标定计算范文

标定计算范文（精选7篇）

标定计算 第1篇

1 地应力的测井计算方法

运用测井资料计算地应力的基本思路是, 首先利用密度测井计算垂向应力, 然后根据地层条件适当的选择模型计算水平地应力。

1.1 垂向应力的计算

用密度测井资料计算垂向应力的公式为:

式 (1) 中:H为深度;ρ为密度测井值;g为重力加速度。

但是实际地层密度随深度的变化关系难以用一个简单的函数表示, 因此采用分段求和的方法计算垂向应力:

式 (2) 中:ρi为采样间隔内密度测井平均值;ΔDi为深度采样间隔。

1.2 水平应力的计算

本次采用三向地应力模型作为建立地层水平地应力数学公式的理论依据。即地应力等于地层孔隙应力和地层骨架应力以及水平面上x和y方向上的构造应力之和。在利用密度及声波测井资料计算了岩石力学参数及地层孔隙压力的基础上, 得出水平最大、最小主应力的计算公式为:

式 (3) 中:σH、σh分别为水平最大、最小主应力;μ为泊松比;α为Biot系数;β1、β2为构造应力系数;Pp为地层孔隙压力;Ub为地层水平骨架应力非平衡因子。

1.2.1 地层水平骨架应力非平衡因子

地层水平骨架应力非平衡因子反映了X轴和Y轴方向的两个地应力不相等而导致水平骨架应力出现非平衡的现象。当水平方向上两个应力出现非平衡时, 就会在最小地应力方向产生井眼崩落。Ub的大小与井眼崩落程度有关, 同时还取决于地层和骨架的杨氏模量变化。由此, 可通过双井径、声波、密度测井曲线来计算。

式 (4) 中:Dmax、Dmin分别为双井径测量的井眼直径最大、最小值;E、Ema分别为岩石、岩石骨架的杨氏模量;k为刻度系数 (取值范围1~3) 。

1.2.2 构造应力系数

构造应力系数是区块内所受构造应力大小的重要参数, 在同一构造区块可视为常数。构造应力系数的大小可根据实验数据反算得到。例如可通过岩心地应力实验测量得到样品的最大、最小水平主应力, 将测试结果和计算出来的对应深度的各岩石物理参数代入式 (3) 中即可反算出该地区的构造应力系数。

2 地应力的标定方法

2.1 利用岩石声发射Kaiser实验数据标定

岩石声发射Kaiser实验测定地应力的方法是:在岩样在不同方向 (一个垂直方向、三个各相隔45°的水平方向) 取岩心。然后通过声发射法测得该四个岩心的凯塞尔点应力[14], 并将其带入以下公式, 即可求得试件在地下所受的三个主地应力。

式中:σH、σh为最大、最小水平主应力;Pp为地层孔隙压力;α为Biot系数;σ⊥为垂直方向岩芯Kaiser点应力;σ0°、σ45°、σ90°为0°、45°、90°三个水平方向岩心凯塞尔点应力。

用3口井11个岩样声发射Kaiser实验测得的最大、最小水平主应力对相应深度点测井计算的最大、最小水平主应力进行标定, 如图2、图3所示。

标定后的水平最大、最小主应力计算公式为:

式 (9) 中:σH、σh分别为标定后的水平最大、最小主应力;σHC、σhc分别为测井水平最大、最小主应力。

2.2 利用现场水力压裂实验资料标定

现场水力压裂法测量地应力是目前进行深部绝对应力测量的最直接的方法, 通过压裂资料中压裂曲线图 (图4) 可以读出曲线中的地层破裂压力 (图4中F点对应的压力值) 、裂缝闭合压力 (图4中S点对应的压力值) 。水力压裂形成的裂缝总是沿能量最小的路径延伸[15]。在地应力测试中, 待裂缝形成扩展后停泵, 裂缝逐渐闭合[16]。当裂缝处于临界闭合状态时, 裂缝内的流体压力与垂直于裂缝平面的最小水平地应力相平衡, 即裂缝闭合压力近似等于最小水平地应力。最大水平主应力则根据多孔介质弹性理论, 利用地层破裂压力求取。计算公式为:

式 (10) 中:σH、σh分别为水平最大、最小主应力;St为岩石的抗拉强度;Pf、Ps、Pp为地层破裂压力、裂缝闭合压力、地层孔隙压力。

岩石的拉伸强度采用经验公式求取, 公式为:

式 (11) 中:Vsh为泥质含量;E为杨氏模量。

对5口井21个测试层段的压裂曲线分析、读值, 然后利用上述方法计算出水平最大、最小主应力, 用来标定对应深度段测井计算的水平最大、最小主应力, 如图5、图6所示。

标定后的水平最大、最小主应力计算公式为:

式 (12) 中:σH、σh分别为标定后的水平最大、最小主应力;σHC、σhc分别为测井计算的水平最大、最小主应力。

3 实例分析

对比两种地应力的标定方法发现, 测井计算的水平最大、最小主应力与对应深度的压裂资料计算的水平最大、最小主应力二者相关系数更大, 相关性更好, 因此本次采用水力压裂法对测井资料计算的水平最大、最小主应力进行标定。

X-20井进行了5个深度段的压裂施工, 利用公式 (3) 计算出全井段的水平最大、最小主应力, 并用公式 (12) 对计算结果进行标定。标定前后的测井水平最大、最小主应力与压裂水平最大、最小主应力对比 (表1、图7) , 从对比结果看, 标定后地应力计算精度得到显著提高, 相对误差绝对值均小于8%, 符合本区地应力计算精度的要求。

4 结论

(1) 声发射Kaiser实验法以及水力压裂法能获取较为准确的地应力值, 但二者的局限性在于均不能获得连续的地应力剖面且测试成本高。与前两种方法相比, 用测井资料可计算得到沿深度连续分布的地应力剖面, 但计算精度较低;

(2) 本次利用水力压裂资料计算的水平最大、最小主应力对测井计算的地应力值进行标定。对比发现, 标定后地应力的计算精度得到了明显提高, 相对误差绝对值均小于8%, 平均相对误差绝对值为1.58%, 符合本地区计算精度的要求;

标定计算 第2篇

关键词：标定模型,影响率函数,误差百分比,最小二乘法曲线拟合

1 引言

通常加油站都有若干个储存燃油的地下储油罐, 并且一般都有与之配套的“油位计量管理系统”采用流量计和油位计来测量进/出油量与罐内油位高度等数据, 通过预先标定的罐容表 (即罐内油位高度与储油量的对应关系) 进行实时计算, 以得到罐内油位高度和储油量的变化情况。许多储油罐在使用一段时间后, 由于地基变形等原因, 使罐体的位置会发生纵向倾斜和横向偏转等变化 (以下称为变位) , 从而导致罐容表发生改变。按照有关规定, 需要定期对罐容表进行重新标定。为了更准确的探求出一种方法减少油量输入与输出时的测量误差, 我们采用标定模型并用最小二乘法曲线拟合对其进行相应的修正。最后通过200组实际数据的检验, 证明模型的可靠性。

2 理想标定模型、影响率的定义和罐容表的标定

标定模型就是利用微积分对形状不规则的容器进行容积计算。它可以应用到各种变形容器容积的测量当中。

在问题一中首先从无变位时罐体的体积和纵向变位后对罐容表的影响两方面进行研究, 然后, 针对无变位进油和倾斜变位进油两种情况, 我们将附件1给出的油位高度值分别代入无变位和纵向变位油罐体积函数中计算出测量值。

无变位时罐容表标定模型表达式如下:

undefined。

纵向变位后罐容表标定模型表达式如 (1) 。

影响率的定义:设在某一相同油位高度时, V2i表示无变位体积, V1表示变位后体积, 我们定义影响率:

undefined。

罐容表的刻度显示是通过罐内油量的体积来反映的, 故每个体积值对应着一个罐容表的标定值, 得到每隔1cm罐容表标定的表达式如下:

V (n) =Vnn=1, 2, ……

3 模型的优化与标定值的求解

根据所建立的无变位时罐容表标定模型和纵向变位后罐容表标定模型, 进行误差分析, 为了模型更精确修正了模型的函数, 使模型的误差控制在相当小的范围内。

undefined

3.1 体积函数误差分析与结果可靠性验证

我们先对无变位和倾斜变位体积函数进行分析, 我们将附件1给出的油位高度值分别代入无变位和纵向变位油罐体积函数中计算出测量值, 与罐体真实油量 (罐体真实油量=初始油量值+进油量值) 比较得出误差;针对无变位出油和倾斜变位出油两种情况, 由于未给出初始油量, 故将出油前后高度变化值代入上述两种体积函数中, 求出出油前后体积变化值与罐体真实油量变化值比较, 得出误差。

对于5%左右的误差值, 我们进行了如下分析误差分析:

(1) 考虑各种因素对计量卧式罐的影响则有:

V=V1+V2+V3。

undefined

式中:D1为正直圆筒平均内直径;L1为正直圆筒内总长;

D2为两端顶板平均内直径;L2为两端内、外伸长的总长度;

h为两端顶板平均内高;V1为对接式正直圆筒部分总容积;

V2为两端伸长筒体的容积;

V3为两端半椭球顶板部分的总容积;

(2) 方差和传播系数。

通过对各个因素所产生误差大小的分析, 比较了主要误差因素。

可知容量的各种影响量因素有:正直圆筒平均内直径D1、两端顶板平均内直径D2、正直圆筒内总长L1、两端内外伸长L2、两端顶板平均内高h, 可知:

V=f (D1, L1, D2, L2, h)

则合成方差为:

uundefined (V) =cundefined (D1) u2 (D1) +c22 (L1) u2 (L1) +cundefined (D2) u2 (D2) +cundefined (L2) u2 (L2) +c25 (h) u2 (h)

(3) 由国家卧式金属罐容积规格和实际储油罐容积数据可知:

D1=1625mm L1=8000mm D2=2793.3mm L2=54.75mm h=731.9mm

(4) 标准不确定度分量的分析与计算。

3.2 罐容表数据修正

通过最小二乘曲线拟合, 假设有一组数据xi, yi, i=1, 2, ……N且已知这组数据满足某一函数原型undefined, 其中a为待定系数向量, 则最小二乘曲线拟合的目标就是求出这一组待定系数的值, 可以定义出下面的最优化模型:

undefined罐体无变位罐容表进油量修正函数:

y=0.185x-88.7790

修正前后的精确度0.004%。拟合情况如下图:

罐容表出油量修正函数:

y=-0.1210x+65.1590

修正后的精确度0.00369%, 修正前后拟合情况如下图:

罐体纵向变位罐容表进油量修正函数:

y=0.1758x-87.1990

修正后的精确度0.00353%, 修正前后的拟合情况如下图:

罐体纵向变位罐容表出油量修正函数:

y=-0.122x+67.1290

修正后的精确度0.00499%

3.3 影响程度的反应情况及标定值的求解

采用修正后的纵向变位罐体体积模型, 采用附表1的数据求解目标函数一、二;

最终我们求得影响程度的均值为0.021661, 罐体变位出油时对罐容表的影响程度有相似的结果。

液高cm, 储油量L。

4 模型的实际应用和可靠性检验

对于实际中的储油罐有些部分不规则, 为了应用上面的模型需要将储油罐分解, 并进行各部分的容积计算。

4.1 各部分体积的计算

无变位油罐体积:V (H) =Vbody+2V (head) (H) 。

圆柱体体积:

undefined。

液高cm, 储油量L。

球缺顶体积:

设undefined为拱凸度, 则球缺顶部分的容油量:

Vhead=2R3undefineddθundefinedundefined。

纵向变位油罐体积:

由于油料员在计量是在油罐口下部中点处测取铅垂方向油面距罐底的高度h, 所以通过油罐下部中点并垂直于罐底的油面高度同样用H表示, 二者关系如下:

undefined

球缺顶顶板部分液高修正方法:

由于实际情况中其倾斜比不得大于0.04, 两球缺顶顶板部分的体积体积相差较小, 因此我们可以采用对其两头的液高误差修正后, 仍用水平容积公式计算两端球缺的部分。

当储油罐倾斜时, 两端的球缺的部分容积计算仍用水平容积公式, 但其液高需按如下公式进行修正:

undefined

式中:ΔH1倾斜时的液高修正, 单位为mm;液面高端取正值, 液面低端取负值;

α为罐体倾斜角, rad;

h为顶板内高, 单位mm;

D2为顶板平均内直径, 单位mm;

HG高端液高, 单位mm。

纵向变位后的罐内油体积:

V (H) =Vbody (H) +Vhead1 (H) +Vhead2 (H) 。

由于两头的油量不等, 其液高需按如下公式进行修正:

undefined。

当实际储油罐纵向变位α和横向变位β后得到的标定模型为:

V (H, α, β) =Vbody (Hrealcosβ) +VHead1 (Hrealcosβ) +Vhead2 (Hrealcosβ) 。

最小二乘法拟合求解α、β的近似角

通过最小二乘曲线拟合, 假设有一组数据xi, yi, i=1, 2, ……, N且已知这组数据满足某一函数原型y (Hi) =V (H, α, β) , 其中α, β为待定系数向量, 则最小二乘曲线拟合的目标就是求出这一组待定系数的值, 可以定义出下面的最优化模型:

优化模型:undefined。

4.2 模型的解答

我们通过采用附件2中前303组数据对应的显示油高, 显示油量容积, 采用定义的最优化模型对V (H, α, β) 进行最小二乘曲线拟合, 求出符合题目要求的α, β角度值;通过MATLAB求解, 我们求得α=2.1°, β=6.2°;采用MATLAB求出罐体变位后油位高度间隔为10cm的罐容表标定值, 由于数据量较多其它数据见附录一。

倾斜变位出油的罐容表标志值 (液高dm, 储油量L)

4.3 模型的误差分析

我们采用附件2中后300组数据对应的显示油高, 显示油量容积, 采用拟合计算获得的角度值α=2.1°, β=6.2°, 用V (H, α, β) 计算出对应的显示油高的模型值;

定义误差百分比:

误差百分比undefined

对问题二建立的模型求解, 得到的误差百分比如下图。

对α, β参数的检验:

根据误差百分比我们可得到如下结论:

(1) 大部分误差百分比在0.5%之内波动, 说明模型比较可靠。

(2) 在不断出油的过程中部分误差的百分比随之变大, 其原因有两种, 其一形状误差的累计, 其二当时油液高度变化过快造成一定的测量误差。

参考文献

[1]宋来忠, 王志明.数学建模与实验[M].北京:科学出版社, 2005.

[2]高等数学教材编写组编, 高等数学 (6版) [M].上海:高等教育出版社, 2007, 4.

射孔仪器标定系统研究 第3篇

在射孔施工中, DB-3型数控仪和井下仪器共同作用把射孔器准确地定位于油气井的射孔深度上。随着油田进入开发后期, 薄油层被大量开采, 最薄的油层仅0.3m厚, 要想在1200m深度上射准这些薄油层, 要求射孔仪器深度定位控制误差<2.5/10000。而仪器在使用过程中, 不可避免地会因为元器件老化, 射孔枪引爆后的强烈震动, 引起电路失调或性能下降, 从而引起深度控制精度下降。因此研制了射孔仪器标定系统, 定期对数控仪和井下仪器进行校验与标定, 对技术性能不合格的仪器进行较准和修理, 以确保仪器对射孔器深度控制准确无误。

2 井下仪器标定系统

2.1 磁定位仪信号采集与处理

2.1.1 磁定位仪信号采集

将磁定位仪器与标定仪连接好后固定在支架上, 套管接箍模拟运动装置的伺服电机驱动套管接箍做正反向运动, 当套管接箍经过磁定位仪器时会产生接箍信号, 通过检测信号的技术指标来标定磁定位仪。

2.1.2 磁定位仪信号处理

磁定位仪信号处理电路原理如图1所示:

磁定位仪送出的接箍信号, 首先通过微分波形校正电路, 以消除耦合电路所造成的波形失真, 然后送到差动输入前置放大器进行放大。放大器采用单独的电源供电, 地线不与仪器总地线连接, 能有效地抑制共模干扰。放大后的信号经过阶数可选的低通滤波器, 滤除叠加在接箍信号上的高频干扰, 使得信号波形光滑无毛刺。再送到12位A/D转换器经采样、保持、转换、编码进行模/数转换, 其最小分辨率为4mV。由80C196单片机读取12位的二进制偏移码, 通过与计算机通讯, 将信号电压数字值送到计算机中。同时计算机将读取由套管接箍模拟运动装置发出的套管运动方向和移动距离, 经过标定仪程序处理后, 在屏幕上绘制出接箍信号图形, 供标定仪操作人员判读, 对照磁定位仪检测标准, 来判定被检测仪器合格与否。

2.2 伽马仪信号的采集与处理

2.2.1 伽马仪信号的采集

(1) 无放射源伽马仪信号采集

无放射源伽马仪信号对于射孔测量来说属于噪声信号, 但可反应出伽马仪对伽马射线的敏感度, 合格的伽马仪本底计数率约为5600—5800个/分钟。

(2) 有放射源伽马仪信号采集

当被检定的伽马仪进入稳定工作状态后, 把刻度器放在伽马仪的晶体部位, 1分钟后读取的伽马仪单位时间内的脉冲数即为在有放射源条件下的伽马仪计数率, 标准的脉冲个数为146cps。

2.2.2 伽马仪信号处理

被检定伽马仪所送来的脉冲信号, 先经过交流耦合电路, 以去除伽马仪供电电源的直流电平, 从中提取脉冲信号。而后经过高通滤波器滤除低频成分, 使信号零电平更加稳定。再经过基准电压可程控的电压比较器, 滤除因在信号传输过程中因微分效应而产生的过冲尖峰。再送入计数器进行计数, 80C196单片机定时读取计数值, 经过通讯把约定单位时间的记数值传送给计算机。

标定程序对所读取的脉冲数进行10点平均滤波, 然后输出波形, 供操作人员判读, 对照伽马仪检测标准, 来判定被检测仪器是否合格。

2.2.3 伽马仪高温测试

伽马仪按耐温指标分有两种:常规耐温120℃, 耐高温170℃。将被标定的伽马仪放入高温控制实验装置, 设定规定的温度值, 1小时后进行检测, 其各项技术指标不应下降。

2.2.4 伽马仪长期稳定性测试

对伽马仪通电1小时后, 其各项技术指标不应下降。

3 数控仪标定系统

3.1 集成式综合信号发生器

数控仪的深度、接箍信号和伽马信号处理等三大系统, 要定期标定。要想在实验室条件下实现对数控仪的标定, 就必须有高精度的信号源, 这种信号源所发出的测试信号, 是作为计量器具使用的, 其精度必须高于数控仪一个数量级 (10倍) 以上, 因此研发了集成式综合信号发生器, 它能发出检定数控仪所需的深度信号、接箍信号、伽马信号。

集成式综合信号发生器由深度信号发生器、套管接箍信号发生器、伽马脉冲信号发生器等三部分组成。

3.1.1 深度信号发生器

纵坐标表示深度脉冲信号的电压幅值, 横坐标表示时间。信号分为A、B两相, 相位差为90度, 以某一时间点上电平高低来判断谁的相位领先, 如图中B相领先A相90度, 深度解码电路以两路深度信号的其中一路作为基准, 对比另外一相的相位差, 依此来判断滑轮的转动方向, 单位时间内深度脉冲信号的个数就表示电缆运行速度。要求A、B两相之间相位差的误差不能大于5度, 信号电压幅值在4.5～5V之间, 指定发出4万个脉冲实际发出的脉冲数误差不能大于1个。另外, 深度信号的频率要可调, 最低速度为100m h, 最高速度为16000m/h, 调节的步长为100m/h。

3.1.2 套管接箍信号发生器

套管接箍信号发生器所产生的套管接箍信号单峰宽度在3～7cm范围内可调, 两个套管接箍信号间隔 (即单根套管长度) 在1～15m范围内可调, 最小调节步长为0.1m。信号的电压幅值在0.5～4V之间任意调节。

3.1.3 伽马脉冲信号发生器

伽马脉冲信号发生器所产生的伽马脉冲信号是矩形波, 电压在2～6V内可调, 脉冲宽度为25μs, 信号频率在10～500Hz内可调。

3.2 数控仪标定方法

3.2.1 深度系统的标定

标定仪和数控仪通电后预热15分钟后, 由标定仪向数控仪发送深度脉冲信号, 依照《射孔深度定位系统校验方法》中规定的判读点, 停止向数控仪发送深度脉冲信号, 把数控仪上显示的深度数值和标定仪对比, 各点深度数值误差均不得大于2cm。

3.2.2 套管接箍信号系统的标定

标定仪向送入套管接箍串信号, 信号幅值在0.5～4V之间任选, 数控仪连续测量并记录不少于5根套管的接箍信号曲线, 接箍信号识别率应达到100%。

3.2.3 伽马脉冲信号系统的标定

将标定仪伽马信号发生器的输出信号API值设为100, 读取并记录仪器屏幕所显示的测量数值。再将伽马信号发生器的输出信号API值为200, 再读取并记录仪器屏幕所显示的测量数值。数控仪显示的数值与信号发生器输出的数值误差不大于5%。

4 结论

波高传感器标定系统 第4篇

在近海水工模拟实验中,波高传感器的作用主要体现在两个方面:一是在实验区范围内根据要求布置若干波高传感器,采集波浪信号,然后对采集的信号进行波谱分析;二是在造波机的推波板上按照一定规律安装波高传感器,实时采集板前波浪信号,并将信号送到控制系统中进行运算,实现吸收式(无反射)造波,更真实的模拟近海波浪。

波高传感器是港口工程研究中造波机实现无反射造波控制的关键元件。波高传感器不仅需要具备传感器的一般特性,更要考虑其应用环境和使用要求。波高传感器工作在水中,对动态响应速度、灵敏度、检测电路的数据转换和传输速度以及工作的稳定性和可靠性要求比较高。

在港口工程研究中使用了大量的波高传感器,并且由于使用环境的原因,波高传感器在该领域中属于易损件,而每一台波高传感器都需要进行标定,因此本文结合工程研究实际,设计了波高传感器的标定系统对我们自行研制的波高传感器进行静态和动态标定。

1 系统工作原理和组成

图1为标定系统的组成框图,该系统是一个位移闭环控制系统,主要包括工业控制机、运动控制器、伺服电机驱动器、伺服电机、传动机构(滚珠丝杠、直线导轨等)、波高传感器固定机构等。所有操作和数据处理均在计算机人机对话界面进行,使用操作简便。在计算机标定界面上输入所需的参数(如量程、等距点个数、正弦激励频率等),计算机进行运算并将数据通过工业以太网传输到运动控制器中,控制程序按照要求将运动所需要的控制信号发送给驱动器,由伺服电机驱动器控制电机转动,经精密丝杠、导轨传动机构将伺服电机的转动转换为波高传感器的垂直方向的正弦运动。在此过程中,伺服电机编码器检测角位移并将其送回到运动控制器中,构成闭环控制系统。对于高精度要求的场合,采用伺服电机加滚珠丝杠的驱动方式已成为一个发展趋势。滚珠丝杠是一个标准件,合理地选择丝杠参数和设计传动系统有利于保证标定系统的控制精度。

波高传感器放置于一个水箱中,其垂直方向的往复运动相当于水面的起伏运动,通过波高传感器的检测与数据处理系统将采集的波高有关信息送到计算机中,与计算机给定的信号进行对比和分析,得到波高传感器的静态和动态特性。

图2为波高传感器标定系统的结构示意图。

2 静态标定[3~5]

图3为静态标定流程图。

2.1 静态标定的基本步骤

(1)把波高传感器量程分成若干等间距点;

(2)控制交流伺服电动机,使波高传感器输入由小到大分别定位到所分点,并分别记录下波高传感器的输出值,此过程亦为正行程标定;

(3)控制交流伺服电动机,使波高传感器输入由大到小分别定位到所分点,并分别记录下波高传感器的输出值,此过程亦为反行程标定;

(4)按照(2)、(3)所述过程,对波高传感器进行正、反行程往复循环多次测试,将得到输出输入数据进行相应处理,得到波高传感器的静态性能。

2.2 数据处理

(1)零点输出用θ0i表示第i次正行程测量时,对应于零负荷的输出读数。则零点输出为:

式中,m为循环校准次数。

(2)额定输出用θni表示第i次正行程测量时,对应于额定负荷的输出读数。则额定输出为:

(3)非直线度用∆θL表示正行程平均校准直线与拟合直线的最大偏差值,则非直线度为:

(4)迟滞用∆θh表示正、反行程平均校准曲线之间的最大偏差值,则迟滞为:eh=∆θh/θn×100%

(5)不重复度用∆θr表示正行程重复校准时各点输出极差的最大值,则不重复度为:

(6)综合误差用∆θc表示正、反行程平均校准曲线二者与拟合直线的最大偏差值,则综合误差为:ec=∆θc/θn×100%

(7)灵敏度设输出电压平均值为U,额定输入为L,则灵敏度为:Sn=θn/(LU)

3 动态标定[2~3]

图4为动态标定流程图。

交流伺服电机带动滚珠丝杠,为波高传感器提供正弦激励,当为单位正弦激励时,即:

则波高传感器的输出为:

波高传感器的采集信号与控制系统的给定信号进行对比,如图5所示。在正弦激励下,波高传感器的稳态输出也是该激励频率的正弦函数。但在不同频率下有不同的幅值和相位滞后。而在正弦激励之初,还有一段过渡的过程。因为正弦激励是周期性和长时间维持的,因此在标定过程中往往能方便地观察其稳态输出而不去仔细研究其过渡过程。用不同频率的正弦信号去激励传感器,观察、记录并分析稳态时的响应幅值和相位滞后,就可以得到波高传感器准确的动态特性。

4 结束语

本文根据相对运动原理,利用高性能的伺服电机和高传动精度的滚珠丝杠带动波高传感器做正弦往复运动,为波高传感器的标定提供了已知的信号源。同时与波高传感器所采集的信号进行对比分析,最终得到波高传感器的静动态性能指标,进而可进一步实现波高传感器的静态和动态校准。该标定系统采用伺服电机驱动,机械传动系统采用精密丝杠、导轨机构,运动平滑、响应快,整个控制和采集过程都由软件控制,可靠性高,操作方便。

摘要：波高传感器是港口工程研究与实验中必备的元器件,其静、动态性能的好坏直接影响港口工程物模实验的效果,本文介绍了一种波高传感器静、动态性能标定系统,由计算机控制交流伺服电机,通过滚珠丝杠及直线导轨传动系统驱动波高传感器实现精确运动,将其运动信号和波高传感器采集的信号进行比较分析得到波高传感器的静态和动态性能。

关键词：波高传感器,伺服控制,静态标定,动态标定

参考文献

[1]高占科,于惠莉,索利利,丁春芳.水位计(验潮仪)的检定和校准[J].计量技术,2007.NO7.

[2]朱蕴璞,孔德仁,王芳.传感器原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2005.

[3]徐甲强,张全法,范福玲.传感器技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.

[4]刘迎春,叶湘滨.传感器原理设计与应用(第四版)[M].长沙:国防科技大学出版社,2002.

浅谈准确标定仪器热容量 第5篇

煤的发热量是评价动力煤品质的重要指标, 也是动力用煤计价的主要依据, 其测定结果的准确性直接影响着企业效益和企业信誉。热容量是发热量结果计算重要的参数, 热容量标定的准确与否直接影响着发热量的测定结果。这就要求标定仪器热容量时的操作过程要精准, 每一步都不能马虎。本人在十几年的化验技术工作中总结出确保标定的自动量热仪热容量结果准确的注意事项和操作方法, 与同行探讨。

1 热容量标定要及时

热容量即是该仪器的量热系统温度每升高1℃需要吸收的热量。

热容量标定的有效期为3个月, 超过此期限应重新标定;但有如下情况发生时, 应对仪器的热容量立即重新标定。

1.1 更换氧弹的较大部件, 如氧弹盖, 连接环等部件的更换;

1.2 热量计经过大的搬动;

1.3 仪器经过大修, 完全换水后;

1.4 热容量标定与发热量测定时, 室温相差5℃以上时;

1.5 用标准煤样或苯甲酸检查仪器的准确度, 测定值与标准值之差超过不确定度范围, 或苯甲酸的测定值与标准值之差超过50J/g, 且找不到其它原因时。

2 标定前做好充分准备

2.1 检查仪器运转状态是否正常, 无故障, 与电脑等的连线是否完好。连接不好, 会导致点火失败或时点时不点, 影响测定进程;

2.2 检查搅拌器有无故障, 搅拌速度是否均匀。有时热量计的搅拌器接线部分接触不良, 有虚接现象, 就会导致搅拌速度时快时慢、时停时转。有时搅拌浆上得不合适.被卡住而不能自由动作, 导致内筒水局部获得的热不能及时均匀散出, 从而使测得的内筒温度变化为虚假温度变化, 导致热容量标定结果错误;

2.3 调节室温在15～35℃范围内, 并保持相对稳定, 每次测定室温变化不应超过1℃;

2.4 如需更换大桶水, 先将内桶清理干净, 然后按操作程序更换。换后保证自然放置不少于24h, 使其水温与室温达到平衡状态。如不更换大桶水, 则需在试验前向内桶添加少量水, 使溢水口有少量水流出为宜, 确保大桶水量充足;

2.5 清理氧弹, 将挡火板、氧弹盖等处的水垢等清理干净, 并用蒸馏水冲洗、晾干;

2.6 选用质量大小相差不大的坩埚, 事先灼烧并在干燥器中冷却至室温, 待用;

2.7 选择苯甲酸, 应选用经计量部门检定合格的基准量热物, 并保证苯甲酸干燥且表面无污染。

3 标定时正确的操作

3.1 保证有足够的充氧时间, 不得少于15s。当钢瓶中压力降到5.0 MPa以下时, 充氧时间应酌量延长, 压力降到4.0MPa以下时, 应更换氧气;

3.2 要确保点火丝绑好后与接线柱接触良好, 点火丝紧贴苯甲酸表面放置;

3.3 充氧完成后要检测氧弹是否漏气。检测方法为:充氧结束后, 将氧弹放入装满水的大容器中, 水面以过氧弹为宜, 看氧弹上有无气泡冒出, 若无即可判定氧弹不漏气。可进行下一步试验;

3.4 氧弹放入内桶前要用专用毛巾擦干净, 防止桌面上的点火丝等杂物带入内桶, 造成内桶出水口阻塞;

3.5 放入氧弹后, 轻轻的盖上内桶盖子, 进入试验。

4 标定结果的整理

4.1 连续5次苯甲酸测试结果的相对标准差应不大于0.20%。若超过, 再补做1次, 取符合要求的5次结果的平均值, 作为该仪器的热容量。若任何5次的结果都不符合要求, 要舍弃全部结果, 重新标定;

4.2 标定结束后, 用标准煤样或苯甲酸进行反标定, 若用标准煤样测试结果与标准值之差都在不确定度范围内, 则视为合格。若用苯甲酸, 则进行5次热值测试, 其测试平均值与标准热值之差不超过50J/g即为合格;

4.3 若热量计量热系统无显著改变, 重新标定的热容量值与前一次值相差不应大于0.25%, 否则应检查试验程序, 解决问题后重新进行标定。

5 其它注意事项

5.1 目前有些量热仪, 为了提高测定速度和自动化程度, 采用了一些非经典的设计, 使得量热系统的热容量在不同的温升范围内不同。此时就不能在所有的情况下使用同样的热容量。应根据可能遇到的范围, 用不同质量的苯甲酸片来标定仪器的热容量, 如果得到的热容量值不超过规定的允许差, 可以认为该仪器在所有测定范围内热容量值是一致的。若测得的热容量在不同的温升下不同, 并与温升有较明显的相关性, 则认为该仪器的热容量的有效工作范围不同, 在不同的工作范围下就采用不同的热容量值。

因此, 在使用新型热量计前, 要确定其热容量的有效工作范围。正确方法是:用苯甲酸进行至少8次热容量标定试验, 苯甲酸片的质量一般从0.7～1.3g, 或根据被测定样品可能涉及的热值范围确定苯甲酸片的质量。在两个端点处至少分别做两次重复测定。然后绘出温升与热容量值的关系图, 从图中分析出热容量结果。

5.2 标定结束后, 需进行反标定, 若用标准煤样反标定时, 其测定结果应注意换算成干基高位发热量, 水分要用近期测定的结果, 一般用一周之内测定的。若用标准苯甲酸标定仪器的热容量时, 在计算氧弹内的总释放热量时应加上硝酸形成热, 而在用苯甲酸来反标定仪器的准确度时, 应扣除硝酸形成热。

5.3 在每次试验结束打开氧弹盖后, 都要仔细观察氧弹内部, 包括氧弹帽、坩埚支架以及坩埚内部等处, 看有无黑炭粒、黑迹, 或坩埚内有一层灰蒙蒙的物质, 若有则应判定苯甲酸燃烧不完全, 应将此次测定结果舍弃。

总之, 要想准确标定仪器的热容量, 除严格按照上述步骤操作, 注意操作细节外, 就是人为因素, 这就要求操作者具有高度的责任心, 在实际操作中能够灵活机动的发现问题, 解决问题, 不断的学习, 积累经验, 提高仪器热容量标定的准确度。

摘要：针对日常热容量标定中易出现的问题, 提出热容量标定中应注意的一些细节和操作方法, 以使标定的热容量结果更准确。

关键词：热容量,标定,准确

参考文献

[1]李英华.煤质分析应用技术指南[M].北京:中国标准出版社, 1999.

称重系统中标定技术的探讨 第6篇

关键词：免标定,称重系数,量程系数

随着现代工业自动化发展的要求, 在工业过程控制方面称重系统的应用越来越多, 尤其是在传感器模块方面的应用也越来越多。例如冶金、石化等行业中许多过程控制用大料仓、大罐子的称重的场合, 在系统进行标定的时候存在许多实际操作的困难, 对于这些称重系统通常都很难加载重量, 通常用替代标定法, 这样不仅繁琐而且有时会付出昂贵的代价, 即使使用加载的方法, 通常只是加载到满载的5%~10%左右, 精度根本无法保证, 因此就提出是否不用加载重量的方式进行标定。

这种免加载标定的方法称之为电子标定法, 即用高精度模拟器模拟传感器在加载情况下的实际输出, 这种应用以前就有, 但精度很低。本文探讨的标定方法是通过测量, 计算在不同情况下系统各个相应环节的信号衰减, 如何更准确的模拟真实系统输入到仪表进行设定时的输出, 从而达到精确标定系统。

1 标定原理及称重系统组成

1.1 标定原理

参见图1:其中横坐标是加载的重量值, 纵坐标是仪表显示输出重量值, 由于总的输出值含有零点输出信号, 而零点总输出信号是一个与称重变化无关的常量, 所以需将零点输出从总的输出值中减去, 图中W0i是称的零点输出, Fs是调整斜率的, 即量程系数。称标定完的数据输出 (重量值) 可用下式表示:

其中:

Wci—标定完第i个传感器的输出重量值

Xi—第i个传感器输出值

Woi—为第i个传感器在空称台的输出重量值

Fci—第i个传感器的角差系数

Fs—系统量程系数

Wct—标定完的系统输出重量值

式中系统输出值X为初始测量值, 需得到标定后准确的重量值Wct, 必须求得量程系数及空称台输出重量值 (角差系数都认为1) 。为得到这两个系数则需要所谓的标定。标定时, 先记录下空称台的输出, 再加一个已知的重量, 得到的系统输出值, 即可算出系统的量程系数, 这是最关键的参数。这样系统就标定好了, 在以后的称重情况下系统输出值就为具体的重量值。

1.2 系统结构

系统构成参见下图:该免标定流程主要用传感器模块、接线盒、仪表、模拟器、电缆、数字万用表等组成。

在以上一节的标定原理的分析中我们可以得知, 只要知道系统的量程系数及在空称台下的输出, 系统就可以标定了, 如果没有载荷可加, 只要知道系统量程系数那么系统也可以进行标定, 系统免加载标定原理对模拟传感器系统是通过传感器模拟器来模拟加载情况下的传感器输出并计算系统的量程系数。

2 免加载的标定实施方案

从上面分析可知, 在不加载标定的关键是确定系统的量程系数, 只要知道量程系数就可以实现免加载标定, 下面将系统分为数字系统及模拟系统分别进行讨论。

2.1 数字系统的实施方案

在免标定中一般角差是不能做调整的, 因为调整角差即相当于调整了各个传感器的灵敏度, 模拟系统因无法得知灵敏度调整的大小, 所以不做调整。数字系统如果希望免加载标定的时候考虑角差影响, 可以通过一个未知重量的重物进行角差调整。

实际运用说明:

角差系数是用来平衡每个传感器载重的, 如果每个传感器的角差系数为1, 则整个系统的输出为传感器输出之和, 这里的角差调整可以通过测试系统在每个角上的总的输出, 然后计算出各个角的角差系数。

如:取150t数字汽车衡, 用8只40t数字传感器 (额定输出为60000内码) , 角差调整如下:

加载重块于各角, 读取仪表各角的总输出值:Wct=∑1-8Wci

数据表:测试数据及新角差系数

2.2 模拟系统实施方案

1) 首先统计传感器灵敏度S1, S2, ...Sn。取得单个传感器的容量C, 测量零载时的输出Z, 加载模拟器Zmv/v相对应的仪表输出值Y, 根据称的量程确定量程系数Fs, 这样可根据W= (X-Z) *Fs计算出最终输出值。

2) 为克服一些场合因机械原因带来的误差, 致使免加载标定不能满足较高精度的需求, 这种情况可用小砝码加替代物标定的方法进行系统的精确标定。

方法:

1) 先按一般标定方法用小砝码标定一遍, 得到第一个从零载到一定重量 (小砝码重量) , 应用时的量程系数a。

2) 加替代物到一定重量 (显示重量为小砝码重量左右, 此时的量程系数为a1) 再加小砝码重新标定, 得到第二个从小砝码重量到2倍小砝码重量应用时的量程系数a2。

3) 加替代物到显示重量为2倍小砝码重量左右, 再加小砝码的重新标定, 得到第二个从小砝码重量到3倍小砝码重量应用时的量程系数a3。

4) 得到一系列的量程系数, 在仪表中根据需要确定是适当的量程系数。

3 结语

免加载标定时一种无法再现场实现砝码标定, 取而代之的电子标定方法, 其精度关键取决于如何准确的模拟在传感器加载情况下的整个系统的输出, 需要计算各种情况下信号的损失以及系统之间的相互关系等。从以上讨论中可以看出数字系统要比模拟系统标定时方便了很多, 且产生误差的环节更少, 因此, 也是称重系统发展的一个方向。

参考文献

[1]刘九卿.国内外称重系统的发展概况.衡器, 2001.

[2]周祖濂.数字称重系统——称重技术新概念[J]衡器, 2005.

[3]李科杰.新编传感器技术手册.国防工业出版社, 2002.

[4]施汉谦, 宋文敏.电子秤技术.中国计量出版社, 1990.

[5]Karl Hoffmann.Applying the Wheat stone Bridge Circuit.HBM, 2005.

[6]Simulation Projects.Optimization Redesign.2004.

锻压机械力能特性标定浅析 第7篇

关键词：机械制造,锻造,设备,力能特性,标定

1 前言

在传统观念里,锻压是一种粗放的生产工艺。由于锻压设备力能特性的标定比较困难,以及我国生产锻压设备(尤其是大吨位锻压设备)的历史、数量和经验的不足,对锻压设备力能特性标定的理解和重视就很不够。在设备组装、调试、销售交付与购置接受、生产、维修(甚至大修)等过程中,一般只是以设计的最大(或额定)打击力作为检验与验收标准,而对于最大(额定)打击能量、力能特性曲线的全过程则不加重视,也不进行标定,这是很不科学的。

实际上,标定锻压设备的力能特性,就象对一个人进行运动状态测试一样,能够全面反映运行状况、故障类型及其原因等。通过对80000k N电动螺旋压力机、40000k N液压螺旋压力机、40000k N机械压力机、25000k N机械压力机等设备的标定表明,锻压设备的标定不仅能直观地判断和检验设备的能力,还能间接地判断设备的运行、精度和故障等,如打滑、闷车、离合器和刹车的协调性、可达到的锻件精度水平等。进一步来说,标定直接关系到生产效率和效益、设备和人身安全、锻件质量、锻件合同的按质按期交付等。本文试图对锻压设备力能特性标定的意义和重要性予以总结归纳。

2 力能特性标定

众所周知,锻压设备提供的能量大于锻件变形所需要的能量,锻造过程即可顺利进行。从这一点上来说,标定锻压设备的能量比标定打击力更有意义。但是,不同种类的锻压设备,有不同的力能特征,如锤和螺旋压力机是能量决定型的,压力机是载荷决定型的,机械压力机是位移决定型的。这三种类型的锻压设备各有自己的力能曲线特征(具体曲线形式,一般资料上都有介绍,这里不再赘述)。锻压设备工作时,随锻件抵抗程度的不同,设备按其自身的力能曲线特征进行作功和力能转换。在不考虑设备发出的能量(或力)大于锻件变形的能量(或力)对设备和模具的损害,并且不考虑生产效率的情况下,锤和螺旋压力机发出的能量如果小于锻造变形能,无非是多打几次或打不饱满锻件;压力机的最大力如果小于锻造变形力,也无非是压不饱满锻件;但机械压力机的情况就要复杂的多了。简单来说,对于机械压力机,要时刻使锻件的变形力—位移曲线在设备的打击力—位移曲线以下,一旦出现相反情况,根据不同的滑块位移位置,会出现离合器打滑或设备闷死两种情况。如果在滑块离下死点较远的位置,锻件的变形力—位移曲线超过设备的打击力—位移曲线,尽管设备飞轮储备的能量还足够,但发出的力小于锻件的抵抗力,滑块停止下移,离合器打滑,好在这时设备内的弹性力还不十分大,一般靠打反车或下移工作台,会使滑块回到上死点;如果在滑块下死点附近的位置,锻件的变形力—位移曲线超过设备的打击力—位移曲线,滑块会彻底闷死,设备内的弹性力也会非常大,一般无法靠打反车或下移工作台解除,只有靠烧毁模座来解除闷车。

上述情况,仅仅是一般的情形。假如设备的离合器结合不合适、设备或模具自身紧固不够造成的回让或弹性回让太多、或者它们自身变形吸收的能量太多、离合器和刹车协调不好等情况出现(这些情况在装配调试、生产使用、维修过程中都很容易产生),造成的危害和故障现象就要很复杂了。但如果对设备能透彻了解,可能出现的危害和故障现象则是容易分析和判断的,标定是提供这种分析和判断的最简易、最全面,最理想的办法。要说明这几点,还是以热模锻压力机(机械压力机)为例说起,其他设备会简单一些,也可以依次类推。

3 标定的意义

热模锻压力机一般是整体焊接框架结构或预应力拉杆框架结构。假如设备或模具的刚度不够或安装不紧靠(以下为叙述方便,把模具看成设备的一部分,不再区分),设备回让就会太大或损耗的能量大(更不容易发出最大打击力或最大打击能量),会造成设备构件部分反复脱离与撞击结合,构件易损坏、噪声大,锻件也不容易打饱满。随着坯料加热温度、体积和放置位置的误差,锻件尺寸也会极不稳定。假如离合器和刹车协调不好,在离合器结合之前,刹车没有充分脱开,飞轮恢复到锻造必须的转速的时间就要延长,或者转速还没有恢复足够就进行打击,也很容易打滑或闷车;这些都可以通过标定最大打击力或最大打击能量来判断。另外,如果离合器传递扭矩不够(如夹持不紧),就会容易出现打滑,使摩擦片寿命降低,而更换它,少则几万,多则几十万;但如果离合器传递扭矩过大(如夹持太紧),该打滑时又不打滑,又容易造成设备、电路、电机的过载,会更加危险。要判断这几种情况,仅靠标定最大(或额定)力或能量,是做不到的,当然必须标定设备力能曲线的全过程或抽查标定力能曲线上的几点。

由上述可见,力能标定有助于判断和检验锻造设备的设计性能、运行状态和故障等,其意义归纳如下:

(1)有助于了解设备的力能特性,便于设计检验,可作为销售和购买检验准则之一,避免纠纷,对维修过、重新装配过的情况也不例外。

(2)有助于增加设备的力能特性测量系统,或检查设备的力能特性测量系统是否正常,有助于标定和调节设备的力能特性测量和显示系统。

(3)有助于检验设计计算的锻造变形力和能量,有助于使设计工程师和锻工积累同批或相似锻件所需要的变形力和变形能。

(4)一旦锻件质量出现问题,如果对设备运转情况心中有数,就能集中精力来判断锻件的材料、下料尺寸、加热温度是否正确。

(5)有助于达到对设备的合理和安全使用,防止力或能量过载对设备的危害。比如,通过标定可以判断摩擦离合器的材料是否失效,摩擦离合器的夹持力是否正确,防止出现因摩擦离合器的材料失效或摩擦离合器的夹持力不够造成的设备能力下降,或因夹持力过大使其不能起到过载后的打滑目的和摩擦片过早失效的危害。

(6)有助于针对锻件所需力和能量,及时恰当地调节能量,防止大能量干小活而造成对设备的危害和生产速度的下降,或小能量干大活的欠锻和多次锻造。

(7)力能标定是实现精锻的必要条件。比如,在热模锻压力机上无余量精锻的技术关键是要求上下模座“过打靠”,这样可以防止设备弹性回让造成的锻件高度误差。可是,“过打靠”程度不够,压力机提供的打击力也会不够;“过打靠”程度太大,压力机就会闷车,所以,实现精锻以前,首先要标定压力机的力能特性,再结合附加在设备上的力能测量系统,就可以保证以后的精锻生产。例如,通过标定40000k N热模锻压力机和对其加装力能测量与显示系统后,在该设备上成功批量精锻出了某型飞机的定子叶片、转子叶片和导流叶片,并使该设备普通模锻某叶片的合格率由50%提高到了98%。

(8)有助于保证设备和人身安全,减少设备故障,降低运行成本,保障生产正常进行,等。

鉴于设备标定的诸多好处,在此也建议尽快建立锻造设备标定的有关标准。

参考文献

[1]郭志坚,潘兆庆,等.可靠性工程技术[M].机械电子工业部科技司,机电部机械科学研究院,1990.

[2]帅长红.液压机设计、制造新工艺新技术及质量检验标准规范实务全书.北京:北方工业出版社,2006.

[3]孙玉胜,等.压力机离合器制动器系统结构优化.锻压机械,2001,36(2):25-26,35.