一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法及装置和系统与流程

本发明涉及传感器检定领域，具体说是一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法及装置和系统。

背景技术：

电导率传感器是录井上的习惯叫法，实际应称作电导率变送器，用来测量钻井泥浆电导率主要是测量泥浆的矿化度，采用的传感器是电感式电导率。其测量原理是采用原级和次级两个磁环绕组并列安装在同一轴线上，原级绕组为发射线圈，次级绕组为接收线圈。当传感器探测头孔通过有一定导电能力的钻井液而感应，这样在原级线圈中通有20hz的交变电流时，原级线圈磁环中的交变磁通能够使经过传感器探测头孔而使呈现闭合状态钻井液产生交变电流。该交变电流同时也产生交变磁场，这交变磁场又使次级线圈感应出交变电势。次级感应出的交变电势信号经电路处理后，送出电导率参数的检测信号。传感器内部有一体化的温度传感器(热敏电阻)，用于监视钻井液的温度，对被测温度下钻井液的电导率进行温度校正，补偿到该钻井液25℃时的电导率值。电导率变送器对传感器信号进行整形、放大处理、输出与电导率对应的4～20ma的标准直流电流信号。比如sk-8d08电导率传感器等型号。

电导率传感器需要根据计量法、计量规范和标准进行定期检定。根据电导率传感器工作原理可知，给传感器施加不同的负载电阻，传感器输出不同的电流信号，故负载电阻采用标准电阻箱(0.01ω～10kω)，传感器输出电流用精密电流表进行计量。

按理记录接入的电阻阻值和电导率传感器输出的电动势关系，直接由计算机处理数据、绘出曲线，即可给出评价结果。

而关键问题是需要解决接入电阻箱的导线本身存在着电阻值，而且对应在电阻箱接入阻值很小时对检定影响很大。

由于导线电阻很小，电导率传感器的检定只能人工手动检定，难以实现自动检定等原因，国内现有检定装置现在并未对导线电阻值进行修正处理。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法及装置和系统，以解决导线本身存在着电阻值，而且对应在电阻箱接入阻值很小时对检定影响大，以及由于导线电阻很小，电导率传感器的检定只能人工手动检定，难以实现自动检定的问题。

第一方面，本发明提供一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法，包括：

确定或输入与交直流电阻箱和电导率传感器相连接导线所产生的电阻增量；

检测所述电导率传感器输出的所述交直流电阻箱的调节电阻值对应的电流值；

发送所述电阻增量、所述调节电阻值以及所述电流值至计算单元；所述计算单元将所述电阻增量与所述调节电阻值相加，以得到实际接入电阻，以及利用所述实际接入电阻计算实际接入电阻换算电流值。

优选地，在发送所述电阻增量、所述调节电阻值以及所述电流值至计算单元之前，确定所述交直流电阻箱的调节电阻的挡位电阻值，根据所述调节电阻值的挡位电阻值与其对应的电流值的关系，对调节电阻值的进行若干区间划分；

发送所述电阻增量、所述挡位电阻值以及所述电流值至所述计算单元。

优选地，所述一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法，所述计算单元将所述电阻增量与所述调节电阻值相加，以得到实际接入电阻的方法，包括：

判断所述若干区间的区间端点，若所述区间端点大于区间设定值，则所述调节电阻值为所述实际接入电阻，将所述实际接入电阻发送至所述计算单元。

优选地，所述一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法，还包括：

获取所述电导率传感器规定的精度；

计算所述实际接入电阻换算电流值与所述电流值的相对误差；

若所述相对误差小于或者等于所述规定的精度，则判断所述电导率传感器合格；否则，判断所述电导率传感器不合格。

第二方面，本发明提供一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置，包括：

确定单元，用于确定或输入与交直流电阻箱和电导率传感器相连接导线所产生的电阻增量；

检测单元，用于检测所述电导率传感器输出的交直流电阻箱的调节电阻值对应的电流值；

发送单元，所述发送单元分别与所述确定单元和所述检测单元连接，用于发送所述电阻增量、所述调节电阻值以及所述电流值至计算单元；

所述计算单元，用于将所述电阻增量与所述调节电阻值相加，以得到实际接入电阻，以及利用所述实际接入电阻计算实际接入电阻换算电流值。

优选地，所述一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置，还包括：

挡位电阻值确定单元，在发送所述电阻增量、所述调节电阻值以及所述电流值至计算单元之前，确定所述交直流电阻箱的调节电阻的挡位电阻值；

区间划分单元，用于根据所述调节电阻值的挡位电阻值与其对应的电流值的关系，对调节电阻值的进行若干区间划分；

所述发送单元发送所述电阻增量、所述挡位电阻值以及所述电流值至所述计算单元。

优选地，所述区间划分单元，包括：

判断单元，用于判断所述若干区间的区间端点，若所述区间端点大于区间设定值，则所述调节电阻值为所述实际接入电阻。

优选地，所述一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置，还包括：

获取单元以及相对误差计算单元；

所述获取单元，用于获取所述电导率传感器规定的精度；

所述对误差计算单元与所述获取单元连接，用于计算所述实际接入电阻换算电流值与所述电流值的相对误差；

所述对误差计算单元，还包括精度判断单元，若所述相对误差小于或者等于所述规定的精度，则所述精度判断单元判断所述电导率传感器合格；否则，所述精度判断单元判断所述电导率传感器不合格。

优选地，所述一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置，还包括：

下位机和上位机；

所述下位机，包括：所述确定单元、所述检测单元以及所述发送单元；

所述上位机，包括：所述计算单元。

所述下位机，用于确定与交直流电阻箱和电导率传感器相连接导线所产生的电阻增量、检测所述电导率传感器输出的交直流电阻箱的调节电阻值对应的电流值以及发送所述电阻增量、所述调节电阻值以及所述电流值至所述上位机；

所述上位机将所述电阻增量与所述调节电阻值相加，以得到实际接入电阻，以及利用所述实际接入电阻计算实际接入电阻换算电流值。

第三方面，本发明提供一种电导率传感器检定导线电阻补偿系统，包括：

如上述一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法；或

如上述一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法及装置和系统，以解决导线本身存在着电阻值，而且对应在电阻箱接入阻值很小时对检定影响大，以及由于导线电阻很小，电导率传感器的检定只能人工手动检定，难以实现自动检定的问题。

附图说明

通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置的示意图；

图3是本发明实施例一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法或者装置的发送单元示意图；

图4是本发明实施例的电导率传感器检定电阻值-电流曲线。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本发明实施例一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法的流程示意图。如图1所示，一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法，包括：步骤s101确定或输入与交直流电阻箱和电导率传感器相连接导线所产生的电阻增量；步骤s102检测电导率传感器输出的交直流电阻箱的调节电阻值对应的电流值；步骤s103发送电阻增量、调节电阻值以及电流值至计算单元；步骤s104计算单元将电阻增量与调节电阻值相加，以得到实际接入电阻，以及利用实际接入电阻计算实际接入电阻换算电流值。以解决导线本身存在着电阻值，而且对应在电阻箱接入阻值很小时对检定影响大，以及由于导线电阻很小，电导率传感器的检定只能人工手动检定，难以实现自动检定的问题。在一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法中，本领域人员可以结合图2以及图3的说明更好的理解本发明。

在图1中，在发送电阻增量、调节电阻值以及电流值至计算单元之前，确定交直流电阻箱的调节电阻的挡位电阻值，根据调节电阻值的挡位电阻值与其对应的电流值的关系，对调节电阻值的进行若干区间划分；发送电阻增量、挡位电阻值以及电流值至计算单元。计算单元将电阻增量与调节电阻值相加，以得到实际接入电阻，以及利用实际接入电阻计算实际接入电阻换算电流值。

在图1中，计算单元将电阻增量与调节电阻值相加，以得到实际接入电阻的方法为：判断若干区间的区间端点，若区间端点大于区间设定值，则调节电阻值为实际接入电阻，将实际接入电阻发送至计算单元。如：区间设定值为9000，区间端点大于9000，则调节电阻值为所述实际接入电阻，因此加0。

在图1中，一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法，还包括：获取电导率传感器规定的精度；计算实际接入电阻换算电流值与电流值的相对误差；若相对误差小于或者等于规定的精度，则判断电导率传感器合格；否则，判断电导率传感器不合格。也就是说，相对误差小于或等于电导率传感器16规定的精度，则认为电导率传感器16精度合格，否则认为电导率传感器16精度不合格。比如：电导率传感器16的精度为0.5％，相对误差小于或等于电导率传感器16的精度0.5％，则认为电导率传感器16精度合格，否则认为电导率传感器16的精度0.5％不合格。

在图1中，交直流电阻箱的调节电阻值可以通过设定电阻值进行设定，调节电阻值和设定电阻值应该相等，若调节电阻值和设定电阻值相等时，才发送调节电阻值和设定电阻值；若调节电阻值和设定电阻值不相等时，需要进步调整设定电阻值，直到调节电阻值和设定电阻值相等时才发送调节电阻值和设定电阻值。在本发明中，因为调节电阻值和设定电阻值相等，因此送单元，发送单元分别与确定单元和检测单元连接，用于发送电阻增量、调节电阻值以及电流值至计算单元；计算单元，用于将电阻增量与调节电阻值相加，以得到实际接入电阻，以及利用实际接入电阻计算实际接入电阻换算电流值。

图2是本发明实施例一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置的示意图。

图3是本发明实施例一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法或者装置的发送单元示意图。如图2和图3所示，一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置，包括：确定单元，用于确定或输入与交直流电阻箱和电导率传感器相连接导线所产生的电阻增量；检测单元，用于检测电导率传感器输出的交直流电阻箱的调节电阻值对应的电流值；发送单元，发送单元分别与确定单元和检测单元连接，用于发送电阻增量、调节电阻值以及电流值至计算单元；计算单元，用于将电阻增量与调节电阻值相加，以得到实际接入电阻，以及利用实际接入电阻计算实际接入电阻换算电流值。

在图2和图3中，一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置，还包括：挡位电阻值确定单元，在发送电阻增量、调节电阻值以及电流值至计算单元之前，确定交直流电阻箱的调节电阻的挡位电阻值；区间划分单元，用于根据调节电阻值的挡位电阻值与其对应的电流值的关系，对调节电阻值的进行若干区间划分；发送单元发送电阻增量、挡位电阻值以及电流值至计算单元。

在图2和图3中，区间划分单元，包括：判断单元，用于判断若干区间的区间端点，若区间端点大于区间设定值，则调节电阻值为实际接入电阻。

在图2和图3中，一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置，还包括：获取单元以及相对误差计算单元；获取单元，用于获取电导率传感器规定的精度；对误差计算单元与获取单元连接，用于计算实际接入电阻换算电流值与电流值的相对误差；对误差计算单元，还包括精度判断单元，若相对误差小于或者等于规定的精度，则精度判断单元判断电导率传感器合格；否则，精度判断单元判断电导率传感器不合格。也就是说，相对误差小于或等于电导率传感器16规定的精度，则认为电导率传感器16精度合格，否则认为电导率传感器16精度不合格。比如：电导率传感器16的精度为0.5％，相对误差小于或等于电导率传感器16的精度0.5％，则认为电导率传感器16精度合格，否则认为电导率传感器16的精度0.5％不合格。

在图2和图3中，一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置，还包括：下位机和上位机；下位机，包括：确定单元、检测单元以及发送单元；上位机，包括：计算单元。下位机，用于确定与交直流电阻箱和电导率传感器相连接导线所产生的电阻增量、检测电导率传感器输出的交直流电阻箱的调节电阻值对应的电流值以及发送电阻增量、调节电阻值以及电流值至上位机；上位机将电阻增量与调节电阻值相加，以得到实际接入电阻，以及利用实际接入电阻计算实际接入电阻换算电流值。

在图2和图3中，作为本发明更为优选的实施方案，并对一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法和装置进一步详细说明：由于选用机械式标准的交直流电阻箱1作为标准源元件，为了适应电导率特定点的数据校准，致使电导率传感器还很难实现自动检定。为此，我们设计了检定装置，包含：上位机、上位机软件及装置硬件。而装置硬件又包含阻值录入显示表12、电流显示表14、集线器17、集中控制单元18、确认发送按钮10、wifi串口透传模块8等。

在图2和图3中，标准交直流电阻箱1作为电导率传感器16检定测量用的标准元件，检定电阻箱采用标准交直流电阻箱(0.01ω～10kω)，分六个旋钮，分别对应×0.001，×0.01，×0.1，×1，×10，×100，×1000档。通过交直流电阻箱1的一个接线柱连接导线2穿过电导率传感器16的感应环3接到交直流电阻箱1的另一个接线柱，形成闭合回路，标准交直流电阻箱1接入电阻值的不同就对应着电导率传感器16输出不同的电流值。

在图2和图3中，金属保护管4起着保护其内部导线的作用，电导率传感器16的电导率信号变换电路5负责信号的转换，将直流电阻箱1的电阻信号转换为4-20ma的电流信号，电源供电和转换输出信号通过电线6接到检定箱11(即，检测单元)的信号端子7上。启动电源开关8，电源指示灯9点亮，电压表15指示电导率传感器的供电电压。

在图2和图3中，电阻值录入显示表12是具有六位数码管显示的仪表，需要人工输入对应交直流电阻箱1上六个拨盘的示值，也就是说，电阻值录入显示表12显示的设定电阻值与交直流电阻箱1的调节电阻值相同。对照检定点(即，调节电阻的挡位电阻值)，调整交直流电阻箱1的阻值，将六位标准交直流电阻箱1各个拨盘对应的阻值逐一输入到阻值录入显示表12上。电流显示表14与信号端子7连接，电流显示表14显示电导率传感器16变送后得到的调节电阻值的电流值，发送天线13连接着检定箱11内部的wifi透传模块8(即，发送单元)实现阻值录入显示表12的设定电阻值、电流显示表14的调节电阻值同步发送，上位机(即，计算单元)通过路由器接收wifi透传模块8发送来的阻值录入显示表12的设定电阻值和电流显示表14的调节电阻值。也就是说，交直流电阻箱的调节电阻值通过阻值录入显示表12的设定电阻值进行设定，如此时的调节电阻值为1.8ω，则阻值录入显示表12的设定电阻值也为1.8ω。1.8ω的调节电阻值和设定电阻值通过wifi透传模块8和天线13发送至上位机。

在图2和图3中，通过交直流电阻箱1的一个接线柱连接导线2穿过电导率传感器16的感应环3接到交直流电阻箱1的另一个接线柱，形成闭合回路，电导率传感器16输出二线制4～20ma的标准直流电流信号给电流显示表14，同时人为地把交直流电阻箱1上六个拨盘的示值录入电阻值录入显示表12，电流显示表14和电阻值录入显示表12分别通过各自的rs485端口连接到rs485集线器17对应的端子上，集中控制单元18采用msp430f169核心芯片通过rs232接口与集线器17连接，集线器17受控于集中控制单元18。在按动确认发送10发送按钮时，集中控制单元18读取连接在集线器17上设定电阻值和调节电阻值的电流值，在集中控制单元18的协同管理下，集中控制单元18将准备好的数据通过rs485接口发送给wifi透传模块8，通过发送天线13发送。上位机接收到检定箱11发送来的数据信息后，进行数据处理，即将电阻增量与调节电阻值相加，以得到实际接入电阻，以及利用实际接入电阻计算实际接入电阻换算电流值。

在图2和图3中，调节电阻值和设定电阻值通过wifi透传模块8和天线13发送至上位机之前需要比较确认，若调节电阻值和设定电阻值相等时，才通过按动确认发送10发送调节电阻值和设定电阻值；若调节电阻值和设定电阻值不相等时，需要进步调整设定电阻值，直到调节电阻值和设定电阻值相等时才通过按动确认发送10发送调节电阻值和设定电阻值。在本发明中，因为调节电阻值和设定电阻值相等，因此送单元，发送单元分别与确定单元和检测单元连接，用于发送电阻增量、调节电阻值以及电流值至计算单元；计算单元，用于将电阻增量与调节电阻值相加，以得到实际接入电阻，以及利用实际接入电阻计算实际接入电阻换算电流值。

在图2和图3中，作为接收端的上位机可以是工控机，工控机配以无线路由器，无线路由器接收装置硬件发送来的数据信息，软件按照规则处理对应的数据，最终给出电导率传感器的测量误差，判定其精确度等级。

在图2和图3中，实际检定，接入感应环3内的电阻值的不同，对应于电导率传感器16输出的电流值不同。表1给出了电导率传感器标准的电阻－电流关系，依据此表来检定传感器。不同厂家生产的电导率传感器型号可能不尽相同，其参数也与表1的数据存在差异，但对应关系是类似的。

表1电导率传感器标准的电阻-电流数据对应表

按照表1的数据绘制了图4。图4是本发明实施例的电导率传感器检定电阻值-电流曲线。图4为表1电导率传感器标准的电阻-电流数据对应表的曲线图。图4绘制了表1的序号1-7的数据。根据调节电阻值与调节电阻值的电流值的关系，对调节电阻值的进行区间划分，从图4可以看出，对应表1中序号1～7的对应的调节电阻值为7个挡位电阻值，即对应着六个区间，第一个区间为1.8-2.4，第二个区间为2.4-3.6，…..，第六个区间为2.88-9000，。在对应横坐标1.8ω处，当由于导线电阻的引入产生电阻增量δr后，对应的纵坐标电流值i会产生比较大的变化量。为此，可以采取根据电阻增量δr值，在序号点处进行正向修正。

当电阻值超过28.8ω之后，电阻值的变化对电导率传感器输出电流值影响已经不大，因为导线电阻值是很小的，故可以按照前述方法修正或限定在特定电阻值之间进行修正，如对28.8ω点处在28.8ω～100ω区间进行修正，插入对应电阻值100ω的修正点；当电阻值超过9000ω之后，导线的电阻已经影响甚微，可以忽略不计了，就不用修正了。

进行导线电阻值修正，采用6个对应的公式。对应9000接入电阻，导线的电阻已经影响甚微，可以忽略不计了。

检定电阻箱采用标准交直流电阻箱(0.01ω～10kω)，分6个旋钮，分别对应×0.001，×0.01，×0.1，×1，×10，×100，×1000。传感器输出电流用精密电流表进行测量，通常可以选择4位半的电流表，由于需要数据通讯，选择了带rs232或rs485等通讯功能的电流表。

在检定前，利用万能电桥测得所用导线的电阻值，记作δr。在软件界面上设置导线的“接入电阻”值输入项，对应于导线所产生的电阻增量δr(ω)，一般为1ω以下。

规划测量数据如表2所示，对应的7个检测点是与电导率传感器给定的检定数据对应的。

表2导线所产生的电阻增量δr＝0.12ω时，检定用测量数据表

其中，区间设定值为9000，区间端点大于9000，则调节电阻值为所述实际接入电阻，因此加0。

相对误差小于或等于电导率传感器16规定的精度，则认为电导率传感器16精度合格，否则认为电导率传感器16精度不合格。比如：电导率传感器16的精度为0.5％，相对误差小于或等于电导率传感器16的精度0.5％，则认为电导率传感器16精度合格，否则认为电导率传感器16的精度0.5％不合格。

“导线阻值”的修正，采取区间线性修正方法，下面推导通用的公式。依据三点共线，由已知的两点坐标确定线段的斜率，再根据(r+δr)电阻值求得对应实际接入电阻换算电流值i，以此作为标准值。

式(1)中：i1——序号1的调节电阻值对应的电流值；

r1——序号1的调节电阻值；

i2——序号2的调节电阻值对应的电流值；

r2——序号2的调节电阻值；

δr——导线接入的电阻值(即，导线所产生的电阻增量)；

则

如导线接入的电阻值(即，导线所产生的电阻增量)δr＝0.12ω，对应电阻1.8ω时，实际接入电导率传感器感应环的电阻应当是1.8ω+0.12ω，此时需要计算对应的电流值。认为点(r+δr，i+δi)的点在(1.8，20)和(2.4，16)线段上，即按照线性修正，下面从序号7点推导修正公式。

依据三点共线，由已知的两点坐标确定线段的斜率，再根据(r+δr)电阻值求得对应的实际接入电阻换算电流值i，以此作为标准值。

式中i——对应点(1.8ω+δr)的电流值。

-4δr＝0.6(i-20)；

则

如，对应的导线接入的电阻值(即，导线所产生的电阻增量)δr＝0.12ω，则对应电流值i＝19.2ma。

序号6点修正公式的推导，依据三点共线，由已知的两点坐标确定线段的斜率，再根据(r+δr)电阻值求得对应的实际接入电阻换算电流值i，以此作为标准值。

式中i——对应点(2.4ω+δr)的电流值

-4δr＝1.2(i-16)；

则

如，对应的导线接入的电阻值(即，导线所产生的电阻增量)δr＝0.12ω，则对应的实际接入电阻换算电流值i＝15.6ma。

依次，同理可得序号5、序号4、序号3的修正公式分别为：

对应的导线接入的电阻值(即，导线所产生的电阻增量)δr＝0.12ω的实际接入电阻换算电流值i＝11.87ma。

对应的导线接入的电阻值(即，导线所产生的电阻增量)δr＝0.12ω的实际接入电阻换算电流值i＝7.996ma。

对应的导线接入的电阻值(即，导线所产生的电阻增量)δr＝0.12ω的实际接入电阻换算电流值i＝5.992ma。

表3给出了对应检定序号点电阻箱阻值的电流值换算公式。

表3电阻箱阻值对应的换算公式

设计出对应电导率传感器的修正公式，在软件中对数据进行修正。数据的处理由上位机软件完成。这种方法大大提高了检定电导率传感器的精度，降低了误差来源。

若采取二次曲线逼近的修正方法将能够得到更加准确的检定结果，使得导线引入的误差降低到最下。本发明采用了三点线性修正的方法，是在考虑电导率传感器精度的情况下进行的可行方法，完全能够满足工程需要。

另外，本发明提供一种电导率传感器检定导线电阻补偿系统，包括：如上一种电导率传感器检定导线电阻补偿方法；或如上一种电导率传感器检定导线电阻补偿装置。

以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。