李晉，劉景峰，，佟仕忠，張忠洋，宋君祥

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

流量標準裝置自動檢定系統(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，遼寧撫順113008；2.中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司遼寧撫順113008；3.中國石油天然氣股份有限公司東北化工銷售公司，遼寧撫順113008）

對流量標準裝置自動檢定系統(tǒng)的檢定結果計算過程進行了分析，發(fā)現(xiàn)流量標準裝置自動檢定系統(tǒng)在算量過程中，數(shù)學模型的選取、參數(shù)信號的采集、對名詞、術語概念的理解有偏差，采樣方式不合理，規(guī)程中公式差異均能對檢定結果造成影響，從而使檢定結果出現(xiàn)錯誤，誤導送檢單位使用。根據(jù)這些問題提出了相應的解決方案，達到了提高檢定結果準確性、可靠性的目的。

標準裝置；解決措施；自動檢定系統(tǒng)

目前，隨著企業(yè)應對市場競爭，不斷對自身產品質量提出更高要求和避免貿易計量的損失，加大了對計量器具的檢定準確度要求，檢定機構為了適應企業(yè)的檢定要求，對流量標準裝置進行自動化改造。但不是對標準流量裝置進行完自動化改造就完事大吉，沒有經(jīng)過嚴格科學確認的流量標準裝置自動檢定系統(tǒng)存在諸多問題，甚至影響了計量器具檢定結果的準確性。下面是流量標準裝置自動檢定系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及解決措施。

1 出現(xiàn)的問題及解決措施

1.1 數(shù)學模型不正確導致計算結果錯誤

1.1.1 問題的提出

某標準表法氣體流量標準裝置，流量的調節(jié)和數(shù)據(jù)的采集由計算機完成，并自動生成記錄，記錄中有瞬時流量，標準流量計的儀表系數(shù)，標準流量計處和被檢流量計處的溫度、壓力，匯管處的溫度、壓力信號，檢定時間，檢定時間內標準流量計和被檢流量計發(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)計算出的被檢流量計的儀表系數(shù)。在對該裝置進行檢定時，檢定人員根據(jù)原始參數(shù)對被檢流量計的儀表系數(shù)進行了手工計算，與裝置自動計算出的結果不一致。

1.1.2 出現(xiàn)問題的原因

氣體流量的計量比較復雜，溫度、壓力對測量結果的影響很大，正確的數(shù)學模型是對各參數(shù)進行計算的基礎，所以說，數(shù)學模型的建立非常重要。要建立數(shù)學模型，必須具備一定的專業(yè)基礎知識。用不同原理的流量標準裝置檢定不同原理的流量計，數(shù)學模型是不一樣的。以標準表法氣體流量標準裝置為例，在多臺標準流量計并聯(lián)使用中，建立數(shù)學模型時，錯誤的采集匯管處的溫度、壓力信號用作標準表、被校表處的溫度、壓力信號使用，造成誤差。

1.1.3 解決措施

在設計和建造流量標準裝置時，生產廠家應根據(jù)管道和流量計的實際情況，應合理地配置壓力（差壓）變送器和溫度傳感器，尤其是在多臺標準流量計并聯(lián)使用時，每臺流量計處都應安裝壓力（差壓）變送器和溫度傳感器，不能只在匯管上安裝一個壓力（差壓）變送器和一個溫度傳感器，將此處的溫度和壓力值作為各標準流量計處的溫度和壓力值進行計算；也不能取各標準流量計處的溫度平均值和壓力平均值進行計算。一定要根據(jù)實際情況，建立正確的數(shù)學模型，分清標準流量計處的參數(shù)和被檢流量計處的參數(shù)。

1.2 參數(shù)信號傳輸?shù)刂凡徽_導致結果錯誤

1.2.1 問題的提出

某計算機控制的流量標準裝置，工作時計算機顯示器上可顯示出瞬時流量、溫度、壓力等參數(shù)。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，原始記錄上被檢流量計處的壓力值與顯示器顯示的被檢流量計的壓力值差別較大。斷開該壓力變送器與系統(tǒng)的連線，計算機顯示器上顯示該壓力變送器的狀態(tài)為“未連接”，此時對被檢流量計進行檢定，原始記錄中仍出現(xiàn)了壓力測量值，由于這個壓力值的誤差，導致檢定結果錯誤。

1.2.2 出現(xiàn)問題的原因

經(jīng)過逐條線路測試排查，原來是在采集信號時，錯將溫度變送器的信號值送到被檢流量計處壓力值的位置，由于系統(tǒng)只識別4～20 mA電流信號，將溫度變送器的電流信號轉化為壓力值參與計算，導致計算結果錯誤。

1.2.3 解決措施

在設計、安裝、調試流量標準裝置自動檢定系統(tǒng)時，應該對電路、信號逐個檢測，保證正確地采集核傳輸信號，必要時應配備指示類的壓力、溫度儀表、流量等儀表，以便對變送器信號進行核驗。

1.3 對名詞、術語概念理解不正確導致結果錯誤

1.3.1 問題的提出

用標準表法自動檢測裝置對容積式流量計（0.2級）進行檢定，用原始數(shù)據(jù)人工計算得到的結果與系統(tǒng)自動計算出的結果之間的差別超過0.1%。

1.3.2 出現(xiàn)問題的原因

在設計自動檢測裝置時，設計者將“儀表系數(shù)”和“流量計系數(shù)”概念混淆，誤將標準表的“流量計系數(shù)”當作“儀表系數(shù)”使用，導致結果錯誤。

1.3.3 解決措施

流量標準裝置自動檢定系統(tǒng)的設計和實施，離不開專業(yè)技術人員和計算機編程人員的合作。目前我國的流量標準裝置生產廠家，有的自己有計算機編程人員，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的專業(yè)知識，不了解檢定過程，對計量名詞術語概念混淆，僅靠檢定規(guī)程去做軟件，難免會出現(xiàn)一些問題。所以，要求計算機編程人員必須了解檢定的全過程，最后在算法上必須與專業(yè)人員或專家進行確認，確保計算準確。

1.4 采樣方式不合理導致結果錯誤

1.4.1 問題的提出

某流量標準檢定裝置在檢定計量儀表時，采集被校儀表的脈沖信號經(jīng)轉換得出累計值，這個累積值與被校儀表表頭的累計值有很大差別，而且都顯示比表頭累計值小1/3左右。

1.4.2 出現(xiàn)問題的原因

經(jīng)過用示波器接入線路測試，波形為正常方波。經(jīng)過進一步分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設置的自動采樣周期與儀表脈沖寬度不匹配，使一部分脈沖沒有采集到，導致計算結果錯誤。

1.4.3 解決措施

在設計流量標準裝置自動檢定系統(tǒng)時，必須對采集信號的參數(shù)（脈沖寬度、門檻電壓等）進行認真的分析研究，然后確定正確的采集方式，保證計算結果準確。在解決上面的問題中，就是通過合理縮短采樣時間實現(xiàn)的。

1.5 規(guī)程中公式差異導致結果錯誤

使用同一規(guī)程中不同的計算公式，所得結果不同。如，依據(jù)JJG897-1995《質量流量計檢定規(guī)程》，用質量法水流量標準裝置對質量流量計進行檢定，規(guī)程中給出了2個計算公式（1）和（2）[1]：

式中：Ms——檢定用介質的實際質量，kg；

MI——檢定時秤的指示值，kg；

ρe——檢定用介質的密度，kg/m3；

ρa——大氣密度，kg/m3；

ρm——砝碼密度，kg/m3。

若檢定時用砝碼，應按公式（1）計算；若檢定時不用砝碼，則按公式（2）計算。

有兩套完全相同的質量法水流量標準裝置，由于編程人員采用了不同的計算公式，人為引入了0.015%的偏差，這對于不確定度優(yōu)于0.05%的裝置來說是不能接受的。

1.6 由于廠家對用戶進行限制導致系統(tǒng)不能正常

使用

某計算機控制的流量標準裝置，使用一年來，一直很正常，某日突然無法啟動。原因是編程人員在軟件中設置了限制使用時間。

筆者人為知識產權應該得到保護，但應通過正常渠道，而不是對用戶進行限制。尤其是在交付使用之后，如果原來開發(fā)系統(tǒng)的廠家因為人員流動等原因造成系統(tǒng)無法解除限制，不能正常使用，將給使用單位帶來巨大的損失。

2 解決措施

2.1 制訂測評規(guī)范

現(xiàn)在，絕大部分流量標準裝置和測量設備都是由計算機控制的，如各種液體流量標準裝置（質量法、容積法、標準表法），氣體流量標準裝置（標準流量計、音速噴嘴、鐘罩）以及體積管等，無論是新建的還是改造的，都是由使用方提出要求，生產廠家拿出設計方案，經(jīng)過論證后便開始施工。在驗收時，對軟件的正確性、完整性和可靠性的評價沒有一個可依據(jù)的標準（規(guī)范），這會給今后開展工作帶來許多問題，如果軟件是由生產廠分包他人完成的，麻煩會更多。

雖然在開發(fā)軟件的過程中，編程人員會不自覺地使用一些測試方法對軟件進行測試，這是屬于伴隨著開發(fā)的進度自發(fā)進行的。軟件是由人開發(fā)的，人的工作不可能完美無缺，錯誤會不可避免地存在于軟件之中。為了避免因軟件錯誤而造成日后無法挽回的損失，軟件投入使用前的測試，是軟件開發(fā)的重要內容，是傳統(tǒng)計量測試技術的延伸與拓展。軟件測試技術的基礎，是傳統(tǒng)計量測試技術與計算機技術的交叉與融合。因此，需要有一個專業(yè)的軟件測評規(guī)范。

2.2 增加對軟件的要求及檢定方法

計量檢定規(guī)程的制訂（修訂）應跟上計量器具發(fā)展的速度以及對計量器具使用的需要。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《鐘罩式氣體流量標準裝置》增加了“編碼器系數(shù)的檢定”，使得鐘罩在制造和使用時，對該項指標有了評定的依據(jù)[2]。

作為流量標準裝置的一部分，與其配套的計算機（或稱為流量計算機）的準確度直接影響測量結果，這部分因素是不能忽略的。因此，建議在計量檢定規(guī)程中，增加相應的要求及檢定方法。

2.3 對自動檢定系統(tǒng)進行正確的理解和設置

自動檢測系統(tǒng)的操作看似簡單，實際上，對操作人員的技術要求是很高的。使用者（單位或使用人）應了解軟件流程，掌握數(shù)學模型，知道記錄中各項數(shù)據(jù)的關系，能夠根據(jù)實際情況，正確地輸入各項參數(shù)。軟件中應設置不同級別的密碼（比如查看設置和修改參數(shù)），使具有不同權限的人能進入到程序的不同層次。在裝置的使用過程中，標準器的參數(shù)不能隨意改變；當裝置重新檢定后，應能將檢定后的數(shù)據(jù)正確的置入到程序中去。

2.4 對自動檢定系統(tǒng)進行手工驗證

檢定人員在對由計算機控制的流量標準裝置進行檢定時，應對自動得到的數(shù)據(jù)進行核驗，如發(fā)現(xiàn)問題，及時與相關人員溝通。

3 結束語

通過對流量標準裝置自動檢定系統(tǒng)的可靠性進行分析，實現(xiàn)流量標準裝置的自動化對提高檢定結果的準確性、可靠性及檢定效率有著非常大的幫助，但如果系統(tǒng)沒有經(jīng)過嚴格的驗證，還是為檢定工作留下很大因患。國家盡快推出檢定裝置自動檢定系統(tǒng)確認規(guī)范是從根本上解決這一問題的關鍵。

[1]JJG 165-2005，鐘罩式氣體流量標準裝置[S].

[2]JJG 897-1995，質量流量計[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，高級工程師，工學碩士，2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學化工過程機械專業(yè)，現(xiàn)從事石油化工設備、油氣管道輸送技術等方面研究工作。電話：0413-6865042，E-mail:lijinfy@lnpu.edu.cn。