專利名稱：流體計量裝置的標定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體計量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及流體計量裝置的標定方法。
背景技術(shù)：
在計量例如混合性可燃氣體時，電子計量相比傳統(tǒng)機械計量具有優(yōu)越性，例如MEM技術(shù)在流體計量方面已有應(yīng)用。但是對于包含不同組份的不同流體，電子計量裝置的標定比較困難。傳統(tǒng)的機械計量裝置一般采用空氣標定，以空氣與實際待測氣體之間的精度等效方式進行估計，以針對待測氣體來標定計量裝置。而多數(shù)電子計量方法(超聲波、MEMS、電化學(xué)等)在原理上對于混合性流體的組份、溫度和壓力敏感，因此不能像機械計量那樣做精度等效的假設(shè)。目前還沒有比較好的方法實現(xiàn)對多種氣體的計量標定。目前已有的產(chǎn)品的方法或是精度標稱值限定于一定的測量環(huán)境，或是采用現(xiàn)場標定的方法，主要存在如下缺陷:I)精度不能保證。生產(chǎn)標定時使用的流體往往和實際計量流體不同，由于流體的特性不同，導(dǎo)致計量精度發(fā)生變化。2)應(yīng)用范圍小。在一定精度要求下，只能計量和校準標定流體性質(zhì)相近的流體。3)成本高。采用現(xiàn)場校準的方法，成本高。精度低和成本高不利于技術(shù)的推廣和產(chǎn)品的批量大規(guī)模生產(chǎn)。另外，很多流體具有易燃、易爆、有毒等特性，使得在實際生產(chǎn)過程中不能直接用來建立流體流量和計量裝置的信號輸出的關(guān)系，無法進行標定。因此，需要一種流體計量裝置的標定方法，能夠針對多種流體標定流體計量裝置，低成本、高效的實現(xiàn)高精度的流量計量。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明示例實施例，提出了一種流體計量裝置的標定方法，包括:步驟a，使第一流體和第二流體分別以給定流量流經(jīng)待標定的流體計量裝置，獲取流體計量裝置針對第一流體的第一信號輸出以及針對第二流體的第二信號輸出；步驟b，確定第一信號輸出與第二信號輸出之間的第一關(guān)系；步驟C，利用標準流體流量檢定裝置，針對第一流體來標定流體計量裝置，以獲得第一流體的流量與流體計量裝置的信號輸出之間的第二關(guān)系；步驟d，根據(jù)第一和第二關(guān)系，計算至少兩個流量下流體計量裝置針對第二流體的信號輸出；以及步驟e，利用所述至少兩個流量和計算出的信號輸出，作為標定值，針對第二流體來標定流體計量裝置。根據(jù)本發(fā)明另一示例實施例，提出了一種流體計量裝置的標定方法，包括:步驟a，使第一流體和第二流體分別流經(jīng)待標定的流體計量裝置，獲取針對第一流體的信號輸出以及針對第二流體的信號輸出；
步驟b，針對給定的信號輸出，確定第一流體的流量與第二流體的流量之間的第一關(guān)系;步驟C，利用標準流體流量檢定裝置，針對第一流體來標定流體計量裝置，以獲得第一流體的流量與流體計量裝置的信號輸出之間的第二關(guān)系；步驟d，根據(jù)第一和第二關(guān)系，計算至少兩個信號輸出下第二流體的流量；以及步驟e，利用所述至少兩個信號輸出和計算出的第二流體的流量，作為標定值，針對第二流體來標定流體計量裝置。根據(jù)示例實施例，第一流體可以稱為替代流體，例如包括空氣，第二流體是流體計量裝置要測量的實際待測流體，例如可以包括天然氣。根據(jù)示例實施例，可以在實驗室環(huán)境下執(zhí)行步驟a和b。根據(jù)示例實施例，可以在流體計量裝置的生產(chǎn)環(huán)境下執(zhí)行步驟C、d和e。對于同一批次生成的流體計量裝置，可以針對每一個流體計量裝置執(zhí)行步驟c、d和e，以逐個地標定流體計量裝置。根據(jù)本發(fā)明示例實施例，可以通過使用任何一種流體，建立此種流體的流量和計量裝置的信號輸出之間的關(guān)系，來獲得其他流體的流量與計量裝置的信號輸出之間的關(guān)系，以針對多種流體來標定計量裝置?？梢栽谏a(chǎn)過程中低成本、高效地實現(xiàn)同一批次計量裝置的標定。


通過下面結(jié)合

本發(fā)明的示例實施例，將使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點更加清楚，其中:圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例實施例的標定方法的流程圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例實施例的標定方法的流程圖。
具體實施例方式以下參照附圖，對本發(fā)明的示例實施例進行詳細描述，本發(fā)明不限于下述示例實施例。為了清楚描述本發(fā)明的基本思想，附圖中僅示出了與本發(fā)明的技術(shù)方案密切相關(guān)的部件、功能或步驟，并且以下描述中省略了對已知技術(shù)、功能、部件或步驟的具體描述。下文中主要采用MEMS流體計量器裝置作為示例描述本發(fā)明示例實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明不限于此，而是可以應(yīng)用于任何其他電子計量裝置的標定，例如對蝸輪、腰輪、皮膜表、超聲波燃氣表等的標定。微機電流量計量裝置采用微機電(MEMS)傳感器為檢測元件，MEMS傳感器基于MEMS技術(shù)，用于實現(xiàn)流體流量或流速測量，能夠?qū)⒘黧w流量轉(zhuǎn)換為信號輸出，例如轉(zhuǎn)換為電壓信號。MEMS傳感器采用“熱分布式”原理來實現(xiàn)流體流量計量。具體而言，MEMS傳感器上有一個發(fā)熱點，沒有流體流動時，發(fā)熱點周圍保持穩(wěn)定的溫度場，當流體流過傳感器芯片時，流體帶走熱量導(dǎo)致局部溫度場發(fā)生變化。溫度場的變化量取決于流體的質(zhì)量及流速以及流體的熱傳導(dǎo)系數(shù)，溫度場的變化量可以通過溫度傳感器測量獲得。通過測量溫度傳感器的輸出即可以測量出流體的質(zhì)量流速或流量。在MEMS流體計量裝置投入實際使用之前，需要對其進行標定，即針對待測流體，建立待測流體的流量與MEMS流體計量裝置的信號輸出之間的正確關(guān)系，以便使用該MEMS流體計量裝置來準確地計量待測流體。由于在生產(chǎn)過程中工藝變化等因素影響，即使同一批生產(chǎn)的MEMS流體計量裝置，也存在個體差異，在同種流體同一流速或流量下，這些裝置的信號輸出無法完全相同，因此需要對每個MEMS流體計量裝置進行標定。如果使用專用的流體流量標定裝置進行標定，則需要在條件要求嚴格的實驗室環(huán)境下進行，這是極不方便并且成本過高。因此在實際生產(chǎn)過程中，出于成本和效率的考慮，通常使用標準流體流量檢定裝置，采用空氣作為標準流體進行標定。標準流體流量檢定裝置是一種產(chǎn)生標準流量值(例如，一定精度的恒定流體流量)的標準器，且可根據(jù)要求設(shè)定流體流量。例如，該檢定裝置可以是音速噴嘴裝置、濕式流量計等。標準流體流量檢定裝置一般使用的流體是空氣，設(shè)計和使用的規(guī)范都是基于現(xiàn)有空氣的相關(guān)標準。在進行標定時，根據(jù)實際情況，可以對空氣進行除塵、除濕等常規(guī)預(yù)處理。然而，MEMS流體計量裝置實際計量的流體一般不是空氣，而是例如天然氣等工業(yè)或民用的其他流體。采用空氣作為標準流體進行標定無法精確反映MEMS流體計量裝置的信號輸出與待測流體的實際流量之間的關(guān)系，降低了 MEMS流體計量裝置的計量精度。此夕卜，一些流體具有易燃、易爆、有毒等特性，在實際生產(chǎn)過程中不能直接用來建立流體流量和MEMS流體計量裝置的信號輸出之間的關(guān)系。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)MEMS傳感器的原理，對于兩種不同流體，MEMS傳感器在同一流量(或流速)下輸出的兩個信號不同，但是只要兩種流體組分不變，這兩個信號之間的關(guān)系就保持恒定。那么，可以通過用兩種流體之一標定MEMS流體計量裝置，根據(jù)前述兩種流體在同一流量下的信號輸出的關(guān)系，計算得到針對另一種流體的標定值，來實現(xiàn)針對另一種流體的MEMS流體計量裝置標定。因此，使用任何一種流體作為替代流體，通過建立此種替代流體流量和MEMS流體計量裝置的信號輸出的關(guān)系，并獲知MEMS流體計量裝置在替代流體與其他待測流體的同一 流量下的信號輸出之間的關(guān)系，就可以導(dǎo)出待測流體的流量，實現(xiàn)針對待測流體的MEMS流體計量裝置標定。例如，可以采用空氣作為替代氣體，天然氣作為待測氣體，來實現(xiàn)MEMS流體計量裝置的天然氣標定。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例實施例的標定方法的流程圖?？梢葬槍ν慌紊a(chǎn)的流體計量裝置，執(zhí)行圖1所示方法100。在步驟102，可以將從MEMS流體計量裝置中選擇的樣品安裝在專用的流體流量標定裝置(例如混合可燃性流體流量標定裝置)上，使用待測流體B作為介質(zhì)。通過設(shè)定不同的流量點，得到相應(yīng)的電壓輸出，并對流量-電壓關(guān)系進行曲線擬合，可以建立流體B的流量和MEMS流體計量裝置樣品的電壓輸出之間的關(guān)系:Ub = Fb(Qb)(I)或者Qb = F-1B(Ue)(I)，在步驟104，使用替代流體A(例如，空氣)作為介質(zhì)，通過設(shè)定不同的流量點，得到相應(yīng)的電壓輸出，并對流量-電壓關(guān)系進行曲線擬合，建立流體A的流量和MEMS流體計量裝置樣品的電壓輸出之間的關(guān)系，Ua = Fa (Qa)(2)或者Qa = F A (Ua)(2) ’
在步驟106，令流量Qa = Qb,得到Ub = K*UA(3)其中，K只和替代流體A和待測流體B的組分相關(guān)。上述步驟102-106 —般在實驗室環(huán)境下進行。可以選擇一個或幾個樣品進行上述步驟，以得到等式(3)。然后，在步驟108，可以對生產(chǎn)的每個MEMS流體計量裝置進行逐個標定。這可以在生產(chǎn)環(huán)境下進行，方便了生產(chǎn)和標定過程，并且節(jié)省了成本。具體而言，在步驟108，將每個MEMS流體計量裝置安裝在標準流體流量檢定裝置上，使用替代流體A，通過設(shè)定不同的流量點，得到相應(yīng)的電壓輸出，并對流量-電壓關(guān)系進行曲線擬合，得到替代流體A的流量和該MEMS流體計量裝置的電壓輸出之間的關(guān)系，U’a = F1a(Q’a)(4)或者Qj a = FF1a (U a) ⑷’在步驟110，基于等式(3)和(4)，得到該MEMS流體計量裝置與待測氣體B的流量-電壓關(guān)系:U，B = K*F1A(Q，A)(5)可以從替代流體A的流量和該MEMS流體計量裝置的電壓輸出之間的關(guān)系曲線上，選擇不同的流量點Ql、Q2...Qn (η是自然數(shù))，根據(jù)等式(5)計算得到相應(yīng)的電壓輸出UpU2...Un，這些流量點和電壓輸出即可作為該MEMS流體計量裝置與待測氣體B的流量-電壓關(guān)系的標定值。最后，在步驟112，使用這些標定值對該MEMS流體計量裝置進行標定。圖1所示方法100中，建立了在替代流體A與待測流體B的同一流量下MEMS流體計量裝置的電壓輸出Ub與Ua的關(guān)系。由于這種關(guān)系僅與流體組分有關(guān)，所以只要針對替代流體A與待測流體B，這種關(guān)系就保持不變。由此，在逐個標定MEMS流體計量裝置的過程中，可以針對每個MEMS流體計量裝置使用上述方法100，得到相應(yīng)的標定值。方法100直接利用MEMS流體計量裝置的電壓輸出來補償待測氣體的流量，實現(xiàn)從空氣標定到待測氣體標定的轉(zhuǎn)換。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例實施例的標定方法的流程圖?？梢葬槍ν慌紊a(chǎn)的流體計量裝置，執(zhí)行圖2所示方法200。圖2的步驟202和204可以與圖1所示方法100的步驟102和104相同，在此不再詳細描述。在步驟206，令電壓輸出Ua = Ub，得到Qb = H*Qa (6)其中，H只與替代流體A和待測流體B的組分相關(guān)。同樣，上述步驟202-206 —般在實驗室環(huán)境下進行?？梢赃x擇一個或幾個樣品進行上述步驟，以得到等式(6)。然后，步驟208，也可以與圖1所示方法中的步驟208相同，得到等式(4)或(4) ’。在步驟210，等式(4)’和(6)，得到該MEMS流體計量裝置與待測氣體B的流量-電壓關(guān)系:Q’B = ^Fr1A (Q，a) (7)可以從替代流體A的流量和該MEMS流體計量裝置的電壓輸出之間的關(guān)系曲線上，選擇不同的電壓輸出Up U2...Um(m是自然數(shù))，根據(jù)等式(8)計算得到相應(yīng)的流量點QpQ2...Qm。這些流量點和電壓輸出即可作為該MEMS流體計量裝置與待測氣體B的流量-電壓關(guān)系的標定值。最后，在步驟212，使用這些標定值對該MEMS流體計量裝置進行標定。圖2所示方法200中，建立了在MEMS流體計量裝置的同一電壓輸出下替代流體A與待測流體B的流量之間的關(guān)系。由于這種關(guān)系僅與流體組分有關(guān)，所以只要針對替代流體A與待測流體B，這種關(guān)系就保持不變。由此，在逐個標定MEMS流體計量裝置的過程中，可以針對每個MEMS流體計量裝置使用上述方法200，得到相應(yīng)的標定值。方法200實際上通過補償MEMS流體計量裝置的電壓輸出，來補償待測氣體的流量，實現(xiàn)從空氣標定到待測氣體標定的轉(zhuǎn)換。下面描述采用上述方法100和方法200的具體示例，其中采用空氣作為替代流體A，天然氣作為待測流體B。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明實施例不限于該具體示例，而是可以應(yīng)用于其他任何流體。此外，為了便于理解，下面的流量-電壓采用線性關(guān)系表示，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明實施例不限于該具體示例，而是可以應(yīng)用于其他函數(shù)關(guān)系。首先，通過實驗，天然氣作為介質(zhì)時，建立:Q天然氣=aXU天然氣空氣作為介質(zhì)時，建立:Q空氣=b XU空氣根據(jù)方法100，令Q天然氣=Q空氣，得到U天然氣=(b/a)XU空氣根據(jù)方法200，令U天然氣=U空氣，得到Q天然氣=(a/b) X Q空氣在生產(chǎn)過程中，通過用空氣標定，確定MEMS流體計量裝置的空氣流量和電壓輸出之間關(guān)系為:Q空氣=c XU空氣根據(jù)方法100，在不同的空氣流量下，得到MEMS流體計量裝置電壓輸出與流量關(guān)系:U 天然氣=(b/ac) X Q 空氣根據(jù)方法200，在不同的電壓輸出下，得到MEMS流體計量裝置電壓輸出與流量關(guān)系:Q 天然氣=(cb/a) X U 空氣以上所述是本發(fā)明的示例實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種流體計量裝置的標定方法，包括: 步驟a，使第一流體和第二流體分別以給定流量流經(jīng)待標定的流體計量裝置，獲取流體計量裝置針對第一流體的第一信號輸出以及針對第二流體的第二信號輸出； 步驟b，確定第一信號輸出與第二信號輸出之間的第一關(guān)系； 步驟C，利用標準流體流量檢定裝置，針對第一流體來標定流體計量裝置，以獲得第一流體的流量與流體計量裝置的信號輸出之間的第二關(guān)系； 步驟d，根據(jù)第一和第二關(guān)系，計算至少兩個流量下流體計量裝置針對第二流體的信號輸出；以及 步驟e，利用所述至少兩個流量和計算出的信號輸出，作為標定值，針對第二流體來標定流體計量裝置。
2.一種流體計量裝置的標定方法，包括: 步驟a，使第一流體和第二流體分別流經(jīng)待標定的流體計量裝置，獲取針對第一流體的信號輸出以及針對第二流體的信號輸出； 步驟b，針對給定的信號輸出，確定第一流體的流量與第二流體的流量之間的第一關(guān)系; 步驟C，利用標準流體流量檢定裝置，針對第一流體來標定流體計量裝置，以獲得第一流體的流量與流體計量裝置的信號輸出之間的第二關(guān)系； 步驟d，根據(jù)第一和第二關(guān)系，計算至少兩個信號輸出下第二流體的流量；以及 步驟e，利用所述至少兩個信號輸出和計算出的第二流體的流量，作為標定值，針對第二流體來標定流體計量裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，步驟a還包括:分別針對第一流體和第二流體，通過設(shè)定至少兩個不同的流量，并對流量與流體計量裝置的信號輸出之間的關(guān)系進行曲線擬合，得到流量-信號輸出關(guān)系曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在步驟e中，對流量與流體計量裝置的信號輸出之間的關(guān)系進行曲線擬合，得到流量-信號輸出關(guān)系曲線，并將關(guān)系曲線作為標定值存儲到流體計量裝置中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，第一流體是空氣，第二流體是要由流體計量裝置進行測量的待測流體，第二流體包括天然氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在實驗室環(huán)境下執(zhí)行步驟a和b。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在流體計量裝置的生產(chǎn)環(huán)境下執(zhí)行步驟C、d和e。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，流體計量裝置包括MEMS傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中,信號輸出包括電壓輸出。
全文摘要
公開了一種流體計量裝置的標定方法，包括使第一流體和第二流體分別以給定流量流經(jīng)待標定的流體計量裝置，獲取流體計量裝置針對第一流體的第一信號輸出以及針對第二流體的第二信號輸出；確定第一信號輸出與第二信號輸出之間的第一關(guān)系；利用標準流體流量檢定裝置，針對第一流體來標定流體計量裝置，以獲得第一流體的流量與流體計量裝置的信號輸出之間的第二關(guān)系；根據(jù)第一和第二關(guān)系，計算至少兩個流量下流體計量裝置針對第二流體的信號輸出；以及利用所述至少兩個流量和計算出的信號輸出，作為標定值，針對第二流體來標定流體計量裝置。該標定方法能夠針對多種流體標定流體計量裝置，低成本、高效地實現(xiàn)高精度的流量計量。
文檔編號G01F25/00GK103162771SQ20111042794
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者李國國, 董勝龍, 黃忠, 張連奎 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司