流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)可靠性分析及解決措施*

李晉，劉景峰，，佟仕忠，張忠洋，宋君祥

（1.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順113008；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司遼寧撫順113008；3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司東北化工銷(xiāo)售公司，遼寧撫順113008）

流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)可靠性分析及解決措施*

李晉1，劉景峰1，2，佟仕忠1，張忠洋2，宋君祥3

（1.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順113008；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司遼寧撫順113008；3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司東北化工銷(xiāo)售公司，遼寧撫順113008）

對(duì)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)的檢定結(jié)果計(jì)算過(guò)程進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)在算量過(guò)程中，數(shù)學(xué)模型的選取、參數(shù)信號(hào)的采集、對(duì)名詞、術(shù)語(yǔ)概念的理解有偏差，采樣方式不合理，規(guī)程中公式差異均能對(duì)檢定結(jié)果造成影響，從而使檢定結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤，誤導(dǎo)送檢單位使用。根據(jù)這些問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案，達(dá)到了提高檢定結(jié)果準(zhǔn)確性、可靠性的目的。

標(biāo)準(zhǔn)裝置；解決措施；自動(dòng)檢定系統(tǒng)

目前，隨著企業(yè)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，不斷對(duì)自身產(chǎn)品質(zhì)量提出更高要求和避免貿(mào)易計(jì)量的損失，加大了對(duì)計(jì)量器具的檢定準(zhǔn)確度要求，檢定機(jī)構(gòu)為了適應(yīng)企業(yè)的檢定要求，對(duì)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行自動(dòng)化改造。但不是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)流量裝置進(jìn)行完自動(dòng)化改造就完事大吉，沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格科學(xué)確認(rèn)的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)存在諸多問(wèn)題，甚至影響了計(jì)量器具檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性。下面是流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施。

1 出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

1.1 數(shù)學(xué)模型不正確導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤

1.1.1 問(wèn)題的提出

某標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，流量的調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)的采集由計(jì)算機(jī)完成，并自動(dòng)生成記錄，記錄中有瞬時(shí)流量，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的儀表系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處和被檢流量計(jì)處的溫度、壓力，匯管處的溫度、壓力信號(hào)，檢定時(shí)間，檢定時(shí)間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)等原始參數(shù)，以及根據(jù)這些原始參數(shù)計(jì)算出的被檢流量計(jì)的儀表系數(shù)。在對(duì)該裝置進(jìn)行檢定時(shí)，檢定人員根據(jù)原始參數(shù)對(duì)被檢流量計(jì)的儀表系數(shù)進(jìn)行了手工計(jì)算，與裝置自動(dòng)計(jì)算出的結(jié)果不一致。

1.1.2 出現(xiàn)問(wèn)題的原因

氣體流量的計(jì)量比較復(fù)雜，溫度、壓力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很大，正確的數(shù)學(xué)模型是對(duì)各參數(shù)進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)，所以說(shuō)，數(shù)學(xué)模型的建立非常重要。要建立數(shù)學(xué)模型，必須具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。用不同原理的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定不同原理的流量計(jì)，數(shù)學(xué)模型是不一樣的。以標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置為例，在多臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)并聯(lián)使用中，建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，錯(cuò)誤的采集匯管處的溫度、壓力信號(hào)用作標(biāo)準(zhǔn)表、被校表處的溫度、壓力信號(hào)使用，造成誤差。

1.1.3 解決措施

在設(shè)計(jì)和建造流量標(biāo)準(zhǔn)裝置時(shí)，生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)管道和流量計(jì)的實(shí)際情況，應(yīng)合理地配置壓力（差壓）變送器和溫度傳感器，尤其是在多臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)并聯(lián)使用時(shí)，每臺(tái)流量計(jì)處都應(yīng)安裝壓力（差壓）變送器和溫度傳感器，不能只在匯管上安裝一個(gè)壓力（差壓）變送器和一個(gè)溫度傳感器，將此處的溫度和壓力值作為各標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處的溫度和壓力值進(jìn)行計(jì)算；也不能取各標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處的溫度平均值和壓力平均值進(jìn)行計(jì)算。一定要根據(jù)實(shí)際情況，建立正確的數(shù)學(xué)模型，分清標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處的參數(shù)和被檢流量計(jì)處的參數(shù)。

1.2 參數(shù)信號(hào)傳輸?shù)刂凡徽_導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤

1.2.1 問(wèn)題的提出

某計(jì)算機(jī)控制的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，工作時(shí)計(jì)算機(jī)顯示器上可顯示出瞬時(shí)流量、溫度、壓力等參數(shù)。在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，原始記錄上被檢流量計(jì)處的壓力值與顯示器顯示的被檢流量計(jì)的壓力值差別較大。斷開(kāi)該壓力變送器與系統(tǒng)的連線，計(jì)算機(jī)顯示器上顯示該壓力變送器的狀態(tài)為“未連接”，此時(shí)對(duì)被檢流量計(jì)進(jìn)行檢定，原始記錄中仍出現(xiàn)了壓力測(cè)量值，由于這個(gè)壓力值的誤差，導(dǎo)致檢定結(jié)果錯(cuò)誤。

1.2.2 出現(xiàn)問(wèn)題的原因

經(jīng)過(guò)逐條線路測(cè)試排查，原來(lái)是在采集信號(hào)時(shí)，錯(cuò)將溫度變送器的信號(hào)值送到被檢流量計(jì)處壓力值的位置，由于系統(tǒng)只識(shí)別4～20 mA電流信號(hào)，將溫度變送器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為壓力值參與計(jì)算，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。

1.2.3 解決措施

在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該對(duì)電路、信號(hào)逐個(gè)檢測(cè)，保證正確地采集核傳輸信號(hào)，必要時(shí)應(yīng)配備指示類(lèi)的壓力、溫度儀表、流量等儀表，以便對(duì)變送器信號(hào)進(jìn)行核驗(yàn)。

1.3 對(duì)名詞、術(shù)語(yǔ)概念理解不正確導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤

1.3.1 問(wèn)題的提出

用標(biāo)準(zhǔn)表法自動(dòng)檢測(cè)裝置對(duì)容積式流量計(jì)（0.2級(jí)）進(jìn)行檢定，用原始數(shù)據(jù)人工計(jì)算得到的結(jié)果與系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出的結(jié)果之間的差別超過(guò)0.1%。

1.3.2 出現(xiàn)問(wèn)題的原因

在設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測(cè)裝置時(shí)，設(shè)計(jì)者將“儀表系數(shù)”和“流量計(jì)系數(shù)”概念混淆，誤將標(biāo)準(zhǔn)表的“流量計(jì)系數(shù)”當(dāng)作“儀表系數(shù)”使用，導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤。

1.3.3 解決措施

流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，離不開(kāi)專業(yè)技術(shù)人員和計(jì)算機(jī)編程人員的合作。目前我國(guó)的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置生產(chǎn)廠家，有的自己有計(jì)算機(jī)編程人員，有的則將軟件分包給他人（如軟件公司）去做，如果編程人員不具備相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)，不了解檢定過(guò)程，對(duì)計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)概念混淆，僅靠檢定規(guī)程去做軟件，難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。所以，要求計(jì)算機(jī)編程人員必須了解檢定的全過(guò)程，最后在算法上必須與專業(yè)人員或?qū)＜疫M(jìn)行確認(rèn)，確保計(jì)算準(zhǔn)確。

1.4 采樣方式不合理導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤

1.4.1 問(wèn)題的提出

某流量標(biāo)準(zhǔn)檢定裝置在檢定計(jì)量?jī)x表時(shí)，采集被校儀表的脈沖信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換得出累計(jì)值，這個(gè)累積值與被校儀表表頭的累計(jì)值有很大差別，而且都顯示比表頭累計(jì)值小1/3左右。

1.4.2 出現(xiàn)問(wèn)題的原因

經(jīng)過(guò)用示波器接入線路測(cè)試，波形為正常方波。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置的自動(dòng)采樣周期與儀表脈沖寬度不匹配，使一部分脈沖沒(méi)有采集到，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。

1.4.3 解決措施

在設(shè)計(jì)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)時(shí)，必須對(duì)采集信號(hào)的參數(shù)（脈沖寬度、門(mén)檻電壓等）進(jìn)行認(rèn)真的分析研究，然后確定正確的采集方式，保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。在解決上面的問(wèn)題中，就是通過(guò)合理縮短采樣時(shí)間實(shí)現(xiàn)的。

1.5 規(guī)程中公式差異導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤

使用同一規(guī)程中不同的計(jì)算公式，所得結(jié)果不同。如，依據(jù)JJG897-1995《質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程》，用質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢定，規(guī)程中給出了2個(gè)計(jì)算公式（1）和（2）[1]：

式中：Ms——檢定用介質(zhì)的實(shí)際質(zhì)量，kg；

MI——檢定時(shí)秤的指示值，kg；

ρe——檢定用介質(zhì)的密度，kg/m3；

ρa(bǔ)——大氣密度，kg/m3；

ρm——砝碼密度，kg/m3。

若檢定時(shí)用砝碼，應(yīng)按公式（1）計(jì)算；若檢定時(shí)不用砝碼，則按公式（2）計(jì)算。

有兩套完全相同的質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，由于編程人員采用了不同的計(jì)算公式，人為引入了0.015%的偏差，這對(duì)于不確定度優(yōu)于0.05%的裝置來(lái)說(shuō)是不能接受的。

1.6 由于廠家對(duì)用戶進(jìn)行限制導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常

使用

某計(jì)算機(jī)控制的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，使用一年來(lái)，一直很正常，某日突然無(wú)法啟動(dòng)。原因是編程人員在軟件中設(shè)置了限制使用時(shí)間。

筆者人為知識(shí)產(chǎn)權(quán)應(yīng)該得到保護(hù)，但應(yīng)通過(guò)正常渠道，而不是對(duì)用戶進(jìn)行限制。尤其是在交付使用之后，如果原來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的廠家因?yàn)槿藛T流動(dòng)等原因造成系統(tǒng)無(wú)法解除限制，不能正常使用，將給使用單位帶來(lái)巨大的損失。

2 解決措施

2.1 制訂測(cè)評(píng)規(guī)范

現(xiàn)在，絕大部分流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和測(cè)量設(shè)備都是由計(jì)算機(jī)控制的，如各種液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（質(zhì)量法、容積法、標(biāo)準(zhǔn)表法），氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、音速噴嘴、鐘罩）以及體積管等，無(wú)論是新建的還是改造的，都是由使用方提出要求，生產(chǎn)廠家拿出設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)論證后便開(kāi)始施工。在驗(yàn)收時(shí)，對(duì)軟件的正確性、完整性和可靠性的評(píng)價(jià)沒(méi)有一個(gè)可依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范），這會(huì)給今后開(kāi)展工作帶來(lái)許多問(wèn)題，如果軟件是由生產(chǎn)廠分包他人完成的，麻煩會(huì)更多。

雖然在開(kāi)發(fā)軟件的過(guò)程中，編程人員會(huì)不自覺(jué)地使用一些測(cè)試方法對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試，這是屬于伴隨著開(kāi)發(fā)的進(jìn)度自發(fā)進(jìn)行的。軟件是由人開(kāi)發(fā)的，人的工作不可能完美無(wú)缺，錯(cuò)誤會(huì)不可避免地存在于軟件之中。為了避免因軟件錯(cuò)誤而造成日后無(wú)法挽回的損失，軟件投入使用前的測(cè)試，是軟件開(kāi)發(fā)的重要內(nèi)容，是傳統(tǒng)計(jì)量測(cè)試技術(shù)的延伸與拓展。軟件測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)，是傳統(tǒng)計(jì)量測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的交叉與融合。因此，需要有一個(gè)專業(yè)的軟件測(cè)評(píng)規(guī)范。

2.2 增加對(duì)軟件的要求及檢定方法

計(jì)量檢定規(guī)程的制訂（修訂）應(yīng)跟上計(jì)量器具發(fā)展的速度以及對(duì)計(jì)量器具使用的需要。比如，現(xiàn)在許多鐘罩上都安裝了編碼器，根據(jù)這種情況，修訂后的JJG 165-2005《鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》增加了“編碼器系數(shù)的檢定”，使得鐘罩在制造和使用時(shí)，對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)有了評(píng)定的依據(jù)[2]。

作為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的一部分，與其配套的計(jì)算機(jī)（或稱為流量計(jì)算機(jī)）的準(zhǔn)確度直接影響測(cè)量結(jié)果，這部分因素是不能忽略的。因此，建議在計(jì)量檢定規(guī)程中，增加相應(yīng)的要求及檢定方法。

2.3 對(duì)自動(dòng)檢定系統(tǒng)進(jìn)行正確的理解和設(shè)置

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的操作看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上，對(duì)操作人員的技術(shù)要求是很高的。使用者（單位或使用人）應(yīng)了解軟件流程，掌握數(shù)學(xué)模型，知道記錄中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的關(guān)系，能夠根據(jù)實(shí)際情況，正確地輸入各項(xiàng)參數(shù)。軟件中應(yīng)設(shè)置不同級(jí)別的密碼（比如查看設(shè)置和修改參數(shù)），使具有不同權(quán)限的人能進(jìn)入到程序的不同層次。在裝置的使用過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)器的參數(shù)不能隨意改變；當(dāng)裝置重新檢定后，應(yīng)能將檢定后的數(shù)據(jù)正確的置入到程序中去。

2.4 對(duì)自動(dòng)檢定系統(tǒng)進(jìn)行手工驗(yàn)證

檢定人員在對(duì)由計(jì)算機(jī)控制的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定時(shí)，應(yīng)對(duì)自動(dòng)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行核驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)與相關(guān)人員溝通。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的自動(dòng)化對(duì)提高檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性及檢定效率有著非常大的幫助，但如果系統(tǒng)沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的驗(yàn)證，還是為檢定工作留下很大因患。國(guó)家盡快推出檢定裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)確認(rèn)規(guī)范是從根本上解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。

[1]JJG 165-2005，鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置[S].

[2]JJG 897-1995，質(zhì)量流量計(jì)[S].

Reliability Analysis for Automatic Test System of Flow Standard Devices and Solving Measures

LI Jin1，LIU Jing-feng1，2，TONG Shi-zhong1，ZHANG Zhong-yang2，SONG Jun-xiang3

（1.Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China；2.Fushun Petrochemical Company，Liaoning Fushun 113008，China；3.Petrochina Northeast Chemicals Marketing Company，Liaoning Shenyang 110013，China）

The calculation process of test results of the automatic test system of standard flow equipment was analyzed，and it was found that during the above calculation process，many factors can affect the test results，such as selection of mathematical models，collection of parameter signals，unreasonable sampling methods and so on.Aiming at above problems，corresponding solutions were put forward in order to improve the accuracy and reliability of test results.

Standard device；Solving measures；Automatic test system

TP 273

A

1671-0460（2010）02-0206-03

2010-03-29

李晉（1975-），女，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)化工過(guò)程機(jī)械專業(yè)，現(xiàn)從事石油化工設(shè)備、油氣管道輸送技術(shù)等方面研究工作。電話：0413-6865042，E-mail:lijinfy@lnpu.edu.cn。