指针压力表智能检定系统误差分析及检测精度评价方法_屠岩.pdf
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1、收稿日期:2023 02 09基金项目:基于电磁平衡原理的活塞式压力计自动校准系统关键技术研究 项目(2021MK046)第一作者:屠岩(1997),男,江苏淮安人,硕士研究生,研究方向为机械仪表(压力表)智能化检测。通信作者:朱海清(1965),男,江西丰城人,江南大学机械工程学院副教授,硕士生导师,研究方向为为过程装备、特种设备检测技术与检测设备研发。E mail:809075521 qq com指针压力表智能检定系统误差分析及检测精度评价方法屠岩1,屠彬彬2,朱海清1,黎少鸿1(1 江南大学 机械工程学院,江苏 无锡 214122;2 浙江省计量科学研究院,浙江 杭州 310018)摘要
2、:该文首先介绍了指针压力表检定要求与检定流程及智能化检定技术对压力表检定工艺的改进;随后提出了一套指针压力表智能检定系统并介绍了各部分主要功能;接着通过 14 点稳压标准压力试验分析指针压力表智能检定系统的误差,根据正态性检验、重复性分析及不确定度分析的结果表明,指针压力表智能检定系统造压精度满足 0 05%FS 要求,且误差呈正态分布。最后提出了指针压力表示值检测精度评价方法,为智能化检定装置提供了分级依据。关键词:指针压力表;智能检定;误差分析;不确定度;检测精度中图分类号:TH823 2文章编号:1000 0682(2023)04 0098 05文献标识码:ADOI:10 19950/j
3、 cnki cn61 1121/th 2023 04 018Error analysis of intelligent verification system of pointer pressure gauge andmeasurement accuracy evaluation methodTU Yan1,TU Binbin2,ZHU Haiqing1,LI Shaohong1(1 College of Mechanical Engineering,Jiangnan Universityg,Jiangsu Wuxi 214122,China;2 Zhejiang Province Insti
4、tuteof Metrology,Zhejiang Hangzhou 310018,China)Abstract:This paper first introduces the verification requirements and verification process of pointerpressure gauge and the improvement of intelligent verification technology to the verification process ofpressure gauge Then a set of intelligent verif
5、ication system of pointer pressure gauge is put forward andthe main functions of each part are introduced Then,the error of the intelligent verification system ofpointer pressure gauge was analyzed through the 14 point standard pressure test According to the re-sults of normality test,repeatability
6、analysis and uncertainty analysis,the pressure building accuracy ofthe intelligent verification system of pointer pressure gauge meets the requirement of 0 05%FS,and theerror is normally distributed Finally,a method to evaluate the detection accuracy of pointer pressure rep-resentation value is prop
7、osed,which provides a classification basis for intelligent verification deviceKeywords:pointer pressure gauge;intelligent verification;error analysis;uncertainty;detection precision0引言指针式压力表是常用的压力示值仪表,其结构简单,应用广泛。经调研发现目前各计量检定机构或压力表生产制造厂采用的检定方式仍多以人工检定方式为主,压力表检定流程复杂,劳动强度大,人工检定的效率较低、检定结果易受主观因素影响导致检定精度降低
8、1。因此在压力仪表检定行业中,利用计算计技术的智能化检定代替人工手动或半自动检定早已成为趋势2。该文依据压力表检定规程要求,设计开发了一套指针压力表智能检定系统,并进行了稳压标准压力试验。拟通过统计学相关理论对得到的相关实验数据进行误差分析、正态性分析、重复性分析及89工业仪表与自动化装置2023 年第 4 期不确定度分析,并探索出一套适用于指针压力表智能检定系统的检测精度评价方法,这将对压力表计量检定工作效率的提高及压力仪表计量水平的提升具有重要意义。1压力表检定要求与检定流程1 1检定要求根据压力表检定规程中的相关规定,一般压力表的检定要求如表 1 所示3。表 1一般压力表检定要求项目要求
9、标准器标准器最大允许误差绝对值应不大于被检压力表最大允许误差的 1/4,可选年稳定性合格的 0 05 级以上数显压力表环境条件温度为(20 5);相对湿度为85%工作介质6 MPa 以下为空气、以上为无腐蚀性液体检定项目包括外观、零位误差、示值误差、回程误差、轻敲位移、指针平稳性等1 2检定流程压力表测试的检定工作流程为:开始检定时,检定人员观察被检表是否满足零位误差,并选取检定点;随后控制系统控制标准压力源的压力输出,依次完成定点升压与降压检定,并在最高点保压 3 分钟;最后再检定零位误差以及完成检定数据的记录。检定工作流程如图 1 所示。图 1指针压力表检定工作流程图2压力表智能检定技术及
10、检定工艺研究2 1智能检定技术对现有检定工艺的改进(1)利用计算机自动记录检测过程中的所有检定数据及表的信息,并自动生成无纸化检定报告,所有检定任务过程中采集的图像以及检定数据都能追溯。检测数据有了对应的被检表实物照片进行溯源,可纠正读数错误,大幅度提高检定的可靠性,也确保了计量结果的公正与公开;(2)可获取到读取被检表示值瞬间的标准器实际压力值,使示值误差真实、准确;(3)对压力发生器的压力控制精度要求可根据数显标准表最大允许误差范围进行放宽,降低设备的成本、提高检定效率;(4)设备可采用多检测工位、实现多表的同步检测,进一步提升检定效率。2 2检定工艺要求根据压力表检定规程规定及压力表检定
11、工作具体情况,压力表在实现智能化检定时,有以下几点检定工艺要求必须满足:(1)检定点压力控制精度要在数显标准表的最大允许误差之内;压力变化仅可单方向的趋近检定点,应尽量避免压力“超调”现象;(2)对每个检定点之间的升、降压时间也有要求,即要让被检表的弹簧管变形充分稳定,这样得到的读数才客观;经实测表明,过快的升、降压均会导致不合格率明显上升。3指针压力表智能检定系统设计该文设计的智能检定系统整体结构包括四部分:控制模块、软件模块、压力采集模块与标准压力源模块,如图 2 所示,通过机器视觉技术、PLC 控制技术以及信息化技术可实现指针压力表检定的智能化。图 2智能检定系统整体结构示意图99202
12、3 年第 4 期工业仪表与自动化装置指针压力表智能检定系统各模块原理及具体功能为:(1)控制模块通过串口通信方式与计算机进行通讯接受指令与上传信号;(2)标准压力源模块的压力信号输出由控制模块自动控制,并通过系统压力管道回路连接至被检压力表与数显压力表;(3)数据采集模块与计算机相连,通过数显标准表采集当前压力管路的压力值以及通过上位机软件采集被检压力表图像并传输至计算机;(4)软件模块的视觉读表软件采用 C+语言编程,调用 OpenCV4 0 库函数,实现对被检表图像的处理与解析,并将其封装成动态链接库文件嵌入上位机软件以自动识别指针压力表当前的指针示数;C/S 架构的上位机检定软件采用 C
13、#语言编写,可实现检测任务管理及检定流程的自动化,包括通过串口通讯实现一键与 PLC 通讯、调用海康威视相机接口拍摄图片并通过嵌入上位机软件的视觉读表程序识别压力表读数、计算检定误差数据并最终生成检定报告、将检定数据与图片等存储到 MySQL 数据库中,以便于日后进行数据追溯。4智能检定系统实测结果与分析4 114 点稳压标准压力试验选取量程为 60 MPa 的0 05 级数显标准表置于智能检定系统的压力输出端,则最大允许误差为0 03 MPa。连续重复测量 8 次,记录数显压力表的 14 点稳压标准压力试验数据结果如表 2 所示。对表 2 数据进行计算处理后,得到 14 点稳压标准压力试验数
14、据结果分析表如表 3 所示。分析表 3 数据可知,正行程与反行程的最大示值误差、回程误差均在最大允许误差 0 03 MPa 范围内,即该文设计的指针压力表智能检定系统的造压精度达到了 0 05%FS。表 214 点稳压标准压力试验数据结果表设定值/MPa0 00010 00020 00030 00040 00050 00060 000正行程 1/MPa0 00110 00220 01830 00540 00650 00460 007反行程 1/MPa0 0059 99820 00929 99839 99449 99859 999正行程 2/MPa0 00110 00820 01230 0034
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