某一绝对压强数据，作为预设的测量基准值；进一步地，按下控制终端的“计算”按键，以使控制终端根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值。
本发明实施例提供的一种高精度微压差的测量方法及系统，不仅能够实现测量多空间测量点位的微压差分布，还能够消除环境温度变化导致的微压差测量时产生的误差，提高微压差的测量精度。此外，本发明实施例提出的测量系统设计巧妙，生产成本低，测量精度高，能够适应多空间环境的高精度微压差测量并降低测量技术的难度，尤其是能够克服现有的高精度微压差测量系统由于测量技术难度高，设备缺失而导致的测量精度大大降低，由于忽略过渡区域的压差监测而导致的压差监测效果不佳等技术缺陷，应用范围广，使用便捷高效。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高精度微压差的测量系统，其特征在于，所述系统包括测量终端阵列和与所述测量终端阵列通信连接的控制终端；
所述测量终端阵列包括分别设置于多个待测空间的多个不同的测量点位的测量终端，各个所述的测量终端，包括：储气仓模块，用于储存参照空气，以形成参照压强；温度测量模块，用于测量储气仓的环境温度并记录测量时间，将环境温度和温度测量时间作为测量数据发送至控制终端；压强测量模块，用于测量所在点位的绝对压强以及储气仓内的参照压强并记录压强测量时间，将绝对压强、储气仓内的参照压强和压强测量时间作为测量数据发送至控制终端；
所述控制终端用于接收测量终端阵列中各个测量终端上传的测量数据，根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值，对所述实际压差值进行存储和显示，实现提高微压差的测量精度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量终端，还包括：
第一传输模块，用于与控制终端进行通信，以将温度测量模块和压强测量模块的测量数据以无线传输形式发送至控制终端；
第一数显模块，用于对所述温度测量模块和压强测量模块的测量数据进行显示；
第一存储模块，用于对所述温度测量模块和压强测量模块的测量数据进行数据存储；
第一电源模块，用于为测量终端中各个组成模块供电。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制终端，包括：
第二传输模块，用于与测量终端进行通信，以接收各个测量终端发送的测量数据，并发送到数据处理器；
数据处理器，用于根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值；
第二数显模块，用于对各个测量终端发送的测量数据及数据处理器计算得到的各个测量点位的压差值进行显示；
第二存储模块，用于对各个测量终端发送的测量数据及数据处理器计算所得压差值进行数据存储；
所述第二电源模块，用于为控制终端中各个组成模块供电。
4.一种高精度微压差的测量方法，所述方法适用于如权利要求1-3任一项所述的高精度微压差的测量系统，其特征在于，所述方法包括：
获取测量终端阵列中各个测量终端所在测量点位的测量数据；所述测量数据包括环境温度、温度测量时间、绝对压强、储气仓内的参照压强和压强测量时间；
计算各个测量终端所在测量点位的绝对压强相对于储气仓内的参照压强的相对压差；
判断各个测量点位的绝对压强的波动情况是否满足预设的测量基准值的选取条件；
当所述绝对压强的波动情况满足所述测量基准值的选取条件时，根据所述测量数据及各个测量点位的相对压差对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值，对所述实际压差值进行存储和显示，实现提高微压差的测量精度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，计算各个测量终端所在测量点位的绝对压强相对于储气仓内的参照压强的相对压差，包括：
根据预设的第一计算模型计算所述相对压差；
所述预设的第一计算模型为：相对压差＝各个测量点位的所述绝对压强－储气仓内的参照压强。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述测量数据及相对压差对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，包括：
根据预设的第二计算模型对各个测量点位的所述绝对压强进行校准；
所述预设的第二计算模型为：
Figure FDA0003994971980000031
其中，P't表示校准后的各个测量点位的所述绝对压强，Pt表示根据第一计算模型计算得到的相对压差；T0表示储气仓内的初始环境温度值；Ti表示储气仓内变化后的环境温度值；P0表示环境温度为T0时在储气仓测量到的参照压强。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在根据所述测量数据及相对压差对各个测量点位的所述绝对压强进行校准之后，所述方法还包括：
对测量终端上传的测量数据中，经过校准后的各个测量点位的所述绝对压强进行采样；
检测是否预设有测量基准值的第一目标选取终端；
若有，则将所述第一目标选取终端所上传的测量数据中，经过校准后的各个测量点位的所述绝对压强，作为预设的测量基准值，否则根据用户的指定操作选取测量基准值的第二目标选取终端，将从所述第二目标选取终端采样所得的经过校准后的各个测量点位的所述绝对压强，作为预设的测量基准值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值，包括：
根据预设的第三计算模型进行计算各点位的实际压差值；
所述预设的第三计算模型为：实际压差值＝校准后的各个测量点位的所述绝对压强－预设的测量基准值。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在获取测量终端阵列中各个测量终端所在测量点位的测量数据之前，所述方法还包括：
开启测量终端阵列中各个测量终端及控制终端，并控制所述测量终端及控制终端执行功能自检，以确保所述测量终端能够正常执行测量操作，所述控制终端能够正常执行控制操作；
在所述测量终端及控制终端开启之后，建立所述测量终端及控制终端之间的无线连接，以确保测量数据的同步传输。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，判断各个测量点位的绝对压强的波动情况是否满足预设的测量基准值的选取条件，包括：
计算各个测量点位的绝对压强在预设时长内的波动范围；
判断所述波动范围是否小于预设的波动范围阈值；
当所述波动范围小于预设的波动范围阈值时，判定各个测量点位的绝对压强的波动情况满足预设的测量基准值的选取条件；
当所述波动范围大于或等于预设的波动范围阈值时，判定各个测量点位的绝对压强的波动情况不满足预设的测量基准值的选取条件。
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