基于多项式算法的质量流量计标定检测系统与方法与流程

本发明涉及检测领域，尤其涉及一种基于多项式算法的质量流量计标定检测系统与方法。
背景技术：
：质量流量计是一种较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域有着广泛的应用，质量流量计仪表输出的参数主要是质量流量和密度两个工程参数，所以，在进行该仪表产品生产加工的流程中就必须要求有进行质量流量标定与检测的装置系统和进行密度标定与检测的装置系统。由于该产品被广泛应用于石化、造纸、食品及制药等行业，并且其应用计量精度通常在0.1-0.5％之间，产品的价格也较昂贵，因此，不但要不断改善提高对质量流量计传感器的设计、生产和加工等工艺，而且还有对质量流量计整机仪表的标定检测装置系统，以及输出算法的数学模型都要进行科学合理的改善与提高。目前，现有的质量流量计质量流量标定与检测装置系统是以控制器为控制中心，通过工业控制总线来实现对质量流量标定装置系统中电动执行开发、待标定检测的质量流量计、电子秤和官道上排水阀门的控制与操作，进而实现对线上质量流量计在不同质量流量标定下的标定，但是，由于现有的质量流量计在高压大流量和低压微流量应用时，传感器自身存在非线性的拐点，在线性修正算法上又采用单一系数的线性方程来解决其自身存在非线性的特性，当应用客户使用该产品的最大或是最小使用量程时，就会出现精度差的问题。此外，现有的质量流量计质量流量标定与检测系统设计较复杂，应用设备较多，标定与检测流程也较复杂，单批次生产周期较长，单位时间内产品产能较低。因此，需要对现有的质量流量计进行改进，解决质量流量计在进行大流量高压状态下或是小流量微压状态下进行计量检测时存在的非线性问题，提高产品的计量应用精度。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种基于多项式算法的质量流量计标定检测系统与方法，以解决上述技术问题。本发明提供的基于多项式算法的质量流量计标定检测系统，包括：标定溶液输出单元，用于输出标定溶液；标定管道，用于分别与标定溶液输出单元和待标定质量流量计连接；控制单元，用于调节标定管道内的标定溶液的质量流量并对待标定质量流量计进行标定和检测；标准表，用于检测标定管道内标定介质溶液的瞬时质量流量输出；回流管道，用于将标定管道内的标定溶液回流至标定溶液输出单元；所述控制单元根据标准表实时输出的标定介质溶液瞬时质量流量，通过调节标定管道的流量，完成对待标定质量流量计进行标定和检测。进一步，所述控制单元包括控制器、分别与控制器连接的第一执行器开关和第二执行器开关，所述第一执行开关设置于标定溶液输出单元和待标定质量流量计之间，所述第二执行器开关设置于待标定质量流量计和回流管道之间；所述标定溶液输出单元包括依次连接的标定溶液装置、溶液泵和恒压恒流罐；所述回流管道与标定溶液装置连接。进一步，控制器通过调节第一执行器开关和第二执行器开关的开度，获取标准表的质量流量和所有待标定质量流量计输出的相位差，根据所述相位差，通过多项式拟合算法进行标定的线性修正，获取质量流量系数，并将获取的质量流量系数写入对应的待标定质量流量计中，完成标定。进一步，所述控制单元根据质量流量系数完成质量流量计的标定，所述质量流量系数通过如下公式获取：其中，p(xi)为标准表输出的瞬时质量流量，a0，a1，a2，a3分别为质量流量计最终质量流量输出的仪表系数；xi为传感器测量管输入端与输出端两侧正弦信号的相位差。进一步，控制器向第一执行器开关和第二执行器开关发送开启指令，使标定溶液装置中的标定溶液依次通过溶液泵、恒压恒流灌、标定管道、标准表、所有待标定质量流量计和回流管道，回流至标定溶液装置；控制器向第二执行器开关发送关闭指令，并控制所有待标定质量流量计校零；获取待标定的质量流量计的最大量程，选取最大量程及最大量程之内的不同数值作为标定点；控制器向第一执行器开关发送开启指令，使标准表输出的质量流量依次为各标定点的数值，延时读取各标定点的标准表的质量流量，以及与待标定质量流量计输出的相位差，并存储记录；控制器向第一执行器开关和第二执行器开关发送关闭指令，完成标定。进一步，控制单元完成标定后，通过比较同一时间内标准表计量总质量与待检测质量流量计的计量总质量，获取待检测质量流量计的精度，完成精度检测。进一步，控制单元确定流量检测点位置；控制器向第二执行器开关发送开启指令，并调节第一执行器开关的开度，使标定管道内的标定溶液满足流量检测点位置的流量；控制器向第二执行器开关发送关闭指令，并将标准表和质量流量计的计量总量清零；控制器向第二执行器开关发送开启指令，延时读取标准表的质量流量，并读取质量流量计的相位差和质量流量；控制器向第二执行器开关发送关闭指令，读取标准表的计量总质量，并读取质量流量计计量的总质量；对所有流量检测点依次进行上述操作，完成计量精度的检测。本发明还提供一种基于多项式算法的质量流量计标定检测方法，包括：输出标定溶液至标定管道；检测标定管道内标定介质溶液的瞬时质量流量输出；根据实时输出的标定介质溶液瞬时质量流量，通过调节标定管道的流量，完成对待标定质量流量计进行标定和检测。进一步，获取标准表的质量流量和所有待标定质量流量计输出的相位差，根据所述相位差，通过多项式拟合算法进行标定的线性修正，获取质量流量系数，并将获取的质量流量系数写入对应的待标定质量流量计中，完成标定；所述控制单元根据质量流量系数完成质量流量计的标定，所述质量流量系数通过如下公式获取：其中，p(xi)为标准表输出的瞬时质量流量，a0，a1，a2，a3分别为质量流量计最终质量流量输出的仪表系数；xi为传感器测量管输入端与输出端两侧正弦信号的相位差。进一步，向第一执行器开关和第二执行器开关发送开启指令，使标定溶液装置中的标定溶液依次通过溶液泵、恒压恒流灌、标定管道、标准表、所有待标定质量流量计和回流管道，回流至标定溶液装置；向第二执行器开关发送关闭指令，并控制所有待标定质量流量计校零；获取待标定的质量流量计的最大量程，选取最大量程及最大量程之内的不同数值作为标定点；向第一执行器开关发送开启指令，使标准表输出的质量流量依次为各标定点的数值，延时读取各标定点的标准表的质量流量，以及与待标定质量流量计输出的相位差，并存储记录；向第一执行器开关和第二执行器开关发送关闭指令，完成标定；完成标定后，通过比较同一时间内标准表计量总质量与待检测质量流量计的计量总质量，获取待检测质量流量计的精度，完成精度检测：确定流量检测点位置；向第二执行器开关发送开启指令，并调节第一执行器开关的开度，使标定管道内的标定溶液满足流量检测点位置的流量；向第二执行器开关发送关闭指令，并将标准表和质量流量计的计量总量清零；向第二执行器开关发送开启指令，延时读取标准表的质量流量，并读取质量流量计的相位差和质量流量；向第二执行器开关发送关闭指令，读取标准表的计量总质量，并读取质量流量计计量的总质量；对所有流量检测点依次进行上述操作，完成计量精度的检测。本发明的有益效果：本发明中的基于多项式算法的质量流量计标定检测系统与方法，通过控制标定管道前段和终端执行器开关开度的大小来调节标定管道内标定溶液质量流量的大小，对质量流量计进行标定和检测，本发明简化了生产流程，降低了整套系统装置的费用，大大缩短了质量流量计单批次的生产周期，提高单位时间内产品产能；本发明解决了质量流量计在进行大流量高压状态下或是小流量微压状态下进行计量检测时存在的非线性问题，极大的提高了产品的计量应用精度。附图说明图1是本发明的结构示意图。图2是本发明的原理框图。图3是本发明实施例的相位差与流量的曲线图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图2所示，本实施例中的基于多项式算法的质量流量计标定检测系统与方法，包括：标定溶液输出单元，用于输出标定溶液；标定管道，用于分别与标定溶液输出单元和待标定质量流量计连接；控制单元，用于调节标定管道内的标定溶液的质量流量并对待标定质量流量计进行标定和检测；标准表，用于检测标定管道内介质溶液的瞬时质量流量的大小和一定标定计量时间内计量输出介质溶液的总质量；本实施例中的标准表，是检测标定管道内标定介质溶液的瞬时质量流量输出的检测单元，依据其实时输出标定介质溶液瞬时质量流量的大小来调节管道流量控制阀，进而实现标定中标准质量流量的输出；回流管道，用于将标定管道内的标定溶液回流至标定溶液输出单元。如图1所示，在本实施例中，整个控制单元以控制器为核心，控制器采用工控机，通过通讯控制总线4(hart总线/rs485总线)来控制标定管道6前端和终端执行器开关开度，调节标定管道6内标定溶液的质量流量。当完成标定管道6内标定介质溶液流量的调节后，延时等待直至管道内介质溶液流量趋于平稳时，控制单元开始通过通讯控制总线来获取在线标定管道6上标准表3的质量流量和所有待标定的质量流量计此时输出的相位差(即时间差)，并记录存储。完成所有标定点后，控制单元应用标准表的采样数据和单独每一台待标定质量流量计的相位差采样数据，运用多项式拟合算法进行标定的线性修正计算，并将计算输出的质量流量系数通过通讯控制总线写入对应待标定质量流量计中，标定管道6内的标定溶液通过回流管道5回流至标定溶液输出单元。在本实施例中，控制单元包括控制器、分别与控制器连接的第一执行器开关1和第二执行器开关2，所述第一执行开关设置于标定溶液输出单元和待标定质量流量计之间，所述第二执行器开关设置于待标定质量流量计和回流管道之间；标定溶液输出单元包括依次连接的标定溶液装置、溶液泵和恒压恒流罐；回流管道6与标定溶液装置连接。控制单元通过调节第一执行器开关1和第二执行器开关2的开度，获取标准表3的质量流量和所有待标定质量流量计输出的相位差，根据所述相位差，通过多项式拟合算法进行标定的线性修正，获取质量流量系数，并将获取的质量流量系数写入对应的待标定质量流量计中，完成标定。控制单元根据质量流量系数完成质量流量计的标定，质量流量系数通过如下公式获取：其中，p(xi)为标准表输出的瞬时质量流量，a0，a1，a2，a3分别为质量流量计最终质量流量输出的仪表系数；xi为传感器测量管输入端与输出端两侧正弦信号的相位差。a0，a1，a2，a3为多项式系数，需要通过线性方程组求解，该系数也是质量流量计最终质量流量输出的仪表系数；xi为传感器测量管输入端与输出端两侧正弦信号的相位差(单位为°)；运用线性行列式矩阵方程进行求解公式(1)中多项式系数a0，a1，a2，a3，如公式(2)。其中，m为质量流量标定点的数量。在本实施例中，控制单元向第一执行器开关和第二执行器开关发送开启指令，使标定溶液装置中的标定溶液依次通过溶液泵、恒压恒流灌、标定管道、标准表、所有待标定质量流量计和回流管道，回流至标定溶液装置；控制单元向第二执行器开关发送关闭指令，并控制所有待标定质量流量计校零；获取待标定的质量流量计的最大量程，分段截取所述最大量程的1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.15、0.1、0.05、0.02倍数的数值作为标定点；控制单元向第一执行器开关发送开启指令，使标准表输出的质量流量依次为各标定点的数值，延时读取各标定点的标准表的质量流量，以及与待标定质量流量计输出的相位差，并存储记录；控制单元向第一执行器开关和第二执行器开关发送关闭指令，完成标定。在本实施例中，标定完成后，工控机进入质量计量的自动检测模式，工控机自动控制标定管道内标定介质溶液的质量流量大小，定时计量，通过比对标准表在定时时间内的计量总质量与在线待检测的每一台仪表在定时时间内计量总质量计算输出在线仪表的精度，并报告给生产用户，完成标定与检测。控制单元确定流量检测点位置；控制单元向第二执行器开关发送开启指令，并调节第一执行器开关的开度，使标定管道内的标定溶液满足流量检测点位置的流量；控制单元向第二执行器开关发送关闭指令，并将标准表和质量流量计的计量总量清零；控制单元向第二执行器开关发送开启指令，延时读取标准表的质量流量，并按流向依次读取质量流量计的相位差和质量流量；控制单元向第二执行器开关发送关闭指令，读取标准表的计量总质量，并按流向依次读取质量流量计计量的总质量；对所有流量检测点依次进行上述操作，完成计量精度的检测。下面列举一个具体的实施例来进行详细说明：1)控制器发送指令控制第一执行器开关1和第二执行器开关2，使标定溶液装置中的标定溶液通过溶液泵，流经恒压恒流灌、标定管道6、标准表3和在线所有待标定的质量流量计，最终通过回流管道5流回标定溶液装置；2)延时5分钟，使标定溶液充分润湿标定管道6和线上准备标定的所有质量流量计；3)控制器发送指令控制第二执行器开关2为关状态，然后向在线所有待标定的质量流量计发送自动校零指令，并等待完成校零；4)控制器发送指令，获取在线标定质量流量计所允许标定的最大质量流量的量程(kg/min)，然后截取该量程的1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.15、0.1、0.05、0.02倍数值作为在线质量流量计质量流量标定调节标准值，然后记录存储标定点数据；5)控制器发送指令，控制调节控制第一执行器开关1开度，使标准表输出质量流量的大小为在线标定质量流量计所允许标定的最大质量流量量程的1.0倍，然后停止第一执行器开关1开度调节，并延时1分钟左右，等待标定管道内的标定溶液的流量趋于平稳状态；6)控制器发送指令，读取标准表的质量流量，然后从前至后依次读取在线质量流量标定的质量流量计输出的相位差值，并将所读取的采样数据进行存储记录；7)重复步骤5)至6)，完成在线标定质量流量计所允许标定的最大质量流量的量程的0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.15、0.1、0.05、0.02倍数值点质量流量标定；8)控制器发送指令，控制第一执行器开关1和第二执行器开关2为关闭状态，完成质量流量的标定。在实际的应用测试验证中，采用本实施例中的系统进行标定，来验证多项式算法在质量流量计质量流量标定与检测装置中的实效性，表1所示为dn25口径质量流量计在新型标定装置上进行质量流量标定的原始数据：标定仪表相位差(°)标准表流量(kg/min)0.02092.0460.04974.9860.114310.1640.159115.1400.208120.4180.309430.8420.398840.1130.509950.4570.591260.0890.699270.3530.802680.1750.900690.4591.0108100.502表1利用表1中的标定原始数据，然后利用公式(1)、(2)进行多项式系数a0，a1，a2，a3的求解，经运算后求解得出：a0＝-2.10836e-13；a1＝100.33172；a2＝3.16839e-12；a3＝-2.29912e-12；将求解的多项式系数a0，a1，a2，a3通过控制器写入至标定的质量流量计转换器中，然后准备进行该仪表的精度检测。本实施例中的检测过程如下：1.控制器获取当前质量流量计需要检测流量点的数据表文件中所有数据及流量检测点位置；2.控制器判定是否完成所有流量检测点的计量检测，如果没有完成，则进入步骤3)；否则进入步骤11)；3.控制器发送指令，控制第二执行器开关2为全开状态，然后控制调节第一执行器开关1的开度，使标定管道内标定溶液通过标准表的流量满足当前流量检测点位置的流量；4.控制器发送指令，控制第二执行器开关2为全关状态；5.控制器发送指令，将标准表、在线质量流量计进行总量清零操作；6.控制器发送指令，控制第二执行器开关2为全开状态，延时5分钟；7.控制器发送指令，读取标准的质量流量，从前至后依次读取质量流量计的相位差和质量流量，然后依次存储记录至控制器中；8.延时5分钟，控制器发送指令，控制第二执行器开关2为全关状态；9.控制器发送指令，读取标准的计量总质量，从前至后依次读取质量流量计计量的总质量，然后依次存储记录至控制器中；10.重复步骤2)至9)，完成；数据表文件中所有需要计量检测流量点的计量检测；11.完成计量精度的检测，报告用户。本实施例在完成计量检测后的结果数据表如表2所示，采用现有的标定与检测系统的结果数据表如表3所示：表2表3对比表2和表3，可以看出应用现有的标定与检测装置系统的标定结果较差，最大偏差为0.2957％；应用本实施例中的系统中的标定与检测的方法进行质量仪表的标定结果较好，最大偏差为0.1788％。应用表2中的检测计量数据，选取检测仪表相关差(°)作为横坐标，标准表流量(kg/min)和检测仪表流量(kg/min)数据作为纵坐标，其相位差与流量的曲线图，如图3所示，从图3中可以看出，本实施例中的系统中的质量流量计仪表输出的瞬时质量流量基本上与标准表3输出的瞬时质量流量相同，这样的结果就会使被标定和检测的质量流量计仪表的精度无限的接近标准表3的精度。并且，本实施例剔除了现有装置系统中的电子秤设备，降低了整套系统装置的费用，大大缩短质量流量计单批次的生产周期，提高单位时间内产品产能；解决了质量流量计在进行大流量高压状态下或是小流量微压状态下进行计量检测时存在的非线性问题，极大的提高了产品的计量应用精度。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12