一种计量器具在线软校准的方法和实现该方法的装置与流程

本发明涉及一种计量器具准确度检测领域，尤其是一种传感计量器具在线软校准方法和实现该方法的装置。
背景技术：
：计量器具的准确与否直接关系到企业产品质量和生产安全，由于计量器具失准造成的质量和安全事故屡见不鲜，所以每个企业对用于生产过程控制的计量器具都非常重视，都会按期将这些计量器具送到有关机构进行量值溯源，以确保其准确可靠。计量器具溯源一般都是通过专业计量检定机构对计量器具进行检定或校准两种方式来实现，按照技术法规的要求，溯源周期一般不超过一年。然而，实际情况却很难保证计量器具每年按期溯源一次，尤其在化工领域等一些流程性生产的企业，因为在流程性生产的企业中，生产线上的设备自开机运行到停机检修，一般要经过3～5年甚至更长的时间，在设备运行期间，安装在这些设备上的计量器具无法拆下来，也就无法按期进行量值溯源，在企业连续生产期间，如何判断工作中的计量器具是否准确可靠，成为困扰企业的技术难题。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种传感计量器具在线软校准方法，该方法能对工作中计量器具的准确度进行精确检测，以保障生产线连续稳定运行；同时，本发明还提供一种实现该方法的装置，装置结构简单，实现方便，易于操控。为解决上述技术问题，本发明的传感计量器具在线软校准方法包括如下步骤：(一)原始数据采集，对正常工作中的计量器具的输出数据进行采集，以时间T为间隔，得出N组原始样本数据，每组原始样本数据包含M个数据点值，M、N为正整数；(二)获得原始样本总平均值和原始样本标准差的平均值，先分别计算每一组原始样本数据的平均值和原始样本数据标准差S，之后再计算得出原始样本总平均值和原始样本标准差的平均值(三)获得均值控制图和标准差控制图，以原始样本总平均值为均值中心线、以公式1得出的值作为均值控制上限、以公式2得出的值作为均值控制下限绘制均值控制图，以原始样本标准差的平均值作为标准差中心线、以公式3得出的值UCLs作为标准差控制上限、以公式4得出的值LCLs作为标准差控制下限绘制标准差控制图；(四)检测数据采集，对工作中的计量器具的输出数据进行采集，选取U个时间段，每个时间段内采集V个检测数据，得到U组检测数据，U、V为正整数；(五)获得检测样本平均值和检测样本标准差，计算U组检测数据中每组的V个检测数据的均值和标准差，得到U个检测样本均值和U个检测样本标准差；(六)检测数据描点，以步骤(三)得到的均值控制图和标准差控制图作为标准，将步骤(五)得到的U个检测数据均值和U个检测数据标准差分别在两控制图上描点后得到U个均值检测点和U个标准差检测点；(七)结果判定和输出，在控制图中，依据判稳准则或依据判异准则对步骤六)中的U个检测点进行判定，当判定结果为异常时则通过报警装置输出报警信号。其中，所述公式1为：所述公式2为：所述公式3为：所述公式4为：本发明中所述的计量器具为化工领域流程性生产中常用的流量计、压力传感器或温度传感器等。在步骤(七)中，依据待检测计量器具的精度以及稳定性要求，可采用两种不同的标准进行判定，其中，判稳准则为要求相对较宽松的标准，该标准适用于对计量器具的精度和稳定性要求不高的场合，判异准则为要求相对较严苛的标准，该标准适用于对计量器具的精度和稳定性要求高的场合。判稳准则为：设定控制图中控制下限与控制上限之间的数据范围作为控制界限，当U≤25时，所有的检测点均落入控制界限；当25＜U＜100时，至多一个检测点落在控制界限外；当U≥100时，至多2个检测点落在控制界限外，满足上述条件则判定结果为稳定，否则判定结果为异常。判异准则为：控制图中，将控制上限与中心线之间的数据范围等分为三个区且该三个区按照距中心线由近及远的顺序依次为C区、B区和A区，同样的，将控制下限与中心线之间的数据范围等分为三个区且该三个区按照距中心线由近及远的顺序依次为C区、B区和A区；其中，1个点落在A区以外；连续9个点落在中心线同一侧；连续6个点递增或递减；连续14点中的所有相邻点总是交替上下；连续3点中有2点落在中心线同一侧的B区以外；连续5个点中有4点落在中心线同一侧的C区以外；连续15点落在中心线两侧的C区内；连续8点落在中心线两侧且无一在C区内，符合任一上述条件则判定结果为异常。本发明装置的结构特点是包括信号采集单元、中央处理系统、控制图单元、比较判断单元和结果输出单元，其中：信号采集单元，其采集计量器具的输出数据并将数据传输给中央处理系统，输出数据包括原始样本数据和检测数据；中央处理系统，其包括用于收集原始样本数据的原始样本数据分组单元、用于收集检测数据的检测数据分组单元、用于计算原始样本数据总平均值的原始样本总平均值计算单元、用于计算原始样本标准差平均值的原始样本标准差平均值计算单元、用于计算控制图上下限的控制图上下限计算单元、用于计算检测样本平均值的检测样本平均值计算单元、用于计算检测样本标准差的检测样本标准差计算单元；控制图单元，其接收原始样本标准差平均值计算单元的输出结果、原始样本标准差平均值计算单元的输出结果以及控制图上下限计算单元的输出结果分别生成均值控制图和标准差控制图；比较判定单元，其依据检测样本平均值计算单元的输出结果和检测样本标准差计算单元的输出结果分别在均值控制图和标准差控制图上的描点情况，并依据判稳准则和判异准则得出判定结果，再将结果传输给结果输出单元；结果输出单元，其接收判定结果并通过报警装置发出报警信号。其中，所述报警装置为声和/或光报警装置。所述信号采集单元与中央处理系统之间还连接有信号处理单元，信号处理单元包括滤波模块和A/D转换模块。本发明的方法分两个阶段：控制图生成阶段和控制图监控阶段。其中，控制图生成阶段为监控阶段做准备，在确保各工作环境因素正常的情况下，收集原始数据，做分析用控制图，通过分析用控制图、控制图的中心线和控制界限分析该过程是否处于稳定状态，若处于稳定状态就可把分析用控制图转化为控制用控制图；若处于失控状态，则应查找原因并及时消除，重新计算中心线和控制界限，直到分析过程达到统计控制状态。控制图监控阶段是通过控制用控制图对计量器具的检测数据进行连续监控，实现对计量器具计量性能的连续监控，监控过程中，抽取检测数据，统计计算并在控制图上描点，以此来判断该计量器具的计量性能是否处于正常状态。其中，对于描点的判定，可依据要求相对宽松的判稳准则或者依据要求相对严苛的判异准则，判定结果为稳定时，则可判断出该计量器具的性能稳定；若判定结果为异常时，经分析，若是生产过程的原因所致应及时排除，若不是生产过程中的原因引起则可判断出计量器具失准，生产中不再以该计量器具显示的数据为准，同时还可对计量器具进行替换或维修。本发明的装置通过信号采集单元获得原始样本数据和检测数据，对于原始样本数据，利用原始样本总平均值计算单元计算原始样本总平均值，利用原始样本标准差的平均值计算单元计算原始样本标准差的平均值，利用控制图上下限计算单元分别计算均值控制图上下限和标准差控制图上下线，之后再利用控制图模块绘制均值控制图和标准差控制图。对于检测数据，利用检测样本平均值计算单元计算检测样本平均值，利用检测样本标准差计算单元计算检测样本标准差，之后将检测样本平均值和检测样本标准差分别在均值控制图和标准差控制图上描点，然后利用比较判定单元判定检测数据是否满足稳定性判定标准，最后将判定结果通过声和/或光信号报警输出。可见，本发明实现了计量器具的在线检测，为计量器具的准确性判定提供了可靠依据，保障了生产线连续稳定运行。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：图1为本发明方法的流程示意图；图2为本发明装置的结构示意框图；图3为本发明方法中判异准则的分区示意图；图4为本发明方法应用于流量计在线检测实施例中时制作的控制图；图5为本发明方法应用于流量计在线检测实施例中得到的检测数据的描点图。具体实施方式参照附图，本发明的传感计量器具在线软校准方法包括原始数据采集、获得原始样本总平均值和原始样本标准差的平均值、获得均值控制图和标准差控制图、检测数据采集、获得检测样本平均值和检测样本标准差、检测数据描点、结果判定和输出共七个步骤。下面进行详细说明。(一)原始数据采集，对正常工作中的计量器具的输出数据进行采集，以时间T为间隔，得出N组原始样本数据，每组原始样本数据包含M个数据点值，M、N为正整数，其中的计量器具为流量计、压力传感器或温度传感器，所谓的正常工作中是指确保工作环境因素稳定，计量器具的读数相对稳定的情况。(二)获得原始样本总平均值和原始样本标准差的平均值，先分别计算每一组原始样本数据的平均值和原始样本数据标准差S，之后再计算得出原始样本总平均值和原始样本标准差的平均值(三)获得均值控制图和标准差控制图，以原始样本总平均值为均值中心线、以公式1得出的值作为均值控制上限、以公式2得出的值作为均值控制下限绘制均值控制图，以原始样本标准差的平均值作为标准差中心线、以公式3得出的值UCLs作为标准差控制上限、以公式4得出的值LCLs作为标准差控制下限绘制标准差控制图。其中，公式1为：公式2为：公式3为：公式4为：上述公式中A3、B3、B4为控制限系数，具体取值参见GB/T4091-2001《常规控制图国家标准》中的《计算控制图计算控制线的系数表》。(四)检测数据采集，对工作中的计量器具的输出数据进行采集，选取U个时间段，每个时间段内采集V个检测数据，得到U组检测数据，U、V为正整数。(五)获得检测样本平均值和检测样本标准差，计算U组检测数据中每组的V个检测数据的均值和标准差，得到U个检测样本均值和U个检测样本标准差。(六)检测数据描点，以步骤(三)得到的均值控制图和标准差控制图作为标准，将步骤(四)得到的U个检测数据均值和U个检测数据标准差分别在两控制图上描点后得到U个均值检测点和U个标准差检测点；(七)结果判定和输出，在控制图中，依据判稳准则或依据判异准则对步骤(六)中的U个检测点进行判定，当判定结果为异常时则通过报警装置输出报警信号。在步骤(七)中，依据待检测计量器具的精度以及稳定性要求，可采用两种不同的标准进行判定，其中，判稳准则为要求相对较宽松的标准，该标准适用于对计量器具的精度和稳定性要求不高的场合，判异准则为要求相对较严苛的标准，该标准适用于对计量器具的精度和稳定性要求高的场合。判稳准则为：设定控制图中控制下限与控制上限之间的数据范围作为控制界限，当U≤25时，所有的检测点均落入控制界限；当25＜U＜100时，至多一个检测点落在控制界限外；当U≥100时，至多两个检测点落在控制界限外，满足上述条件则判定结果为稳定，否则判定结果为异常。判异准则为：控制图中，将控制上限与中心线之间的数据范围等分为三个区且该三个区按照距中心线由近及远的顺序依次为C区、B区和A区，同样的，将控制下限与中心线之间的数据范围等分为三个区且该三个区按照距中心线由近及远的顺序依次为C区、B区和A区；其中，1个点落在A区以外；连续9个点落在中心线同一侧；连续6个点递增或递减；连续14点中的所有相邻点总是交替上下；连续3点中有2点落在中心线同一侧的B区以外；连续5个点中有4点落在中心线同一侧的C区以外；连续15点落在中心线两侧的C区内；连续8点落在中心线两侧且无一在C区内，符合任一上述条件则判定结果为异常。判异准则的具体分区图如图3所示。由上述可知，本发明的方法主要包括控制图生成阶段和控制图监控阶段两个阶段。控制图生成阶段为监控阶段做准备，在确保各工作环境因素正常的情况下，收集原始数据，做分析用控制图，通过分析用控制图、控制图的中心线和控制界限分析该过程是否处于稳定状态，若处于稳定状态就可把分析用控制图转化为控制用控制图；若处于失控状态，则应查找原因并及时消除，重新计算中心线和控制界限，直到分析过程达到统计控制状态。如果所有点都在控制线内，说明处于稳定状态可以转化为控制用控制图使用，若有一个点或两个点超出控制限，则消除异常数据点后，重新计算中心线和控制限，判断所有点都在控制限内，则可将分析用控制图转化为控制用控制图；若三个或以上点超出控制限，则应消除变异原因，重新采集数据，计算中心线和控制限，判断是否所有点都在控制限内，若都在，则可转化为控制用控制图使用。控制图监控阶段是通过控制图对计量器具的检测数据进行连续监控，实现对计量器具计量性能的连续监控，监控过程中，抽取检测数据，统计计算并在控制图上描点，以此来判断该计量器具的计量性能是否处于正常状态，若描点均在控制限之内，则可判定该计量器具性能稳定；若出现异常点，经分析，若是生产过程的原因所致应及时排除，若不是生产过程中的原因引起则可判定计量器具失准，不再以该计量器具显示的数据为准。若出现异常点，经分析，若是生产过程的原因所致应及时排除，若不是生产过程中的原因引起则可判定计量器具失准，不再以该计量器具显示的数据为准。其中，异常点的原因可以从偶然因素和异常因素以及人员、环境、设备、方法等方面来考虑，分析确定是人员、环境、方法造成的异常还是设备的准确性造成的异常。若是人员、环境等原因，可进行消除后重新对设备进行控制，若是计量设备的原因，则可考虑该仪器计量性能是否出现了异常。参照图2，本发明实现在线检测计量器具准确度方法的装置包括信号采集单元1、中央处理系统2、控制图单元3、比较判断单元4和结果输出单元5。信号采集单元1采集计量器具的输出数据并将数据传输给中央处理系统2，输出数据包括原始样本数据和检测数据。其中，信号采集单元1与中央处理系统2之间还连接有信号处理单元6，信号处理单元包括滤波模块和A/D转换模块，当然，依据实际情况和信号类型，信号处理单元可集成在信号采集单元内，信号处理单元还可包括信号放大电路等，另外，依据干扰信号的大小，可考虑先滤波再放大或者先放大再滤波。中央处理系统2包括用于收集原始样本数据的原始样本数据分组单元、用于收集检测数据的检测数据分组单元、用于计算原始样本数据总平均值的原始样本总平均值计算单元、用于计算原始样本标准差平均值的原始样本标准差平均值计算单元、用于计算控制图上下限的控制图上下限计算单元、用于计算检测样本平均值的检测样本平均值计算单元、用于计算检测样本标准差的检测样本标准差计算单元。中央处理系统2可采用单片机或PC机，其内置时钟模块，利用时钟模块向信号采集单元发送定时采集数据信息。控制图单元3接收原始样本标准差平均值计算单元的输出结果、原始样本标准差平均值计算单元的输出结果以及控制图上下限计算单元的输出结果分别生成均值控制图和标准差控制图。比较判定单元4依据检测样本平均值计算单元的输出结果和检测样本标准差计算单元的输出结果分别在均值控制图和标准差控制图上的描点情况，并依据判稳准则或者依据判异准则得出判定结果，再将结果传输给结果输出单元5。对于控制图单元3，其首先用于绘制控制图，并以显示屏或其它显示方式示意给工作人员，另外，其还应具备简单的比对计算功能。结果输出单元5接收判定结果并通过报警装置发出报警信号。其中，报警装置为声和/或光报警装置。附图中的报警装置包括红灯、绿灯和蜂鸣器，当判定为稳定时，绿灯点亮，当判定为异常时，红灯亮且蜂鸣器发出报警声音。本案优选的实施例为最简单的声光报警装置，对于光报警可设置红灯闪烁或者设置显示屏显示报警文字等方式，对于声音报警，可采用扬声器配置语音芯片等结构，在此不再赘述。本发明的方法中定义了多个正整数和时间间隔，依据生产实践，一般以每年的月数和每月的天数作为取样周期。下面以某粗苯加工精制企业对流量计准确度的在线检测试验为例，对本发明的方法进行详细说明。1)原始数据采集：2014年1月份每天采集一组流量数据，共31组，每组数据分别记录从0:00点到24:00点的流量示值，然后从31组数据中选取25组，每组选取相同时间间隔的10个数据点(即选取N＝25，M＝10)，数据如下表。2)绘制控制图计算样本数据的平均值和标准差控制图的控制限(控制上限、控制下限)和中心线。样本总均值和标准差的平均值：均值控制图的控制线为：标准差控制图的控制线为：根据抽取的样本数据以及计算出的均值控制上限(16.56)、均值控制下限(16.40)、均值中心线(16.48)，及标准差控制上限(0.13)、标准差控制下限(0.02)、标准差中心线(0.07)来绘制此次抽样样品的(均值-标准差)控制图，得到控制图如图4所示。3)检测样本采集：从2014年1月份至12月份中每月1号固定时间段内的10个点作为检测数据(即选取U＝12，V＝10)，数据如下表。1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月00:0016.5616.4816.4316.4616.4116.6216.4616.4616.5516.5916.5516.5302:0016.5216.4516.5616.4416.4416.4816.4916.5516.4416.5016.4816.5304:0016.5616.5616.4916.4016.4416.5816.6016.5416.5316.4916.3016.4606:0016.5316.4416.4816.4516.5516.2916.4716.2916.5216.5216.5216.5508:0016.5216.5616.5216.4816.5416.5016.5116.5416.4816.4716.5416.5410:0016.4016.3616.5316.5216.4016.5016.4616.5416.5316.5316.3216.4112:0016.3216.5116.4216.5416.5616.5416.3016.5516.5016.4416.2016.5516:0016.5016.3416.5016.3216.4316.5216.3016.5116.5416.4016.5016.4618:0016.5016.5516.6216.4516.5016.5716.5016.4816.4816.5116.4316.4020:0016.5416.5016.6016.4516.5216.2816.5416.6016.4416.5216.5016.35Xbar16.516.4816.5216.4516.4816.4916.4616.5116.516.516.4316.48S0.080.080.070.060.060.120.10.090.040.050.120.074)检测数据计算和描点：计算检测数据均值和检测数据标准差，并分别在控制图中描点，得到图5。5)结果判定：由图4可以直观看出，依据判稳准则，2014年1月至12月该仪器的样本数据均值和样本标准差均在控制范围内，满足判稳准则，报警装置不报警，说明该计量器具的性能一直处于稳定状态。以上为利用判稳准则进行判定的实施例，当需要应用判异准则进行判定时，在控制图中，将控制上限与中心线之间的数据范围等分为三个区，同样的，将控制下限与中心线之间的数据范围等分为三个区，6个区由下至上依次为A、B、C、C、B、A，其中，两个C区靠近中心线，两个A区远离中心线，B区在A、C区之间，之后再依据判异准则进行判定，在此不再赘述。综上所述，本发明不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本发明的保护范围应以本发明的权利要求为准。当前第1页1 2 3